本發(fā)明涉及一種固體推進劑燃燒催化劑，適用于改性雙基推進劑。

背景技術：

復合改性雙基推進劑(cmdb)密度高、能量高、燃燒溫度高，是戰(zhàn)術導彈和火箭武器系統(tǒng)中常用的推進劑品種，但由于高能固體填料多，壓強指數(shù)高，限制了該類推進劑應用范圍的進一步拓寬。pb-cu-c三元復配催化劑是雙基系推進劑中常用的催化劑體系，可以使推進劑的燃速進一步提高，同時還具有調節(jié)壓力指數(shù)的作用。由于多元催化劑的催化效果同時受多種組分的影響，在實際應用中，復配催化劑里任何一個組分的原料或批次發(fā)生變化，都可能對催化劑體系整體的催化效果產(chǎn)生影響，造成產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。金屬氧化物是目前固體推進劑中常用的燃燒催化劑，然而普通金屬氧化物雖然制備工藝簡單、價格低，但是催化性能不理想。將普通金屬氧化物納米化后，得到的納米金屬氧化物催化劑粒徑小，比表面積大，晶體表面存在各種缺陷，具有更高的催化活性。因此將金屬氧化物催化劑納米化并有效分散，是具有潛力的推進劑燃燒催化劑的發(fā)展方向。然而，高分散的納米材料的制備往往需要使用不容易分離洗凈的表面活性劑，使得制備過程更加復雜繁瑣。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決作為燃燒催化劑的金屬氧化物的分散問題，同時引入碳物質作為燃燒助催化劑，提高復合改性雙基推進劑的燃燒性能，本發(fā)明提供一種石墨烯負載型復合物，作為推進劑燃燒催化劑，提高推進劑燃速，并降低其壓力指數(shù)。

如果在金屬氧化物的制備體系中引入高比表面積的載體，可以使負載的金屬氧化物納米化的同時保證納米顆粒具有良好的分散性，這對于納米金屬氧化物在推進劑中的應用是有利的。該方法的關鍵在于根據(jù)金屬氧化物的應用環(huán)境選擇合適的載體。碳材料對于固體推進劑的燃燒具有一定的助催化作用，石墨烯在固體推進劑中可以作為助催化劑引入。同時，石墨烯作為碳材料的一種，其巨大比表面積上大量的基團可以作為成核位點，使金屬氧化物得到很好的分散。將石墨烯引入金屬氧化物的合成體系中，是一種有效的燃燒催化劑納米化方法。

本發(fā)明原理：利用氧化石墨烯巨大的比表面積與表面上大量的含氧官能團作為成核位點，制備石墨烯負載型金屬氧化物型復合物，石墨烯作為基底，金屬氧化物作為負載物，可以解決金屬氧化物的分散問題。石墨烯負載金屬氧化物復合物在復合改性雙基推進劑中作為燃燒催化劑應用，可以使復合改性雙基推進劑的燃速提高，壓力指數(shù)降低。pbsno3可以作為固體推進劑的燃燒催化劑，將pbsno3負載于石墨烯等基體上，可以降低納米pbsno3的團聚程度，增強其分散性，從而提高其催化活性。

本發(fā)明提供的石墨烯負載型復合物為石墨烯負載金屬氧化物型復合物，其中石墨烯為基底，金屬氧化物為負載物。石墨烯與金屬氧化物的質量比優(yōu)選為1:0.5～3，復合物為復合改性雙基推進劑其它組份總質量的0.5％～5％。

石墨烯負載型復合物制備如下：在雙蒸水中加入氧化石墨烯(go)粉末，經(jīng)過攪拌和超聲處理后，得到go在水中的分散液。將等摩爾量的pb(no3)2和sncl4·5h2o加入go的水分散液，攪拌均勻后滴加氨水調整ph。最后將所得的液體在150～200℃下水熱反應12h～36h。自然冷卻到室溫后，固液分離并洗滌沉淀，將得到的樣品干燥即得pbsno3@rgo。

通過改變基底石墨烯材料的類別，可以得到不同石墨烯負載金屬氧化物的復合物?？刂品椒ê唵?，擴展了石墨烯基底的選擇范圍。經(jīng)過研究，還原石墨烯(化學式為rgo)的熱穩(wěn)定性較好，在燃燒中可以形成碳骨架，利于催化活性物質的分散，可作為優(yōu)選方案。

石墨烯負載金屬氧化物復合物中金屬氧化物作為負載物，包含單金屬氧化物、混合金屬氧化物和多金屬復合氧化物。通過改變作為負載物的金屬氧化物的金屬元素，可以得到石墨烯負載不同金屬氧化物的復合物，控制方法簡單，擴展了金屬氧化物負載物的可選擇范圍。金屬鉛的化合物是雙基系推進劑中常用的燃燒催化劑，具有提高燃速的作用；另外，金屬錫的氧化物在燃燒中可以防止納米氧化鉛的團聚，還具有吸附燃燒氣體的功能，與鉛產(chǎn)生協(xié)同作用。因此，多金屬氧化物可以選擇鉛和錫的復合金屬氧化物錫酸鉛(pbsno3)。

通過調整rgo與pbsno3的質量比，可以得到負載率不同的一系列pbsno3@rgo復合物，控制方法簡單，擴展了pbsno3@rgo復合物作為復合改性雙基推進劑燃燒催化劑的可選擇范圍，rgo與pbsno3的質量比優(yōu)選為1:0.5～3。

通過改變pbsno3@rgo復合物在復合改性雙基推進劑中的添加量，可以得到不同催化效率的推進劑配方，優(yōu)選方案：pbsno3@rgo復合物為復合改性雙基推進劑其它組份總質量的0.5％～5％。

本發(fā)明的優(yōu)點如下：

(1)本燃燒催化劑負載的pbsno3為納米級尺寸的單分散狀態(tài)，利用還原石墨烯基底的特性解決了pbsno3的團聚問題，使催化劑活性組分在推進劑中均勻分散。同時基底與負載物的復合可以充分發(fā)揮pbsno3與碳材料的“協(xié)同催化作用”。

(2)本燃燒催化劑為pbsno3與rgo碳材料復合型材料，將pb化合物與碳物質復合到同一種材料中，單獨使用時同時擁有提高燃速、降低壓力指數(shù)的催化效果，使hmx-cmdb推進劑在2mpa～16mpa壓力范圍內的燃速遠遠高于未添加催化劑的推進劑配方，特別是在2mpa的低壓下，燃速是空白配方的2.76倍，同時在10mpa～16mpa的壓力區(qū)間內出現(xiàn)了明顯的平臺燃燒，壓力指數(shù)為0.15。

附圖說明

圖1是pbsno3@rgo的xrd譜圖

圖2是pbsno3@rgo掃描電鏡圖片

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步描述。

實施例1

1.一種石墨烯負載型復合物，其組成為：還原石墨烯負載錫酸鉛(pbsno3@rgo)。

2.pbsno3@rgo復合物的制備方法：在30ml雙蒸水中加入60mg氧化石墨烯(go)粉末，劇烈攪拌后，超聲處理2h，得到go在水中的分散液。將0.55gpb(no3)2和0.58gsncl4·5h2o加入go的水分散液，攪拌均勻，滴加氨水0.5ml。最后將所得的液體加入50ml聚四氟乙烯內襯的反應釜中，在180℃下反應24h。在水熱過程中，氧化石墨烯發(fā)生還原反應生成還原石墨烯。自然冷卻到室溫后，將生成物離心分離，用蒸餾水和無水乙醇洗滌數(shù)次。將得到的樣品干燥過夜即得pbsno3@rgo。

3.所述pbsno3@rgo復合物的表征：

3.1x射線粉末衍射

采用荷蘭帕納科公司empyrean型x射線粉末衍射儀測試石墨烯所負載的金屬氧化物晶體結構，射線源采用cukα，波長0.154056nm，掃描速率4(°)/min，步長0.02°，掃描范圍為2θ為5～90°。

如圖1，pbsno3@rgo的xrd譜圖的所有衍射峰與jcpds卡(17-0607)上的pbsno3一致，2θ＝28.9°、33.5°、48.1°、57.1°、59.9°、77.8°和80.2°的衍射峰分別對應pbsno3的(222)、(400)、(440、(622)、(444)、(662)和(840)晶面。

3.2掃描電子顯微鏡

如圖2，從掃描電鏡圖片中可以看到石墨烯的褶皺狀結構，但是石墨烯片層的透明度較低，pbsno3以粒徑約為10nm的大小附著在石墨烯上，擁有非常優(yōu)異的分散性。

4.所述pbsno3@rgo復合物的應用：

4.1配方設計與推進劑制備

經(jīng)過“吸收-熟化-驅水-壓延-切藥條”的無溶劑成型工藝，制成推進劑試樣。hmx-cmdb推進劑基礎配方為：雙基黏合劑66.41％(nc39.19％，ng27.22％)，奧克托今(hmx)27.22％，吉納3.75％，二號中定劑(c2)1.5％，凡士林(v)0.5％，藥料按500g配料，催化劑pbsno3@rgo為外加，加入量為3％；對照組空白推進劑不含催化劑，其它組分相同，如表1所示。

表1復合改性雙基推進劑樣品催化劑的組成

4.2復合改性雙基推進劑燃速及壓強指數(shù)測試

燃速測試：采用gjb770b-2005方法706.1“燃速靶線法”測試樣品燃速。將已處理過的mm×150mm小藥柱側面用聚乙烯醇溶液浸漬包覆并晾干，如此反復6次，采用燃速儀在氮氣氣氛中測試燃速。測試時環(huán)境的溫度為20℃，測試的壓強范圍為2～20mpa。再根據(jù)vieille燃速與壓強關系式u＝apⁿ，計算壓強指數(shù)n，式中u為燃速，p為壓強，a為常數(shù)。

在上述測試條件下，測得配方zjk-1和zjk-2的燃速和壓力指數(shù)如表2所示，表3是測試實驗數(shù)據(jù)處理結果。

表2推進劑的燃速測試結果

表3推進劑的燃速測試數(shù)據(jù)處理結果

含有pbsno3@rgo催化劑的推進劑配方zjk-2在2mpa～20mpa壓力范圍內的燃速遠遠高于未添加催化劑的推進劑配方zjk-1，表明zjk-1在不同壓力下均表現(xiàn)出很高的催化活性，特別是在2mpa的低壓下，燃速是空白配方的2.76倍。同時zjk-2在10mpa～16mpa的壓力區(qū)間內出現(xiàn)了明顯的平臺燃燒，壓力指數(shù)為0.15。