复合固体推进剂燃速催化剂研究进展的探析

吉志强　任曌芝　殷传传

摘 要：在我国航天固体推进剂领域中，催化剂的应用范围是非常广泛的，应用价值是非常高的。本文对复合固体推进剂燃速催化剂的研究进展进行深入研究，具有重要意义。

关键词：复合固体推进剂;燃速催化剂;研究进展

1 引言

在我国航天固体推进剂领域中，催化剂的应用价值是非常高、非常广泛的，包括催化燃烧速度、推进剂固化催化等。其中，推进剂燃烧性能主要包含燃速压强指数和燃速性能。一般情况下，为使固体火箭发动机推进剂的性能要求得以满足，推进剂的压强指数不应过高，燃速范围应比较宽。如果推进剂中没有加入催化剂，则其压强指数便会比较高，燃速比较低。所以，当前专业研究人员亟待解决的一大难题就是要对新型高效的燃速催化剂不断进行深入研究，对推进剂的燃速范围不断进行拓宽，对压强指数不断进行降低。

2 复合固体推进剂燃速催化剂的研究进展

2.1 第一发展阶段

第一发展阶段，就是指在1990年之前。在该段发展时期中，经常会运用到的燃速催化剂有过渡金属氟化物、过渡金属氧化物、燃速抑制剂、二茂铁及其衍生物等。第一，在C-H粘合剂的推进剂内添加过渡金属氟化物，不但能够对压强指数进行有效降低，而且能够对燃速进行有效提高。第二，过渡金属氧化物。AP在过渡金属氧化物作用下，得以催化，发生热分解现象，所以CTPB推进剂、HTPB推进剂、PBAA推进剂产生不同程度的催化作用，尤其是Fe2O3能够对燃速效果进行显著提高。第三，二茂铁及其衍生物。卡托辛属于一种优良的燃速催化剂，能够对压强指数进行有效降低，对燃速进行有效提高。将2%的卡托辛加入到丁羟推进剂中，能够有效提高推进剂燃速，GC和卡托辛进行有效组合后，能够对0.354的压强指数进行进一步的降低。第四，燃速抑制剂。一些复合固体推进剂内，如果含有AP氧化剂，凡是化合物能夠对AP的分解起到一定抑制作用，则便能够对推进剂的燃速起到一定的降低作用。与此同时，很多燃速抑制剂均能够对压强指数进行有效降低。将少量CaCO3加入到聚氨酯推进剂内，所获取的压强指数和燃速都是比较低的。将1% LiF加入聚氨酯推进剂中，在2.03-8.1MPa压强范围中，能够获取平台效应。

2.2 第二发展阶段

自1990年以来，我国不断出现新材料、新技术，同时推进剂技术也在不断发展，继而产生很多新型燃速催化剂，包括TMO组合催化剂、含硼化合物、粘合剂型催化剂等。第一，TH2催化剂。日本进行通过运用TH2对固体推进剂燃速进行提高的研究。研究结果表明，在固体推进剂中加入TH2催化剂，能够有效提高推进剂的燃速，降低压强指数。第二，含硼化合物。针对含硼化合物，由于其能够对HMX的热分解起到一定的促进作用，同时能够对推进剂的燃速进行有效提高，所以英国在推进剂中添加适量的B10H30，能够有效提高推进剂的燃速，使其高达100mm/s。第三，TMO组合催化剂。通过对AP /A L/HTPB复合推进剂在加入TMO催化剂及其相同质量比的8种组合催化剂后燃烧性能受到的影响进行深入研究后，不难发现，推进剂的燃速在TMO组合催化剂作用下，能够产生3种效应，即负协同效应、无协同效应、正协同效应，其中能够获取最佳的燃速效果提高作用，就是正协同效应的TMO组合催化剂。

2.3 第三发展阶段

自1990年以来，我国便越来越重视纳米催化剂的研究。因为纳米催化剂的催化活性是非常高的，所以当前国内外的一大研究热点，就是选用纳米催化剂，以替代固体推进剂中普通催化剂。尤其是指2000年以来，关于纳米催化剂的研究和应用变得更为广泛。

2.4 第四发展阶段

迄今为止，关于复合燃速催化剂、纳米燃速催化剂的研究还是比较多的。实际上，复合燃速催化剂、纳米燃速催化剂均存在各自的缺点，假如能够有效结合这两种催化剂的优点，研发出纳米级复合燃速催化剂，便能够对催化活性进行有效提高，同时这也是燃速催化剂的一大发展趋势。针对纳米复合燃速催化剂的运用，其一大重要技术就是要对纳米粒子之间的团聚问题、纳米粒子在推进剂中的均匀分散问题进行有效解决。

3 燃速催化剂发展方向

从高能角度来说，固体推进剂应最大程度对自身能力水平不断进行提高。目前，国内外已对含能催化剂的研究给予高度重视，因此这也是燃速催化剂未来发展的一大主要趋势。例如，通过运用5-亚甲基二四唑、5-苯基四唑，制作出相应的铜、铅、锶盐，然后进行探索性实验研究，即在改性双基推进剂配方中运用以上几种金属盐的单一催化剂，研究结果表明，针对复合改性双基推进剂，四唑类金属盐类能够成为其有效的含能燃烧催化剂;针对RDX-CMD B推进剂，在其内加入6种含能羟基吡啶铅、铜盐，对其燃烧性能产生的影响进行深入研究，研究结果表明，在推进剂中加入含能的羟基吡啶铅盐，能够对推进剂的压强指数、催化燃烧作用进行有效提高;在固体推进剂中加入消烟剂或者非铅催化剂，同事对盐类用量、金属氧化物用量、金属粉用量进行减少，能够对固体推进剂燃烧产生很多金属粒子烟雾现象进行有效避免，推进剂便会具有低特征信号。

参考文献：

[1]宋秀铎，赵凤起，陈沛.固体推进剂用非铅燃速催化剂研究最新进展[J].含能材料，2017（03）.

[2]唐松青，丁宏勋.丁羟推进剂的高效燃速催化剂[J].化学推进剂与高分子材料，2018（01）.