纳米铝热剂制备、表征及在微推进阵列中的应用研究

作     者：沈龙生 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：叶迎华

授予年度：2015年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070205[理学-凝聚态物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学] 

主      题：纳米铝热剂 固相化学法 电泳沉积法 喷墨打印装药 微孔燃烧 冲量 

摘      要：随着微小型卫星的迅速发展,用于微小卫星姿轨控的微推进技术成为研究热点。本文针对固体化学微推进器点火桥与推进剂点火匹配性以及微装药方法需求,完成了以下主要研究工作：在充分了解纳米铝热剂的制备、表征方法和主要应用的基础上,挑选出四种有发展前景的纳米铝热剂Al/Bi2O3、Al/CuO、Al/Fe2O3和Al/MoO3,再通过它们的热性能,点火性能和燃烧性能进行进一步分析,筛选出兼顾点火可靠性、安全性与高比冲的纳米铝热剂Al/CuO。通过常温固相法制备合成纳米Al/CuO中的CuO,在通过超声共混法制备纳米Al/CuO,并对其结构和点火性能进行表征,实验结果表明固相法合成的CuO粒径在100nnm左右,性能比较活泼,与纳米Al粉在超声共混法下两种纳米粒子相互包覆,混合均匀,并比较了固相法合成的纳米CuO与普通纳米CuO与相同纳米A1粉制备的纳米铝热剂的性能,结果表明,用固相法合成的纳米CuO制备的纳米铝热剂反应活性大,用其制备的纳米铝热剂燃烧较稳定。将喷墨打印和湿法压装相结合进一步优化微装药方法,有效提高了装药密度,研究了NC、PVB和GAP三种含能油墨载体对装药效果的影响和装药后点火燃烧性能的影响,优选出NC最适合用作含能油墨的载体。初步研究了电泳沉积法制备纳米Al/CuO,结果表明,电泳沉积是一种新颖的制备纳米铝热剂的方法。同时,该方法最大的优势在于沉积的纳米铝热剂形状与电极基底一致性较好,有望用于微尺度异型结构的装药。利用喷墨打印装药实现了微推进器阵列装药,并研究铝热剂Φ值、含能油墨载体含量以及原料粒径对微孔中纳米铝热剂的激光点火燃烧性能,实验结果表明铝热剂最优Φ值为1.6,载体NC含量最优为7.5%,在最优的配方多次喷墨打印微孔装药药剂燃烧产生的冲量约为145μ,N.s。