纳米铝热剂制备、表征及在微推进阵列中的应用研究

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100nm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Al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145μN·s。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文研究工作

2 纳米铝热剂选择与制各

2．1 几种纳米铝热剂简介

2．1．1 超级纳米铝热剂的热性能比较

2．1．2 纳米铝热剂的激光点火比较

2．1．3 纳米铝热剂与点火桥初步匹配实验

2．2 纳米CuO和Al／CuO的制备和表征

2．2．1 试剂和仪器

2．2．2 实验过程

2．2．3 纳米CuO和纳米Al／CuO的表征

2．2．4 点火和燃烧过程比较

2．3 电泳沉积方法制备纳米Al／CuO

2．3．1 电泳沉积原理

2．3．2 原材料与仪器

2．3．3 纳米Al／CuO电泳制备过程

2．3．4 电泳沉积制备纳米Al／CuO的影响因素

2．3．5 电泳沉积纳米Al／CuO的表征

2．4 本章小结

3 微装药方法研究

3．1 含能油墨的配方设计及性能研究

3．1．1 含能油墨的性能和配方设计

3．1．2 含能油墨性能表征

3．1．3 三种载体下含能油墨的点火比较

3．2 喷墨打印装药

3．2．1 喷墨打印装置

3．2．2 喷墨打印与湿法压装协同装药效果研究

3．3 本章小结

4 纳米铝热剂在固体微推进器中应用研究

4．1 微尺度燃烧特性

4．2 微孔中Al／CuO燃烧特性

4．2．1 激光作用的延迟时间

4．2．2 不同喷墨装药次数下的燃烧性能

4．2．3 不同Φ值下的燃烧性能

4．2．4 不同NC含量下燃烧性能

4．3 微管道中Al／CuO的燃烧性能

4．3．1 不同孔径下的特性分析

4．3．2 不同粒径下的特性分析

4．4 喷墨打印微孔装药下作功的初步探索

4．4．1 微推进器的封装键合介绍

4．4．2 冲量测试

4．5 本章小结

5 结论和展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况