高燃烧效率硼粉的可工业化处理技术研究(4)
表1.1 硼、镁、铝的基本性质
元素 分子量 密度/
g•cm-3 熔点/
℃ 沸点/
℃ 蒸发热/
kJ•mol-1 耗氧量/
g 燃烧热/
kJ•mol-1
硼 10.81 2.34 2074 2550 535.81 2.22 1264.17
镁 24.3 1.741 650 1117 136.13 0.66 602.11
铝 26.98 2.70 660 2447 284.44 0.88 1670.59
表1.2 氧化物的基本性质
金属氧化物
分子量 密度/
g•cm-3 熔点/
℃ 沸点/℃
三氧化二硼 69.62 2.46 460 1860
氧化镁 40.30 3.58 2800 3580
氧化铝 101.96 3.97 2045 2980
硼、镁、铝这三种物质是最常用的金属燃烧剂，其中，硼粉作为一种高能燃烧剂，虽然其具有很高的燃烧能量，但硼粉的氧化产物氧化硼沸点很高，已经达到了1860℃，而且其覆盖在硼粉表面，不易挥发，这个过程非常缓慢，占据了燃烧时间的很大部分，硼粉被包覆在氧化硼内部无法燃烧完全，进而导致含硼推进剂能量降低。
1.1.3 硼粉在复合推进剂中的应用
硼粉是固体推进剂中常用的燃烧剂，许多学者和机构都在研究含硼富燃料推进剂的配方，目前硼粉含量一般控制在30％左右，采用丁羟、虫胶和氟橡胶等作为粘合剂，用得比较少的是聚酯或GAP等。氧化剂一般采用AP、KP等，其质量热值在35MJ/kg左右，压力指数一般在0.3~0.6之间，而且具有优异的力学性质[6]。
美国在二十世纪八十年代开始研制的含硼富燃料推进剂配方如表1.3[6]所示。美国滨州大学[7]研究表明叠氮化合物所释放的分解热量可以提高含硼富燃料推进剂的点火及燃烧性能。德国拜尔化学公司[8]研究了燃烧速度稳定、燃烧效率高的富燃料推进剂，利用含氟化合物改良推进剂的性能。
表1.3 美国研制的富燃料推进剂配方
性能项目 碳氢燃料富燃料推进剂 含硼富燃料推进剂
配方 65％HTPB+35％AP 50％B+10％HTPB+40％AP
密度/ g•cm-3 1.31 1.887
质量热值/MJ•kg-1 26 35
体积热值/KJ•cm-3 38.7 65.6
燃气温度/K 1264 2228
一次燃烧排气分子量 29.1 32.5
燃气发生器比热比 1.25 1.17
理论空燃比 8.5 5.6
另外，据日本报道的含硼富燃料推进剂配方中[8] ，硼粉的含量达到35％ ，具体配方见表1.4：
表 1.4 日本含硼富燃料推进剂配方组成
配方组成 1 2 3 4
HTPB/％ 16 16 16 16
硼/％ 32 32 32 32
镁/％ 8 8 8 —
锆/％ — — — 8