B、Mg、Al对DBAP燃烧剂燃烧性能影响研究(4)
但由于单质硼的熔点高达2074℃，而其氧化的主要产物B2O3的熔点则只有450℃，在一般的点火条件下，硼粉表面的氧化层容易呈液态，而且B2O3沸点高达1860℃左右，不易挥发，对内部B的氧化反应形成巨大的阻碍作用，导致点火的延迟[15]。在燃烧过程中，不断生成的B2O3可能仍然会以液态的形式对硼粉的进一步燃烧产生阻碍作用，所以其燃烧效率受其氧化物的影响一直没有得到提高[16]，在点火和燃烧阶段氧化物的阻碍作用是制约硼在含能材料领域取得广泛应用的关键因素 。
单位质量的镁和铝燃烧热值比较接近，其中镁更容易点燃。
镁（Magnesium）元素符号为Mg，第Ⅱ主族元素，原子量24.3050，密度1.74kg/m3，是一种轻质有延展性的银白色金属，熔点648.8℃。沸点1107℃，点火温度为550K左右，燃点低，可燃性好，在气相中燃烧形成气相扩散火焰，燃速也较高，在空气中燃烧发出耀眼的白光，放出大量热量。镁粉燃烧所需要的理论空气量是常用金属中最少的，因为镁粉的沸点较低，一次燃烧产物主要以气态存在 [17]，镁金属较低的熔点和沸点使燃烧剂的点火特性和燃烧效率更好
铝(Aluminum),元素符号A1,第Ⅲ主族元素,原子量为26.97,密度为2.7x103kg/m3,为银白色轻金属。熔点933 K,沸点2720 K,点火温度为1300～1500 K,其表面在空气中氧化形成一层厚约0.05μm的氧化膜。铝的氧化物Al2O3溶点的为2323K,沸点3253 K。铝的热胀系数约为氧化铝的4倍,两者不混溶。在燃烧过程中表面形成的这层致密的氧化铝，会阻止铝的完全燃烧，所以实际情况下铝的燃烧热一般不超过理论值的75%，同时，考虑到铝粉添加量对推进剂氧平衡的影响，铝粉在推进剂中的加入一般不能超过18%[6]。
2.1.2 氧化剂
硝酸铵和高氯酸铵是烟火药中常用的氧化剂具备产物均为气体的特点,其中高氯酸铵的生成热高于硝酸铵,能量水平较硝酸铵高,且硝酸铵极易吸湿。
高氯酸铵[18] (Ammonium Perchlorate, AP),分子式 NH4CIO4,密度1.95x103 kg/m3,白色斜方晶体,447.15K发生分解,537.15K会发生晶型转变,由斜方晶体变为立方晶体,具有和粘结体系相容性好,吸湿性较小,成本低的优点。高氯酸铵是复合推进剂中常使用的氧化剂之一。
为了充分发挥可燃剂的热效应,烟火药的配方设计原则一般是按零氧平衡,。
2.1.3 双基药
双基药的主要组分是硝化甘油(NG) 和硝化纤文素(NC),还包括一定含量的其他功能助剂。硝化纤文素(NC)是由硝酸和纤文素通过酯化反应得到的高分子含能材料,不仅可以为燃烧提供能量,还可通过溶剂的作用形成高聚物塑溶胶,把火药中的其他组分牢固的粘结在一起,从而使火药具有一定的形状和力学性能。硝化甘油(NG)是由硝酸和丙三醇通过酯化反应制得的含能材料,提供能量的同时还能提高硝化棉的塑性,从而改善火药的力学性能[2]。
双基药中的其他功能助剂包括安定剂,钝化剂,金属氧化物类催化剂等。安定剂用来吸收推进剂组分分解出来的二氧化氮和酸,避免火药成分自催化反应的进行,从而可以延长推进剂的贮存年限。金属氧化物类催化剂和钝化剂的作用是普遍增强或降低双基药的燃烧速度。
在双基药中加入高氯酸铵和金属粉, 此类推进剂为复合双基药。这不仅可以改善双基药的装药尺寸，还可进一步提高双基药的能量水平。
2.2 配方设计
下文中为了叙述方便,以DB指代双基药,AP指代高氯酸铵,B指代使用的硼粉,Mg指代使用的镁粉，A1指代使用的铝粉。
按照实验的需要，设计了五种配方，其中纯DB的配方设为1#组分，DB/AP的配方设为2#组分，DB/AP/B的配方设为3#组分，DB/AP/Al的配方设为4#组分，DB/AP/Mg的配方设为5#组分。