纳米稀土氧化物对硼粉燃烧性能的影响研究(2)
目前，改进硼粉燃烧性能的主要途径有：硼粉的表面包覆；预先将硼粉加入到有机高分子中进行造粒，然后常规制药；在推进剂中加入低燃点金属(如铝、镁等)或硼与金属化合物；改进发动机的结构等。
1.2 硼粉的表面包覆
选取硼粒子表面包覆的包覆剂应考虑以下三点：
1.2.1 降低硼的燃点
有关硼粉燃烧的研究表明[3]，硼的点火温度相当高，约为1950K。因此，应着眼于降低硼的燃点以提高硼粉的燃烧性能。相关试验表明，通过对硼粒子的表面进行包覆，可有效地降低硼的燃点。此外，硼的金属化合物如硼化钛(TiB2)、硼化镁(MgB2)、硼化锆(ZrB2)等的燃点较低，可部分代替配方中的硼粉，以提高硼粉的点火及燃烧性能。
1.2.2 硼颗粒表面除膜
硼颗粒燃烧可分两个阶段进行，首先当硼颗粒温度达到1800～2000 K时，开始发光，然后变暗；当周围环境温度达到足够高时，硼颗粒再次燃烧，产生明亮的羽状火焰。第一个阶段主要是硼颗粒表面的氧化过程，氧化硼(B2O3)膜层厚度逐渐增加，B2O3的熔点较低(460℃[4]，450℃[5])，但是沸点较高(1860℃)[4]，故液态的B2O3较难挥发，紧密地附着于硼颗粒的表面，对氧气的渗透以及扩散形成了较大的阻力。当环境温度达到相当高时，表层的液态氧化物B2O3(l)的粘度也随之降低，并且开始加速挥发，氧气的扩散阻力降低，即发生第二个阶段的羽状燃烧。
因此，如果能通过化学反应除去硼颗粒的表层氧化膜，则可有效地提高硼颗粒的点火及燃烧性能。氧化硼为酸性氧化物，可与氢氧化钠等作用，降低其粘稠性，但是相容性并不好。比较有希望的是LiF和(PVDF)，LiF可与B2O3作用，生成的产物为气态，可挥发，因次达到了较好的除膜效果[6]。聚偏氟乙烯在500℃左右分解放出HF，而HF则可进一步跟B2O3作用：6HF+B2O3→2BF3+3H2O。但目前PVDF不易获得。
1.2.3 提高燃温
氧化硼的熔点低，但沸点高，故液态氧化硼只有达到足够高的温度才能挥发。提升燃烧温度可加快液态氧化硼的挥发，使硼与氧气的反应得以持续进行。因此，可以选用含能物质包覆硼粉，这主要有两大类：a)氧化剂，如AP、KP、硝酸钾(KN)等。氧化剂分解放出的活性氧促使部分硼燃烧，因而提高了燃温；b)含叠氮基的化合物，如NaN3、GAP等。GAP是高能量、高密度的叠氮基缩水甘油聚合物，叠氮基(一N3)分解时释放出大量的热，可用来加热硼颗粒，使其达到足够高的温度。叠氮化物的一个显著特点是分解时不产生氧，因而在一定程度上可以减少硼颗粒表层的氧化膜的生成。
1.3 研究进展
1.3.1 贫氧推进剂
贫氧推进剂有称之为富燃料推进剂，其对氧化剂的要求是：有效含氧量高、生成焓高、密度大、物理安定性好、与粘合剂相容性好、气体生成量大等等；对粘合剂的选择准则是：燃烧热值高、较强的容装固体组分能力和制造容易；对金属添加剂的要求是：高燃烧热和较高密度。贫氧推进剂的燃烧特性是：其燃烧具有不稳定性、点火困难、燃烧缓慢、燃烧不完全等。贫氧推进剂可分为不同类型，可按能量大小可分为中能和高能(贫氧推进剂)，也可按添加的燃料不同来分为铝镁、含硼和碳氢(贫氧推进剂)。贫氧推进剂主要应用在冲压发动机方面，随着冲压发动机的技术要求的不断提高，贫氧推进剂也不断地得到了发展。我国研制贫氧推进剂主要从上世纪70年代开始，目前来说，含硼高能贫氧固体推进剂也得到了长足的发展。
1.3.2 含硼贫氧推进剂
1)一次喷射效率
如果固体燃料冲压发动机采用含硼贫氧推进剂时，其在燃气发生器中主要靠粘合剂和氧化剂的相互反应来文持燃烧，而硼粒子却基本上不参与反应，仅仅是不断地吸热，充分预热，来为喷射到补燃室内点火创造条件。因此，需要燃气发生器中的燃温必须保持在足够高的温度。为了能够让含硼贫氧推进剂在发动机中发挥其真实的热值，首先要保证的就是要求一次喷射效率足够高。此外，含硼贫氧推进剂也有一个最低限度的氧化剂含量，因为随着氧含量的增加，一次喷射的效率也会随之增加，但是能量值(热值)却会随之降低。而若氧化剂含量低于一定限度时，会导致碳氢燃料的严重不完全燃烧，导致积碳，从而降低了一次喷射效率，严重的话，则可能导致自燃。
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