固体推进剂高能燃料三氢化铝

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1、万方数据增刊含能材料1611引言固体推进剂高能燃料三氢化铝‘姚小龙，曹一林，何金选(中国航天科技集团四院四十二所，湖北襄樊441003)摘要：综述了三氢化铝晶体形态特征、0【-Am，的分子结构、合成方法及稳定化途径，在固体推进剂中用三氢化铝代替铝粉可使推进剂理论比冲可以增加100N·8／kg以上。关键词：三氢化铝；合成；稳定化；固体推进剂；高能燃料目前提高固体推进剂能量主要从三方面着手：(1)采用比HMx、AP能量更高的ADN、C-12、TNAz等高能氧化剂；(2)采用GAP、PNIMO等含能粘合剂和增塑剂；(3)用AlH，、BeH：

2、、B等高能燃料代替铝粉。从提高能量的效果来看，第三种方法提高的能量幅度远高于前两种。三氢化铝(AlH，)由于它的燃烧热高、成气性好、无毒等优点可作为一种良好的高能固体、固液推进剂的添加剂。据计算¨J，若在固体推进剂中以AlH，代替铝粉比冲可以提高10s；在固液推进剂中以AlH，代替铝粉比冲可以提高32s；在液体推进剂中添加AlH，比冲可以提高27s。以AlH，、ADN和含能粘合剂组成的固体推进剂，其标准理论比冲可达2883N·s／kg【2J，比传统推进剂高20％～25％。而且环保洁净，可做为典型的高能低特征信号和洁净的推进剂。2三氢化

3、铝的结构和主要性能参数¨’3’7J2．1三氢化铝的晶体形态最初合成的三氢化铝为溶剂化的络合物，离析不出稳定形态的固体三氢化铝，直至1962年美国报道合成出非溶剂化的三氢化铝，才使三氢化铝可能应用于固体推进剂中。据资料报道¨’31，现已发现有八种不同晶体结构的三氢化铝固体，分为非溶剂化固体(Ⅸ、仪’、p、¨8、8晶相)和溶剂化固体(考晶相和醚合物)。由x一衍射分析发现d、d’、B、‰8、￡晶相均由AJ—H一址键所构成，只是结构中原子排布形式不同。专晶相及醚合物中含有或多或少的乙醚，由Al—O和Al—H键组成为固体。仪晶相形成六方形或立方

4、轮廓的结晶，仪7晶相像细小、多重的针状结晶，从单点长大形成毛绒绒的小球，1晶相形似一束束稠密的针状结晶，醚化晶相沉淀为半透明的小球。在所有的三氢化铝晶体结构类型中，d—mH。在结构上是最稳定的，其特征为六方形或立方轮廓的结晶。实践也证明d—AlH，是至今分离出来的最稳定晶相。p相和1相经过进一步加热可转化为稳定的d相，仪’、8、8和考晶相不能转变为仪相，且热稳定性差。所以只有仪一AlH，具有实际应用意义。文献H1给出了仪一AlH，粒子在光学显微镜和扫描电子显微镜下的精选照片，见图1和图2。总的看似乎是致密透明的晶体，有良好的晶面和晶边

5、构形。2．2甜越H，的晶体键型和结构研究发现仪．AlH，为六方晶体，晶体中的Al和H通过高度极化的共价键相连，属于共价键型化合物。仅一AlH，的结‘图1A1H，光学显微照片·作者简介：姚小龙(1975一)，男，工程师，从事含能材料合成研究。万方数据162含能材料第12卷构分析证明属三方晶系六方单胞，每一个单胞中含有六个AlH，分子。其晶胞参数为：o=4．450A，c=11．804A。结构中由AI原子和H原子分别组成交替平面，垂直于C轴堆砌，每个m原子周围有6个H原子形成正八面体配位，由于A1只有三个成键电子，两个Al通过共用H的一个电

6、子形成Al—H—Al缺电子桥键，整个结构由Al—H—AI桥键把整个单胞内的原子联成一个较为稳定的整体，从而在宏观上表现出仅-AlH，具有较好的化学稳定性，如图3所示。图2灿H，扫描电镜照片2．3∞舢H，的红外谱图文献H1报道的q．AlH，的红外光谱图如图4所示。2．4钟越H3的物化性质d—AlH，为白色无挥发性六方晶体，基本不溶或微溶于乙醚，溶于四氢呋喃，对肼惰性，暴露于水中缓慢水解，完全水解需数小时，室温下可储存数月。在150cC左右开始分解，放出氢气和生成金属铝。表1给出了q—AlH，的主要物化性能参数。2．5机械感度机械感度采用

7、落锤感度测试仪和摩擦感度测试仪按照BAM测定。通过研究得到如下数值：冲击感度为50Nm6v6neg；摩擦感度为240N2v6pos；温度为21℃，空气湿度为37％。3∞Am，的合成及稳定化途径3．1廿鲥H3的合成‘1·3^8枷13d—AlH，晶体结构铝为大球，氢为小球I八L一厂＼／＼—＼／＼／V图4a-A1H3的红外光谱图表1世棚，的主要性能参数注：‰为等压下的标准摩尔热容；％：标准摩尔熵；△砖。：标准摩尔生成焓；△G0为标准摩尔生成吉布斯能。国外报道合成三氢化铝的方案很多，主要都是先制备出溶剂化的三氢化铝乙醚络合物，然后通过高温脱醚

8、结晶出d—AlH，。较有现实意义的主要有下面几种：(1)在乙醚溶液中用“AlH。还原AlCl，制备三氢化铝。当配料比IIiAlH4：灿C13为3：1时，反应按下式进行：3LiAlH4+AlCl3—叫AlH3(OEt2)。