含能燃燒催化劑K2Pb[Cu(NO2)6]對RDX-CMDB推進(jìn)劑性能的影響①

夏 亮，郭效德，梁 力，吳瑞強(qiáng)，魏曉琳，郭鑫娟

(1.南京理工大學(xué) 國家特種超細(xì)粉體工程技術(shù)研究中心，南京 210094；2.山西興安化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司，太原 030008)

0 引言

近年來，國內(nèi)外科學(xué)研究者都致力于研究新型固體推進(jìn)劑[1-2]。固體推進(jìn)劑作為導(dǎo)彈和火箭發(fā)動機(jī)的動力源[3]，其發(fā)展方向大致是高能量、高燃速、低特征信號。但這些新型推進(jìn)劑面臨著燃燒壓力指數(shù)高且難調(diào)節(jié)、燃燒二次火焰大、不穩(wěn)定燃燒嚴(yán)重等諸多燃燒難題[4]。使用燃燒催化劑是調(diào)節(jié)固體推進(jìn)劑燃燒性能的有效途徑之一，低的壓強(qiáng)指數(shù)是保證彈道性能穩(wěn)定和發(fā)動機(jī)工作可靠的關(guān)鍵[5]。

在改性雙基推進(jìn)劑中，鉛鹽主要是促進(jìn)表面層組分的分解反應(yīng)，起主導(dǎo)催化作用；銅鹽可以降低鉛鹽的分解溫度，其分解產(chǎn)生的銅/氧化銅對氣相區(qū)的反應(yīng)進(jìn)行催化，起助催化作用?？梢?，銅鹽和鉛鹽的搭配使用，可以在改性雙基推進(jìn)劑中起到協(xié)同催化作用。K2Pb[Cu(NO2)6][6-9]是一種鈍感含能燃燒催化劑，其撞擊感度為H50>60 cm，摩擦感度為0%，爆熱值為514 J/g，其分子內(nèi)含有硝基基團(tuán)、鉛離子、銅離子以及能起到消焰作用的鉀離子(晶體結(jié)構(gòu)如圖1所示)，在改性雙基固體推進(jìn)劑中可作為一種燃燒催化劑起協(xié)同催化作用，同時(shí)兼消焰和為推進(jìn)體系提供能量作用。

圖1 K2Pb[Cu(NO2)6]晶體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of K2Pb[Cu(NO2)6] crystal structure

吳曉燕[10]采用反相微乳液法成功制備出粒徑為300 nm左右的面心立方晶形的。K2Pb[Cu(NO2)6]，同時(shí)采用了室溫固相反應(yīng)法制備1 μm左右多面體狀的K2Pb[Cu(NO2)6]，并研究了其與HMX、RDX的熱分解特性。崔海勇[11]采用PVP分散沉淀法制備出1 μm左右的六邊形的K2Pb[Cu(NO2)6]，并研究其對AP的熱分解特性。但目前缺乏此類燃燒催化劑對改性雙基固體推進(jìn)劑的燃燒性能的影響研究。

為了揭示這種硝基配合物給改性雙基固體推進(jìn)劑燃燒過程帶來的影響，推動該類燃燒催化劑在改性雙基固體推進(jìn)劑中的應(yīng)用，本實(shí)驗(yàn)將制備出K2Pb[Cu(NO2)6]作為含能燃燒催化劑代替一種RDX-CMDB固體推進(jìn)劑配方中的鉛鹽和銅鹽實(shí)際應(yīng)用到固體推進(jìn)劑中，并對其燃燒性能、安定性能等進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)試劑：硝酸鉛(AR)，西隴科學(xué)股份有限公司；硝酸銅(AR)，中國上海新寶精細(xì)化工廠；亞硝酸鉀(CP)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；無水乙醇(AR)，南京化學(xué)試劑有限公司。

固體推進(jìn)劑主要原材料：硝化棉(NC，含氮量約12%)、硝化甘油(NG)、黑索今(RDX)、3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮鉛正鹽(N-P)、水楊酸銅、己二酸銅、2，4-二羥基苯甲酸銅(β-Cu)以及其他助劑等均為工業(yè)品。

儀器設(shè)備：X射線粉末衍射儀(XRD)，D8型，德國Bruker公司；掃描電鏡(SEM)，S-4800Ⅱ，日本Hitachi公司；激光干法粒度儀，Master Sizer 2000型，英國馬爾文公司產(chǎn)；高效液相色譜儀(HPLC)，UltiMate 3000，德國賽默飛世爾科技公司；電子天平，AB-104-N型，Mettler Toledo-Group； 2 kg吸收器，中國；臥式光輥壓機(jī)，中國；充氮恒壓燃速儀，BX-2000D型，西安電子科技大學(xué)；金屬塊恒溫浴，1001型，德國FabnikNr公司；普通照相機(jī)，D7500型，Nikon；四視窗燃燒室，南京理工大學(xué)自制；高速攝影儀，HG-100K型，美國Photronics公司。

1.2 亞微米K2Pb[Cu(NO2)6]制備

本試驗(yàn)主要采用共沉淀法制備K2Pb[Cu(NO2)6]。按照摩爾質(zhì)量比1∶1∶10分別稱取適量Pb(NO3)2，Cu(NO3)2·3H2O及KNO2。將Pb(NO3)2和Cu(NO3)2·3H2O放入燒杯中并加入適量的去離子水?dāng)嚢枞芙猓玫饺芤篈；將KNO2放入另一燒杯中并加入適量的去離子水?dāng)嚢枞芙?，得到溶液B。在室溫?cái)嚢钘l件下，將溶液A緩慢倒入溶液B中，攪拌1 h，直至沉淀完全，停止攪拌并陳化1 h。將沉淀用乙醇洗滌并抽濾3次，在60 ℃烘箱中干燥12 h后，得到黑色產(chǎn)物。

1.3 固體推進(jìn)劑樣品的制備

本組實(shí)驗(yàn)選用一種RDX-CMDB推進(jìn)劑做空白對照(0#)，將K2Pb[Cu(NO2)6]作為含能燃燒催化劑代替RDX-CMDB推進(jìn)劑的鉛鹽和銅鹽添加到推進(jìn)劑中，構(gòu)成參比配方。采用無溶劑壓伸成型工藝，經(jīng)過吸收-驅(qū)水-放熟-壓延-切成藥條工序，制備出固體推進(jìn)劑樣品[12]。

推進(jìn)劑配方各組分含量如表1所示。

表1 推進(jìn)劑配方組分含量Table 1 Composition and content of solid propellant formula %

1.4 測試儀器及試驗(yàn)方法

(1)推進(jìn)劑的燃速

按照GJB 770B—2005方法706.1靶線法測試固體推進(jìn)劑靜態(tài)燃速。將固體推進(jìn)劑樣品處理成φ5 mm×150 mm小藥柱，側(cè)面用聚乙烯醇溶液浸漬包覆6次并晾干，然后在充氮調(diào)壓式燃速儀中進(jìn)行燃速測試，實(shí)驗(yàn)溫度20 ℃，壓力范圍8～18 MPa，每隔2 MPa測一個燃速值。每個壓力下同時(shí)測定5根藥條的燃速計(jì)算出燃速的平均值；然后通過Vielle燃速方程u=αpn(u為燃速，α為系數(shù)，p為壓力，n為燃速壓強(qiáng)指數(shù)) 計(jì)算燃速壓強(qiáng)指數(shù)n。

(2)火焰結(jié)構(gòu)照片

采用單幅放大彩色攝影法來拍攝HMX-CMDB固體推進(jìn)劑在1、2、3 MPa壓強(qiáng)下燃燒時(shí)的火焰結(jié)構(gòu)照片。實(shí)驗(yàn)時(shí)，把不包覆的5.0 mm×5.0 mm×50 mm的樣品垂直裝在點(diǎn)火架上，然后把點(diǎn)火架放入四視窗透明燃燒室中，充氮?dú)庵令A(yù)先設(shè)定壓強(qiáng)，并形成自下而上的氮?dú)鈿饬鳌２捎?0 V直流電源做點(diǎn)火源，通過程序控制器用15 mm鎳鉻合金絲從樣品上端點(diǎn)燃試樣，在適當(dāng)時(shí)候啟動高速攝影儀，即可得到固體推進(jìn)劑試樣穩(wěn)態(tài)燃燒時(shí)的火焰結(jié)構(gòu)照片。

(3)化學(xué)安定性測定

采用GJB 770B—2005 方法503.3甲基紫法測試固體推進(jìn)劑的化學(xué)安定性能。將試樣置于專用試管內(nèi)，在規(guī)定的溫度下加熱，測定試樣分解釋放的氣體使甲基紫試紙由紫色轉(zhuǎn)變成橙色的時(shí)間或試樣連續(xù)加熱到305 min是否爆熱[13]，以其表示試樣的化學(xué)安定性。實(shí)驗(yàn)溫度為120 ℃，每份推進(jìn)劑試樣平行測定5個結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 K2Pb[Cu(NO2)6]表征

由圖2(a)可看出，所制備的K2Pb[Cu(NO2)6]樣品呈面心立方體晶型，形貌規(guī)整，粒徑分布較寬，無明顯團(tuán)聚現(xiàn)象。由圖2(b)的 XRD 圖譜中的衍射峰與標(biāo)準(zhǔn)卡(JCPDS NO.27-0381)一致，2θ為 14.390°、 16.713°、23.579°、27.769°、33.597°以及 41.483°處的衍射峰，分別對應(yīng)面心立方結(jié)構(gòu)的(1 1 1)、(2 0 0)、(2 2 0)、(3 1 1)、(4 0 0)和(4 2 2)晶面。K2Pb[Cu(NO2)6]的X射線衍射峰強(qiáng)且尖銳，基本沒有雜峰出現(xiàn)，說明制備的產(chǎn)品具有較高的純度，且具有較好的結(jié)晶度，同時(shí)較窄的半峰寬還表明產(chǎn)物具有較大的晶粒。從圖2(c)可看出，所制備的K2Pb[Cu(NO2)6]樣品平均粒徑在12 μm左右，且粒徑分布較均勻。高效液相色譜儀(HPLC)以10%甲醇溶液為流動相對K2Pb[Cu(NO2)6]樣品進(jìn)行純度測試(見圖2(d))，發(fā)現(xiàn)僅存在一個峰，樣品組分保留時(shí)間為0.333 min，說明樣品中無雜質(zhì)，純度非常高，達(dá)到100%。X射線能譜分析(EDS)測試結(jié)果如圖2(e)所示，可進(jìn)一步證明樣品是由K、Pb、Cu、N、O五種元素組成，其中K元素質(zhì)量百分比為8.18%，Pb元素質(zhì)量百分比為33.26%，Cu元素質(zhì)量百分比為16.11%，N元素質(zhì)量百分比為11.62%，O元素質(zhì)量百分比為30.83%。

(a)SEM image(50 μm) (b)XRD spectrum

(c) Particle size distribution (d)HPLC

(e)EDS圖2 K2Pb[Cu(NO2)6]的SEM、XRD、粒度分布、HPLC及EDS表征Fig.2 SEM，XRD，particle size distribution，HPLC and EDS of K2Pb[Cu(NO2)6]

2.2 K2Pb[Cu(NO2)6]對RDX-CMDB推進(jìn)劑性能的影響

2.2.1 K2Pb[Cu(NO2)6]不同加樣方式對RDX-CMDB推進(jìn)劑燃速特性的影響

K2Pb[Cu(NO2)6]是一種水溶性配合物，溶解度伴隨著溫度的升高而升高，溶解度曲線圖如圖3所示。而無溶劑壓伸成型工藝中吸收過程水溫控制在55 ℃左右，如果直接加入該物質(zhì)會有很大的溶解損失，影響體系效果。

圖3 K2Pb[Cu(NO2)6]的溶解度(0～60 ℃)大致曲線圖Fig.3 General curve of solubility (0～60 ℃) of K2Pb[Cu(NO2)6]

本組實(shí)驗(yàn)選用一種RDX-CMDB推進(jìn)劑做空白對照，采用內(nèi)加法[14]和外加法兩種加樣方式將K2Pb[Cu(NO2)6]作為含能燃燒催化劑代替RDX-CMDB推進(jìn)劑的鉛鹽和銅鹽添加到推進(jìn)劑中，其中內(nèi)加法是用凡士林包覆K2Pb[Cu(NO2)6]后添加到RDX-CMDB推進(jìn)劑中，可以減少K2Pb[Cu(NO2)6]溶解損失；外加法是吸收藥制作完成后，將K2Pb[Cu(NO2)6]通過物理攪拌與吸收藥混合后壓伸成推進(jìn)劑藥條。推進(jìn)劑配方如表1所示，0#為空白推進(jìn)劑配方，1#為內(nèi)加法添加K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑，2#為外加法添加K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑。對這兩種加樣方式制備的推進(jìn)劑進(jìn)行燃速測試，燃速及壓強(qiáng)指數(shù)結(jié)果見表2。

由表2可看出，在8～12 MPa范圍內(nèi)，空白配方推進(jìn)劑(0#)的燃速和內(nèi)加方式添加K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑(1#)的燃速相差無幾，但從14 MPa開始，配方0#的燃速明顯逐漸高于配方1#的燃速，尤其在18 MPa下，配方0#比配方1#的燃速高出約2 mm/s。在8～12MPa范圍內(nèi)，配方0#的燃速明顯高于外加法添加K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑(2#)的燃速，在8～12 MPa范圍內(nèi)，配方0#的燃速和配方2#的燃速相差無幾，在18 MPa下，配方0#比配方2#的燃速高出約1.3 mm/s。此外，在8～12 MPa范圍內(nèi)，配方1#的燃速略微高于配方2#的燃速，在14～18 MPa范圍內(nèi)，配方2#的燃速略微高于配方1#的燃速。壓強(qiáng)指數(shù)分析結(jié)果可看出，在8～12 MPa范圍內(nèi)，配方0#的壓強(qiáng)指數(shù)為0.372，配方1#的壓強(qiáng)指數(shù)為0.387，與配方0#的壓強(qiáng)指數(shù)相差不大。在14～18 MPa范圍內(nèi)，配方1#的壓強(qiáng)指數(shù)比配方0#的壓強(qiáng)指數(shù)降低了0.373。在8～18 MPa范圍內(nèi)，配方1#的壓強(qiáng)指數(shù)為0.463，比配方0#的壓強(qiáng)指數(shù)降低了0.115。在8～12 MPa范圍內(nèi)配方2#的壓強(qiáng)指數(shù)為0.599，在14～18 MPa范圍內(nèi)的壓強(qiáng)指數(shù)為0.773，在8～18 MPa范圍內(nèi)的壓強(qiáng)指數(shù)為0.712。顯然外加法與內(nèi)加法相比，對RDX-CMDB推進(jìn)劑的燃燒性能影響較大，不利于調(diào)節(jié)RDX-CMDB推進(jìn)劑的燃燒性能。

綜合考慮，在8～18 MPa范圍內(nèi)，添加K2Pb[Cu(NO2)6]作含能燃燒催化劑對RDX-CMDB推進(jìn)劑的燃速提升作用不明顯，隨著壓強(qiáng)的逐漸升高，燃速較為平穩(wěn)提升。K2Pb[Cu(NO2)6]采用內(nèi)加法添加至RDX-CMDB推進(jìn)體系比外加法效果好，可降低推進(jìn)體系的壓強(qiáng)指數(shù)。

表2 兩種加樣方式對RDX-CMDB推進(jìn)劑的燃速及壓強(qiáng)指數(shù)的影響Table 2 Effects of two sampling methods on combustion performance and pressure index of RDX-CMDB propellant

2.2.2 K2Pb[Cu(NO2)6]對RDX-CMDB推進(jìn)劑燃燒火焰的影響

通過單幅放大彩色攝影技術(shù)獲取內(nèi)加法添加K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑在1、2、3 MPa壓強(qiáng)下燃燒時(shí)的火焰結(jié)構(gòu)照片，如圖4所示。

從添加K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑樣品火焰照片可看出，在1 MPa時(shí)，火焰區(qū)面積較小，火焰出現(xiàn)分叉，很明顯能看清推進(jìn)劑燃面(固相加熱區(qū))、氣相擴(kuò)散區(qū)(暗區(qū))及火焰區(qū)。當(dāng)壓力升至2 MPa時(shí)，火焰區(qū)面積增大，亮度增大，火焰未發(fā)生分叉，氣相擴(kuò)散區(qū)勉強(qiáng)可以觀察到。在1 MPa和2 MPa壓力下，氣象擴(kuò)散區(qū)的存在，意味著在暗區(qū)產(chǎn)生的分解氣體的擴(kuò)散速度大于火焰區(qū)的燃燒速度，即K2Pb[Cu(NO2)6]主要催化了推進(jìn)劑固體組成成分的快速分解，同時(shí)對氣體燃燒過程沒有催化效應(yīng)；而且氣象擴(kuò)散區(qū)隨著壓力的增大而減小，意味著在暗區(qū)產(chǎn)生的分解氣體的擴(kuò)散速度減小，漸漸趨向與火焰區(qū)的燃燒速度，即K2Pb[Cu(NO2)6]催化了推進(jìn)劑固體組成成分的快速分解，同時(shí)對氣體燃燒過程催化效應(yīng)增加。在壓力繼續(xù)升至3 MPa時(shí)，火焰面積和亮度進(jìn)一步增大，只能看到火焰結(jié)構(gòu)的火焰區(qū)和推進(jìn)劑燃面，氣相擴(kuò)散區(qū)消失，意味著在暗區(qū)產(chǎn)生的分解氣體的擴(kuò)散速度小于火焰區(qū)的燃燒速度，即K2Pb[Cu(NO2)6]主要催化了推進(jìn)劑固體組成成分的快速分解，同時(shí)對氣體燃燒過程具有催化效應(yīng)。因此，隨壓力增大，暗區(qū)厚度逐漸變薄直至消失，火焰寬度、亮度均增大，這符合雙基推進(jìn)劑燃燒的一般規(guī)律[15]。此外，從圖4中還可看出，在不同的壓力下，推進(jìn)劑燃面上出現(xiàn)許多亮點(diǎn)，這些亮點(diǎn)應(yīng)當(dāng)是K2Pb[Cu(NO2)6]高溫分解形成的金屬氧化物的熔融球，故催化推進(jìn)劑固體組成成分的快速分解和氣體燃燒過程的催化效應(yīng)是這些金屬氧化物所引起的。此外，將含K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑樣品與原空白推進(jìn)劑樣品均處理成φ5 mm×50 mm小藥柱，側(cè)面用聚乙烯醇溶液浸漬包覆6次并晾干，啟動照相機(jī)，拍攝燃燒火焰，見圖5。

(a)1 MPa (b)2 MPa (c)3 MPa圖4 含K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑在不同壓力下的燃燒火焰照片F(xiàn)ig.4 Photo of combustion flame of RDX-CMDB propellant containing K2Pb[Cu(NO2)6] at different pressures

(a)Blank propellant(0#) (b)Propellant formula containing K2Pb[Cu(NO2)6](1#)圖5 常溫常壓下推進(jìn)劑燃燒火焰Fig.5 Propellant combustion flame at normal temperature and pressure

由圖5可看出，在常溫常壓下，含K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑樣品(1#)的火焰面積明顯比空白推進(jìn)劑(0#)樣品小。由于固體推進(jìn)劑用消焰劑大多數(shù)含有鉀元素，推測在RDX-CMDB推進(jìn)劑樣品添加K2Pb[Cu(NO2)6]，可有效減少燃燒火焰面積，從而達(dá)到抑制火焰面積作用，且推測起抑制火焰面積作用的是K2Pb[Cu(NO2)6]中的鉀元素。

目前，K2Pb[Cu(NO2)6]應(yīng)用在固體推進(jìn)劑中，屬于初步性能研究階段。含K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑是否實(shí)際具有抑制火焰面積作用，需要在火箭發(fā)動機(jī)中采集燃燒火焰照片，并與不含K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑燃燒火焰照片進(jìn)行對比，計(jì)算其燃燒火焰面積，才能驗(yàn)證是否具有抑制火焰面積作用。本組實(shí)驗(yàn)是采用推進(jìn)劑藥條，在常溫常壓下進(jìn)行簡單探究其是否可能對RDX-CMDB推進(jìn)劑有抑制火焰作用，故還有待在火箭發(fā)動機(jī)中予以證實(shí)。

2.2.3 催化機(jī)理分析

為了確認(rèn)在固體推進(jìn)劑中起催化作用的是K2Pb[Cu(NO2)6]的熱分解產(chǎn)物，將一定量的K2Pb[Cu(NO2)6]裝在坩鍋中，并將其放置在馬弗爐中，設(shè)置參數(shù)：終止溫度為500 ℃，升溫速率5 ℃/min，終止500 ℃保溫時(shí)間為30 min。等充分冷卻后，取出坩鍋，收集產(chǎn)物。對產(chǎn)物進(jìn)行XRD表征，結(jié)果如圖6所示。

圖6 K2Pb[Cu(NO2)6]在500 ℃下燃燒產(chǎn)物的XRD譜圖Fig.6 XRD pattern of the combustion products of K2Pb[Cu(NO2)6] at 500 ℃

由圖6可看出，在500 ℃下，K2Pb[Cu(NO2)6]的熱分解產(chǎn)物主要是PbO和CuO，沒有鉀的氧化物生成，說明鉀可能主要是以鉀鹽的形式存在。由于K2Pb[Cu(NO2)6]的熱分解溫度在220 ℃左右，500 ℃的溫度足夠?qū)2Pb[Cu(NO2)6]完全分解。因此，將K2Pb[Cu(NO2)6]添加在固體推進(jìn)劑中，推進(jìn)劑燃燒時(shí)，推進(jìn)劑的燃燒溫度會將K2Pb[Cu(NO2)6]完全分解成PbO和CuO，這兩種氧化物會協(xié)同催化推進(jìn)劑體系的燃燒性能。

2.2.4 少量銅鹽與K2Pb[Cu(NO2)6]復(fù)配后對RDX-CMDB推進(jìn)劑燃速特性的影響

由于加入K2Pb[Cu(NO2)6]后推進(jìn)劑體系壓力指數(shù)偏高，故采用復(fù)配手段降低壓強(qiáng)指數(shù)。對配方1#進(jìn)行復(fù)配，復(fù)配采用內(nèi)加法加樣，并探究復(fù)配后體系對RDX-CMDB推進(jìn)劑壓強(qiáng)指數(shù)的影響。復(fù)配后推進(jìn)劑組分如表1中的3#、4#和5#所示，其中3#采用β-Cu，4#采用水楊酸銅，5#采用己二酸銅。燃速及壓強(qiáng)指數(shù)結(jié)果如表3所示。

表3 復(fù)配后RDX-CMDB推進(jìn)劑的燃速及壓強(qiáng)指數(shù)Table 3 Burningrate and pressure index of RDX-CMDB compound

由表3可看出，在8～18 MPa范圍內(nèi)，隨著壓強(qiáng)的增加，添加K2Pb[Cu(NO2)6]與三種不同銅鹽復(fù)配后的RDX-CMDB推進(jìn)劑在各個壓強(qiáng)下的燃速均高于只添加K2Pb[Cu(NO2)6] 的RDX-CMDB推進(jìn)劑。在K2Pb[Cu(NO2)6]與三種不同銅鹽復(fù)配后的RDX-CMDB推進(jìn)劑中，K2Pb[Cu(NO2)6]和β-Cu復(fù)配的推進(jìn)劑在每個壓強(qiáng)點(diǎn)下的燃速均高于其他兩種銅鹽復(fù)配的推進(jìn)劑。在8～18 MPa范圍內(nèi)，K2Pb[Cu(NO2)6]和水楊酸銅復(fù)配后的推進(jìn)劑的壓強(qiáng)指數(shù)最小，比只添加K2Pb[Cu(NO2)6] 的推進(jìn)劑壓強(qiáng)指數(shù)降低了18.1%；其次是K2Pb[Cu(NO2)6]和己二酸銅復(fù)配后的推進(jìn)劑，比只添加K2Pb[Cu(NO2)6] 的推進(jìn)劑壓強(qiáng)指數(shù)降低了11.6%；最后是K2Pb[Cu(NO2)6]和β-Cu復(fù)配后的推進(jìn)劑，比只添加K2Pb[Cu(NO2)6] 的推進(jìn)劑壓強(qiáng)指數(shù)降低了10.2%。此外，在10～16 MPa范圍內(nèi)，K2Pb[Cu(NO2)6]和水楊酸銅復(fù)配后的推進(jìn)劑的壓強(qiáng)指數(shù)下降至0.290，在8～12 MPa范圍內(nèi)，壓強(qiáng)指數(shù)下降至0.277，效果顯著。

綜上所述，通過采用添加少量銅鹽可有效解決含K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑的燃速壓強(qiáng)指數(shù)大的問題，為K2Pb[Cu(NO2)6]在未來的固體推進(jìn)劑配方設(shè)計(jì)中提供了可能。其中，K2Pb[Cu(NO2)6]與水楊酸銅復(fù)配后對RDX-CMDB推進(jìn)劑體系燃燒性能效果較好，可通過改變合適的K2Pb[Cu(NO2)6]與水楊酸銅的含量比例去調(diào)節(jié)該RDX-CMDB推進(jìn)劑的配方性能，得到較好的新型推進(jìn)劑配方。

2.3 K2Pb[Cu(NO2)6]對RDX-CMDB推進(jìn)劑化學(xué)安定性能的影響

為了考察K2Pb[Cu(NO2)6]對RDX-CMDB推進(jìn)劑化學(xué)安定性的影響，對推進(jìn)劑采用甲基紫法測試化學(xué)安定性，結(jié)果如表4所示。

表4 化學(xué)安定性測試結(jié)果Table 4 Chemical stability test results

由表4可知，添加K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑試樣的化學(xué)安定性表示為：使甲基紫試紙由紫色轉(zhuǎn)變成橙色的時(shí)間為95 min或試樣連續(xù)加熱305 min不爆熱。添加K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑(1#)的化學(xué)安定性與對應(yīng)的原空白配方(0#)相比，使甲基紫試紙由紫色轉(zhuǎn)變成橙色的時(shí)間延長5 min，燃爆時(shí)間均大于305 min，無明顯差別。說明添加K2Pb[Cu(NO2)6]后的RDX-CMDB推進(jìn)劑的化學(xué)安定性在標(biāo)準(zhǔn)許可范圍內(nèi)，對這RDX-CMDB推進(jìn)劑的化學(xué)安定性影響不大，可作為含能燃燒催化劑在RDX-CMDB推進(jìn)劑中使用。

3 結(jié)論

(1)采用共沉淀法制備的含能燃燒催化劑K2Pb[Cu(NO2)6]呈立方晶型，形貌規(guī)整，分散性較好，純度非常高，達(dá)到100%。

(2)采用內(nèi)加法將K2Pb[Cu(NO2)6]添加至RDX-CMDB推進(jìn)劑中，可降低推進(jìn)體系的壓強(qiáng)指數(shù)；內(nèi)加法優(yōu)于外加法，并可保證其在推進(jìn)劑中均勻分散。少量三種不同銅鹽與K2Pb[Cu(NO2)6]復(fù)配后添加到RDX-CMDB推進(jìn)劑中，發(fā)現(xiàn)均有明顯降低壓強(qiáng)指數(shù)和穩(wěn)定燃速作用。其中，在推進(jìn)劑配方中加入少量水楊酸銅效果更佳。

(3)火焰結(jié)構(gòu)表明，添加K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑燃燒符合雙基推進(jìn)劑燃燒的一般規(guī)律；在常溫常壓下，發(fā)現(xiàn)添加K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑具有抑制燃燒火焰面積作用。

(4)催化機(jī)理表明，K2Pb[Cu(NO2)6]的熱分解產(chǎn)物主要是PbO和CuO，可協(xié)同催化來調(diào)節(jié)推進(jìn)劑的燃燒性能。

(5)化學(xué)安定性表明，添加K2Pb[Cu(NO2)6]的RDX-CMDB推進(jìn)劑的化學(xué)安定性能在標(biāo)準(zhǔn)許可范圍內(nèi)，對RDX-CMDB推進(jìn)劑化學(xué)安定性影響不大，可作為含能燃燒催化劑，在RDX-CMDB推進(jìn)劑中使用。