《火炸药技术系列专著:固体推进剂燃烧催化剂》共分8章。主要介绍了燃烧催化剂的概念和内涵、分类和特性、主要表征方法和未来发展趋势,并概述了开展固体推进剂燃烧催化剂研究的重要意义;重点介绍了几类含单金属(铅、铋、铜、钡、铁等)的常用燃烧催化剂,也对碳硼烷等应用较为成熟的催化剂进行了介绍,同时对燃烧催化剂的应用及其作用效果进行了示例介绍;介绍了含双金属的燃烧催化剂的合成表征、应用研究及其作用效果,如金属铅铜双金属配合物、金属铋基双金属配合物、金属锆基双金属配合物、双金属复合氧化物、光吸收型燃烧催化剂等,该部分内容主要为作者所带领研究团队的成果。
固体推进剂作为动力源,是实现火箭导弹远程攻击、高效毁伤的前提条件,具有结构简单、加工方便、发射迅速、可靠性高、成本较低等优点,在国防军事领域的武器装备中占有支配地位。大多数战略导弹、地空导弹及炮兵战术火箭和全部的火箭炮、反坦克导弹以及火箭增程弹使用的都是固体推进剂。推进剂通过在发动机燃烧室内燃烧释放出能量,从而控制火箭导弹的飞行速度和射程。与能量性能、力学性能和安定性相比,燃烧性能是固体推进剂技术的核心,其不仅影响到推进剂能量释放的规律,还对发动机工作可靠性、火箭武器射击精度和射程起着决定性的作用。
燃烧性能调节是现代固体推进剂研究的关键技术之一,使用燃烧催化剂是调节固体推进剂燃烧性能的途径。燃烧催化剂是指以化学方法改变固体推进剂燃烧性能的化合物,是固体推进剂必不可少的重要组分,其作用主要是:①改变推进剂在低压燃烧时的化学反应速度;②降低推进剂燃速受压力、温度影响的敏感程度;③改善推进剂的点火性能;④提高推进剂的燃烧稳定性;⑤调节推进剂燃速,实现发动机设计的不同推力方案。因此,系统深入研究固体推进剂燃烧催化剂,对于掌握调控固体推进剂燃烧性能的新途径,提高推进剂的综合性能具有重要的理论意义和应用价值,同时也对推动军用火箭导弹和航天航空工程火箭推进剂的发展有着重要的意义。
全书共分8章。第1章主要介绍了燃烧催化剂的概念和内涵、分类和特性、主要表征方法和未来发展趋势,并概述了开展固体推进剂燃烧催化剂研究的重要意义;第2章重点介绍了几类含单金属的新型燃烧催化剂,同时对燃烧催化剂的应用及其作用效果进行了示例介绍;第3章介绍了双金属有机化合物燃烧催化剂的合成表征、应用研究及作用效果,如金属铋基、锆基双金属配合物等,该部分内容为燃烧与爆炸技术重点实验室的重要创新成果;第4章详细介绍了当前固体推进剂领域研究较热的纳米燃烧催化剂,包括纳米金属氧化物、纳米金属复合物、纳米有机金属盐、超级铝热剂型燃烧催化剂,并对催化剂的应用效果进行了示例介绍;第5章围绕新型轻质碳材料负载型燃烧催化剂的制备、表征进行了详细介绍,包括碳纳米管负载型催化剂和石墨烯负载型催化剂,并对催化剂的应用效果进行了示例介绍;第6章从NTO金属盐、吡啶类化合物、唑类化合物、硝基苯类化合物等含能燃烧催化剂的合成、表征出发,介绍了其基础特性和应用研究的进展;第7章阐述了多个有关双基系推进剂的催化燃烧机理,并论述了催化燃烧中的化学反应本质;第8章详细叙述了有关复合推进剂的催化燃烧机理,并讨论了燃烧催化剂在复合推进剂燃烧中的作用机理。
本书中的大部分内容为作者在固体推进剂及燃烧领域研究的重要成果,是作者及其研究团队多年研究工作的结晶,同时也梳理介绍了国内外同行们的相关研究成果。本书的撰写工作由赵凤起、仪建华、安亭、汪营磊和洪伟良合作完成。赵凤起参与了全书各章的撰写,仪建华负责了第4和第5章的撰写,安亭负责了第2和第8章的撰写,汪营磊负责了第3和第6章的撰写,深圳大学洪伟良教授也参与了部分章节的撰写工作。全书由赵凤起和安亭统稿。
值此书稿完稿之际,适逢燃烧与爆炸技术重点实验室成立22周年,特著此书以表纪念。实验室成立之初,即开始了与推进剂燃烧相关的实验平台建设工作,通过不断搭建完善稳态燃烧、不稳定燃烧、羽流特性、激光光谱燃烧诊断、钝感特性、点传火等实验系统,逐渐形成了用于固体推进剂燃烧研究的综合实验平台。
本书的完成得到了各方面的支持及悉心帮助。在此,作者特别感谢总装备部国防科技重点实验室基金和国家国防科工局的项目资助,感谢南京理工大学王泽山院士为本书作序。同时感谢国防科工局李红副巡视员,高绿化处长,中国兵器工业集团公司科技部黄辉处长、冯雪艳副处长,北京理工大学谭惠民、罗运军、王宁飞和张同来等教授,南京理工大学李凤生、宋洪昌、芮筱亭、廖昕、何卫东和姜炜等教授,中北大学肖忠良教授,国防科学技术大学张炜教授,深圳大学田德余教授,西北大学谢钢、马海霞和徐抗震等教授,陕西师范大学张国防、陈新兵和陈沛等教授,西安近代化学研究所李上文、胡荣祖、郝仲璋、张晓宏、樊学忠、刘子如、王江宁、高红旭、胥会祥和姬月萍等研究员,罗阳、轩春雷、宋秀铎、徐司雨、王晗、党永战、李吉祯、丁黎、张衡、郝海霞、裴庆、肖立柏、裴江峰和袁志峰等副研究员,以及西安近代化学研究所所领导对本书撰写的大力支持和悉心帮助。作者还要感谢谭艺、杨燕京和姚二岗在本书编辑和打印方面的协助。本书的出版离不开国防工业出版社肖志力编辑付出的辛勤劳动,在此表示衷心感谢。
由于本书范围广且内容多,作者能力有限,不足之处在所难免,敬请指正。