文献综述
1.背景
硝酰胺铵(ADN)是一种能量高、且不含有卤素的新型氧化剂。用其取代固体推进剂中广泛使用的高氯酸铵(AP)或者硝酸铵,能大幅度地提高推进剂的能量,降低特征信号和减少环境污染,所以被认为是下一代低特征信号推进剂的候选氧化剂之一。
长期以来,低特征信号推进剂一直是研究的热点。所谓的低特征信号推进剂是指燃气中无可见或可探测性烟雾,无红外、紫外、可见光和无电磁波特征信号,对制导导弹的无线电、红外、紫外、激光等信号无干扰和衰减作用的推进剂。随着导弹武器的不断发展,为了减少导弹武器系统可探测性特征信号,达到隐身的目的,要求战略、战术导弹发动机减弱其可见、红外、紫外和雷达等特征信号,因而提出了低特征信号推进剂的概念,包括三个方面的内容:排气减少可见或可探测性烟雾;减弱红外、紫外、可见光和电磁波特征信号;减少排气羽流对制导导弹的无线电、红外、紫外、激光等信号的干扰和衰减,对制导信号应是透明的。二硝酰胺铵(ADN)是一种新型含能氧化剂,它可取代目前在广泛使用的复合推进剂中的高氯酸铵。由于ADN中不含卤素,因此,与AP基推进剂相比,含ADN的推进剂可产生更少的烟雾,显著降低特征信号和减少环境污染。是一种良好的推进剂选用目标。基于上述情形,美俄等军事大国等国家都致力于含ADN的高能、低特征信号战术和战略导弹用固体推进剂的研究。不仅如此,在ADN作为燃料的用途上,祝艳龙团队[1]采用高能氧化剂ADN部分代替AP,分别设计AP/RDXAP/RDX/Al、ADN/AP/RDX、ADN/AP/RDX/Al四种组分体系,利用示差扫描量热技术,研究ADN与高能组分的相互作用,尤其是对组分体系放热量的影响。结果表明,ADN的加入使ADN/AP/RDX组分体系的放热量增加了1.6倍,使ADN/AP/RDX/Al组分体系的放热量增加了1.68倍。这是由于ADN的加入导致组分体系热分解反应生成更多的标准摩尔生成焓小的生成物,使得热分解反应的焓值更小,放热量增加。
2.ADN的概述
二硝酰胺铵,英文名ADN(ammonium dinitramide)是20世纪70年代由前苏联率先合成出来的一种具有高能量密度的材料,最初用在固体推进剂上,其分子式为NH4N(NO2)2,氧平衡为 25.8%,生成热为-149.6KJ/mol,摩擦感度为72N,撞击感度为5.0N·m,熔点在92~93℃,密度约为1.812g/cm3。
2.1 ADN的制备方法
Hoi-GuJang团队[2]指出了两种方案,第一种就是用铵盐离子或氨气直接与HDN反应,二种则是先合成GUDN,再进一步用GUDN合成KDN,最后再由KDN合成ADN,该文章同时也指出,这两种目前已经应用到工业生产上的方法,还是以第二种副产物少,收率高,合成出来的ADN稳定性更强。制备方面戴赟 [3]以氨基磺酸铵与氨基磺酸钾为原料,通过硝硫混酸硝化制备二硝酰胺酸,考察反应温度、硝硫混酸质量比、反应时间、氨基磺酸盐与硝酸质量比的影响,确定最佳反应条件为:最低温度-30℃;硝硫混酸质量比7:3;反应时间氨基磺酸钾为25min、氨基磺酸铵为55min;氨基磺酸钾与硝硫混酸质量比为1:5.7、氨基磺酸铵与硝硫混酸质量比为1:5。随后制取的脒基脲二硝酰胺盐(FOX-12)收率达到76.65%(硫酸脒基脲计)。接着以FOX-12分别通过离子交换制取二硝酰胺钾(KDN)与二硝酰胺铵(ADN)
2.2 ADN热分解机理
Yu-ichiroIzato及其团队[7]根据对TG-DTA–MS–IR的综合分析,确定了加热ADN产生的分解气体为N2O、NO2、H2O和NH3。同时来自Oxley发现ADN的热液相分解伴随着大量的自加速发生,他们观察到NO2催化ADN分解。而且通过前面的气体分析检测到了二氧化氮。因此,可推断出ADN的活化能表现出自催化行为。还可以得知反应的活化能呈弓形曲线,N2O在130℃左右开始析出,随后N2和H2O析出。伴随N2和H2O析出的放热反应抑制了竞争放热反应生成N2O。由于这些链式反应的影响,N2O析出反应出来增加的活化能。
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