储氢材料在高能固体火箭推进剂中的应用分析

马 义（贵州工程应用技术学院，贵州毕节 551700）



储氢材料在高能固体火箭推进剂中的应用分析

马 义
（贵州工程应用技术学院，贵州毕节 551700）

摘 要：针对高能固体火箭推进剂使用储氢材料进行了分析，从金属氢化物、金属氮氢化合物以及金属配位氢化物这几方面着手，对储氢材料分解推进剂组分、改善燃烧性能等作用作了分析，然后对其在推进剂中的实际应用及发展前景作了阐述。

关键词：储氢材料；高能固体火箭；推进剂

对于火箭而言，高能固体推进剂是保证其达到预定任务目标的关键，而能量水平是推进剂发展过程中所需重点关注的问题。氢气在推进剂的燃烧过程中，能够实现降低分子平均质量的作用，而且可以释放大量能量。所以，需要通过一定的储氢技术为推进剂的燃烧提供充足的氢气，而储氢材料就是最为适宜的氢气提供途径。因此，需要对储氢材料加强研究，使其能够在高能固体火箭推进剂的燃烧中发挥出更大作用。

1 金属氢化物

在金属氢化物这个方面，主要的储氢材料可以分为储氢合金氢化物和单一合金氢化物两种，前者是以过渡金属元素为主，其反应间接物和氢共同生成间隙性氢化物，后者含有较多的轻金属氢化物，包括了氢化钠、氢化锂等。

对于储氢合金氢化物而言，依照和氢进行反应的类型不同，可以分为IA-VB和VIB-VIIIB两类元素。前者能够和氢进行放热反应，形成较为稳定的氢化物；后者往往难以形成氢化物，其反应需要吸热。通过对不同种类的金属元素进行试验分析，发现镁系合金的储氢能力相对优良，能够达到3.6%的水平。对高能固体火箭推进剂的实际燃烧试验，发现推进剂氧化剂高氯酸铵在热分解的过程中，Mg2NiH4能够起到有效的催化作用，使得高氯酸铵实现低温分解。从更深的层次分析发现，在Mg2NiH4分解过程中，会产生Mg、Ni和H2，分别可以与高氯酸铵发生反应，推动其分解进度。在高能固体火箭推进剂中应用储氢材料，需要针对其燃烧性能和推进剂能量全面考虑，同时对成分之间的相容性、力学性能、特征信号等指标进行衡量。窦燕萌等人对镁、铝、硼、氢等元素的合金氢化物进行了密度、稳定性、燃烧热以及耗氧量等技术指标的测量，发现其储存性能在干燥空气中较为稳定，和铝拥有相当的耗氧量与密度，但是燃烧热高于铝。储氢合金氢化物能够在推进剂的燃烧中提供充足的氢，促进推进剂的燃烧性能。而且和传统的化学储氢材料相比，其氢含量较低。但是其含有多种元素，能够共同发挥作用。

对于单一金属氢化物而言，其只含有一种金属元素，如镁、铝、铁、钙等。根据对不同单金属氢化物的性质进行考量，发现AlH3和MgH2的标准理论冲值要优于Al，其他几类则小于Al。由此，就是的业界对单一金属氢化物的研究集中在了AlH3和MgH2上，并且取得了一定成果，在推进剂中的应用也不断深入。

2 配位氢化物

就当前实际研究进展而言，金属铝氢化合物和金属硼氢化合物是研究的两类主要配位氢化物，在推进剂中具有不小的应用潜力。

金属铝氢化合物是以轻金属铝氢化合物为主，包括了铝氢化钠、铝氢化锂、铝氢化镁、铝氢化钾以及铝氢化钙，其中铝氢化锂具有最高的含氢量，达到了10%以上，而铝氢化钾的含氢量最低，在7.4%左右。从稳定性方面来说。金属铝氢化合物相较于硼氢化合物而言，其在较低的温度下就能够实现氢气的放出，稳定性较差。对于该类储氢材料在推进剂中的应用研究还比较少，通过对化学原理的分析研究可以发现，铝氢化锂和铝氢化镁在标准理论冲值上均要大于Al，并且具有最优的能量特性参数值，而且铝氢化锂的效果要优于铝氢化镁。从理论上来说。两者能够在推进剂中实现高水平的促进作用。

金属硼氢化合物主要是碱金属硼氢化合物、过渡金属硼氢化合物等。在这些不同的储氢材料当中，储氢效果最好的是硼氢化铝，达到了19%以上，其次是硼氢化锂，储氢比值超过了18%。在常温状况下，硼氢化铝的状态是液相状态，稳定性不高，容易受热分解为硼烷，对于推进剂而言不太适用。而其他的轻金属硼氢化物都是固体，具有较好的稳定性，在推进剂中具有较大的应用潜力。但是，轻金属硼氢化合物的研究还不够深入，业界对其在推进剂中的应用也还没有太深入。姚淼等人通过差示扫描量热法对RDX和硼氢化镁之间的相互作用进行了分析，发现RDX的指前因子和表观活化能在加入硼氢化镁之后，都实现了一定程度的提升，说明其促进了RDX的性能。通过对硼氢化合物的分解过程进行观察，发现其属于吸热反应，这在能量释放要求较高的环境下，会产生一定的负面影响。若是在其中加入氨基团，可以实现放氢过程热量的调节，减小对推进剂的负面影响。

3 其他储氢材料

除了上述的两类主要的储氢材料之外，金属氮氢化合物、氨硼烷及衍生物也是比较常见的储氢材料，对于推进剂而言具有不小的应用潜力。将金属氮氢化合物运用到推进剂中，因为会受到固相反应动力限制，造成氢气的放出难度较大，造

成氨气释放过多的情况。所以，在推进剂中使用该类储氢材料，需要加强控制。而氨硼烷具有较高的储氢量，而且反应过程会放出热量，这有利于推进剂的进一步燃烧。但是，由于该类储氢材料的稳定性较差，和当前推进剂的工艺存在矛盾，所以在使用过程中需要对相容性的问题加强考量。

4 结束语

针对高能固体火箭推进剂的研究不断深入，储氢材料的运用也逐渐深入。通过对金属氢化物、配位氢化物等储氢材料进行研究分析，发现其在储氢能力、反应过程等方面都存在一定差异。因此需要结合推进剂的加工工艺，合理使用储

氢材料。

参考文献

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Application of Hydrogen Storage Materials in High Energy Solid Rocket Propellant

Ma Yi

Abstract：High energy solid rocket propellants were analyzed using a hydrogen storage material，begin from the metal hydride，metal hydrogen and nitrogen compounds，and metal hydride ligand in these areas，the decomposition of hydrogen storage materials propellant components improve the combustion performance an analysis of the role，and then elaborated on its practical application and development prospects in the propellant.

Key words：hydrogen storage material；high energy solid rocket；propellant

中图分类号：V512

文献标志码：A

文章编号：1003–6490（2016）02–0052–02

收稿日期：2016–02–04

作者简介：马义（1995—），男（苗族），贵州毕节人，本科在读，主要研究方向为应用化学。