杂质晶型对AlH3样品稳定性和安全性影响的研究

关 键 词 ： 机化 学 ；ｄＡ Ｈ ； 型 ； 全 性 ； 定 性 ； 有 — Ｉ 晶 安 稳 固体 推 进 剂
中 图 分 类 号 ： Ｉ５ Ｔ５ ；Ｏ６ １ ２ 文献 标 识 码 ：Ａ Ｄ ： ０ ３ ６ ／． ｓ． ０ ６９ ４ ． Ｏ ． ６ ０ ９ ＯＩ １ ．９ ９ ｊｉ ｎ １ ０ —９ １ ２ １ ０ ．０ ｓ １
用 日本 电子 株式 会社 ＪＭ２ ３ ０ Ｖ型 扫描 电子显微 镜 Ｓ ６６ Ｌ
测 试 ， 大倍 数为 １ ０倍至 ３ ０ 放 ｏ ５ ０倍 。
Ｌ Ｈ ｉ （ ≥ ９ ％ ） 自阿 尔 法 艾 莎 公 司 ， Ｉ ＡＩ ７ 购 ＡＣＩ （ ８ ） 自由国药 集 团 ， 水 乙醚 （ ９ ５ ） 甲苯 ≥９ ％ 购 无 ９ ．％ 、 （ ９ ５ ） 为分 析纯 ， 自西 陇 化工有 限公 司 。 ９ ．％ 均 购
Ｉｌ Ｓ
ｕ ， ｕ
—
０‘ １
６９ ３
如 图 ３所示 ， ３ 图 ａ为 － Ｈ ＡＩ 的多 晶衍 射 图与粉
咖 ０ 分解 速度 远大 于 晶 型 Ａ Ｈ。 Ｉ 。另外 一 个 方 面是 因 为 ＡＨ Ｉ 的分解 速度 是 受 分 解 时铝 核 的 生 成 和 生 长控 制
—
是 一种 很 有 希 望 应 用 于 固体 推 进 剂 配 方 的高 能 添 加 剂 。使 用 ＡＩ 替 代 铝 粉 作 为 燃 料 ， 至 少 提 高 固体 Ｈ 可 推进剂 质量 比冲 １ ０ Ｎ ・ ｋ ～， 且其 燃烧 室 和 喷 Ｓ・ ｇ 而 ０
出气体 温度 均低 于铝 粉推进剂 ， Ｈ ＡＩ 在分 解过 程 中释
杂质 晶 型对 ＡＩ 样 品稳 定 性 和 安 全 性 影 响 的研 究 Ｈ
６７ ３
文 章编 号 ： ０ —９ １ ２ １ ） ６０ ３ —４ １ ６９ ４ （ ０ ０ －６ ７０ ０ １
杂质 晶型 对 ＡＨ３样 品稳定 性 和 安全 性影 响的研 究 Ｉ
朱朝阳， 煜， 马 张素敏， 王宏志， 林 曹一
的样 品分解 。在这 ７种 晶型 中 ， 晶型 Ａ Ｈ Ｏ Ｌ Ｉ 的是热 力 学性 质最 为稳定 ， 是 唯 一 的在 固体 推 进剂 配方 中 也
有 应用价 值 的晶型 。
ＡＩ 的合 成分 为合 成反应 和脱 醚结 晶两个 阶段 ， Ｈ， 在 氩气保 护 、 水条 件下 进行 。 乙醚法制 备 Ａ Ｈ ＿ 程 元 Ｉ ５
ＡＩ Ｈ 的热性 能 、 定性 能 的影 响 。 安
２ 实 验 过 程
２ １ 仪 器 与 试 剂 ．
—
放 其 自身重 量 １ ％ 的 Ｈ ， 低 了燃 气 的平 均分 子 量 ， ０ 降
也 是其 增加 推进 剂配方 比冲的 主要原 因之 一… 。 ＡＩ 有 ７种不 同 的 晶型 ， 别 为 、 、 、 ６ ｓ Ｈ 分 Ｊ 、 、 Ｂ
ｅ ｍａ ｌ ｈ ｚ ｏｙ ｎ ｌ１ １＠ １ — ｉ ！ｚ ｕ ｈａ ａ ｇ Ｏ ６３． Ｏｒ Ｃ ｎ
结 晶瓶 中 ， ６ 在 ０—１ ０ ｃ 之 间 进行 蒸 馏 ， 后 冷却 结 ０ （ ＝ 然 晶瓶 。过 滤 晶体 ， 分别用 去离 子水 、 乙醇和 乙醚 清洗 数 遍 ， ３ Ｃ 在 ０ ｑ 条件 下真 空干燥 ４ ｈ 。
ｔ ｒ ｓｏ ａ ｅ ａ ｏ ｍ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｍ ｔ ｒ ｇ ｔｒ ｏ ｅ ｅａｕｅ
参
４０ ００
兰 ３０ ０ ０
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０
４ ０６ Βιβλιοθήκη ０８ ０１０ ０
２ ／。 ８ （）
ｐ — Ｈ３ ｕ ｅ ａ ＡＩ ｒ
３ ３ 晶型 质量 对感 度的 影响 ．
２ ２ ＡＨ ． Ｉ 的 制备
在 常温 下它们 的热 力 学 性质 不 稳 定 ， 分 解速 度 远 大 其
于 一 Ｉ 。利 用 球 磨 法 合 成 Ａ Ｈ ＡＨ Ｉ 会 产 生 大 量 的
ＡＩ ， ＇ Ｉ 在 ４ Ｃ条件下 存放 ２周 ， 有 ３ ％ Ｈ Ｏ－ Ｈ ＬＡ ０ｃ 会 ０
分另 为 （一 ． ０ ６ Ｊ ｍｏ 一 、３ ・ ｍｏ ・ ） Ⅱ ９ ９± ． ）ｋ ・ ｌ。１ ０Ｊ （ ｌ Ｋ ～、 （ ８ ６±０ ６ Ｊ． ｌ Ａ 与 Ｈ ４． ． ）ｋ ｍｏ ～， ｌ ：直接 生 成 Ａ Ｈ Ｉ 时
Ｈ ，的平衡 压力 时 ５×１ …ｂ ｒ（ ａ ＝１ Ｐ ） 因此 ０ ａ １ｂ ｒ ａ ， ０
图３
晶 型 ＡＩ，与 掺 杂 杂质 晶 型 ＡＨ Ｈ Ｉ 的 Ｘ Ｄ 图 Ｒ
Ｆｇ ３ ＸＲ ｐ ｃ ｕ ｅ ｏ － Ｈ３ｗｉ ｎ ｔ ｏ ｔｉ ｕ ｉ ｉ． Ｄ ｉｔ ｆ ＡＩ ｔ ａ ｄ ｗｉ ｕ ｍｐ ｔ ｒ ｈ ｈ ｒｙ
爆发 指数 。选取 结 晶晶 型较好 的 晶体 和混 杂其他 晶 型 的 晶体进行 感 度测试 。感 度测试 结果 见表 ２ 。
式 反应 见式 （ ） １。
３ ｉ Ｈ ＋Ａ Ｃ — ＿４ Ｈ３ ＣＩ Ａｌ ４ Ｉ Ｉ — ＋ Ａｌ ＋３ ｉ Ｌ ３ Ｌ （） １
ＡＨ Ｉ 不 同晶型 的热力 学稳定 的研究 开 展较 多 ， 但 对 于不 同晶 型 的感 度研究 则报 道 的较少 。在用 乙醚法 合 成 Ａ Ｈ 的 过 程 中， 常 会 有 少 量 的其 他 晶 型 的 Ｉ 常
Ａｔ 在 室温下 条 件 下 时缓 慢 分 解 释 放 氢 气 的。如 表 Ｈ １所 示 ， 对在 长 期 自然 存 放 于干 燥 器 的 Ａ Ｈ 选 取 不 Ｉ ，
同类 型 的 晶型 Ａ Ｈ Ｉ 和含 ｙ晶型 Ａ Ｈ Ｉ 样 品 ， 过进 通
行一段 时 间内氢含 量 的变化 测试 ， 接测 算其 分 解率 ， 间 测试结 果见表 １ 。结 果发 现 ： 和 ２ Ｌ １ Ｏ 晶型 Ａ Ｈ Ｉ 在分
将 Ａ Ｃ 和 ＬＡ Ｈ ＩＩ ｉ Ｉ 反 应 后 的溶 液 进行 过 滤 移 至
收 稿 日期 ： ０ １０ －３； 回 日期 ： ０ １１ ．４ ２ １ －９２ 修 ２ １ －Ｏ１ 作 者 简 介 ： 朝 阳 （ ７ 朱 １ ２一） 男 ， ９ ， 工程 师 ， 究 方 向为 含 能 材 料 。 研
３ ２ 晶型质 量对 热 力学稳定 性 的影响 ．
在 室 温条件 下 （ ９ ， Ａ Ｈ ２ ８ Ｋ） ． Ｉ 的标 准 摩 尔 生成
表 ２ ＡＨ Ｉ 感 度 数 据
Ｔ ｂ ｅ ２ Ｓ ｎ ｉ ｖｔ ｆＡＩ ａ ｌ ｅ ｓｔ ｉ ｏ Ｈ ３ ｉ ｙ
焓 △Ｈ、 标准 摩 尔生 成熵 Ａ 、 准摩 尔 吉 布斯 函数 △Ｇ Ｓ标
别存 放 ６ ４ ｄ和 ６ ７ ｄ 其 分 解 率 分 别 为 ２ ０ ％ 和 ３ ４ ， ．２
２ １ ％ ， 含有 晶型 的 ＡＩ 的样 品在 ６ １ｄ后 ， ．３ 而 Ｈ ５ 其
分解 率 为 ５ １ ％ ， 分 解 速 度 远 大 于 纯 的 晶 型 ． ５ 其 Ａ Ｈ 。 晶型 的 Ａ Ｈ Ｉ Ｉ 的存 在 加 速 了 Ａ Ｈ。 品 的 分 Ｉ 样 解， 一方 面 ， 因为 晶型 的 Ａ Ｈ， 自然 存 放 条件 下 是 Ｉ 在
７０ ００
６０ ｏ０ ５０ ００
ＡＨ ， Ｉ 。 则 晶型分 解时铝 核 的生成会 加速 晶型 Ａ Ｈ Ｉ，
的分 解 。
表 １ 室温长期存放 ＡＨ Ｉ 的氢 含 量 变 化
Ｔ ｂ ｅ １ Ｃｈ ｎ ｅ ｆ ｈ ｄ ｏ ｅ ｏ ｔ ｎ ｓ ｏ 【 Ｈ３ ａ ｔ ｒｌ ｇ ａ ｌ ａ ｇ ｓ ｏ ｙ ｇ ｎ ｃ ｎ ｅ ｔ ｆ ０ ＡＩ ｆ ｏｎ — ｒ 一 ｅ
ＡＨ Ｉ 伴 生 ， 不但会 对 Ａ Ｈ Ｉ 的热力 学稳定 产 生影 响 ， 而
１ 引 言
三氢化 铝 （ Ｉ Ａｌｍｉｕ ｙ ｒ ｅ ， Ａ Ｈ ， ｕ ｎ ｍ ｈ ｄ ｉ ） 又称 铝烷 ， ｄ
且还会 对 ＡＩ 产 品 的安 全 性 带 来 影 响 。 因此 ， 研 Ｈ 本 究采用 乙 醚 法 制 备 了 Ａ Ｈ。 并 研 究 了 伴 生 晶 型 对 Ｉ ，
试样 受到激 烈 的摩擦 作 用 而 燃烧 ， 后 根 据 爆发 总数 最
０ ２ ０ ４ ０ ６ ０ ８ ０ １０ ０
２ １。 ０ （） ｂ ・ Ｈ ｗｉ ｍｐ ｔ ． ＡＩ ３ ｔ ｉ ｕ ｉ ｈ ｒｙ
计算 试样 爆 发 百 分 数 。静 电 火 花 感 度 在 Ｈ 一０ Ｔ２ １ ８静 电火 花测试 仪 上进行 ， 样 品装 入样 品池 后 置 于极 板 将 上 ， 定起 始 电 压再 进 行 升 降 电压 “ 徊 ” 验 ， 录 确 徘 实 记
的 ， 图２ 如 ｂ所示 的 晶 型 ＡＩ 上 生长 有 晶 型 Ｈ
体衍 射 图库 中 一 Ｈ ＡＩ 标 准 图 谱 完 全 一 致 。图 ３ ｂ为
伴生有 ￣ Ａ Ｈ － Ｉ ，的多 晶衍射 图 ， ２ 在 为 ２ 。 ２ 。２ 。 ０ 及 ６ 、８ 为 Ｔ ＡＩ 的特 征衍射 峰 。 － Ｈ。
ＡＨ Ｉ 的 Ｘ 射 线衍 射 谱 数 据 由德 国 Ｄ － ８转 靶 多
晶衍 射 仪 测 试 得 到 ， 试 角 度 范 围 为 １ 。一９ 。 测 ０ ０；
仅 Ａ Ｈ 的氢元 素 含 量 数 据 使 用 Ｅ ｍｅ ｔｒ 司 Ｖ ｒ 一 Ｉ ｌ ｎａ 公 ｅ ａｉ ｏ
和 ￣Ａ Ｈ ， － Ｉ 每一 种 晶型 的 Ａ Ｈ Ｉ 都 有 各 自固定 的原 子
Ｃ ＮＥ Ｅ Ｊ ＨＩ Ｓ ＯＵＲ Ｌ ＯＦＥ ＲＧ Ｉ Ａ ＥＲ Ａ ＮＡ ＮＥ ＥＴ ＣＭ Ｔ Ｉ ＬＳ
含 能 材 料
２１ ０ １年 第 １ ９卷
第 ６期 （ ３ ６ ０） ６ ７— ４
杂质 晶 型对 ＡＩ 样 品稳 定 性 和 安 全 性 影 响 的 研究 Ｈ
排 列方 式 ， 因此都 有独 特 的热 力学 性 质 Ｅ 。 一 Ｈ ２ ＡＩ 和 ］ ｙＡＩ 分别 在 ９ ． — Ｍ。 １ ０ ｏ １ Ｏ ７℃转换成 － Ｈ ， Ｃ和 ． ０ ＡＩ 但
Ｅ Ｍ 型元 素 分 析仪 测 试 ；Ｏ Ａ Ｈ Ｌ Ｌ Ｉ 的 电镜 扫 描 图 片 使 —
（ 国航 天 科 技 集 团 四院 四十 二 所 ，湖 北 襄 阳 ４ １ ０ ） 中 ４ ３ ０
摘
要 ： 卢、 型 的 三 氢化 铝 （ Ｉ ） 乙醚 法 合 成 “ＡＩ “、 ｙ晶 ＡＨ， 是 ・ Ｈ，的 常 见 伴 生 晶 型 ， 们 会 影 响 一Ｉ 的 热 力 学 稳 定 性 和 安 全 性 。 它 ＡＨ
将 几 种 比较 典 型 的 ＡＩ 样 品分 别 编 号 ， 行 撞 Ｈ 进
冲击 、 擦 和 静 电 火 花 感 度 测 试 ， 析 杂 质 晶 型 对 摩 分 ＡＨ Ｉ 样 品感 度 的影 响。其 中 ， 击 感 度 测试 在 ｗ Ｌ１ 撞 型落 锤感度 仪 上进行 。实 验采用 勃罗 西登 升降法 测定 特性 落高． 根据 落 锤 质量 ５ ％计 算 爆 发 的撞 击 能 Ｈ ０ 量 。摩擦 感度测 试在 ｗ Ｍ一 １型摩 擦 感 度仪 上 进行 ， 使
在常温存储条件 ， 经历 约 ６ ０ｄ后 ， 晶 型 使 得 Ａ Ｈ ５ Ｉ 的分 解率 由 ２ １ ％ 上 升 到 ５ １ ％ 。 通 过 撞 击 、 擦 、 电火 花 感 度 测 试 ， 有 ．３ ．５ 摩 静 含
其 他 晶 型 的 ａＡＩ — Ｈ，比纯 净 — Ｈ ＡＩ 的摩 擦感 度 和 静 电 火 花 感 度 均 有 不 同 程 度 的 增 加 ， 中对 静 电 感 度 影 响 较 大 ， 晶 型 较 好 的 其 与 晶型 ＡＩ 相 比其 。 值 相 差 约 ５—１ Ｈ 数 ０倍 。