Nghiên cứu điều chế Coban Oxit và ứng dụng làm chất xúc tác cháy cho nhiên liệu keo tên lửa

Từ các nguyên liệu ban đầu Co(NO3)2, NaHCO3 nhóm tác giả đã nghiên cứu, điều chế CoO đạt các yêu cầu chất lượng cho nhiên liệu keo. Đã nghiên cứu ảnh hưởng của các xúc tác cháy CoO; PbO và PbO + CoO đến qui luật thay đổi tốc độ cháy của nhiên liệu keo sử dụng cho đạn phản lực chống tăng. Đã lựa chọn được chất xúc tác cháy với tỷ lệ hợp lý tương ứng 1,7% PbO và 0,5% CoO cho loại nhiên liệu này, khi đó, tốc độ cháy ở 70 atm tăng 1,34 lần so với nhiên liệu không có phụ gia xúc tác cháy và hệ số  =0,36 trong vùng áp suất 40 atm đến 100atm. Kết quả nghiên cứu đã ứng dụng để chế tạo thỏi nhiên liệu RNDSI-5K dùng cho đạn chống tăng B41M.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu điều chế Coban Oxit và ứng dụng làm chất xúc tác cháy cho nhiên liệu keo tên lửa Nghiên cứu khoa học công nghệ NGHIÊN CỨU ĐIỀU CHẾ COBAN OXIT VÀ ỨNG DỤNG LÀM CHẤT XÚC TÁC CHÁY CHO NHIÊN LIỆU KEO TÊN LỬA PHẠM VĂN TOẠI, LÊ DUY BÌNH, NGUYỄN VĂN KHƯƠNG, ĐÀM ĐỨC TRUNG Tóm tắt: Từ các nguyên liệu ban đầu Co(NO3)2, NaHCO3 nhóm tác giả đã nghiên cứu, điều chế CoO đạt các yêu cầu chất lượng cho nhiên liệu keo. Đã nghiên cứu ảnh hưởng của các xúc tác cháy CoO; PbO và PbO + CoO đến qui luật thay đổi tốc độ cháy của nhiên liệu keo sử dụng cho đạn phản lực chống tăng. Đã lựa chọn được chất xúc tác cháy với tỷ lệ hợp lý tương ứng 1,7% PbO và 0,5% CoO cho loại nhiên liệu này, khi đó, tốc độ cháy ở 70 atm tăng 1,34 lần so với nhiên liệu không có phụ gia xúc tác cháy và hệ số  =0,36 trong vùng áp suất 40 atm đến 100atm. Kết quả nghiên cứu đã ứng dụng để chế tạo thỏi nhiên liệu RNDSI-5K dùng cho đạn chống tăng B41M. Từ khóa: Coban oxit, Tốc độ cháy, Nhiên liệu keo, Xúc tác cháy, Điều chế, hàm lượng, Kích thước hạt. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Vận tốc cháy của thuốc phóng và nhiên liệu tên lửa là một trong những đặc trưng quan trọng xác định tính đặc biệt kết cấu của liều và hệ vũ khí. Ngày nay, để xác lập các hệ tên lửa và pháo binh với yêu cầu tác chiến khác nhau đòi hỏi thuốc phóng và nhiên liệu tên lửa có vận tốc cháy khác nhau, đến hàng chục lần. Chẳng hạn, để chế tạo các súng chống tăng hiện đại, cần phải sử dụng nhiên liệu keo dạng ballistic năng lượng cao có vận tốc cháy lớn gấp 2 đến 3 lần so với nhiên liệu truyền thống. Ngược lại, để chế tạo thuốc phóng cho các bình tích áp (thường hoạt động trong thời gian dài đến 10 giây) thì tốc độ cháy của nó phải rất thấp (khoảng 1 đến 3 mm/s ở áp suất 4 MPa). Xúc tác cháy là một trong các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng tăng, giảm tốc độ cháy. Thực tế nghiên cứu cho thấy, với thành phần các cấu tử đã cho, nếu không sử dụng xúc tác cháy, các mẫu tạo ra có tốc độ cháy thấp, trong khi hệ số mũ  lại rất lớn (hệ số liên hệ giữa tốc độ cháy và áp suất). Xúc tác cháy cho nhiên liệu tên lửa keo có thể là các muối, các oxit kim loại đa hoá trị,…Chúng được sử dụng ở dạng đơn lẻ hoặc kết hợp với nhau. Những năm gần đây, một số hợp chất gốc phtalat đã được sử dụng làm xúc tác cháy cho nhiên liệu keo tên lửa như phtalat của chì và đồng (C6H4CuO5Pb), salisilat chì (PbC 7H4O3), đồng salisilat bazơ PbC 7H4O3.Cu(OH)2.H2O. Tuy nhiên, với nền nhiên liệu keo có nhiệt lượng cháy trung bình thì xúc tác cháy hiệu quả thường là các oxit kim loại, như: coban (II) oxit (CoO), hay chì (II) oxit (PbO) hoặc hỗn hợp của chúng [3, 5, 10, 11]. Ở trong nước, PbO đã được sử dụng nhiều kể cả trong lĩnh vực xúc tác cháy cho thuốc phóng với giá cả hợp lý, trong khi CoO chỉ được biết đến như là phụ gia để tạo men trong ngành sản xuất gốm sứ, thủy tinh, mực đề can và ngành sơn. Ngoài ra, CoO còn được dùng trong công nghiệp hóa chất để sản xuất các muối coban (II) [1, 2]. Việc sử dụng CoO cho các mục đích công nghiệp, dân sinh không yêu cầu mức độ tinh khiết. Tuy nhiên, để có thể sử dụng làm xúc tác cháy cho nhiên liệu tên lửa keo (NLTLK), thì CoO cần phải đạt yêu cầu về độ tinh khiết cao (trên 95% về hàm lượng CoO) và kích thước hạt rất nhỏ (dưới 10 μm). Trong thực tế, đây là các yếu tố quyết định đến hiệu quả xúc tác cháy và tính an toàn cháy nổ khi gia công hồ nhiên liệu. Theo các tài liệu [1, 2, 6, 7, 8, 9], CoO được điều chế từ nhiều phương pháp khác nhau như: nhiệt phân muối coban cacbonat hay coban hiđroxit; điện phân dung dịch muối coban (II) clorua hoặc điều chế trực tiếp từ các đơn chất. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 36, 04 - 2015 139  Hóa học & Kỹ thuật môi trường Bài báo giới thiệu một số kết quả nghiên cứu điều chế CoO bằng phương pháp nhiệt phân CoCO3 (được chế tạo từ các nguyên liệu đầu là Co(NO3)2, NaHCO3) và ứng dụng làm xúc tác để tăng tốc độ cháy cho nhiên liệu keo. 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Nguyên liệu, hóa chất Nguyên liệu cho nghiên cứu tổng hợp coban oxit gồm: Coban cacbonat basic 2CoCO3.3Co(OH)2 loại AR của TQ; Coban nitrat hexahiđrat Co(NO3)2.6H2O loại AR của TQ; natri hiđrocacbonat NaHCO3 loại AR của TQ. Các nguyên liệu: nitratxenlulo (NC); nitroglyxerin (NG), đietylenglycol đinitrat (DG), đinitrotoluen, vazơlin, chất ổn định cháy, chất ổn định hóa học, các phụ gia xúc tác cháy đạt các yêu cầu kỹ thuật cho chế tạo nhiên liệu rắn tên lửa trên nền nitratxenlulo. 2.2. Dụng cụ, thiết bị và phương tiện thực nghiệm Thiết bị SEM (Trung tâm Đánh giá hư hỏng vật liệu/Viện Khoa học vật liệu), thiết bị đo phân bố cỡ hạt LA-950 (Viện Hóa học Vật liệu/Viện KH&CN Quân sự), dụng cụ thủy tinh các loại, tủ nung, tủ sấy, thiết bị trộn nitromas, máy cán keo hóa nhiên liệu, máy ép thủy ...