專利名稱：基團取代硅烷類航天燃料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于液體火箭發(fā)動機和沖壓發(fā)動機用的一類新型燃料，也可用作固體火箭藥柱的組份及航空煤油和普通燃油的添加劑。
背景技術：
早在1960年，美國出版的“火箭推進劑手冊”中就有含硅燃料四乙基硅酸酯。由于比沖低和毒性較大，該燃料未實際應用。
1970年至1974年，三種含硅化合物用作美國阿金鈉火箭發(fā)動機的肼類燃料添加劑。在偏二甲肼中添加1.22％硅油或1.25％硅酮和在一甲基肼中添加1.5％六甲基乙硅烷，均降低熱流百分之四十左右。
1998年的一美國專利(US Patent 5775096)提出用五硅烷至九硅烷作為導彈推進系統(tǒng)的燃料。
近一些年，美國的多家研究機構都在研究低毒的自燃推進劑。氧化劑是用90％至98％過氧化氫，燃料則是含催化劑和促進劑的混合燃料。另外，對以往使用的四氧化二氮和肼類燃料組合，也在進行擴大貯存溫度范圍、減小毒性等研究。在這些研究中，未見使用含硅燃料。

發(fā)明內容
本發(fā)明的技術解決問題是克服現(xiàn)有技術的不足和使用的局限性，提出高性能的新型低毒含硅燃料，既可用作液體火箭發(fā)動機和沖壓發(fā)動機的單一燃料或混合燃料，也可用作固體火箭藥柱的組份及航空煤油和普通燃油的添加劑。
本發(fā)明的技術解決方案是用烴基、含氧基、胺基等基團分別取代甲硅烷、二硅胺烷和二硅氧烷中的氫原子，構成基團取代硅烷類航天燃料。
該新型燃料有以下五類1、烴基取代甲硅烷類燃料是用烴基(烷基、烯基、苯基等)取代甲硅烷(SiH4)中的氫原子而成的化合物，主要有1.1甲基苯基硅烷油，(CH3)(C6H5)SiH2，是用一個甲基和一個苯基取代甲硅烷的二個氫原子而成。
1.2二甲基丙烯基硅烷油，(CH3)2(CH2CH:CH2)SiH，是用二個甲基和一個丙烯基取代甲硅烷的三個氫原子而成。
1.3三甲基乙烯基硅烷油，(CH3)3Si(CH:CH2)，是用三個甲基和一個乙烯基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
1.4四甲基硅烷油，(CH3)4Si，是用四個甲基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
1.5二乙基硅烷油，(C2H5)2SiH2，是用二個乙基取代甲硅烷的二個氫原子而成。
1.6二乙基甲基硅烷油，(C2H5)2(CH3)SiH，是用二個乙基和一個甲基取代甲硅烷的三個氫原子而成。
1.7二乙基二甲基硅烷油，(C2H5)2Si(CH3)2，是用二個乙基和二個甲基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
1.8三乙基硅烷油，(C2H5)3SiH，是用三個乙基取代甲硅烷的三個氫原子而成。
1.9三乙基甲基硅烷油，(C2H5)3Si(CH3)，是用三個乙基和一個甲基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
1.10四乙基硅烷油，(C2H5)4Si，是用四個乙基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
1.11已基硅烷油，(C6H13)SiH3，是用一個已基取代甲硅烷的一個氫原子而成。
1.12苯基二甲基硅烷油，(C6H5)(CH3)2SiH，是用一個苯基和二個甲基取代甲硅烷的三個氫原子而成。
1.13二苯基硅烷油，(C6H5)2SiH2，是用二個苯基取代甲硅烷的二個氫原子而成。
1.14三苯基乙烯基硅烷粉，(C6H5)3Si(CH:CH2)，是用三個苯基和一個乙烯基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
2、烴基取代二硅胺烷類燃料是用烴基取代二硅胺烷(H3SiNHSiH3)中的氫原子而成的化合物，主要有2.1二甲基二苯基二硅胺烷油，[(CH3)(C6H5)HSi]2NH，是用二個甲基和二個苯基取代二硅胺烷的四個氫原子而成。
2.2四甲基二硅胺烷油，[(CH3)2HSi]2NH，是用四個甲基取代二硅胺烷的四個氫原子而成。
2.3六甲基二硅胺烷油，[(CH3)3Si]2NH，是用六個甲基取代二硅胺烷的六個氫原子而成。
3、烴基取代二硅氧烷類燃料是用烴基取代二硅氧烷(H3SiOSiH3)中的氫原子而成的化合物，主要有3.1四甲基二硅氧烷油，(CH3)2HSiOSiH(CH3)2，是用四個甲基取代二硅氧烷的四個氫原子而成。
3.2五甲基二硅氧烷油，(CH3)3SiOSiH(CH3)2，是用五個甲基取代二硅氧烷的五個氫原子而成。
3.3六甲基二硅氧烷油，(CH3)3SiOSi(CH3)3，是用六個甲基取代二硅氧烷的六個氫原子而成。
4、含氧基取代甲硅烷類燃料是用含氧基(乙?；?、烷氧基、羥基等)連同烴基一起取代甲硅烷中的氫原子而成的化合物，主要有4.1乙酰基三甲基硅烷油，(CH3)3Si[C:O(CH3)]，是用一個乙?；腿齻€甲基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
4.2甲氧基三甲基硅烷油，(CH3)3Si(OCH3)，是用一個甲氧基和三個甲基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
4.3乙氧基三甲基硅烷油，(CH3)3Si(OC2H5)，是用一個乙氧基和三個甲基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
4.4乙氧基三乙基硅烷油，(C2H5)3Si(OC2H5)，是用一個乙氧基和三個乙基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
4.5羥基三甲基硅烷油(三甲基硅醇)，(CH3)3Si(OH)，是用一個羥基和三個甲基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
4.6二羥基二甲基硅烷粉(二甲基硅二醇)，(CH3)2Si(OH)2，是用二個羥基和二個甲基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
5、胺基取代甲硅烷類燃料是用胺基(包括烴代胺基、含氧基取代胺基等)連同烴基一起取代甲硅烷中的氫原子而成的化合物，主要有5.1胺基甲基乙基苯基硅烷油，(NH2)(CH3)Si(C2H5)(C6H5)，是用胺基、甲基、乙基和苯基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
5.2二甲胺基三甲基硅烷油，(CH3)3Si[N(CH3)2]，是用一個二甲基取代胺基和三個甲基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
5.3二乙胺基三甲基硅烷油，(CH3)3Si[N(C2H5)2]，是用一個二乙基取代胺基和三個甲基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
5.4乙?；谆〈坊谆柰橛?N-甲基-N-三甲基硅烷乙酰胺)，(CH3)3Si[N(CH3)(C:OCH3)]，是用一個由乙酰基和甲基取代的胺基和三個甲基取代甲硅烷的四個氫原子而成。
發(fā)明的效果和優(yōu)點1基團取代硅烷類航天燃料有五類眾多的硅烷油供選擇，用作液體火箭發(fā)動機和沖壓發(fā)動機的燃料。另外，還有二羥基二甲基硅烷、三苯基乙烯基硅烷等粉劑和硅粉供選擇，用作固體火箭藥柱的組份。
2是理論比沖高的燃料，在相同的條件(氧化劑、余氧系數(shù)、燃燒室壓力、噴管出口壓力或面積比)，有的硅烷油比一甲基肼的比沖還高，有些硅烷油與一甲基肼、無水肼、偏二甲肼等肼類燃料的比沖相當，有的硅烷油與航空煤油的比沖相當。比沖低于航空煤油的硅烷油一般不宜選用。
3燃燒產物中含有相當數(shù)量的凝聚相和氣相二氧化硅，自動涂復在燃燒室和噴管的氣壁面上，動態(tài)形成阻熱的硅膜沉淀物。由此大大降低熱流，既提高材料的耐熱性，又可減少內冷卻液膜量和增加比沖。
4比肼類燃料的毒性小得多，滿足低毒的要求。
5沸點和冰點的數(shù)值一般能與環(huán)境溫度相適應，較好滿足可貯存要求。由于是低閃點或中閃點的易燃品，應采取相應措施，確保防火安全。
6物性較活潑，易點火燃燒。
7燃料的密度有大有小，可選出密度0.9至1.0g/cm3的硅烷油。
8、一般能與航空煤油、普通燃油、烷烴、炔烴、烯烴、胺類、醚類等有機化合物混溶。不同的硅烷油之間也可以混溶。因而除用作單一燃料外，還可以作為混合燃料或燃油添加劑開發(fā)應用。
具體實施例方式
實例1 選擇乙酸鈷(C4H14O8C0)、異辛酸鈷(C16H30O4C0)、乙酰丙酮鈷(C10H14O4C0或C15H21O6C0)等鈷基化合物為催化劑，3-二甲胺基-1-丙胺(C5H14N2)、烷基取代乙(丙)醇胺(如N，N-二乙基乙醇胺，C6H15NO)等胺類化合物為促進劑，與本發(fā)明的硅烷油一起組成能與高濃度過氧化氫自燃的火箭燃料。一組混合燃料(4％乙酸鈷，31％3-二甲胺基-1-丙胺，5％六甲基二硅胺烷和60％航空煤油)與98％過氧化氫進行點滴反應試驗，立即著火，火焰明亮，有響聲。該組燃料經貯存試驗，混溶良好，無沉淀物。
實例2 選擇密度大的四乙撐五胺(C8H23N5，d4200.990)、二乙撐三胺(C4H13N3，d4200.954)、甲基環(huán)戊二烯(C6H8，d4200.941)，二乙烯基苯(C10H10，d4200.929)，等有機化合物與本發(fā)明的硅烷油組成密度大、比沖高、熱流小和易點火燃燒的沖壓發(fā)動機用燃料。一組混合燃料(90％二乙撐三胺，10％六甲基二硅胺烷)與50％過氧化氫進行反應試驗，立即反應，產生多的氣體，由此作出易燃燒的旁證。
權利要求
1.基團取代硅烷類航天燃料是用烴基、含氧基、胺基等基團分別取代甲硅烷、二硅胺烷和二硅氧烷中的氫原子而構成，其特征在于是理論比沖高的燃料；燃燒產物含二氧化硅，顯著降低熱流；滿足低毒和可貯存的要求；易點火燃燒。
2.根據(jù)權利要求1所述的燃料，其特征在于是用烴基(烷基、烯基、苯基等)取代甲硅烷中的氫原子而構成烴基取代甲硅烷類燃料。
3.根據(jù)權利要求1所述的燃料，其特征在于是用烴基取代二硅胺烷中的氫原子而構成烴基取代二硅胺烷類燃料。
4.根據(jù)權利要求1所述的燃料，其特征在于是用烴基取代二硅氧烷中的氫原子而構成烴基取代二硅氧烷類燃料。
5.根據(jù)權利要求1所述的燃料，其特征在于是用含氧基(乙?；⑼檠趸?、羥基等)連同烴基一起取代甲硅烷中的氫原子而構成含氧基取代甲硅烷類燃料。
6.根據(jù)權利要求1所述的燃料，其特征在于是用胺基(包括烴代胺基、含氧基取代胺基等)連同烴基一起取代甲硅烷中的氫原子而構成胺基取代甲硅烷類燃料。
7.根據(jù)權利要求1至6所述的燃料，其特征在于眾多的硅烷油是液體燃料，而三苯基乙烯基、二羥基二甲基等硅烷粉和硅粉是固體燃料。
8.根據(jù)權利要求1至6所述的燃料，其特征在于能與航空煤油、普通燃油、烷烴、炔烴、烯烴、胺類、醚類等有機化合物混溶，用作混合燃料或燃油添加劑。
9.根據(jù)權利要求1至6所述的燃料，其特征在于能與乙酸鈷、異辛酸鈷、乙酰丙酮鈷等催化劑和3-二甲胺基-1-丙胺、烷基取代乙醇胺、烷基取代丙醇胺等促進劑一起組成與高濃度過氧化氫自燃的火箭燃料。
10.根據(jù)權利要求1至6所述的燃料，其特征在于能與密度大的四乙撐五胺、二乙撐三胺、甲基環(huán)戊二烯、二乙烯基苯等化合物組成密度大、比沖高、熱流小和易點火燃燒的沖壓發(fā)動機用燃料。
全文摘要
基團取代硅烷類航天燃料是用烴基、含氧基、胺基等基團分別取代甲硅烷、二硅胺烷和二硅氧烷中的氫原子而構成，其特征在于有五類眾多的硅烷油和少數(shù)粉劑供選擇；是理論比沖高的燃料；燃燒產物含二氧化硅，顯著降低熱流；滿足低毒和可貯存的要求；易點火燃燒。此類新型燃料可作為液體火箭發(fā)動機和沖壓發(fā)動機的單一燃料或混合燃料開發(fā)應用，也可用作固體火箭藥柱的組份及航空煤油和普通燃油的添加劑。
文檔編號F24B15/00GK1908133SQ20051008872
公開日2007年2月7日 申請日期2005年8月1日 優(yōu)先權日2005年8月1日
發(fā)明者葛明龍 申請人:葛明龍