專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉襯的制備工藝的制作方法
發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉襯的制備工藝[技術(shù)領(lǐng)域]本發(fā)明涉及噴管喉襯技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉 襯的制備工藝。 [背景技術(shù)]固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是當(dāng)今各種導(dǎo)彈武器的主要?jiǎng)恿ρb置，在航天領(lǐng) 域也有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，它的重要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,因而具有機(jī)動(dòng)、可 靠、易于維護(hù)等一系列優(yōu)點(diǎn)，非常適合現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)和航天事業(yè)的需要，但 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件在工作過(guò)程中要承受高溫、高壓、高速和化學(xué)氣 氛下的各種復(fù)雜載荷作用，因此其材料通常具有極優(yōu)異的性能，往往代 表著當(dāng)代材料科學(xué)的最先進(jìn)水平，標(biāo)志當(dāng)代高性能固體發(fā)動(dòng)機(jī)的主要 特征是"高能一輕質(zhì)一可控"，這三者都是以先進(jìn)材料為基礎(chǔ)和支柱 框連起來(lái)的,選用具有優(yōu)良比強(qiáng)度和卓越耐熱性能的先進(jìn)復(fù)合材料己 成為提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的一項(xiàng)決定性因素。固體發(fā)動(dòng)機(jī)噴管屬于非冷卻型，工作環(huán)境極其惡劣，特別是喉部 的高溫、高壓二相流燃?xì)獾臋C(jī)械沖刷、化學(xué)倪和熱沖擊十分嚴(yán)厲，材 料選擇是現(xiàn)代固體火箭推進(jìn)的重大關(guān)鍵技術(shù)，早期的噴管多使用復(fù)合 型結(jié)構(gòu)，即以金屬或高強(qiáng)度玻璃鋼為結(jié)構(gòu)材料，高熔點(diǎn)金屬或優(yōu)質(zhì)石 墨為耐熱一吸熱材料，燒蝕型增強(qiáng)塑料為絕熱材料，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，配合界面多，質(zhì)量大，工藝周期長(zhǎng)，也增加了不可靠度，80年代以來(lái)， 發(fā)展高性能固體發(fā)動(dòng)機(jī)的主攻方向由"高能"轉(zhuǎn)向"輕質(zhì)、可控"對(duì) 降低噴管質(zhì)量的要求十分迫切。
喉襯材料方面，國(guó)外高性能慣性頂級(jí)固體發(fā)動(dòng)機(jī)、星系固體發(fā)動(dòng)機(jī)、戰(zhàn)略導(dǎo)彈固體發(fā)動(dòng)機(jī)，幾乎全部采用3D、 4D炭/炭復(fù)合材料喉襯， 炭/炭擴(kuò)張段主要應(yīng)用于宇航發(fā)動(dòng)機(jī)及戰(zhàn)略導(dǎo)彈上面級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)，如美國(guó) 研制的Star系列宇航發(fā)動(dòng)機(jī)炭/炭擴(kuò)張段，及MX導(dǎo)彈第三級(jí)采用炭/炭 擴(kuò)張段和二維延伸的炭/炭延伸錐，三叉戟D5潛地戰(zhàn)略固體導(dǎo)彈第二級(jí) 采用了可延伸的炭/炭延伸錐，法國(guó)研制的炭/炭擴(kuò)張段應(yīng)用于西歐遠(yuǎn) 地點(diǎn)助推發(fā)動(dòng)機(jī)MageII號(hào)，俄羅斯炭/炭擴(kuò)張段出口直徑達(dá)1.5m，出口 厚度2.8mm，已應(yīng)用于"起點(diǎn)一號(hào)"運(yùn)載火箭上面級(jí)等眾多型號(hào)發(fā)動(dòng) 機(jī)，八十年代中期，法國(guó)SEP公司開(kāi)發(fā)了厚度方向有炭纖維增強(qiáng)的在 Novoltex炭/炭擴(kuò)張段、延伸錐技術(shù)，美國(guó)侏儒導(dǎo)彈第三級(jí)的炭/炭擴(kuò) 張段和延伸錐、雅典娜(Athena)運(yùn)載火箭慣性頂級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī) 0rbus 21 HP、波音公司運(yùn)載火箭Delta-III的第二級(jí)(RL10B-2)和 Ariane 4運(yùn)載火箭上面級(jí)液氫/液氧發(fā)動(dòng)機(jī)HM7使用了SiC涂層的 Novoltex炭/炭擴(kuò)張段。喉襯材料一直是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)材料應(yīng)用研究的重點(diǎn)和關(guān)鍵，近 20年來(lái)，炭/炭復(fù)合材料喉襯的研制和應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展，航天四 十三所于70年代末期建立起了①650mm的氈基炭/炭喉襯研制生產(chǎn)線， 80年代初又掌握了4D炭/炭喉襯研制工藝技術(shù)，通過(guò)工藝攻關(guān)，基本 具備了大型戰(zhàn)略導(dǎo)彈SRM各級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)喉襯預(yù)成型體編織，CVD均熱法、 熱梯度法，高壓浸漬炭化，高溫石墨化工藝的研制條件，四十三所研 制了與國(guó)際水平同步發(fā)展的各種類型炭/炭喉襯材料，其中4種炭/炭喉襯材料性能己達(dá)到同類材料的國(guó)際先進(jìn)水平。噴管擴(kuò)張段、防熱環(huán)技術(shù)是我國(guó)SRM技術(shù)中與國(guó)外差距最大的項(xiàng)
目，大約落后20年左右，嚴(yán)重制約著我國(guó)戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器的技術(shù) 水平，國(guó)內(nèi)大型噴管擴(kuò)張段/延伸段結(jié)構(gòu)件材料目前主要采用采用炭/ 酚醛、高硅氧/酚醛復(fù)合纏繞絕熱層及玻璃纖維/環(huán)氧纏繞結(jié)構(gòu)層，耐 溫性與剛度比較低，限制了噴管熱防護(hù)材料的進(jìn)一步發(fā)展，研制耐高 溫輕質(zhì)的噴管結(jié)構(gòu)材料成為必要。 [發(fā)明內(nèi)容]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，使制備的喉襯更耐高溫、 高壓、高蝕及沖刷，而設(shè)計(jì)的一種釆用獨(dú)特工藝配方制備的喉襯。為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉襯的制備工藝，其特 征在于(1 )合成NbC: a、原料配制，將重量百分比為Nb205: C=45-80 15-35的原料烘干；b、混料以配制的原料WC球=1: 2的配比進(jìn) 行混料4小時(shí)；C、壓塊造粒，在千斤頂式壓上進(jìn)行壓塊；d、合成裝入石墨坩堝內(nèi)在保護(hù)氣體Ar中進(jìn)行合成，合成升溫速率為1小時(shí)內(nèi) 由室溫升至150(TC 1750'C，并保溫1小時(shí)；e、細(xì)磨備用以料 球份數(shù)比=1: 3的比例磨3小時(shí)后過(guò)60目篩備用；(2)合成WC: a、 合成將份數(shù)比為W: C = 60-98: 1-6的原料放入熱合壓爐中，在保護(hù) 氣體Ar中進(jìn)行合成，合成的升溫速率為1-1. 5小時(shí)由室溫升溫至1600 。C 1900。C，并保溫1小時(shí)；b、細(xì)磨備用以料.球份數(shù)比=1: 3 的比例磨3小時(shí)后過(guò)60目篩備用；(3)配制NbC—WC-C三元材料a、 干燥將制備好的NbC、 WC置于干燥器內(nèi)干燥待用；b、配料將l份 NbC: WC: C重量百分比=35 65: 10 30: 15 35的料和2份鉤鋼球 置于帶橡皮襯的鐵球磨筒內(nèi)均勻混合3-4小時(shí)；C、等靜壓造粒以千斤頂式壓機(jī)以壓力1.5T/cm2等靜壓造粒，過(guò)35目篩；d、燒成裝于
石墨模具內(nèi)，以Ar氣體保護(hù)下升溫?zé)桑?4)成型根據(jù)模具加工成 所需形狀，即得成品。所述的原料NbA的純度為(Ta+Nb) A》99.5%， TaA〈0. 25%、 I. L《0. 30%。所述的合成NbC及合成WC中的原料C為 噴霧碳黑。所述的原料配制中的原料烘干為在電烘箱內(nèi)以100 115°C 的溫度烘24小時(shí)。所述的合成NbC中的混料為在加入油酸的帶橡皮襯 的鐵球磨筒或塑料球磨內(nèi)進(jìn)行。所述的合成NbC中的細(xì)磨備用中的球 為鋼球或鴇鋼球。所述的合成WC中的W的純度為W>99%，粒度OOO 目。所述的配制NbC—WC-C三元材料中配料中的C為光普石墨粉。所 述的配制NbC—WC-C三元材料中升溫?zé)傻纳郎厣龎核俾蕿?室溫 1300'C 45分鐘 不加壓1300°C 60分鐘 加壓至規(guī)定壓力320 400Kg/cn^的1/31300。C 2600。C 90分鐘 加壓至規(guī)定壓力320 400Kg/cm2 2600°C 60分鐘 保壓所述的加工成所需形狀為傳統(tǒng)的錐形筒狀或?yàn)橹锌請(qǐng)A柱體，中空?qǐng)A柱體內(nèi)部?jī)啥顺世刃危?中空?qǐng)A柱體內(nèi)部中間為圓柱形，圓柱形兩端分別連接兩個(gè)喇叭的小的開(kāi)口端， 一端的喇叭的高度與圓柱形高度一致，另一端的喇叭高度為圓柱形高度的2倍，兩個(gè)喇叭的喇叭口的直徑一致。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，該工藝制備的噴管喉襯能保證導(dǎo)彈正常飛行中耐高溫、耐高濕及高壓氣流沖刷，并能達(dá)到耐受瞬時(shí)熱沖擊的要求。[


]圖l是本發(fā)明的工藝流程圖。圖2是本發(fā)明制備的喉襯的結(jié)構(gòu)示意圖。指定圖l為摘要附圖。參見(jiàn)附圖l， l為合成NbC; 2為合成WC; 3為配制NbC—WC-C三元材 料；4為成型，根據(jù)模型加工成所需形狀即得成品。 [具體實(shí)施方式
]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，本發(fā)明對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的 人來(lái)說(shuō)還是比較清楚的。鑒于6FG-14發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中針對(duì)喉襯部件的材料提出的各項(xiàng)性能要求和坯件在機(jī)械加工中的精度要求，因而采用了在使用中具 有耐高溫、高蝕、高沖刷及耐熱沖擊的碳化物三元復(fù)合材料，具體工 藝步驟如下參見(jiàn)附圖l，合成NbC:第一步，取重量百分比占75.5%的純度為 (Ta+Nb) 205》99. 5%， Ta205〈0. 25%、 I. L《0, 30%的,205，及占重量百 分比為24. 5%的噴霧碳黑，并將此原料在電烘箱內(nèi)以11(TC的溫度烘24 小時(shí)；第二步，將此配制好的原料與鎢鋼球WC球以1: 2的份數(shù)比在帶 橡皮襯的鐵球磨筒內(nèi)進(jìn)行混料，混料前加入少量的油酸，混4小時(shí)；第 三步，然后再在千斤頂式壓機(jī)上壓塊造粒；第四步，裝入石墨坩堝內(nèi)， 蓋上帶孔的板以便讓氣體逸出，在保護(hù)氣體Ar保護(hù)下，升溫速率以l 小時(shí)內(nèi)從室溫升至165(TC，再以165(TC保溫1小時(shí)進(jìn)行合成，合成完畢 后，進(jìn)行X衍射，第五步，再進(jìn)行鋼球細(xì)磨，以份數(shù)比為料鎢鋼球= 1: 3的比例細(xì)磨3小時(shí)，然后過(guò)60目篩，備用。合成WC合成第一步，取94份的純度為W〉99X，粒度〈100目的W 原料，及5份的噴霧碳黑放入熱合壓爐中，第二步，在Ar氣體的保護(hù)中， 在1 L 5小時(shí)的時(shí)間內(nèi)從室溫升溫至185(TC，再以1850。C保溫1小時(shí)，
然后進(jìn)行X衍射，第三步，再進(jìn)行鋼球細(xì)磨，以份數(shù)比為料鎢鋼球=1- 3的比例細(xì)磨3小時(shí)，然后過(guò)60目篩，備用。配制NbC—WC-C三元材料第一步，將上述配制好的NbC、 WC置于 干燥器內(nèi)干燥待用；第二步，然后稱取重量百分比55X的NbC, 20%的 WC， 25X的光普石墨粉C作為原料，并以原料鎢鋼球份數(shù)比=1: 2 的配比放入帶橡皮襯的鐵球磨筒內(nèi)均勻混合3 4小時(shí)；第三步，以千 斤頂式壓機(jī)以壓力1.5T/cm2進(jìn)行等靜壓造粒，過(guò)35目篩，第四步，裝 于石墨模具內(nèi)，三孔，每孔兩只，在Ar氣體保護(hù)下，以如下升溫升壓 速率進(jìn)行燒成室溫 130(TC45分鐘 不加壓1300°C 60分鐘 加壓至規(guī)定壓力320 400Kg/cm2的1/31300。C 2600。C 90分鐘 加壓至規(guī)定壓力320 400Kg/cm2 2600°C 60分鐘 保壓參見(jiàn)附圖2，再將制備好的NbC—WC-C的三元材料根據(jù)模型加工成所需的形狀，如為中空?qǐng)A柱體形狀，中空?qǐng)A柱體內(nèi)部?jī)啥顺世刃危锌請(qǐng)A柱體內(nèi)部中間為圓柱形，圓柱形兩端分別連接兩個(gè)喇叭的小的開(kāi)口端， 一端的喇叭的高度與圓柱形高度一致，另一端的喇叭高度為圓柱形高度的2倍，兩個(gè)喇叭的喇叭口的直徑一致。
權(quán)利要求
1、一種發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉襯的制備工藝，其特征在于(1)合成NbCa、原料配制，將重量百分比為Nb2O5∶C＝45-85％～15-55％的原料烘干；b、混料以配制的原料∶WC球＝1∶2的配比進(jìn)行混料4小時(shí)；c、壓塊造粒，在千斤頂式壓機(jī)上進(jìn)行壓塊；d、合成裝入石墨坩堝內(nèi)在保護(hù)氣體Ar中進(jìn)行合成，合成升溫速率為1小時(shí)內(nèi)由室溫升至1500℃～1750℃，并保溫1小時(shí)；e、細(xì)磨備用以料∶球份數(shù)比＝1∶3的比例磨3小時(shí)后過(guò)60目篩備用；(2)合成WCa、合成將份數(shù)比為W∶C＝60-98∶1-6的原料放入熱合壓爐中，在保護(hù)氣體Ar中進(jìn)行合成，合成的升溫速率為1-1.5小時(shí)由室溫升溫至1600℃～1900℃，并保溫1小時(shí)；b、細(xì)磨備用以料∶球份數(shù)比＝1∶3的比例磨3小時(shí)后過(guò)60目篩備用；(3)配制NbC-WC-C三元材料a、干燥將制備好的NbC、WC置于干燥器內(nèi)干燥待用；b、配料將1份NbC∶WC∶C重量百分比＝35～65∶10～30∶15～35的料和2份鎢鋼球置于帶橡皮襯的鐵球磨筒內(nèi)均勻混合3-4小時(shí)；c、等靜壓造粒以千斤頂式壓機(jī)以壓力1.5T/cm2等靜壓造粒，過(guò)35目篩；d、燒成裝于石墨模具內(nèi)，以Ar氣體保護(hù)下升溫?zé)桑?4)成型根據(jù)模具加工成所需形狀，即得成品。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉襯的制備工藝，其特征在 于所述的原料NW)5的純度為(Ta+Nb) 20》99.5%, Ta205<0.25%、 I. L《0. 30%。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉襯的制備工藝，其特征在 于所述的合成NbC及合成WC中的原料C為噴霧碳黑。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉襯的制備工藝，其特征在 于所述的原料配制中的原料烘干為在電烘箱內(nèi)以100 115-C的溫 度烘24小時(shí)。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉襯的制備工藝，其特征在 于所述的合成NbC中的混料為在加入油酸的帶橡皮襯的鐵球磨筒 或塑料球磨內(nèi)進(jìn)行。
6、 如權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉襯的制備工藝，其特征在 于所述的合成NbC中的細(xì)磨備用中的球?yàn)殇撉蚧蜴u鋼球。
7、 如權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉襯的制備工藝，其特征在 于所述的合成WC中的W的純度為W〉99X，粒度〈100目。
8、 如權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉襯的制備工藝，其特征在 于所述的配制NbC—WC-C三元材料中配料中的C為光普石墨粉。
9、 如權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉襯的制備工藝，其特征在 于所述的配制NbC—WC-C三元材料中升溫?zé)傻纳郎厣龎核俾蕿?室溫 130(TC 45分鐘 不加壓1300。C 60分鐘 加壓至規(guī)定壓力320 400Kg/cm2的1/31300。C 2600。C 90分鐘 加壓至規(guī)定壓力320 400Kg/cm2 2600 °C 60分鐘 保壓。
10、 如權(quán)利要求1所述的一種發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉襯的制備工藝，其特 征在于所述的加工成所需形狀為傳統(tǒng)的錐形筒狀或?yàn)橹锌請(qǐng)A柱體， 中空?qǐng)A柱體內(nèi)部?jī)啥顺世刃?，中空?qǐng)A柱體內(nèi)部中間為圓柱形，圓 柱形兩端分別連接兩個(gè)喇叭的小的開(kāi)口端， 一端的喇叭的高度與圓 柱形高度一致，另一端的喇叭高度為圓柱形高度的2倍，兩個(gè)喇叭 的喇叭口的直徑一致。
全文摘要
本發(fā)明涉及噴管喉襯技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種發(fā)動(dòng)機(jī)主噴管喉襯的制備工藝，其特征在于(1)合成NbCa、原料配制；b、混料；c、壓塊造粒，在千斤頂式壓上進(jìn)行壓塊；d、合成；e、細(xì)磨備用；(2)合成WCa、合成；b、細(xì)磨備用；(3)配制NbC-WC-C三元材料a、干燥；b、配料；c、等靜壓造粒；d、燒成；(4)成型根據(jù)模具加工成所需形狀，即得成品。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，該工藝制備的噴管喉襯能保證導(dǎo)彈正常飛行中耐高溫、耐高蝕及高壓氣流沖刷，并能達(dá)到耐受瞬時(shí)熱沖擊的要求。
文檔編號(hào)C04B35/52GK101125754SQ20071004354
公開(kāi)日2008年2月20日 申請(qǐng)日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者胡麗華 申請(qǐng)人:傅秀師