銥-錸-碳-碳推力室身部關(guān)鍵制備技術(shù)研究.pdf

1、目前姿/軌控液體發(fā)動(dòng)機(jī)正朝著高比沖、輕量化、長(zhǎng)壽命的方向發(fā)展，對(duì)推力室材料的使用要求越來(lái)越高。銥/錸/碳-碳推力室綜合了銥/錸高溫強(qiáng)度好、長(zhǎng)壽命和抗氧化性好的優(yōu)點(diǎn)以及 C/C復(fù)合材料低密度、高溫高強(qiáng)度等特點(diǎn)，具有其它材料體系推力室無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。本文以銥/錸/碳-碳推力室構(gòu)件的制備為目標(biāo)，重點(diǎn)解決銥/錸/碳-碳推力室在制備過(guò)程中存在的關(guān)鍵技術(shù)難題，期望制備出性能優(yōu)良、滿(mǎn)足考核要求的推力室構(gòu)件。
　　本文首先對(duì)銥/錸/碳-碳推力室制

2、備技術(shù)及研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，對(duì)比研究了推力室制備的兩種技術(shù)方案的可行性，即先制備碳/碳管體再制備銥/錸涂層（簡(jiǎn)稱(chēng)“先碳-碳后銥/錸”方案）和先制備銥/錸涂層再制備碳/碳管體（簡(jiǎn)稱(chēng)“先銥/錸后碳-碳”方案）。結(jié)果表明“先銥/錸后碳-碳”技術(shù)方案更適于推力室的制備；針對(duì)推力室芯模上CVD錸涂層厚度均勻性差的問(wèn)題，采用數(shù)值模擬研究了沉積室?guī)缀涡螤睢⒊练e氣氛、沉積室壓力對(duì)錸涂層厚度均勻性的影響，并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；此外，為改善推力室外壁

3、碳/碳復(fù)合材料抗高溫氧化性能，對(duì)外壁碳/碳復(fù)合材料進(jìn)行了熔滲硅和鈦-硅合金的研究。通過(guò)以上研究主要得出以下結(jié)論：
　　(1)“先碳-碳后銥/錸”方案工藝流程短，但存在技術(shù)難度大、不可靠的因素。在C/C基體上CVD制備的錸涂層存在裂紋缺陷，在熔鹽電沉積制備銥涂層過(guò)程中管件內(nèi)壁易出現(xiàn)鍍覆不完整的缺陷，導(dǎo)致了銥涂層質(zhì)量隱患的存在；“先銥/錸后碳-碳”方案可以制備出致密、無(wú)缺陷的錸、銥涂層，且便于逐層檢驗(yàn)涂層質(zhì)量。雖然制備工序多、周期長(zhǎng)，

4、但構(gòu)件質(zhì)量有保證，總體來(lái)看這種方案更適于推力室的制備。
　　(2)通過(guò)一系列假設(shè)和簡(jiǎn)化建立了CVD反應(yīng)器的數(shù)學(xué)模型，模擬得到了沉積室內(nèi)的氣體流型、各組分濃度場(chǎng)的分布以及芯模表面沉積速率等結(jié)果。通過(guò)理論模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得到沉積的最優(yōu)工藝參數(shù)為： Ar=700 ml/min，操作壓強(qiáng)P=0.01MPa，氯氣流量實(shí)時(shí)調(diào)整；最優(yōu)的沉積室形狀為：基本尺寸Φ40mm，底部尺寸Φ25mm，喉部形狀與芯模復(fù)型。
　　(3)在推力室外壁直接熔滲

5、Si時(shí)，雖然可以顯著提高碳/碳外壁的抗氧化性，但會(huì)在C/C基體與厚壁錸界面發(fā)生合金化反應(yīng)，主要生成ReSi2，硅原子繼續(xù)向內(nèi)壁大量擴(kuò)散將整個(gè)涂層貫穿，導(dǎo)致銥涂層疏松失去抗氧化作用，銥涂層的破壞可能和硅原子在晶界的偏聚并最終形成低熔點(diǎn)合金有關(guān)；采用先熔滲Ti86.5Si13.5合金，再熔滲硅的兩步熔滲法時(shí)，在C/C與厚壁錸的界面首先反應(yīng)生成TiC層，能有效抑制硅和錸層的反應(yīng)，但并沒(méi)有完全阻擋硅原子向內(nèi)壁錸/銥涂層的擴(kuò)散，使得銥涂層仍然不能