[發明專利]網狀多孔電熱材料氣氛相容性實驗設備及其方法

有效

• 申請號: 201110278813.3
• 申請日: 2011-09-19
• 公開（公告）號: CN102998245A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 李曙;張月來;易凡;段德莉;丁筱筠;張榮祿;劉陽
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及電熱材料的氣氛相容性實驗技術，具體為一種內置式多孔加熱器的網狀多孔電熱材料氣氛相容性實驗設備及其方法。

背景技術

內置式多孔加熱器將應用在空間飛行器電熱推力器上，用于加熱推進劑(或者使推進劑加熱分解)，產生的大量高溫氣體從拉瓦管噴出，產生推力，調整飛行器的姿態和軌道。電熱推力器具有節約星上能源，結構簡單(推力室與加熱器一體化)，使用方便等優點。以電熱肼推力器為例，與目前采用的肼催化分解式推力器相比它的突出優點是免用催化劑，提高推力器的可靠性和衛星的使用壽命，同時還能節約星上能源。但由于推進劑肼直接與內置式多孔加熱器的網狀多孔電熱材料接觸，對網狀多孔電熱材料與肼及其分解氣體的相容性提出了很高的要求。

電熱肼推力器工作前，內置式多孔加熱器將推力室加熱到450℃以上，工作時，肼直接噴射到發熱體表面，促使肼熱分解，其熱分解反應為放熱反應，分解后氣體溫度能達900℃左右，肼分解產物尤其是氨氣在高溫時腐蝕性極強，因此必須進行內置式多孔加熱器網狀多孔電熱材料與肼分解氣氛的相容性實驗。考慮到肼有劇毒，但其本身對金屬材料的腐蝕性不強，因此采用肼的分解產物即氨氣、氮氣和氫氣按照一定配比來模擬肼氣氛相容性實驗，肼在加熱或者催化劑的條件下發生如下反應：

氨氣在不同條件下的解離度x不同，因此需要選用不同配比的混合氣體來模擬，網狀多孔電熱材料與肼分解氣氛具有較好的相容性是內置式多孔加熱器正常工作的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于提供一種內置式多孔加熱器的網狀多孔電熱材料氣氛相容性實驗設備及其方法，可以采用該設備模擬肼分解氣氛環境，研究網狀多孔電熱材料與肼分解氣氛的相容性。本發明設備及其方法也可用于開展其它材料與其它氣氛相容性的實驗。

本發明的技術方案是：

一種網狀多孔電熱材料氣氛相容性實驗設備，包括氣源及流量控制系統、氣體除水除氧系統、高溫爐及真空系統、電阻測量系統和尾氣處理系統；各系統間以氧氣管相連接。

所述氣源及流量控制系統包括氣源和流量控制系統；氣源由純液氨、純氮氣和純氫氣組成；流量控制系統可分別控制三種氣體的流量，氣源經流量控制系統進入氣體除水除氧系統；。

所述氣體除水除氧系統包括至少一個除水干燥塔和至少一個除氧干燥塔，前端的除水干燥塔用于除去氣體中的水分，后端的除氧干燥塔用于除去氣體中的氧氣。

所述高溫爐及真空系統由可分段設定升溫速率和降溫速率的水平管式高溫爐、進氣端法蘭、出氣端法蘭、壓力真空表、球閥、氣密封耐輻照圓形電連接器和真空機械泵組成；水平管式高溫爐的爐管兩端分別接進氣端法蘭和出氣端法蘭，進氣端法蘭與水平管式高溫爐的爐管之間采用氟橡膠密封圈密封，進氣端法蘭上開正方形口接氣密封耐輻照圓形電連接器，進氣端法蘭側壁開口接壓力真空表，由球閥連接氧氣管與進氣端法蘭，球閥控制氣體除水除氧系統與高溫爐及真空系統的通斷；出氣端法蘭通過細不銹鋼管與玻璃三通相連，出氣端法蘭與細不銹鋼管之間采用氟橡膠密封圈密封；玻璃三通的一端連接真空機械泵；所述水平管式高溫爐可分段設定升溫速率和降溫速率。

所述尾氣處理系統包括前端的除水塔和后端的尾氣處理塔，尾氣處理系統連接于玻璃三通的另一端；玻璃三通用于控制管式高溫爐是連接真空機械泵還是尾氣處理系統。

所述電阻測量系統包括無熱電勢開關和電阻測量儀；無熱電勢開關與氣密封耐輻照圓形電連接器相連，智能型直流低電阻測量儀連接無熱電勢開關；氣密封耐輻照圓形電連接器通過鎳絲連接水平管式高溫爐內的電熱材料，純鎳絲電阻率很小，其阻值及變化相對于電熱材料來說可以忽略；氣密封耐輻照圓形電連接器能連接真空室內外，具有很好的密封性。

所述流量控制器上有三個玻璃轉子流量計，按配比分別控制三種氣體的流量。

所述除水干燥塔內裝有鈉石灰或堿石灰，所述除氧干燥塔內裝有活性鎳脫氧劑。

所述進氣端法蘭用升降臺支撐，以避免進氣端法蘭壓壞爐管；由于出氣端流出的氣體具有較高的溫度，因此在出氣端法蘭外圓及伸出的細不銹鋼管上纏繞細銅管用作水冷套，避免出氣端法蘭的密封圈和氧氣管老化。

所述真空機械泵上安裝電磁阻斷閥，防止真空機械泵油倒吸。

所述尾氣處理系統中的干燥塔內裝載鈉石灰或堿石灰；所述尾氣處理塔為安裝了倒扣漏斗的盛水大燒杯。