[發明專利]一種鉬基多層防熱材料及其結構

有效

• 申請號: 201310412088.3
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103722789A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 陳照峰;聶麗麗
• 申請（專利權）人: 太倉派歐技術咨詢服務有限公司
• 主分類號: B32B5/18
• 分類號: B32B5/18;B32B15/04
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技術領域

本發明涉及一種防熱材料及其結構，特別是涉及一種鉬基多層防熱材料及其結構。

背景技術

噴管是發動機的重要組成部分，它處在高溫高壓氣流環境中。由于受總體布局的限制，要求體積小，重量輕，強度高，耐高溫。因此它不能完全使用高強度合金鋼制造，而是由多種材料組合起來的。目前常用的噴管材料有Nb合金、C／C復合材料等。

C-103(Nb-10Hf-1Ti-0.5Zr)和Nb521(Nb-5W-2Mo-1Zr)兩種Nb合金是液體火箭發動機燃燒室身部和推力室、噴管延伸段用的關鍵材料。C-103合金其使用溫度在1200-1400℃之間，是目前我國液體火箭發動機的常用材料，已應用于YF-40和長征系列、東風系列火箭發動機，年產量近4噸。Nb521合金密度為8.87kg／cm³，略低于C-103合金(8.9kg／cm³)，使用溫度在1400-1650℃之間，能夠滿足動能殺傷攔截器(KKV)和相應的導彈運載系統使用的軌、姿控發動機，如Df-31A、JL-2號三級姿控發動機使用的300N、200N、25N鈮合金噴管及未來新型軍用衛星、空間實驗室用姿控發動機對材料的要求，已設計為490N、150N等多種燃燒室結構件。但是，相對于陶瓷等復合材料，合金噴管的大質量和高價格在一定程度上限制了其應用范圍。

宋允等在文獻“碳／碳復合材料在推進系統上的應用”中介紹了碳／碳復合材料在固體發動機、液體發動機和渦輪噴氣發動機等推進系統上的應用。宇宙空間溫度變化劇烈，要求材料耐熱、耐低及尺寸穩定，向宇宙空間發射物體需極大的推力，重量的減輕將會帶來極大的效益。C／C獨特的性能使它在航天系統上有著無可限量的前途，但目前還受制造方法和測試手段的限制。

液體推進劑發動機亦可簡稱為液體火箭發動機或液體發動機。它與固體火箭發動機的最大不同就是所用的推進劑是液體狀態。液體發動機一般由推力室、渦輪泵、燃氣發生器或預燃室、活門和自動器組成。目前的液體發動機燃燒室壓力都在30個大氣壓以上，并且液體推進劑燃燒時溫度高達3830℃。C／C排氣管道在如此高溫下容易氧化，碳質表面很容易腐蝕，未涂層的C／C僅能在短期內使用。盡管涂層C／C具有更大吸引力，但它們的價格通常不能與傳統材料相比。

發明內容

本發明主要針對燃燒器的高溫結構管件，提出一種鉬基多層防熱材料及其結構。該材料由四層不同材料組成，由外到內依次是鎳涂層、鉬泡沫層、金屬鉬層和MoSi₂涂層。它們通過原子間作用力相互結合，形成一種管狀結構，能在高溫環境下穩定工作，并且抗氧化、防腐蝕，可作為要求嚴苛的航空航天器噴管等高溫結構件。

所述的鉬泡沫與金屬鉬層構成管狀結構的主體，是結構的中間層，鉬泡沫位于鉬金屬管的外表面，內部呈現出三維網絡狀，厚度為1～5mm。鉬金屬管是管狀的金屬鉬層，厚度為0.1～0.5mm。

所述的鎳涂層位于管狀結構的最外層，附著于鉬泡沫表面，厚度為0.5～3mm，具有優良的抗氧化和耐腐蝕性能。所述的MoSi₂涂層位于鉬金屬管的內表面，是管狀結構的最內層，厚度為0.1mm～0.5mm，具有很高的強度、硬度和高溫穩定性，以及優異的抗氧化、耐磨損性能。

本發明的主要優點是：①該放熱材料具有多層結構，質量輕，強度高，具有優異的高溫性能，能夠抗氧化和防腐蝕；②該材料包含多種難熔金屬和涂層，在高溫環境下保持穩定的工作狀態；③該管狀結構內部是泡沫材料，可以填充冷卻、相變等材料，實現高溫結構的高效降溫；④該管狀結構表面附著有抗氧化、防腐蝕涂層，具有使用壽命長，穩定性好的優點。

附圖說明

圖示為一種鉬基多層防熱管的示意圖。

圖示10為鎳涂層；20為鉬泡沫；30為鉬金屬管；40為MoSi₂涂層。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定。

實施例1