[發明專利]一種火箭發動機噴管用的高導熱低膨脹石墨及其制備方法

在審

• 申請號: 202011119992.1
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112321301A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 楊程;熊紅利;王新華;劉金平;吳志剛;何成林;張習龍;黃斌;陳幫智;陳紅;李啟常;陳新征;譚征
• 申請（專利權）人: 湖南長宇科技發展有限公司
• 主分類號: C04B35/52
• 分類號: C04B35/52;C04B35/532;C04B35/622
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 魏龍霞

本發明公開了一種火箭發動機噴管用的高導熱低膨脹石墨，主要原料為石油焦粉、鱗片石墨粉和改質高溫瀝青；其中，改質高溫瀝青是將高溫瀝青經過硫磺硫化處理后得到的。該石墨的制備方法包括：將石油焦、鱗片石墨整形后，與高溫改質瀝青進行混捏、制片、粉碎、靜置、等靜壓成型、炭化處理和浸漬處理，最后進行石墨化處理，得到高導熱低膨脹石墨。本發明的石墨以石油焦粉為主料，鱗片石墨為輔料，以硫磺改質瀝青為粘結劑，合理搭配骨料種類和配比，在基本保持石墨本身的強度指標的同時，還能有效增強石墨的高導熱、低膨脹系數，從而減少與難熔陶瓷的膨脹系數差，滿足火箭發動機噴管使用要求。

技術領域

本發明屬于石墨材料技術領域，尤其涉及一種火箭發動機噴管用高導熱低膨脹的石墨及其制備方法。

背景技術

火箭發動機噴管作為火箭的關鍵部件，具有控制燃燒室壓強，維持裝藥正常燃燒，使燃氣膨脹加速，進而將燃氣熱能轉化為動能的作用。由于國外對我國軍用石墨長期封鎖，目前使用軍用石墨主要以哈爾濱電碳廠的T系列石墨為主。該石墨服務我國軍工行業幾十年，從小型戰術導彈到中遠程火箭發動機都是純石墨結構的噴管，在石墨基體改性的可行性上還有很大的成長空間。隨著我國各類型火箭發動機的迅速發展，根據射程、發動機燃料特性等提供更耐燒蝕，耐氧化，更具針對性的噴管用石墨越來越緊要，特別是能提供能進一步改性石墨抗燒蝕能力的石墨胚料尤為重要。目前國內外，C/C陶瓷復合材料是炭材料與難熔陶瓷結合，石墨很少具備能夠與陶瓷相結合的條件，原因主要集中在石墨密度高、孔隙相對C/C低，陶瓷復合材料主要集中在石墨表層，石墨脆性大，它與難熔陶瓷的膨脹系數相差大，在燒蝕中容易引發膨脹過大導致石墨崩裂等缺陷。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種高導熱低膨脹系數的石墨及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種火箭發動機噴管用的高導熱低膨脹石墨，所述高導熱低膨脹石墨的主要原料為石油焦粉、鱗片石墨粉和改質高溫瀝青；

其中，石油焦粉與鱗片石墨粉的質量比為9:1～7:3；改質高溫瀝青的添加量占原料總質量的10～28％；所述改質高溫瀝青是將高溫瀝青經過硫磺硫化處理后得到的。采用硫磺處理后的高溫瀝青能夠降低高溫瀝青的軟化點約30℃，在相同捏合溫度的情況下，軟化點低30℃的高溫瀝青比正常高溫瀝青的流動性(粘度低)要優幾個數量級，還不降低殘碳率；在混捏過程，硫磺改性的高溫瀝青在骨料間分散性好，包裹骨料均勻性更好，最重要的是硫磺改性的高溫瀝青的潤濕性更強，可提高塊材均質性，提高焙燒的合格率；而且，硫化瀝青石墨化后會有少量介孔產生，提供材料受熱變形的伸展空間，可大幅降低石墨的熱膨脹系數。

優選地，所述改質高溫瀝青的軟化點為110～120℃。

優選地，所述改質高溫瀝青的制備方法如下：將軟化點為120～150℃的高溫瀝青在120～160℃下熬制10-20小時，再加入硫磺，溫度控制在100～150℃，進行硫化反應48h～72h，其中，高溫瀝青與硫磺的質量比為1:20～1:50。

本發明還提供一種火箭發動機噴管用的高導熱低膨脹石墨的制備方法，包括以下步驟：

(1)將石油焦、鱗片石墨用整形機粉碎至粒度為D50＝20-80μm的細粉；

(2)將步驟(1)得到的石油焦粉和鱗片石墨粉與高溫改質瀝青進行混捏、制片、粉碎得到混合物料；

(3)將步驟(2)得到的混合物料，經過物理混合均勻并靜置；

(4)將步驟(3)靜置后的混合物料進行等靜壓成型，脫模后得到生坯樣品；

(5)將步驟(4)得到的生坯樣品靜置后進行炭化和浸漬處理；

(6)將步驟(5)處理的樣品進行石墨化處理，即得到所述高導熱低膨脹石墨。