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)動機正朝著高比沖、輕量化、長壽命的方向發(fā)展，對推力室材料的使用要求越來越高。銥/錸/碳-碳推力室綜合了銥/錸高溫強度好、長壽命和抗氧化性好的優(yōu)點以及 C/C復(fù)合材料低密度、高溫高強度等特點，具有其它材料體系推力室無法比擬的優(yōu)點。本文以銥/錸/碳-碳推力室構(gòu)件的制備為目標(biāo)，重點解決銥/錸/碳-碳推力室在制備過程中存在的關(guān)鍵技術(shù)難題，期望制備出性能優(yōu)良、滿足考核要求的推力室構(gòu)件。
　　本文首先對銥/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（簡稱“先碳-碳后銥/錸”方案）和先制備銥/錸涂層再制備碳/碳管體（簡稱“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；針對推力室芯模上CVD錸涂層厚度均勻性差的問題，采用數(shù)值模擬研究了沉積室?guī)缀涡螤?、沉積氣氛、沉積室壓力對錸涂層厚度均勻性的影響，并對模擬結(jié)果進(jìn)行了實驗驗證；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、無缺陷的錸、銥涂層，且便于逐層檢驗涂層質(zhì)量。雖然制備工序多、周期長，

4、但構(gòu)件質(zhì)量有保證，總體來看這種方案更適于推力室的制備。
　　(2)通過一系列假設(shè)和簡化建立了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、各組分濃度場的分布以及芯模表面沉積速率等結(jié)果。通過理論模擬和實驗驗證得到沉積的最優(yōu)工藝參數(shù)為： Ar=700 ml/min，操作壓強P=0.01MPa，氯氣流量實時調(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，雖然可以顯著提高碳/碳外壁的抗氧化性，但會在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)壁大量擴散將整個涂層貫穿，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，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)，但并沒有完全阻擋硅原子向內(nèi)壁錸/銥涂層的擴散，使得銥涂層仍然不能