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石墨在航天航空领域的应用
- 作者：admin
- 发布时间：2023-03-21 10:04
- 点击：
石墨作为一种非金属的资源矿物，由于其自润滑性能、易成型加工、有良好的导热性能、热稳定性能以及化学性能稳定等特点，在航天航空领域应用广泛，如密封材料、喉衬材料等。
作为密封材料
密封材料的性能直接决定了密封的可靠性。但随着科学技术的发展和进步，对密封材料提出了越来越苛刻的要求。由于空间站具有高温、低温、高压、微重力和腐蚀等严酷环境变化，空间站的密封材料主要应用于航天器的推进系统，机翼端头、升降副翼等结构部件的密封，以及液压系统和气动系统中的箱体、阀门等零件的静密封和动密封。然而，由于发动机轴的旋转速度快，石墨材料不能满足对密封材料抗拉强度的要求，因此石墨材料不能用于轴封材料。
1.柔性石墨材料
上世纪80年代中期，美国成功研制出由天然鳞片石墨深加工制得的柔性石墨材料。柔性石墨材料由于具有良好的自润滑性能和热导率，较小的线膨胀系数和摩擦系数，以及较大的化学惰性，可替代石棉和橡胶材料，成功应用于高技术领域的密封材料。柔性石墨材料具有可压缩性和回弹性高的特点，但强度极低，只能应用于低压静密封。几种液体火箭发动机的密封材料品种及规格如下表所示。
2.增强石墨材料
石墨材料密封性能差，需要通过其他材料（如树脂、金属等）浸渍石墨以改善其密封性能。
(1) 树脂浸渍：树脂一般为酚醛树脂、四氢呋喃以及糠酮树脂。贾谦等通过研究酚醛树脂在不同状态下浸渍石墨材料的摩擦磨损特性，得出结论，液体火箭发动机涡轮泵的密封材料要具有适中的石墨化度。
(2)金属浸渍： 金属浸渍石墨可以保持两者的优点。常用的浸渍金属有锑、银、铅以及铜等，国外对锑浸渍石墨材料的物理性能进行测试，相关研究如下表所示。
(3)无机盐浸渍： 石墨材料在300℃以上容易发生氧化反应，使得材料的机械性能变差，利用无机盐浸渍后，石墨的高温抗氧化性能明显提高。山西煤炭化学研究所用13 μm的天然石墨粉、3μm的BN粉、软化点 175 ℃的沥青、320μm的石油焦粉以及酚醛树脂制备密封材料，首先粉末以一定比例混合后热压成型，再经过酚醛树脂浸渍炭化得到的石墨材料，在航空和航天端面密封以及其他减磨材料方面具有广泛的应用。
3.各向同性石墨材料
各向同性石墨材料起源于上世纪60年代，与其他石墨材料相比，各向同性石墨材料的综合性能更优，而且成型工艺也有所不同，一般采用冷等静压机为设备，将石油焦以及沥青焦特殊处理后作为原料，制备的各向同性石墨材料具有抗压强度以及弯曲强度高、结构均匀致密、密度大、加工处理后密封面精度和光洁度极高、开孔率很低等特点，所以又叫高密高强石墨材料。
中国石墨材料研发水平可以满足航天产品的基本需求，但产品和国外相比还存在一定的差距，需要科研人员不断提高石墨产品的综合性能，以扩大航空航天服务领域的应用。
作为密封材料
密封材料的性能直接决定了密封的可靠性。但随着科学技术的发展和进步，对密封材料提出了越来越苛刻的要求。由于空间站具有高温、低温、高压、微重力和腐蚀等严酷环境变化，空间站的密封材料主要应用于航天器的推进系统，机翼端头、升降副翼等结构部件的密封，以及液压系统和气动系统中的箱体、阀门等零件的静密封和动密封。然而，由于发动机轴的旋转速度快，石墨材料不能满足对密封材料抗拉强度的要求，因此石墨材料不能用于轴封材料。
1.柔性石墨材料
2.增强石墨材料
(1) 树脂浸渍：树脂一般为酚醛树脂、四氢呋喃以及糠酮树脂。贾谦等通过研究酚醛树脂在不同状态下浸渍石墨材料的摩擦磨损特性，得出结论，液体火箭发动机涡轮泵的密封材料要具有适中的石墨化度。
(2)金属浸渍： 金属浸渍石墨可以保持两者的优点。常用的浸渍金属有锑、银、铅以及铜等，国外对锑浸渍石墨材料的物理性能进行测试，相关研究如下表所示。
(3)无机盐浸渍： 石墨材料在300℃以上容易发生氧化反应，使得材料的机械性能变差，利用无机盐浸渍后，石墨的高温抗氧化性能明显提高。山西煤炭化学研究所用13 μm的天然石墨粉、3μm的BN粉、软化点 175 ℃的沥青、320μm的石油焦粉以及酚醛树脂制备密封材料，首先粉末以一定比例混合后热压成型，再经过酚醛树脂浸渍炭化得到的石墨材料，在航空和航天端面密封以及其他减磨材料方面具有广泛的应用。
3.各向同性石墨材料
中国石墨材料研发水平可以满足航天产品的基本需求，但产品和国外相比还存在一定的差距，需要科研人员不断提高石墨产品的综合性能，以扩大航空航天服务领域的应用。
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