碳密封材料在航空航天領(lǐng)域的運用范文

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《艦載武器》2011年第11期

摘要:碳密封材料是空間領(lǐng)域中的一種具有良好應(yīng)用前景的摩擦密封材料。本文主要對應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的碳密封材料的種類和工業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的制備工藝進行了探究。

關(guān)鍵詞:碳密封材料;航空航天;應(yīng)用

制備工藝航空航天工業(yè)是事關(guān)我國國防事業(yè)的重要工業(yè)。在航空航天工業(yè)不斷發(fā)展的背景下，這一領(lǐng)域研究人員開始對應(yīng)用材料的密封可靠性問題展開了深入的研究。密封材料的性能是密封可靠性的主要影響因素。碳密封材料在這一領(lǐng)域有著優(yōu)異的特性。

1航空航天領(lǐng)域常用的碳密封材料

1．1柔性石墨密封材料

從石墨自身的性能來看，它可以成為高溫環(huán)境和低溫環(huán)境下常用的密封材料。柔性石墨密封材料主要由石墨紙、柔性石墨卷材等材料組成。這種材料是天然鱗片石墨進行特殊加工的產(chǎn)物。它具有著良好的自潤滑性能和耐熱性。這種材料的化學(xué)惰性相對較大，可以抵抗酸堿鹽溶液和一些有機溶劑的侵蝕。因此，它可以替代一些應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的石棉材料和橡膠密封材料。柔性石墨密封材料中的柔性石墨材料可以用于低壓靜密封。

1．2增強石墨密封材料

在航空航天領(lǐng)域，增強石墨密封件主要應(yīng)用于動密封、機械密封件的摩擦副和旋轉(zhuǎn)接頭之中。這種材料主要由多孔石墨浸漬而成。浸漬過程應(yīng)用到了加壓浸漬工藝和真空浸漬工藝等多種工藝。俄羅斯科學(xué)家將高強石墨密封環(huán)應(yīng)用在了航天發(fā)動機的渦輪泵中，這一材料具有著高強度、高密度和低摩擦系數(shù)的特點。

1．3碳纖維復(fù)合材料

碳纖維復(fù)合材料主要由碳纖維－柔性石墨復(fù)合材料和碳纖維－樹脂浸漬復(fù)合材料等多種材料組成。這種材料有著良好的耐磨性和獨特的自潤滑性。它可以應(yīng)用在航空發(fā)動機渦輪的軸徑部位。這種碳密封材料具有著導(dǎo)電性、耐腐蝕性，對電波和X射線也具有有效抵御的特性。它也可以適應(yīng)中高壓靜密封環(huán)境的要求。

2碳密封材料制備工藝的應(yīng)用

2．1碳密封材料的復(fù)合加工工藝

碳密封材料的復(fù)合加工工藝建立在超聲振動輔助切削加工工藝和超聲電火花加工工藝等工藝基礎(chǔ)之上。超聲振動輔助切削加工可以在降低切削溫度的基礎(chǔ)上，強化加工表面的質(zhì)量。超聲電火花技術(shù)是在電機中應(yīng)用超聲振動的一種加工方法。它主要利用電極端面合適的放電間隙來提升火花擊穿概率，也可以提升加工孔的加工穩(wěn)定性和加工效率。深化復(fù)合加工工藝，可以為碳密封材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用提供一定的幫助。

2．2碳密封材料的抗氧化工藝

碳密封材料的抗氧化工藝涉及到了這一材料的生產(chǎn)過程中應(yīng)用的單涂層技術(shù)和兩涂層技術(shù)等技術(shù)。氮化硅、氮氧化硅和相關(guān)混合物可以有效強化碳密封材料的低溫抗氧化性能和高溫抗氧化性能化。與之相關(guān)的后處理技術(shù)也可以有效解決碳密封材料可能出現(xiàn)的微裂紋問題。

2．3碳密封材料的耐高溫工藝

與航空航天事業(yè)有關(guān)的碳密封材料耐高溫工藝主要由以下工藝技術(shù)組成:法國航空宇航公司所采用的一種與SiC有關(guān)的制備工藝;二是與離散碳纖維有關(guān)的隔熱結(jié)構(gòu)制備方法，這種制備方法中應(yīng)用了乙二醇、丙三醇和石油油料等多種材料;三是由美國企業(yè)研發(fā)的一種建立在仿氧化硅基樹脂技術(shù)基礎(chǔ)上的碳密封材料耐高溫技術(shù)。在對這一工藝進行應(yīng)用，可以讓碳密封材料在航天非隔熱層的建構(gòu)過程中得到推廣。

2．4碳密封材料的致密化工藝

碳密封材料生產(chǎn)領(lǐng)域所采用的高強度碳密封材料制造法是以固體可流動顆粒狀聚合物為壓力介質(zhì)的制造方法。碳密封材料先驅(qū)體的固化過程是生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵要素。除此以外，熱壓成型法在碳密封材料中的應(yīng)用可以讓這一材料的致密性特征得到強化。它讓應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的碳密封材料的制備過程與含碳纖維符合材料和研磨瀝青等基質(zhì)材料之間產(chǎn)生了一定的聯(lián)系。在經(jīng)過電阻加熱以后，壓制而成的碳密封材料的密度可以達到1.30g/cm3。

2．5碳密封材料的防裂解工藝

防裂解工藝可以為碳密封材料在航紅航天領(lǐng)域的應(yīng)用提供一定的保障。具有梯度碳化物涂層的碳纖維增強復(fù)合材料的應(yīng)用，可以借助傳統(tǒng)的氣相沉積法完成碳密封材料的制備工作。在這一方法應(yīng)用以后，圖層標(biāo)稱的熱脹系數(shù)要高于地層的系數(shù)，表層到底層的熱脹系數(shù)也會表現(xiàn)出漸變分布的特點，這樣，在高溫環(huán)境下，航空航天領(lǐng)域所應(yīng)用的碳密封材料不會出現(xiàn)斷裂的問題。

3結(jié)語

隨著高新技術(shù)的不斷發(fā)展，航空航天領(lǐng)域?qū)γ芊獠牧系囊笠膊粩嗵岣摺Ｌ济芊獠牧系膽?yīng)用已經(jīng)受到航空航天領(lǐng)域重點關(guān)注，例如航空發(fā)動機對軸間密封材料的強度、抗氧化性和導(dǎo)熱性有著嚴格的要求。通過對碳密封材料滑動摩擦磨損行為的探究，可以發(fā)現(xiàn)，碳纖維復(fù)合材料更適用于航空發(fā)動機主軸密封環(huán)之中。碳纖維編制方法和相關(guān)的工藝參數(shù)是航空航天領(lǐng)域的專家所研究的重要問題，其可以讓碳密封材料應(yīng)用于運載火箭的發(fā)動機泵密封件之中。碳密封材料在航空航天領(lǐng)域有著較為廣泛的應(yīng)用前景，創(chuàng)新相關(guān)制備技術(shù)是對這一材料的性能進行改善的有效方式。隨著我國航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，新型碳密封材料也會在這一領(lǐng)域得到進一步的推廣。

參考文獻:

［1］黃荔海，李賀軍，李克智，張守陽．碳密封材料的研究進展及其在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用［J］．宇航材料工藝，2006(04):12～17．

［2］郭孟，樊會濤，李輝．面向航空航天的C/C復(fù)合材料加工技術(shù)研究［J］．裝備制造技術(shù)，2014(03):182～185.

作者：陳至銳 單位：長沙市望城區(qū)第一中學(xué)