一种碳碳复合材料火箭发动机喷管喉衬的制备工艺及设备制造技术

本发明专利技术公布了一种碳碳复合材料火箭发动机喷管喉衬的制备工艺及设备，属于碳碳复合材料产品技术领域，其制备工艺包括胚体

【技术实现步骤摘要】
一种碳碳复合材料火箭发动机喷管喉衬的制备工艺及设备


[0001]本专利技术涉及碳碳复合材料产品
，尤其是涉及一种碳碳复合材料火箭发动机喷管喉衬的制备工艺及设备。

技术介绍

[0002]在固体火箭发动机点火时，固体燃料在燃烧室内燃烧产生大量的气体，发动机喷管位于燃烧室后端，它通过控制燃气的膨胀使固体燃料的内能转化为动能，从而给火箭提供动力。而喉衬位于喷管的喉部，在火箭点火发射的瞬间，会承受3000℃左右的高温、高流速携带固体颗粒或液滴的气流冲刷，喉衬材料的温度会以大约2000℃/s的速率上升，在这种剧烈的热震作用下，如果喉衬材料烧蚀严重或者变形碎裂，则会大大影响发动机的工作效率。
[0003]喷管喉衬是固体火箭发动机关键部件，要承受高温、高压和固体粒子的冲刷以及高温燃气的热化学侵蚀等。恶劣的工作环境对喉衬部件的安全性造成严重影响，而喉衬部件的安全性对固体火箭发动机能否正常安全工作至关重要。随着科技水平的提高，碳
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碳复合材料喷管喉衬已成为固体火箭发动机喉衬材料的首选。碳
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碳复合材料喉衬的预制体主要采用针刺和三维编织，其中三维编织的性能更好。
[0004]碳/碳复合材料由三种不同组分构成，即树脂碳、碳纤维和热解碳。由于它几乎完全是由元素碳组成，故能承受极高的温度和极大的加热速率。通过碳纤维适当的取向增强，可得到力学性能优良的材料，在高温时这种性能保持不变甚至某些性能指标有所提高。碳/碳复合材料抗热冲击和抗热导能力极强，且具有一定的化学惰性。
[0005]本专利技术的目的即在于提供一种碳碳复合材料火箭发动机喷管喉衬的制备工艺，并配合优化的加工设备，实现高速、低成本制造高性能的碳碳喉衬，同时一定程度的解决现有加工设备中的切削装置存在的调节幅度不够大，适用范围不够广，导致需要配置多套不同的设备才能满足不同产品的加工需求，存在成本扩张以及维护麻烦等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对以上问题，提供一种碳碳复合材料火箭发动机喷管喉衬的制备工艺及设备。本专利技术采用的技术方案是：一种碳碳复合材料火箭发动机喷管喉衬的制备工艺，包括如下步骤：
[0007]A、胚体预处理：其中胚体采用三维编织法，且网胎、无纬布采用12k碳丝、树脂采用环氧树脂、网尺寸150
×
150
×
150mm，中间开φ30mm孔，预处理温度2000℃，时长30小时；
[0008]B、气相沉积：做正交实验，根据增密方法、温度和炉压，选定脉冲法、温度1150℃、炉压4000MPa的参数；
[0009]C、第一次高温高压浸渍：做正交实验，浸渍剂种类从中间沥青、萘沥青、树脂中进行选取，选取不同参数牌号沥青，设定不同温度范围200
‑
350℃和炉压范围5MPa
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10MPa进行实验；
[0010]D、第一次高温高压碳化：做正交实验，参数为温度1000
‑
2000℃，压力5MPa
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10MPa；
[0011]E、第一次高温处理：高温温度3000℃，时长20小时；
[0012]F、粗车与单边切削：采用环形切削装置进行切削；
[0013]G、第二次高温高压浸渍与高温高压碳化：重复第一次高温高压浸渍处理之后，再重复第一次高温高压碳化处理；
[0014]H、第二次高温处理后精车：重复第一次高温处理，之后进行紧车；
[0015]I、表面涂层：表面涂层为采用C粉和HfB2以及甲基纤维素混合后涂刷在产品表面，再在硅蒸汽中处理以1850℃、1
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3小时的工艺参数处理得到复合涂层，表面涂层处理完即得到最终产品。
[0016]另外，本专利技术公开了一种碳碳复合材料火箭发动机喷管喉衬的制备设备，其包括环形切削装置，所述环形切削装置包括工作台，工作台底部设置有支撑框，支撑框一侧开设有抽气孔，抽气孔与除尘器及抽风机相连，所述工作台上开设有避位通孔，该避位通孔内设置有可升降的限位块组件，所述工作台上位于避位通孔两侧对称设置有往复移动的限位抱箍将喉衬产品进行夹持，工作台的避位通孔上方设置有限位环导轨，限位环导轨内设置有圆周运动的行车组件，行车组件底部连接有安装板，安装板上固定安装有切削电机，切削电机的输出轴连接有切削头。
[0017]进一步的，所述限位块组件包括可升降的第三气缸，第三气缸竖直向上的活塞杆顶端设置有顶块，第三气缸本体两侧通过弹性件连接有对称设置的限位块。
[0018]进一步的，所述第三气缸由第二气缸带动进行升降，所述顶块两侧面为斜面结构，所述限位块与顶块相对的侧面为斜面结构，限位块另一侧的侧面为弧面结构；所述弹性件为弹簧，限位块底部通过弹簧与第三气缸侧壁的支撑板相连。
[0019]进一步的，所述限位抱箍为环形块状结构且其内侧为凹面结构，限位抱箍外侧与水平布置的第一气缸的活塞杆相连。
[0020]进一步的，所述限位环导轨包括外限位环和内限位环，所述外限位环与内限位环均为对称设置的半圆环导轨组成的圆形导轨，外限位环和内限位环由连接板与车间顶部的支架相连，且外限位环和内限位环底部均设置有支撑平台将行车组件进行支撑。
[0021]进一步的，所述行车组件包括行车，行车底部设置有电动的滚轮，滚轮分别由外限位环和内限位环的支撑平台进行支撑。
[0022]进一步的，所述外限位环内壁为凹面结构，所述内限位环外壁为凸面结构，所述行车组件的行车与外限位环内壁接触的一侧为凸面结构而与内限位环外壁接触的一侧为凹面结构。
[0023]进一步的，所述行车组件的行车一侧通过转轴连接有安装块，安装块底部设置有连接杆，连接杆底部通过铰接件与安装板铰接，所述连接杆一旁设置有调节气缸，调节气缸顶部通过安装块与行车一侧的转轴相连，调节气缸竖直向下的活塞杆底端通过铰接件与安装板铰接；所述铰接件为轴承组件。
[0024]本专利技术的有益效果：
[0025]1、本专利技术碳碳复合材料火箭发动机喷管喉衬的制备工艺通过两次高温高压浸渍、两次高温高压碳化，使得产品性能得到有效的优化，其中第一次高温高压浸渍及高温高压碳化后进行粗车，之后再进行第二次的高温高压浸渍与第二次的高温高压碳化，随后完成
精车与表面涂层的过程，保证最终产品的弯曲强度、抗拉及抗压强度、热膨胀系数和抗烧蚀等参数均满足发动机关键零部件的使用要求。
[0026]2、为了解决切削装置的调节范围不够大，适应性不够等问题，通过设置工作台配合可调节的夹具将产品进行稳固夹持，其中可伸缩的限位抱箍将产品外壁进行夹持，配合工作台避位通孔内的限位块组件将产品内壁进行加强固定，保证切削过程中产品的稳定性，且能同时满足不同直径大小的产品的固定需求，由于支撑框将工作台进行支撑，配合抽气孔的结构与除尘器和抽气机连接还能实现切削过程中产生的碎屑的有效收集。
[0027]限位块组件的第三气缸可进行升降，当需要对产品内壁进行限位固定时，第三气缸被推动升起并带动顶块与限位块整体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳碳复合材料火箭发动机喷管喉衬的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：A、胚体预处理：其中胚体采用三维编织法，且网胎、无纬布采用12k碳丝、树脂采用环氧树脂、网尺寸150
×
150
×
150mm，中间开φ30mm孔，预处理温度2000℃，时长30小时；B、气相沉积：做正交实验，根据增密方法、温度和炉压，选定脉冲法、温度1150℃、炉压4000MPa的参数；C、第一次高温高压浸渍：做正交实验，浸渍剂种类从中间沥青、萘沥青、树脂中进行选取，选取不同参数牌号沥青，设定不同温度范围200
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350℃和炉压范围5MPa
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10MPa进行实验；D、第一次高温高压碳化：做正交实验，参数为温度1000
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2000℃，压力5MPa
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10MPa；E、第一次高温处理：高温温度3000℃，时长20小时；F、粗车与单边切削：采用环形切削装置进行切削；G、第二次高温高压浸渍与高温高压碳化：重复第一次高温高压浸渍处理之后，再重复第一次高温高压碳化处理；H、第二次高温处理后精车：重复第一次高温处理，之后进行紧车；I、表面涂层：表面涂层为采用C粉和HfB2以及甲基纤维素混合后涂刷在产品表面，再在硅蒸汽中处理以1850℃、1
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3小时的工艺参数处理得到复合涂层，表面涂层处理完即得到最终产品。2.根据权利要求1所述的一种碳碳复合材料火箭发动机喷管喉衬的制备设备，包括环形切削装置，其特征在于，所述环形切削装置包括工作台(5)，工作台(5)底部设置有支撑框(1)，支撑框(1)一侧开设有抽气孔(2)，抽气孔(2)与除尘器及抽风机相连，所述工作台(5)上开设有避位通孔，该避位通孔内设置有可升降的限位块组件，所述工作台(5)上位于避位通孔两侧对称设置有往复移动的限位抱箍(4)将喉衬产品(3)进行夹持，工作台(5)的避位通孔上方设置有限位环导轨，限位环导轨内设置有圆周运动的行车组件(9)，行车组件(9)底部连接有安装板(24)，安装板(24)上固定安装有切削电机(8)，切削电机(8)的输出轴连接有切削头(7)。3.根据权利要求2所述的一种碳碳复合材料火箭发动机喷管喉衬的制备设备，其特征在于，所述限位块组件包括可升降的第三气缸(14)，第三气缸(14)...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊赢超，刘俊锋，王雄，
申请(专利权)人：湖南晶碳新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：