本发明专利技术公开了一种用于内置式多孔加热器的网状多孔电热材料及其制备方法，该电热材料的制备是将泡沫镍板加工为条形螺旋状的泡沫镍后，对条形螺旋状的泡沫镍采用固相渗铬法渗铬后进行真空热处理，获得网状多孔镍铬合金电热材料；或者将条形螺旋状的泡沫镍采用固相渗铬、再渗铝后进行真空热处理，获得网状多孔镍铬铝合金电热材料。所制备的电热材料由相互连通的中空薄壁金属棱构成三维网状多孔结构，其孔隙率高，孔径尺寸和分布均匀，比表面积大；孔隙相互连通，透气性好；薄壁金属的厚度可控，能获得很高的电阻率。该材料可用于制作内置式多孔加热器的一体化发热芯。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天飞行器姿、轨控推力器热控设施中的电热材料及其制备方法，具 体为一种。
技术介绍
我国航天科技集团公司于二十世纪末开始发射一系列包括对地观测卫星和飞船 等空间飞行器，部分为低轨道、长寿命、三轴稳定对地观察卫星，目前该类卫星多采用单组 元推进剂(肼)催化分解式推力器进行姿态和轨道调整，而在肼的催化分解中，对催化剂要 求苛刻，不仅需要其具有催化活性和大的表面积，而且要求耐高温、抗热震、不易毒化，通常 采用表面镀有贵金属材料的多孔陶瓷颗粒。但在冷启动的条件下，这种催化剂极易粉化， 催化剂的损伤极大地限制了推力器的工作寿命。此外，在肼催化分解为氢、氮、氨气时为放 热反应，受催化剂条件制约其反应速度有限且存在一定的离解度，同时氨在进一步分解时 为吸热反应，从而降低燃气温度使推力器效率和比冲均下降。目前，单组元肼催化分解式 推力器的真空比冲仅为2200 2300N · s/kg，燃料反应效率为20 30%，催化剂制约推 力器的寿命；而采用单组元肼电热直接热分解式推力器(电热肼推力器)，其真空比冲可达 2900N · s/kg，燃料反应效率在40%以上，且免用催化剂。我国对电热肼推力器的研制还处 于起步阶段。现有电热材料主要为线材、带材、辐射管电热元件和金属管状电热元件，主要 采用冶金和冷热加工成型及焊接的方法制备，还未见网状多孔电热材料的制备技术，国 夕卜 Heeman Choe 等人对块体的低孔隙率的泡沫镍进行渗铬和渗铝处理，但并未考察其电热性能和成 型性，且无法在形状复杂的非块体或非板状多孔材料上均匀渗金属，而电热材料成分均匀 性是获得高电阻率和化学稳定性的保证。由于加热器空间狭小、形状复杂的特殊要求，网状 多孔电热材料的制备无法采用常规的方法制备。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种用于内置式多孔加热器的 网状多孔电热材料及其制备方法，该制备方法制备的网状多孔式电热材料为内置式多孔加 热器一体化发热芯提供独特的高效电热材料，是内置式多孔加热器设计和实施的基础。本专利技术的技术方案是一种用于内置式多孔加热器的网状多孔电热材料，所述网状多孔电热材料为或 网状多孔镍铬铝合金电热材料；网状多孔镍铬合金电热材料中铬的质量百分含量为18 35% ;网状多孔镍铬铝合金电热材料中铬的质量百分含量为18 35%，铝的质量百分含量 为2 10%。所述网状多孔电热材料由相互连通的中空薄壁金属棱构成三维网状多孔结构；其孔隙相互连通、分布均匀；为90 98%，孔径尺寸为90 110PPI。一种用于内置式多孔加热器的网状多孔电热材料的制备方法为泡沫镍板加工为 条形螺旋状的泡沫镍后，将条形螺旋状的泡沫镍采用固相渗铬法渗铬并真空热处理，获得 网状多孔镍铬合金电热材料；或者将条形螺旋状的泡沫镍采用固相渗铬、再渗铝并真空热 处理，获得网状多孔镍铬铝合金电热材料。所述泡沫镍板由聚氨酯泡沫经过导电化处理、电镀和还原烧结制成；泡沫镍板加 工为细条形后，根据内置式多孔加热器的结构及技术指标，确定绕制螺径和螺距，将其缠绕 成螺旋状，制成条形螺旋状泡沫镍。泡沫镍固相渗铬法即为粉末包埋渗铬法，粉末包埋渗铬法在管式高温炉中进行， 其中:温度950 1100°C，保温时间10 60min，渗剂由氧化铝粉(1200目)、铬粉(300目) 和氯化铵(分析纯)混合后并经充分研磨而成，氧化铝粉、铬粉和氯化铵的重量百分为含量 为(70 83) (15 25) (2 5)。所述固相渗铝法即为粉末包埋渗铝法，在条形螺旋状的泡沫镍经固相渗铬后再 进行固相渗铝，粉末包埋渗铝法在管式高温炉中进行，其中温度700 800°C，保温时间 10 40min，渗剂由氧化铝粉(1200目)、铝镍合金(化学纯)和氯化铵(分析纯)混合后 并经充分研磨而成，氧化铝粉、铝镍合金和氯化铵的重量比例为(80 83) : 15 : (2 5)。所述粉末包埋法渗铬和渗铝时，首先用机械泵抽真空30min，去除管式高温炉、管 路和渗剂中的氧气，再通入保护性气体(纯氩气)，同时对保护性气体进行除氧和除水处 理。采用活性镍除氧剂去除氧，采用4A分子筛去除水。渗铬或者渗铝时将渗剂和样品装载 在石英管或者氧化铝管中，两端用高硅氧布或者镍箔封口。所述真空热处理方法为，将渗铬或者渗铝后的样品放入真空炉中，真空度为(I 5) X10_3Pa，加热到1000 1100°C后，保温2 10h，然后随炉冷却至室温，得到网状多孔电 热材料，冷却速率由材料要求决定。所述泡沫镍板，依据内置式多孔加热器的结构和技术指标，确定其规格和尺寸。本专利技术制备的网状多孔电热材料应用于航天飞行器姿、轨控推力器热控装置所用 的内置式多孔加热器一体化发热芯中。本专利技术的有益效果是1、内置式多孔加热器将应用于航天飞行器姿、轨控推力系统，推力剂通过内置式 多孔加热器的发热材料，迅速被加热(或发生化学反应)，再从拉瓦喷管喷出。因此内置式 多孔加热器的发热材料必须具备高孔隙率(且孔隙相互贯通)和大比表面积的性能，常规 材料无法满足此要求。为此专利技术了用于内置式多孔加热器一体化发热芯的网状多孔电热材 料及制备技术，制备的网状多孔电热材料能满足航天飞行器姿、轨控推力系统的要求。2、本专利技术以泡沫镍为网状多孔电热材料的制备基础，泡沫镍具有超高孔隙率 (90%以上)，大的比表面积，良好的成型性以及化学性质稳定等特性。通过粉末包埋法渗铬 或渗铬后再渗铝以及真空热处理，能得到电热性能优良的并具有大的比表面积的网状多孔 镍铬合金和镍铬铝合金电热材料。3、采用数控线切割机床将泡沫镍板切割为细条，然后缠绕为螺旋状，这样能在有 限的空间里制备较长的电热材料，使其具有较高的电阻，满足内置式多孔加热器电阻值的设计指标。4、网状多孔镍铬合金电热材料具有高电阻率、高孔隙率、大比表面积，使用温度 高，韧性好，易于成型等优点；与之相比，网状多孔镍铬铝合金材料的韧性稍差，但由于表面 易形成氧化铝，使其与各种气氛(氧气、氨气等)具有更好的相容性。5、采用固相渗铬和渗铝以及真空热处理的方法制备内置式多孔加热器一体化发 热芯的网状多孔电热材料，其工艺成熟，设备简单，成本低。附图说明图1为本专利技术两种电热材料的制备工艺流程；其中，(a)为网状多孔镍铬合金电热 材料的制备工艺流程；(b)为网状多孔镍铬铝合金两种电热材料的制备工艺流程。具体实施方式内置式多孔加热器的网状多孔电热材料制备技术的具体工艺如下(参见图1):一、网状多孔镍铬合金电热材料的制备1、泡沫镍板的准备及处理依照泡沫加热器内部空间大小及技术指标要求，通过计算，确定泡沫镍板的规格， 即面密度、孔径、厚度、孔隙率等，确定泡沫镍的表观电阻率，选择质量优良的泡沫镍板。采 用数控线切割机床将其加工为所需尺寸的细条形，在切割的过程中需要保证泡沫镍板保持 平整，保证条状泡沫镍的尺寸的均匀性；采用自来水作为切割液，尽量避免泡沫镍的污染， 手动进给，提高切割速率。泡沫镍切割完后将其缠绕为螺旋状，然后再加入到含金属洗涤 剂的沸水中清洗30min,随后用清水冲洗IOmin,用清水在超声波中振荡IOmin,最后用石油 醚超声振荡20min ;在烘箱中烘干，然后样品称重，测量电阻值，测量尺寸，计算表观电阻率 等；本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于内置式多孔加热器的网状多孔电热材料，其特征在于：所述网状多孔电热材料为网状多孔镍铬合金电热材料或网状多孔镍铬铝合金电热材料；所述网状多孔镍铬合金电热材料中铬的质量百分含量为18～35％；所述网状多孔镍铬铝合金电热材料中铬的质量百分含量为18～35％，铝的质量百分含量为2～10％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：段德莉，张月来，李曙，丁筱筠，赵宇航，侯思焓，易凡，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：
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