[发明专利]一种炭/炭密封材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种炭/炭密封材料的制造方法，特别是涉及一种用于液体火箭发动机涡轮泵密封的炭/炭材料的制造方法。

背景技术

液体火箭发动机涡轮泵密封材料种类广泛，石墨是最常用的。俄罗斯航空航天用密封材料为各向同性热解石墨，热解石墨用作密封材料，其特点是透气性系数较小。美国CDJ-83、P5N石墨具有高的肖氏硬度、压缩强度，是抗磨性能良好的材料，在J-2、H-1发动机中得到应用。法国的5890P石墨是一种优质耐磨密封材料，首先在法国的HM7氢氧发动机得到成功应用，以后又陆续用于其它型号(阿里亚娜系列)氢氧发动机涡轮密封。在国内，液体火箭发动机涡轮泵密封材料也多用石墨，如M213TF、M201F石墨用于长三甲、长三乙、长三丙运载火箭的轴端密封。

我国120吨大推力级高压补燃液氧/煤油发动机技术的出现，对涡轮泵用密封材料提出了更高的要求，要求材料具有更高的强度、更好的密封性能与可靠性。由于石墨材料固有的脆性、裂纹敏感性等缺点使纯石墨密封圈在液氧/煤油发动机冷试中存在崩裂现象，可靠性不高，炭/炭复合材料除具有石墨优异的热性能外，相比于石墨更韧更强，且具有复合材料的可设计性，是火箭发动机涡轮泵高性能密封材料发展的方向。43所研制了一种高性能C/C密封材料，并在液氧/煤油发动机中得到实际应用。该材料具有高的性能，有望在高性能密封领域得到拓展应用。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种针刺结构炭/炭密封材料的制造方法。采用该方法制造的C/C材料，由于采用准三维针刺预制体，材料具有高的力学性能和可靠性，克服了石墨密封材料的脆性、裂纹敏感性。同时采用混合致密工艺及封孔工艺，为材料具有高的密度和低的渗透性提供保证。该方法制造的密封材料结构细密，适于制作薄的密封环。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种炭/炭密封材料的制造方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

(1)采用针刺工艺制取准三维结构预制体：采用炭布或无纬布与炭纤维网胎交替铺层，相邻层间呈一定角度，形成X-Y向炭纤维，采用针刺工艺引入Z向纤维，形成准三维结构预制体；

(2)将步骤(1)中的准三维结构预制体置于负压定向流沉积炉内，采用等温化学气相渗透致密工艺，经300-1000小时形成热解炭基体；

(3)将步骤(2)中的含热解炭基体的炭/炭坯体在真空-压力浸渍罐内，浸渍糠酮或酚醛树脂，然后经固化、炭化处理，形成树脂炭基体；

(4)将步骤(3)中的含热解炭和树脂炭基体的炭/炭坯体在真空-压力浸渍罐内，浸渍沥青，然后在热等静压机中炭化处理，形成沥青炭基体，热等静压机中炭化压力为1MPa-90MPa，炭化温度为550℃-1100℃；

(5)将步骤(4)中的含热解炭、树脂炭和沥青炭基体的炭/炭坯体进行热处理，热处理温度为1800℃-3000℃；

(6)将步骤(5)中经过热处理的混合炭基体炭/炭坯体采用糠酮或酚醛树脂浸渍封孔，制成炭/炭密封材料。

所述步骤(2)中等温化学气相渗透致密工艺控制温度为700℃-1200℃；炉内压力为2Kpa-20KPa。

所述步骤(3)中在真空-压力浸渍罐内浸渍的负压为5Kpa-20KPa，温度为30℃-120℃，正压为1.0Mpa-4.0MPa，炭化温度为550℃-1200℃。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)采用针刺准三维预制体，可保证材料具有高的力学性能和可靠性。

(2)针刺预制体材料沿水平方向纤维含量高，提高了材料的摩擦磨损性能，降低了材料的热膨胀系数，提高了材料的导热性能。

(3)针刺预制体材料组织结构细密，适于制作薄的密封环。

(4)采用等温化学气相渗透工艺致密炭/炭密封材料，形成摩擦性能良好的热解炭基体，提高材料的摩擦磨损性能。

(5)采用树脂浸渍工艺致密炭/炭密封材料，形成不可渗透的树脂炭基体，提高材料的密封性能。

(6)采用等温化学气相渗透工艺、树脂浸渍工艺和沥青浸渍-高压炭化混合工艺致密炭/炭密封材料，可以有效提高材料密度，从而保证材料的力学性能和密封性能。

(7)采用树脂浸渍封孔，有效降低了材料的开口气孔率。

附图说明

图1为本发明制备的炭/炭密封材料的示意图。

具体实施方式

实施例1

(1)采用无纬布与炭纤维网胎交替铺层，相邻层间呈0°、90°，形成X-Y向炭纤维，采用针刺工艺引入Z向纤维，形成准三维结构预制体。