[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及航天飞行器姿、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。

背景技术

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，国外Heeman Choe等人[Heeman Choe，et al，Synthesis，structure，and mechanical properties ofNi-Al and Ni-Cr-Al superalloy foams，Acta Materialia，2004(52)：1283-1295]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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案是：

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℃，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℃，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)。