[发明专利]网状多孔电热材料气氛相容性实验设备及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及电热材料的气氛相容性实验技术，具体为一种内置式多孔加热器的网状多孔电热材料气氛相容性实验设备及其方法。

背景技术

内置式多孔加热器将应用在空间飞行器电热推力器上，用于加热推进剂(或者使推进剂加热分解)，产生的大量高温气体从拉瓦管喷出，产生推力，调整飞行器的姿态和轨道。电热推力器具有节约星上能源，结构简单(推力室与加热器一体化)，使用方便等优点。以电热肼推力器为例，与目前采用的肼催化分解式推力器相比它的突出优点是免用催化剂，提高推力器的可靠性和卫星的使用寿命，同时还能节约星上能源。但由于推进剂肼直接与内置式多孔加热器的网状多孔电热材料接触，对网状多孔电热材料与肼及其分解气体的相容性提出了很高的要求。

电热肼推力器工作前，内置式多孔加热器将推力室加热到450℃以上，工作时，肼直接喷射到发热体表面，促使肼热分解，其热分解反应为放热反应，分解后气体温度能达900℃左右，肼分解产物尤其是氨气在高温时腐蚀性极强，因此必须进行内置式多孔加热器网状多孔电热材料与肼分解气氛的相容性实验。考虑到肼有剧毒，但其本身对金属材料的腐蚀性不强，因此采用肼的分解产物即氨气、氮气和氢气按照一定配比来模拟肼气氛相容性实验，肼在加热或者催化剂的条件下发生如下反应：

氨气在不同条件下的解离度x不同，因此需要选用不同配比的混合气体来模拟，网状多孔电热材料与肼分解气氛具有较好的相容性是内置式多孔加热器正常工作的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内置式多孔加热器的网状多孔电热材料气氛相容性实验设备及其方法，可以采用该设备模拟肼分解气氛环境，研究网状多孔电热材料与肼分解气氛的相容性。本发明设备及其方法也可用于开展其它材料与其它气氛相容性的实验。

本发明的技术方案是：

一种网状多孔电热材料气氛相容性实验设备，包括气源及流量控制系统、气体除水除氧系统、高温炉及真空系统、电阻测量系统和尾气处理系统；各系统间以氧气管相连接。

所述气源及流量控制系统包括气源和流量控制系统；气源由纯液氨、纯氮气和纯氢气组成；流量控制系统可分别控制三种气体的流量，气源经流量控制系统进入气体除水除氧系统；。

所述气体除水除氧系统包括至少一个除水干燥塔和至少一个除氧干燥塔，前端的除水干燥塔用于除去气体中的水分，后端的除氧干燥塔用于除去气体中的氧气。

所述高温炉及真空系统由可分段设定升温速率和降温速率的水平管式高温炉、进气端法兰、出气端法兰、压力真空表、球阀、气密封耐辐照圆形电连接器和真空机械泵组成；水平管式高温炉的炉管两端分别接进气端法兰和出气端法兰，进气端法兰与水平管式高温炉的炉管之间采用氟橡胶密封圈密封，进气端法兰上开正方形口接气密封耐辐照圆形电连接器，进气端法兰侧壁开口接压力真空表，由球阀连接氧气管与进气端法兰，球阀控制气体除水除氧系统与高温炉及真空系统的通断；出气端法兰通过细不锈钢管与玻璃三通相连，出气端法兰与细不锈钢管之间采用氟橡胶密封圈密封；玻璃三通的一端连接真空机械泵；所述水平管式高温炉可分段设定升温速率和降温速率。

所述尾气处理系统包括前端的除水塔和后端的尾气处理塔，尾气处理系统连接于玻璃三通的另一端；玻璃三通用于控制管式高温炉是连接真空机械泵还是尾气处理系统。

所述电阻测量系统包括无热电势开关和电阻测量仪；无热电势开关与气密封耐辐照圆形电连接器相连，智能型直流低电阻测量仪连接无热电势开关；气密封耐辐照圆形电连接器通过镍丝连接水平管式高温炉内的电热材料，纯镍丝电阻率很小，其阻值及变化相对于电热材料来说可以忽略；气密封耐辐照圆形电连接器能连接真空室内外，具有很好的密封性。

所述流量控制器上有三个玻璃转子流量计，按配比分别控制三种气体的流量。

所述除水干燥塔内装有钠石灰或碱石灰，所述除氧干燥塔内装有活性镍脱氧剂。

所述进气端法兰用升降台支撑，以避免进气端法兰压坏炉管；由于出气端流出的气体具有较高的温度，因此在出气端法兰外圆及伸出的细不锈钢管上缠绕细铜管用作水冷套，避免出气端法兰的密封圈和氧气管老化。

所述真空机械泵上安装电磁阻断阀，防止真空机械泵油倒吸。

所述尾气处理系统中的干燥塔内装载钠石灰或碱石灰；所述尾气处理塔为安装了倒扣漏斗的盛水大烧杯。