[发明专利]一种火箭发动机喷管用的高导热低膨胀石墨及其制备方法

说明书

本发明公开了一种火箭发动机喷管用的高导热低膨胀石墨，主要原料为石油焦粉、鳞片石墨粉和改质高温沥青；其中，改质高温沥青是将高温沥青经过硫磺硫化处理后得到的。该石墨的制备方法包括：将石油焦、鳞片石墨整形后，与高温改质沥青进行混捏、制片、粉碎、静置、等静压成型、炭化处理和浸渍处理，最后进行石墨化处理，得到高导热低膨胀石墨。本发明的石墨以石油焦粉为主料，鳞片石墨为辅料，以硫磺改质沥青为粘结剂，合理搭配骨料种类和配比，在基本保持石墨本身的强度指标的同时，还能有效增强石墨的高导热、低膨胀系数，从而减少与难熔陶瓷的膨胀系数差，满足火箭发动机喷管使用要求。

技术领域

本发明属于石墨材料技术领域，尤其涉及一种火箭发动机喷管用高导热低膨胀的石墨及其制备方法。

背景技术

火箭发动机喷管作为火箭的关键部件，具有控制燃烧室压强，维持装药正常燃烧，使燃气膨胀加速，进而将燃气热能转化为动能的作用。由于国外对我国军用石墨长期封锁，目前使用军用石墨主要以哈尔滨电碳厂的T系列石墨为主。该石墨服务我国军工行业几十年，从小型战术导弹到中远程火箭发动机都是纯石墨结构的喷管，在石墨基体改性的可行性上还有很大的成长空间。随着我国各类型火箭发动机的迅速发展，根据射程、发动机燃料特性等提供更耐烧蚀，耐氧化，更具针对性的喷管用石墨越来越紧要，特别是能提供能进一步改性石墨抗烧蚀能力的石墨胚料尤为重要。目前国内外，C/C陶瓷复合材料是炭材料与难熔陶瓷结合，石墨很少具备能够与陶瓷相结合的条件，原因主要集中在石墨密度高、孔隙相对C/C低，陶瓷复合材料主要集中在石墨表层，石墨脆性大，它与难熔陶瓷的膨胀系数相差大，在烧蚀中容易引发膨胀过大导致石墨崩裂等缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种高导热低膨胀系数的石墨及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种火箭发动机喷管用的高导热低膨胀石墨，所述高导热低膨胀石墨的主要原料为石油焦粉、鳞片石墨粉和改质高温沥青；

其中，石油焦粉与鳞片石墨粉的质量比为9:1～7:3；改质高温沥青的添加量占原料总质量的10～28％；所述改质高温沥青是将高温沥青经过硫磺硫化处理后得到的。采用硫磺处理后的高温沥青能够降低高温沥青的软化点约30℃，在相同捏合温度的情况下，软化点低30℃的高温沥青比正常高温沥青的流动性(粘度低)要优几个数量级，还不降低残碳率；在混捏过程，硫磺改性的高温沥青在骨料间分散性好，包裹骨料均匀性更好，最重要的是硫磺改性的高温沥青的润湿性更强，可提高块材均质性，提高焙烧的合格率；而且，硫化沥青石墨化后会有少量介孔产生，提供材料受热变形的伸展空间，可大幅降低石墨的热膨胀系数。

优选地，所述改质高温沥青的软化点为110～120℃。

优选地，所述改质高温沥青的制备方法如下：将软化点为120～150℃的高温沥青在120～160℃下熬制10-20小时，再加入硫磺，温度控制在100～150℃，进行硫化反应48h～72h，其中，高温沥青与硫磺的质量比为1:20～1:50。

本发明还提供一种火箭发动机喷管用的高导热低膨胀石墨的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石油焦、鳞片石墨用整形机粉碎至粒度为D50＝20-80μm的细粉；

(2)将步骤(1)得到的石油焦粉和鳞片石墨粉与高温改质沥青进行混捏、制片、粉碎得到混合物料；

(3)将步骤(2)得到的混合物料，经过物理混合均匀并静置；

(4)将步骤(3)静置后的混合物料进行等静压成型，脱模后得到生坯样品；

(5)将步骤(4)得到的生坯样品静置后进行炭化和浸渍处理；

(6)将步骤(5)处理的样品进行石墨化处理，即得到所述高导热低膨胀石墨。