一种钼基多层防热材料的制备方法
【专利摘要】一种钼基多层防热材料的制备方法，包括镍涂层、钼泡沫层、金属钼层和MoSi2涂层，其特征在于包括下述顺序的步骤：(1)采用旋压法制备一定管径的钼金属管；(2)在钼金属管外围黏附碳泡沫，然后以CVD法沉积钼薄膜，获得钼泡沫；(3)MoSi2涂层的制备：将黏附有钼泡沫的钼金属管外表面用石墨纸包裹，仅留出钼金属管的内表面，放入硅化炉中，反应制备MoSi2涂层；(4)采用电铸的方法在管材的最外层，即钼泡沫的外表面制备一定厚度的镀镍层。该方法主要采用化学气象沉积法和电镀工艺，技术成熟，操作简单，效率高，涂层质量稳定；制备的放热材料质量轻，强度高，具有优异的高温性能，能够抗氧化和防腐蚀，可以作为要求严苛的航空航天器喷管等高温结构件。
【专利说明】 一种钼基多层防热材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种材料的制备方法，特别是涉及一种钥基多层防热材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]喷管是发动机的重要组成部分，它处在高温高压气流环境中。由于受总体布局的限制，要求体积小，重量轻，强度高，耐高温。因此它不能完全使用高强度合金钢制造，而是由多种材料组合起来的。目前常用的喷管材料有Nb合金、C/C复合材料等。
[0003]C-103 (Nb-lOHf-lT1-0.5Zr)和 Nb521 (Nb-5ff-2Mo-lZr)两种 Nb 合金是液体火箭发动机燃烧室身部和推力室、喷管延伸段用的关键材料。C-103合金其使用温度在1200-1400°C之间，是目前我国液体火箭发动机的常用材料，已应用于YF-40和长征系列、东风系列火箭发动机，年产量近4吨。Nb521合金密度为8.87kg/cm3,略低于C-103合金(8.9kg/cm3)，使用温度在1400-1650°C之间，能够满足动能杀伤拦截器(KKV)和相应的导弹运载系统使用的轨、姿控发动机，如Df-31A、JL-2号三级姿控发动机使用的300N、200N、25N铌合金喷管及未来新型军用卫星、空间实验室用姿控发动机对材料的要求，已设计为490N、150N等多种燃烧室结构件。但是，相对于陶瓷等复合材料，合金喷管的大质量和高价格在一定程度上限制了其应用范围。
[0004]宋允等在文献“碳/碳复合材料在推进系统上的应用”中介绍了碳/碳复合材料在固体发动机、液体发动机和涡轮喷气发动机等推进系统上的应用。宇宙空间温度变化剧烈，要求材料耐热、耐低及尺寸稳定，向宇宙空间发射物体需极大的推力，重量的减轻将会带来极大的效益。C/C独特的性能使它在航天系统上有着无可限量的前途，但目前还受制造方法和测试手段的限制。
[0005]液体推进剂发动机亦可简称为液体火箭发动机或液体发动机。它与固体火箭发动机的最大不同就是所用的推进剂是液体状态。液体发动机一般由推力室、涡轮泵、燃气发生器或预燃室、活门和自动器组成。目前的液体发动机燃烧室压力都在30个大气压以上，并且液体推进剂燃烧时温度高达3830°C。C/C排气管道在如此高温下容易氧化，碳质表面很容易腐蚀，未涂层的C/C仅能在短期内使用。尽管涂层C/C具有更大吸引力，但它们的价格通常不能与传统材料相比。
【发明内容】
[0006]本发明主要针对液体火箭发动机的喷管，提出一种钥基多层防热材料的制备方法。该材料成管状，具有多层结构，由外到内依次是镍涂层、钥泡沫层、金属钥层和MoSi2涂层，厚度分别为0.5?3_、I?5mm、0.5?3_和0.1mm?0.5_。层与层之间结合紧密，能在高温环境下稳定工作，并且抗氧化、防腐蚀，可作为要求严苛的航空航天器喷管等高温结构件。
[0007]—种钥基多层防热材料的制备方法，其特征在于包括下述顺序的步骤:[0008](I)采用旋压法制备一定管径的钥金属管；
[0009](2)在钥金属管外围黏附碳泡沫，然后以CVD法沉积钥薄膜，获得钥泡沫；
[0010](3)MoSi2涂层的制备:将黏附有钥泡沫的钥金属管外表面用石墨纸包裹，仅留出钥
[0011]金属管的内表面，放入硅化炉中，反应制备MoSi2涂层；
[0012](4)采用电铸的方法在管材的最外层，即钥泡沫的外表面制备一定厚度的镀镍层。
[0013]根据上述的制备方法，所述的钥薄膜的沉积工艺为:以Mo(CO)6为前驱体，通入炉内的前驱体温度为40?50°C，流量为I?1.5ml.s—1 ;将作为沉积基体的碳泡沫加热到300?500°C，在150?359Pa的压力下，碳泡沫表面发生Mo (CO) 6热解并吸附Mo晶粒。
[0014]所述的MoSi2涂层的具体制备方法是:在硅化炉中通入H2和SiCl4, SiCl4在1100?1300°C下高温分解出Si，分解出的Si晶粒沉积在没有石墨纸覆盖的钥金属管内表面，反应生成MoSi2，沉积时间为I?3小时。
[0015]所述的电铸镍涂层的具体条件是:以硫酸镍为主盐，温度40?60°C，直流供电，电流密度为 1.0-3.0A/dm2。
[0016]本发明的主要优点是:①该方法制备的混杂材料层与层之间紧密，质量轻，强度高，具有优异的高温性能，能够抗氧化和防腐蚀；②主要采用化学气象沉积法和电镀工艺，技术成熟，操作简单，效率高，涂层质量稳定在材料表面制备有抗氧化、防腐蚀涂层，相关结构件具有使用寿命长，稳定性好的优点；④燃气从关内通过，温度很高，会把普通管道烧坏，那么在泡沫中通入冷却剂，则能有效保护管道。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图示为一种钥基多层防热管的示意图。
[0018]图示10为镍涂层；20为钥泡沫；30为钥金属管；40为MoSi2涂层。
【具体实施方式】
[0019]下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
[0020]实施例1
[0021]一种钥基多层防热管的制备方法，包括下述顺序的步骤:
[0022](I)采用旋压法制备管径为3mm，厚度为Imm的钥金属管；
[0023](2)在钥金属管外围黏附4_厚的碳泡沫，然后以CVD法沉积钥薄膜，控制相关工艺参数，是薄膜厚度为Iym;
[0024](3)将黏附有钥泡沫的钥金属管外表面用石墨纸包裹，仅留出钥金属管的内表面，放入硅化炉中，控制相关工艺参数，使得表面反应生成的MoSi2涂层的厚度为0.1mm ；
[0025](4)将上述管材的内表面及侧面用绝缘胶布贴覆，放入配制好的电镀镍溶液中，接通直流稳压电源，控制电流和时间，在管材外表面镀上厚度为0.8mm的镍涂层。
[0026]上述方法制得的防热管，具有多层结构，由外到内依次是镍涂层、钥泡沫层、金属钥层和MoSi2涂层,厚度分别为0.8mm、4mm、Imm和0.1mm。该制备方法技术成熟,操作简单，效率高，涂层质量稳定。
[0027]实施例2
[0028]一种钥基多层防热管的制备方法，包括下述顺序的步骤:
[0029](I)采用旋压法制备管径为4mm，厚度为1.5mm的钥金属管；
[0030](2)在钥金属管外围黏附5mm厚的碳泡沫，然后以CVD法沉积钥薄膜，控制相关工艺参数，是薄膜厚度为2μπι;
[0031](3)将黏附有钥泡沫的钥金属管外表面用石墨纸包裹，仅留出钥金属管的内表面，放入硅化炉中，控制相关工艺参数，使得表面反应生成的MoSi2涂层的厚度为0.3mm ；
[0032](4)将上述管材的内表面及侧面用绝缘胶布贴覆，放入配制好的电镀镍溶液中，接通直流稳压电源，控制电流和时间，在管材外表面镀上厚度为0.6mm的镍涂层。
[0033]上述方法制得的防热管，具有多层结构，由外到内依次是镍涂层、钥泡沫层、金属钥层和MoSi2涂层,厚度分别为0.6mm、5mm、l.5mm和0.3mm。该制备方法技术成熟,操作简单，效率高，涂层质量稳定。
[0034]上述仅为本发明两个【具体实施方式】，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【权利要求】
1.一种钥基多层防热材料的制备方法，包括镍涂层、钥泡沫层、金属钥层和MoSi2涂层，其特征在于包括下述顺序的步骤: (1)采用旋压法制备一定管径的钥金属管； (2)在钥金属管外围黏附碳泡沫，然后以CVD法沉积钥薄膜，获得钥泡沫； (3)MoSi2涂层的制备:将黏附有钥泡沫的钥金属管外表面用石墨纸包裹，仅留出钥金属管的内表面，放入硅化炉中，反应制备MoSi2涂层； (4)采用电铸的方法在管材的最外层，即钥泡沫的外表面制备一定厚度的镀镍层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的钥薄膜的沉积工艺为:以Mo (CO)6为前驱体,通入炉内的前驱体温度为40?50°C,流量为I?1.5ml.s_1 ;将作为沉积基体的碳泡沫加热到300?500°C，在150?359Pa的压力下，碳泡沫表面发生Mo (CO) 6热解并吸附Mo晶粒。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的MoSi2涂层的具体制备方法是:在硅化炉中通入H2和SiCl4, SiCl4在1100?1300°C下高温分解出Si，分解出的Si晶粒沉积在没有石墨纸覆盖的钥金属管内表面，反应生成MoSi2，沉积时间为I?3小时。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的电铸镍涂层的具体条件是:以硫酸镍为主盐，温度40?60°C，直流供电，电流密度为1.0?3.0A/dm2。
【文档编号】B32B5/20GK103722806SQ201310412089
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】陈照峰, 聂丽丽 申请人:太仓派欧技术咨询服务有限公司