炭炭復(fù)合材料坩堝可以應(yīng)用在哪些方面?
C/C復(fù)合材料坩堝在熔煉金屬,稀貴金屬、非金屬方面有很大的使用。C/C復(fù)合資料是指以炭纖維或其織物為增強(qiáng)相,以化學(xué)氣相浸透的熱解炭或液相浸漬-炭化的樹(shù)脂炭、瀝青炭為基體組成的一種純炭多相結(jié)構(gòu)。它源于1958年,美國(guó)Chance-Vought公司因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室事端,在炭纖維樹(shù)脂基復(fù)合資料固化時(shí)超過(guò)溫度,樹(shù)脂炭化構(gòu)成C/C復(fù)合資料。
炭/炭(C/C)復(fù)合資料是一種新型高功能結(jié)構(gòu)、功能復(fù)合資料,具有高強(qiáng)度、高模量、高斷裂韌性、高導(dǎo)熱、隔熱優(yōu)異和低密度等優(yōu)異特性,在機(jī)械、電子、化工、冶金和核能等范疇中得到廣泛使用,并且在航天、航空和國(guó)防范疇中的關(guān)鍵部件上許多使用。我國(guó)對(duì)C/C復(fù)合資料的研討和開(kāi)發(fā)主要集中在航天、航空等高技術(shù)范疇,較少進(jìn)入民用高功能、低成本C/C復(fù)合資料的研討。現(xiàn)在全體研討還停留在對(duì)資料微觀功能的追求上,對(duì)資料安排結(jié)構(gòu)和功能可控性、可調(diào)性等基礎(chǔ)研討還適當(dāng)單薄,難以滿(mǎn)意國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)高功能C/C復(fù)合資料的需求。因而,開(kāi)展高功能C/C復(fù)合資料的基礎(chǔ)研討具有嚴(yán)重的科學(xué)含義和社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。
1、剎車(chē)范疇的使用
C/C復(fù)合資料剎車(chē)盤(pán)的實(shí)驗(yàn)性研討于上世紀(jì)1973年第一次用于飛機(jī)剎車(chē)。現(xiàn)在,一半以上的C/C復(fù)合資料用做飛機(jī)剎車(chē)裝置。高功能剎車(chē)資料要求高比熱容、高熔點(diǎn)以及高溫下的強(qiáng)度,C/C復(fù)合資料正好是贏了這一要求,制造的飛機(jī)剎車(chē)盤(pán)重量輕、耐高溫、比熱容比鋼高2.5倍,同金屬剎車(chē)相比,可節(jié)約40%的結(jié)構(gòu)重量。碳剎車(chē)盤(pán)的運(yùn)用壽命是金屬的5~7倍,剎車(chē)力矩平穩(wěn),剎車(chē)時(shí)噪音小,因而碳剎車(chē)盤(pán)的面世被認(rèn)為是剎車(chē)資料發(fā)展史上的一次嚴(yán)重的技術(shù)進(jìn)步。現(xiàn)在法國(guó)歐洲動(dòng)力、碳工業(yè)等公司已經(jīng)批量生產(chǎn)C/C復(fù)合資料剎車(chē)片,英國(guó)鄧祿普公司也已許多生產(chǎn)C/C復(fù)合資料剎車(chē)片,用于賽車(chē)、火車(chē)和戰(zhàn)斗機(jī)的剎車(chē)資料。
2、先進(jìn)飛行器上的使用
導(dǎo)彈、載人飛船、航天飛機(jī)等 ,在再入環(huán)境時(shí)飛行器頭部遭到強(qiáng)激波, 對(duì)頭部發(fā)生很大的壓力,其最苛刻部位溫度可達(dá)2760℃,所以有必要選擇能夠接受再入環(huán)境苛刻條件的資料。規(guī)劃合理的鼻錐外形和選材,能使實(shí)際流入飛行器的能量?jī)H為整個(gè)熱量1%~10%左右。對(duì)導(dǎo)彈的端頭帽,也要求防熱資料在再入環(huán)境中燒蝕量低,且燒蝕均勻?qū)ΨQ(chēng),同時(shí)期望它具有吸波才能、抗核爆輻射功能和全天候運(yùn)用的功能。三維織造的 C/C復(fù)合資料,其石墨化后的熱導(dǎo)性足以滿(mǎn)意彈頭再入時(shí)由160 ℃至氣動(dòng)加熱至1700 ℃時(shí)的熱沖擊要求,可以防備彈頭鼻錐的熱應(yīng)力過(guò)大引起的全體破壞;其低密度可進(jìn)步導(dǎo)彈彈頭射程,已在許多戰(zhàn)略導(dǎo)彈彈頭上得到使用。除了導(dǎo)彈的再入鼻錐,C/C 復(fù)合資料還可作熱防護(hù)資料用于航天飛機(jī)。
3、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管上的使用
C/C復(fù)合資料自上世紀(jì)70 年代首次作為固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)(SRM) 喉襯飛行成功以來(lái),極大地推動(dòng)了SRM噴管資料的發(fā)展。選用 C/C 復(fù)合資料的喉襯、擴(kuò)張段、延伸出口錐,具有極低的燒蝕率和良好的燒蝕輪廓,可進(jìn)步噴管功率1 %-3%,即可大大進(jìn)步了SRM 的比沖。喉襯部一般選用多維織造的高密度瀝青基C/C復(fù)合資料,增強(qiáng)體多為全體針刺碳?xì)帧⒍嘞蚩椩斓?并在外表涂覆SiC以進(jìn)步抗氧化性和抗沖蝕才能。美國(guó)在此方面的使用有:①"民兵2Ⅲ"導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)第三級(jí)的噴管喉襯資料; ②"北極星"A27 發(fā)動(dòng)機(jī)噴管的收斂段;③MX 導(dǎo)彈第三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的可延伸出口錐(三維織造薄壁 C/C 復(fù)合資料制品)。俄羅斯用在潛地導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管延伸錐(三維織造薄壁 C/C復(fù)合資料制品) 。
4、C/C 復(fù)合資料用作高溫結(jié)構(gòu)資料
因?yàn)?C/C 復(fù)合資料的高溫力學(xué)功能,使之有可能成為工作溫度達(dá)1500-1700 ℃的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的理想資料,有著潛在的發(fā)展前景。
5、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)
C/C復(fù)合資料在渦輪機(jī)及燃?xì)庀到y(tǒng) (已成功地用于燃燒室、導(dǎo)管、閥門(mén))中的靜止件和滾動(dòng)件方面有著潛在的使用前景,例如用于葉片和活塞,可明顯減輕重量 ,進(jìn)步燃燒室的溫度 ,大幅度進(jìn)步熱功率。
6、內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)
C/C復(fù)合資料因其密度低、優(yōu)異的沖突功能、熱膨脹率低,然后有利于控制活塞與汽缸之間的空地,現(xiàn)在正在研討開(kāi)發(fā)用其制活塞。