[科普中國(guó)]-宇航石墨

宇航石墨（space navigation graphite）是指用于制造導(dǎo)彈和航天器部件的特種石墨材料。氣動(dòng)熱環(huán)境是最能體檢航天工程特征的特殊工作環(huán)境之一，無(wú)論火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的高溫高速燃?xì)饬鲌?chǎng)，或是導(dǎo)彈彈頭加熱場(chǎng)，都具有高溫、高壓、高熱的特征，處于流場(chǎng)區(qū)的工程結(jié)構(gòu)材料必須具有有效的放熱措施。其中選用最佳的防熱材料就是不可缺少的技術(shù)物質(zhì)基礎(chǔ)。

簡(jiǎn)介宇航石墨（space navigation graphite）是指用于制造導(dǎo)彈和航天器部件的特種石墨材料。氣動(dòng)熱環(huán)境是最能體檢航天工程特征的特殊工作環(huán)境之一，無(wú)論火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的高溫高速燃?xì)饬鲌?chǎng)，或是導(dǎo)彈彈頭加熱場(chǎng)，都具有高溫、高壓、高熱的特征，處于流場(chǎng)區(qū)的工程結(jié)構(gòu)材料必須具有有效的放熱措施。其中選用最佳的防熱材料就是不可缺少的技術(shù)物質(zhì)基礎(chǔ)1。

石墨可作為航天器防熱材料的原因石墨之所以能作為各類航天器的防熱材料，主要原因是因?yàn)樗哂泻芏鄡?yōu)良性能。它密度小，常壓下不熔化，3700℃升華，強(qiáng)度隨溫度的升高而增加，直至2500℃。它具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，良好的抗燒蝕性能力和抗沖刷能力以及優(yōu)越的抗熱沖擊能力。因而在導(dǎo)彈和航天器上即可用作耐高溫的承力構(gòu)件。如液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)舛婧凸腆w火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管喉襯，又可作為高性能的防熱材料，如導(dǎo)彈端頭體等。此外，石墨材料資源豐富，能夠進(jìn)行大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)。造價(jià)低廉，用作先進(jìn)的防熱材料，在造價(jià)上就具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。因此，各國(guó)都對(duì)石墨材料相當(dāng)重視，相繼研制出石墨防熱材料新品種2。

石墨的缺點(diǎn)石墨材料的主要缺點(diǎn)是它的脆性，高溫下抗熱應(yīng)力的能力較低，因而如何提高其斷裂韌性，已成為石墨材料研制工作的重點(diǎn)。一種稱之為高應(yīng)變石墨材料，就顯著區(qū)別于一般石墨制品3。

宇航石墨分類按成型工藝來(lái)分類，宇航石墨可分如下幾類。

（1）擠壓類石墨

工藝流程如下：油焦經(jīng)預(yù)碎、煅燒、粉碎和篩分后作為黏結(jié)劑的煤瀝青按一定配比經(jīng)混捏制成糊狀料，在擠壓機(jī)上擠壓呈生坯經(jīng)多次焙燒浸漬，最后經(jīng)過(guò)石墨化制成石墨制品。

（2）模壓石墨

工藝流程和擠壓石墨差不多，不同的只是擠壓換成模壓。

（3）滲硅石墨

用金屬硅填充石墨內(nèi)部的孔隙并且使兩者發(fā)生化合而成為一個(gè)整體。石墨滲硅的工藝方法很多，通常根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)和工藝設(shè)備的具體情況來(lái)選擇。按習(xí)慣，常把滲硅料的物態(tài)作為滲硅工藝方法的區(qū)別，有固滲、氣滲、浸漬等方法。所謂固滲就是以固體的滲硅料埋著被滲的石墨件置于爐內(nèi)加熱而獲得滲硅效果。一般低溫下生成β-SiC，如果需要α-SiC需加熱到2100℃以上。

（4）熱解石墨

熱解石墨是由碳?xì)浠衔餁怏w熱分解而生成的固態(tài)碳。一般用氣體使氣流通過(guò)基體物質(zhì)，在加熱條件下，使氣體熱解，放出氫氣，而碳在基體表面上沉積。這種急流氣體使碳原子按一定方向緊貼在基體表面上，構(gòu)成均勻緊密的石墨晶體。

（5）均衡壓制石墨

該石墨是采用超短炭纖維與瀝青或樹脂均勻混合，進(jìn)行澆鑄成型，在1000℃下炭化，然后將其裝入鋼制包套內(nèi)，灌滿瀝青，把包套放進(jìn)熱靜壓機(jī)內(nèi)，在34×103MPa壓力下，升溫至1000~1500℃，使其密度達(dá)到規(guī)定要求 進(jìn)行石墨化處理，纖維含量從25.5%~52.5%3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)