制造火箭和导弹头部、弹体、发动机、弹上控制设备所用的各种材料。中国古代火箭是用竹筒、厚纸、粘土等材料制成的。流传至今的中国民间烟火炮仗沿用了古代火箭的制作原理。它们用麻纤维缠绕加强厚纸圆筒制成,这与现代固体火箭壳体采用纤维缠绕工艺的原理是一致的。 现代火箭和导弹各部位使用的材料,大部分与飞机材料相同,但为适应运载火箭与弹道导弹的特殊工作环境,也发展了多种专用材料。 弹头材料 运载火箭的头部不需要返回地面,只经受穿出大气层时的空气动力加热,一般是用金属或复合材料制造头部整流罩。弹道导弹的头部要再入大气层,以便攻击敌方目标,早期的某些中程导弹曾一度采用热沉式防热,即把热量耗散在质量大、比热高的铜制钝头中,但因重量太大、隔热困难,这种方法很快被放弃。洲际导弹头部的再入速度马赫数高达20以上,头部温度可高达8000~12000°C。50年代末,头部鼻锥开始采用烧蚀材料防热。早期广泛使用的烧蚀材料是高硅氧玻璃纤维增强酚醛树脂。鼻锥后面还有大面积的防热层,内部用轻金属结构支撑并衬有隔热材料,以保证核战斗部和精密仪器所需要的温度环境。随着分导式弹头和机动式弹头的发展,再入时间增长,不均匀烧蚀的情况加剧,同时为抵抗粒子云侵蚀和核攻击,遂研制出石墨纤维三向或多向增强的碳材料和具有高应变性能的石墨材料。70年代开始改用碳纤维织物作为增强材料,效果良好。为了对头部进行制导,防热层上开有天线窗,窗口材料与防热层应同步烧蚀,同时又能透过无线电波。为此目的,初期使用石英玻璃,后来研制出石英纤维增强的二氧化硅作为窗口材料。 弹体材料 火箭或导弹的弹体主要由仪器舱、箱体、过渡段和尾段组成。箱体以外的部分主要起结构支承作用,多采用高强度铝合金制成半硬壳式结构或蜂窝结构。液体火箭的箱体材料既要求强度又要求耐蚀性能。早期的液体火箭箱体选用铝-镁合金。 随着钣金成形和焊接技术的进步,后来改用铝-铜-镁系、铝-锌-镁系高强度铝合金制作箱体。为箱体内部增压的高压气瓶多用钛合金或高强度钢制作。为改变发动机推力的方向,一种方法是在尾段上装燃气舵。燃气舵受到喷焰的高速冲刷,烧蚀严重,故多采用特种石墨或钨、钼等难熔金属制作,表面再覆以抗氧化涂层。另一种方法是采用摇摆式发动机或摆动喷管,为此弹体尾段须装有柔性防热材料,如玻璃纤维增强硅橡胶,以防止火焰的辐射热对尾段内各系统的损害。弹体内的活门、管路系统还需要使用各种密封材料。 发动机材料 液体火箭发动机主要由涡轮、推进剂输送泵和燃烧室组成。涡轮材料主要是镍基、钴基合金。泵壳体采用高强度、高致密性的铝合金铸件或钢铸件。燃烧室的工作环境最为严酷,室内燃烧温度高达3000°C以上。任何材料在这温度下都会软化以至熔化,只有对燃烧室进行冷却才能保证材料有必要的强度。燃烧室的结构按冷却方式分为三类:①再生冷却式燃烧室,其结构又分为夹壁式和管束式两种。夹壁式燃烧室的内外壁大多用不锈钢经高温钎焊制成。 某些大型液氧-液氢发动机燃烧室内壁用铜-银-锆合金制造,以增加冷却效果,外壁用金属镍电铸成形。管束式燃烧室是用多根纯镍或不锈钢薄壁异形变截面管捆绑钎焊而成。②辐射冷却式燃烧室用钼、铌等难熔金属制造,延伸喷管则用铌、钴、钛合金制造,表面涂覆抗氧化和具有高辐射系数的特殊涂层。③烧蚀冷却式燃烧室的内壁用高硅氧纤维增强树脂作烧蚀材料,外部用钛合金作承力壳体,喉部装有石墨镶块以增强耐烧蚀能力。有的发动机用多孔金属面板作为顶部推进剂喷注器的安装板,以增加冷却效果。固体火箭发动机的装药壳体最初用高强度钢制造,后来改用钛合金、玻璃纤维或高强度、高弹性模量有机纤维增强环氧树脂。壳体内部衬以橡胶类隔热材料。喷管喉部初期用钼、钨等难熔金属作喉衬,后用钨作为难熔骨架,渗入铜、银等金属作为自发汗冷却剂。最新式的发动机喷管喉部采用热解石墨、碳纤维增强碳材料作喉衬,提高了抗烧蚀性能。 非结构材料 火箭和导弹的特殊工作环境和贮存环境,需要使用诸如耐高温或耐低温的润滑材料、真空密封脂、高级液压油、无机化合物防火腻子、防潮防霉防腐蚀的油漆和涂料等非结构材料。
钴基金属骨架材料有哪些
耐磨耐高温(温度800℃)的材料有
Stellite6B(WR6B)钴基合金WR6B,stellite6B合金是最著名的钴基耐磨合金之一,优秀的耐磨性与强韧性兼备,可以适应多数工况,应用广泛,硬度在37-45HRC;主要用于化工耐磨板、耐磨棒,蒸汽化工阀座、汽轮机叶片防护、耐冲刷轴套,热浸镀锌的沉没辊等零件;相比较WR6(stellite6)WR6B具有更好的高温耐磨性能。
stellite6B合金化学成分
Co: 余
Cr: 28.18%
W: 5%
C: 1.0%
Si: 1.02%
Mn:0.75%
P: <0.005%
S: 0.0030%
Ni: 2.83%
Mo:0.20%
Te:2.25%
W: 4.41%
主要提供钴基高温合金的棒料,部分变形件、锻件与精密铸造件以及母合金。
钴基金属骨架材料是什么
复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的机械工程材料。各种组成材料在性能上能互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料,从而满足各种不同的要求。 复合材料的组成包括基体和增强材料两个部分。非金属基体主要有合成树脂、碳、石墨、橡胶、陶瓷;金属基体主要有铝、镁、铜和它们的合金;增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维等有机纤维和碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝及硬质细粒等。复合材料的历史可追溯很远,如从古沿用迄今的稻草增强粘土,和已使用上百年的钢筋混凝土,就是由两种不同材料复合而成。20世纪20年代以后发展起来的铜-钨和银-钨电触头材料,碳化钨-钴基硬质合金,和其他粉末烧结材料,其实质也是复合材料。40年代,因航空工业的需要,发展了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)的雷达罩,从此出现了复合材料这一名称。50年代以后陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度、高模量纤维;70年代又出现了芳香族聚酰胺纤维(简称芳纶纤维),如聚对苯甲酰胺纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体,或铝、镁、钛等金属基体复合而成各具特点的材料,为了区别于一般玻璃纤维增强材料,这种材料称为高级复合材料。复合材料根据其组成可分为金属与金属复合材料;金属与非金属复合材料;非金属与非金属复合材料三种。根据结构特点又可分为纤维复合材料、层叠复合材料、细粒复合材料和骨架复合材料。纤维复合材料通常是置纤维状材料于基体内组成,如纤维增强塑料、纤维增强金属等;层叠复合材料是由两种或两种以上不同材料叠合而成,如用两种具有不同膨胀系数的金属,复合而成的能指示温度变化的热工仪表材料等;细粒复合材料是将硬质细粒均匀分布于基体中,如弥散强化合金、金属陶瓷;骨架复合材料是在连续多孔的结构材料中填充其他材料,或由面板和芯子组成的夹层结构材料等。其他如定向共晶复合材料,是在特定的熔炼或液体金属凝固条件下,基体内部生成定向的纤维状结构而得,故亦称自增强纤维复合材料。复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料,其比强度和比模量均较高强度钢和铝合金大数倍,还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消音、电绝缘等性能。再如,石墨纤维与树脂复合,可得到膨胀系数几乎等于零的材料。纤维增强复合材料的另一特点是各向异性,因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。如以碳纤维或碳化硅纤维增强的铝基复合材料,在500℃时仍能保持足够的强度和模量,比未增强的铝好得多;碳化硅纤维与钛复合,不但钛的耐热性提高,且耐磨损,可用作发动机风扇叶片;碳化硅纤维与氮化硅陶瓷复合,使用温度可达1500℃,比超合金涡轮叶片的使用温度高很多。非金属基复合材料由于密度小,用于汽车可减轻重量、提高车速、节约能源。如用碳纤维增强塑料制成的车身和发动机罩,其重量可比金属制的轻一半以上;用碳纤维与玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧,其刚度和承载能力与重量大五倍多的钢片弹簧相等。复合材料中应用最广的是玻璃纤维增强复合材料,碳纤维、石墨纤维、硼纤维、芳纶纤维和碳化硅等增强的复合材料。高级复合材料由于价格昂贵,主要用于军工、航天、原子能等尖端技术,民用方面除高级运动器材和关键性机械零部件外,其他还很少正式采用。复合材料范围广,品种多,性能优异,有很大的发展前途。玻璃纤维增强热固性塑料中的片状模塑料发展很快,已出现了许多分支,其制品已由非受力件扩大到受力件如传动支架等。玻璃纤维增强热塑性塑料的用途越来越广,其发展速度在有的国家已超过热固性的增长率。高级复合材料的发展方向是降低成本,扩大应用范围。用两种或两种以上的不同纤维作为增强材料,不但可降低成本,且其混合效应超过一般的混合规律。航空中的基本结构件、工业用机器人、晦洋开发用的结构材料、汽车片弹簧和驱动轴等,将越来越多地采用混合纤维增强复合材料。定向凝固的铸造复合材料如碳化钽与镍或钴、碳化铌与铌等的共晶复合材料,以及无机纤维增强陶瓷复合材料,使用温度均超过现有的耐热合金,也将得到发展。碳纤维与铜的复合材料可用作低电压、大电流电机和超导等特殊电机的电刷材料,耐磨减摩和电子材料。在成型工艺方面,增强反应注射成型、反应注射成型、弹性贮存成型和真空浸清成型等均已获得发展。功能复合材料将多种功能集于一身,如将光电材料与电磁材料复合成光磁复合材料。这种材料在功能转换器件中很有发展前途。
参考:复材中国
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