CN105985081A

CN105985081A - 一种火箭发射台用莫来石基涂抹料及其应用

Info

Publication number: CN105985081A
Application number: CN201510093855.8A
Authority: CN
Inventors: 张巍; 马磊; 王国鹏; 王晓东; 张涛
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2015-03-02
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2016-10-05

Abstract

本发明公开了一种火箭发射台用莫来石基涂抹料，涂抹料的组成组分由莫来石、堇青石、高铝水泥和硅微粉组成。该火箭发射台用抗高温燃气流莫来石基涂抹料能够保护火箭发射台金属结构不受高温燃气流的冲刷和高温烧蚀，有利于确保发射台工作的可靠性，延长发射台使用寿命；该火箭发射台用莫来石基涂抹料适用于高湿、高盐雾、高紫外线照射的环境，防腐蚀性能好，符合火箭发射基地在向运输和发射更为便捷的沿海区域发展对保护火箭发射台基体防护材料的要求；该莫来石基涂抹料施工简单方便；该莫来石基涂抹料所用原料无毒、无腐蚀，具有节能环保的特点，对改善和保护环境起到重要作用。

Description

一种火箭发射台用莫来石基涂抹料及其应用

技术领域

本发明涉及耐火材料技术领域，具体涉及一种火箭发射台用莫来石基涂抹料及其应用。

背景技术

随着航天、宇航事业的发展，除了飞行器本身进行热防护外，国内对地面设施如火箭发射台也增加了热防护措施。在国外，欧洲航天局位于南美圭亚那的阿里安火箭发射平台为混凝土发射平台，这类完全由无机非金属材料构筑的发射台抗燃气吹扫烧蚀性能比有机烧蚀涂料好，但缺点是厚度厚，重量重，并且发射台无法进行移动。火箭发射台的基体材料为金属或金属合金材料，为保护火箭发射台的基体材料免受高温燃气流的冲刷及高温氧化，可对发射台增加热防护措施，即在基体材料表面涂覆耐火材料，这样既可减轻发射台的重量，又可使金属表面隔热，减少热烧蚀和热冲击，并防止发射台在多次热冲击载荷作用下产生热疲劳、热龟裂和热断裂，从而确保发射台工作的可靠性，延长发射台的使用寿命。

目前，我国的火箭发射基地正在向运输和发射更为便捷的沿海区域发展，而沿海区域不同于内陆的高温高湿、高盐雾、高紫外线照射等特殊的自然环境对发射台热防护材料也提出了更高的要求。

本发明采用莫来石基涂抹料对火箭发射台进行热防护，以达到减轻发射台重量，使发射台耐热烧蚀和耐热冲击，确保发射台工作的可靠性，延长发射台使用寿命的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是对地面设施火箭发射台增加热防护措施，提供一种火箭发射台用抗高温燃气流涂抹料，在液氧煤油火箭发动机高温、大推力长时间持续冲刷条件下，该涂抹料抗热震性好，耐火箭尾焰燃气流冲刷性好，耐候性好，强度高，对火箭发射台的表面起到了很好的保护作用，有利于保持火箭发射台钢结构合理的强度，延长期使用寿命；此外，该涂抹料节能环保，适用于高湿、高盐雾、高紫外线照射的环境，防腐蚀性能好。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

它是由下述重量配比的原料，总计100％，制备而成：

原料的优选重量配比为：

原料的最佳重量配比为：

所述的莫来石是由粒度为5-3mm和粒度为3-1mm的莫来石混合得到的混料，所述混料中，粒度为5-3mm的莫来石和粒度为3-1mm的莫来石的重量比为1：(0.9～1.3)。

所述堇青石的粒度为0.5-1mm。

所述的高铝水泥为铝酸盐水泥，优选为Secar71水泥。

所述硅微粉为硅灰，优选型号为970。

火箭发射台用莫来石基涂抹料的制备方法为：按照重量配比称取各种原料，先加入5-3mm和3-1mm莫来石颗粒和0.5-1mm堇青石颗粒混合均匀，在搅拌机里搅拌2～3分钟，再加入其他粉料搅拌6～8分钟，以确保各种原料混合均匀。

本发明所述的火箭发射台用莫来石基涂抹料作为火箭发射台的表面涂层使用，涂覆在发射台钢板表面上，厚度为8～30mm，适用于高湿、高盐雾、高紫外线照射的环境，防腐蚀性能好。

采用本发明的原料重量配比及制作方法制备的火箭发射台用莫来石基涂抹料，主体骨料采用不同粒度等级的原料，其中较大粒度的原料起骨架作用，较小粒度的原料起填充作用，能保证涂抹料有适当的体积密度；添加硅微粉，能减少加水量，以提高材料的体积密度，降低气孔率；添加高铝水泥，能使材料有适当的强度，并且不影响材料的耐高温性能。

本发明的优点和有益效果是：

本发明制备的莫来石基涂抹料在实际应用过程中未发生脱落露钢板的现象，而现用的有机-无机复合材料在此试验条件下被烧蚀的一干二净，露出基体钢板。在氧气/煤油发动机高温、大推力、长时间烧蚀条件下，莫来石基涂抹料耐高温性能良好，抗热震性好，耐火箭尾焰模拟燃气流冲刷性好，对金属表面起到了很好的保护作用，并且，按本发明制备的火箭发射台用莫来石基涂抹料，施工简单方便，成型稳定。

该涂抹料与其他材料相比，具有抗热震性好，强度高，耐火箭尾焰燃气流冲刷性好，使用寿命超过传统的有机-无机复合涂层，有利于保持火箭发射台金属基体合理的强度，从而延长发射台的服役年限，减少修补时间与次数。

该涂抹料适用于高湿、高盐雾、高紫外线照射的环境，防腐蚀性能好，符合火箭发射基地在向运输和发射更为便捷的沿海区域发展对保护火箭发射台基体防护材料的要求。

该涂抹料所用原料无毒、无腐蚀，具有节能环保的特点，对改善和保护环境起到重要作用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

所述莫来石的生产厂家是靖州华鑫莫来石有限公司；所述堇青石的生产厂家偃师市光明高科耐火材料制品有限公司；所述Secar71水泥的生产厂家是凯诺斯(中国)铝酸盐技术有限公司；所述型号970硅灰的生产厂家是上海天恺硅粉材料有限公司。

实施例1按重量配比称取粒度为5-3mm的莫来石，26份；粒度3-1mm的莫来石，26份；粒度为0.5-1mm的堇青石颗粒，24份；Secar71水泥，20份；970型硅灰，4份；水，13份(外加)。

实施例2按重量配比称取粒度为5-3mm的莫来石，24份；粒度3-1mm的莫来石，26份；粒度为0.5-1mm的堇青石颗粒，25份；Secar71水泥，19份；970型硅灰，6份；水，12.5份(外加)。

实施例3按重量配比称取粒度为5-3mm的莫来石，28份；粒度3-1mm的莫来石，28份；粒度为0.5-1mm的堇青石颗粒，19份；Secar71水泥，22份；970型硅灰，3份；水，14份(外加)。

实施例1-3的制作方法是：按重量配比称取各种原料，先加入5-3mm和3-1mm莫来石颗粒和0.5-1mm堇青石颗粒混合均匀，在搅拌机里搅拌2～3分钟，再加入其他粉料搅拌6～8分钟。最后，加入水搅拌3～5分钟。

采用上述原料重量配比及制作方法制备的火箭发射台用莫来石涂抹料，主体骨料采用不同粒度等级的原料，其中较大粒度的原料起骨架作用，较小粒度的原料起填充作用，能保证涂抹料有适当的体积密度；添加970型硅灰，能减少加水量，以提高材料的体积密度，降低气孔率；添加Secar71水泥，能使材料有适当的强度，并且不影响材料的耐高温性能。按本发明专利制备的火箭发射台用莫来石基涂抹料与现用的有机-无机复合材料的耐高温燃气流冲刷对比试验由中国航天科技集团公司一院第十四研究所完成，测试条件为：发动机燃料：氧气和煤油；发动机燃烧室压力：Pc＝1.4±0.05MPa；发动机余氧系数：α＝0.7±0.03；发动机喷口直径：65mm；喷管出口燃气温度：2210K；喷管出口燃气速度：2390m/s；燃烧室温度：3470K；烧蚀试验时间：10s/件；热流密度：17.9Mw/m²。

试验结果表明：金属件背面最高温度小于80℃，平均烧蚀速率小于1.6mm/s。莫来石基涂抹料未发生脱落露钢板的现象，而现用的有机-无机复合材料在此试验条件下被烧蚀的一干二净，露出基体钢板。在氧气/煤油发动机高温、大推力、长时间烧蚀条件下，莫来石基涂抹料耐高温性能良好，抗热震性好，耐火箭尾焰模拟燃气流冲刷性好，对金属表面起到了很好的保护作用，表1为火箭发射台用莫来石基涂抹料的各项物理性能。

表1

表中各项理化性能参数测定分别按照下列标准进行：

体积密度按照YB/T5200-1993致密耐火浇注料显气孔率和体积密度试验方法测定；

常温抗折强度按照GB/T3001-2007耐火材料常温抗折强度试验方法测定；

常温耐压强度按照GB/T5072-2008耐火材料常温耐压强度试验方法测定；

热膨胀系数按照GB/T7320-2008耐火材料热膨胀试验方法-顶杆法测定；

导热系数按照YB/T4130-2005耐火材料导热系数试验方法(水流量平板法)测定。

实施例4-10

按重量配比称取各种原料，先加入5-3mm和3-1mm莫来石颗粒和0.5-1mm堇青石颗粒混合均匀，在搅拌机里搅拌2～3分钟，再加入其他粉料搅拌6～8分钟。最后，加入水搅拌3～5分钟，实施例配比按照：莫来石/堇青石/水泥/硅灰顺序表述，共计100份。

结论：1)本发明保护的涂层组分和比例具有良好的常温抗折强度和耐压强度，具有较低的热膨胀系数和适当的导热系数，并且经过耐高温燃气流冲刷试验后，材料仅有轻微的熔蚀，没有产生涂层大面积脱落等不良现象。

2)由实施例4-10中数据看出，当降低堇青石的含量时(实施例6和实施例9)，由于堇青石可以起到降低材料热膨胀系数，提高材料抗热震性的作用，因此降低堇青石的含量导致材料的抗热震性下降，从而在材料表面产生热震裂纹，材料表面有脱落，增大了金属件的背温。当提高高铝水泥含量时(实施例9和实施例10)，虽然可一定程度上增大材料的强度，但由于材料中高铝水泥含量较多，导致材料的硬化过快，工作时间较短，即材料加水搅拌后，未来得及进行涂覆就硬化了；同时，较高的高铝水泥含量，还提高了金属件的背温。因此，当各组分含量为：莫来石42～65％，堇青石10～30％，高铝水泥12～27％，硅微粉2～10％时，材料的性能最佳。

应用例

将本发明实施例1制备的莫来石基涂抹料涂覆于西昌卫星发射中心和太原卫星发射中心火箭发射台表面，火箭发射后，材料的抗热震性好，隔热效果好，耐火箭尾焰燃气流冲刷性好。火箭发射三次后，涂层的脱落面积≤5％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种火箭发射台用莫来石基涂抹料，其特征在于：它是由下述重量配比的原料，总计100％，制备而成：

2.根据权利要求1所述的火箭发射台用莫来石基涂抹料，其特征在于：它是由下述重量配比的原料，总计100％，制备而成：

3.根据权利要求2所述的火箭发射台用莫来石基涂抹料，其特征在于：它是由下述重量配比的原料，总计100％，制备而成：

4.根据权利要求1-3任一所述的火箭发射台用莫来石基涂抹料，其特征在于：所述的莫来石是由粒度为5-3mm和粒度为3-1mm的莫来石混合得到的混料，所述混料中，粒度为5-3mm的莫来石和粒度为3-1mm的莫来石的重量比为1：(0.9～1.3)；所述堇青石的粒度为0.5-1mm；所述的高铝水泥为铝酸盐水泥；所述硅微粉为硅灰。

5.一种权利要求1-4任一所述的火箭发射台用莫来石基涂抹料，其特征在于：火箭发射台用莫来石基涂抹料的制备方法为：按照重量配比称取各种原料，先加入5-3mm和3-1mm莫来石颗粒和0.5-1mm堇青石颗粒混合均匀，在搅拌机里搅拌2～3分钟，再加入其他粉料搅拌6～8分钟，以确保各种原料混合均匀。

6.一种权利要求1-5任一所述的火箭发射台用莫来石基涂抹料的应用，其特征在于：该涂抹料作为火箭发射台的表面涂层，涂覆在发射台钢板的表面上，厚度为8～30mm，适用于高湿、高盐雾、高紫外线照射的环境，防腐蚀性能好。