CN111041257A - 一种具有表面高通量布气系统吸气材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面高通量布气系统吸气材料的制备方法，方法包括如下步骤：将吸气合金中的原料按一定比例进行配制，通过熔炼的方法制备成合金，然后对合金在保护气氛下进行破碎和球磨；将吸气合金粉末与0.01~2%硬脂酸均匀混合形成合金混合物；将上述合金混合物在钢性模具中进行压制形成压坯；在真空度为3~5×10‑3 Pa的真空环境下，对压坯进行真空烧结，即可得到抗粉化能力强的块体吸气剂。与传统的片状吸气材料相比，具有表面高通量布气系统的吸气材料，具有表面高通量布气系统的吸气材料，它不仅能让气体按照一定通道流动，而且在气体的流动过程中，吸气材料达到去除主流气体中的杂质气体，实现气体与气体分离的效果。
Description
技术领域
本发明涉及航天领域，特别涉及一种具有表面高通量布气系统吸气材料的制备方法。
背景技术
随着航天工业的迅速发展，人造卫星的微型化及集群式应用成为现代宇航的一个重要发展方向。高性能微型卫星必须配备高集度、低能耗、小推力、高分辨率冲量的微推进系统来完成精确的轨道控制和姿态调整，但是在轨道控制和姿态调整中，需要布气系统，引入多孔材料的布气系统可以提高燃烧稳定性, 改善脉冲推进的再点火能力, 拓宽高比冲设计工况的燃气流率范围。
发明内容
本发明的目的是提供能实现气体定向稳态流动与推进性能的一种具有表面高通量布气系统吸气材料的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：一种具有表面高通量布气系统吸气材料的制备方法是按以下步骤进行的：
1) 将吸气合金中的原料按一定比例进行配制，通过熔炼的方法制备成合金，然后对合金在保护气氛下进行破碎和球磨，获得300目~80目的吸气合金粉末；
2) 用上述吸气合金粉末与0.01~2% 硬脂酸混合均匀形成合金混合物。
3) 将上述合金混合物在钢性模具中进行压制形成压坯；
4) 在真空度为3~5×10-3 Pa的真空环境下，对压坯进行真空烧结，即可得表面具有高系统布气管道的吸气材料。
作为本发明的优选方案，所述吸气合金的种类包括：
a) Zr-Al合金、Zr-Al-RE合金、Zr-Al-TE合金、Zr-Al-TE-RE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
b) Zr-C合金、Zr-C-RE合金、Zr-C-TE合金、Zr-C-TE-RE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
c) Zr-V-Fe合金、Zr-V-Fe-RE合金、Zr-V-Fe-TE合金、Zr-V-Fe-RE-TE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
d) Zr-Co合金、Zr-Co-RE合金、Zr-Co-TE合金、Zr-Co-RE-TE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Fe、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
e) Ti-Mo合金，Ti-Mo-RE合金、Ti-Mo-TE合金、Ti-Mo-RE-TE合金，其中TE包括过渡族元素Zr、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
f）Ti-Zr-V合金、Ti-Zr-V-RE合金、Ti-Zr-V-TE合金、Ti-Zr-V-TE-RE合金，其中TE包括过渡族元素Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
g）Zr-Co–Re（铼）合金、Zr-Co–Re--RE合金、Zr-Co –Re—RE-TE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Os、Ir。
作为本发明的进一步优选方案，所述RE是稀土元素Y、Sc 、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。
作为本发明的进一步优选方案，所述合金混合物在刚性模具中的成型压力为50~250 Mpa，同时保压1~30 s。
作为本发明的进一步优选方案，所述压坯相对密度为30~65 %。
作为本发明的进一步优选方案，所述钢性模具与合金混合物接触的压制面上设计有高通量流导通道，所述高通量流导通道的深度为0~1 mm，宽度为0~1 mm，所述刚性模具的材质为Cr12MoV。
作为本发明的进一步优选方案，所述压坯的烧结工艺为在900~1030 ℃下保温0.2~2 h。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：与传统的多孔材料比较，即与表面无高通量布气系统的片状吸气材料相比较，具有表面高通量布气系统的吸气材料，它不仅能让气体按照一定通道流动，而且在气体的流动过程中，吸气材料达到去除主流气体中的杂质气体，实现气体与气体分离的效果，如主流气体氩气中的氧气、一氧化碳、一氧化氮等杂质气体；主流气体氙气中的氧气、一氧化碳、一氧化氮等杂质气体；主流气体氦气中的氧气、一氧化碳、一氧化氮等杂质气体；主流气体氮气中的氧气、一氧化碳、一氧化氮等杂质气体。这种创新型材料设计，将主要应用火箭推进器中钡钨阴极中主流气体氙气中杂质气体的除去，达到稳定推进的效果。而表面高通量布气系统的吸气材料的设计，是实现气体高通量定向流动的关键。
附图说明
图1为本发明钢性模具的结构示意图。
图2为本发明具有表面高通量布气系统的吸气材料的结构示意图。
其中，1阴模，2阳模，3吸气材料。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种具有表面高通量布气系统吸气材料的制备方法是按以下步骤进行的：
1) 将吸气合金中的原料按一定比例进行配制，通过熔炼的方法制备成合金，然后对合金在保护气氛下进行破碎和球磨，获得300目~80目的吸气合金粉末；
2) 用上述吸气合金粉末与0.01~2% 硬脂酸混合均匀形成合金混合物。
3) 将上述合金混合物在钢性模具中进行压制形成压坯；
4) 在真空度为3~5×10-3 Pa的真空环境下，对压坯进行真空烧结，即可得表面具有高系统布气管道的吸气材料。
上述吸气合金的种类包括：
a) Zr-Al合金、Zr-Al-RE合金、Zr-Al-TE合金、Zr-Al-TE-RE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
b) Zr-C合金、Zr-C-RE合金、Zr-C-TE合金、Zr-C-TE-RE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
c) Zr-V-Fe合金、Zr-V-Fe-RE合金、Zr-V-Fe-TE合金、Zr-V-Fe-RE-TE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
d) Zr-Co合金、Zr-Co-RE合金、Zr-Co-TE合金、Zr-Co-RE-TE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Fe、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
e) Ti-Mo合金，Ti-Mo-RE合金、Ti-Mo-TE合金、Ti-Mo-RE-TE合金，其中TE包括过渡族元素Zr、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
f）Ti-Zr-V合金、Ti-Zr-V-RE合金、Ti-Zr-V-TE合金、Ti-Zr-V-TE-RE合金，其中TE包括过渡族元素Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
g）Zr-Co–Re（铼）合金、Zr-Co–Re--RE合金、Zr-Co –Re—RE-TE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Os、Ir。
上述RE包括稀土元素Y、Sc 、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。
上述合金混合物在刚性模具中的成型压力为50~250 Mpa，同时保压1~30 s。
上述压坯相对密度为30~65 %。
上述钢性模具与合金混合物接触的压制面上设计有高通量流导通道，所述高通量流导通道的深度为0~1 mm，宽度为0~1 mm。
上述压坯的烧结工艺为在900~1030 ℃下保温0.2~2 h。
实施例1
以Zr56.97V35.85Cr7.18（重量比）化学计量配方为基础，通过真空感应熔炼法制得合金铸锭，将合金铸锭在1100℃×5 h下均匀化热处理，然后快冷至室温，将冷却后的铸锭破碎、球磨至300目-150目粉末，与0.15 % 硬脂酸混合均匀。将粉末装入钢性模具图1中，在100 Mpa的压力下进行压制获得压坯，将压坯装入真空烧结炉进行烧结，3×10-3 Pa，烧结工艺1050 ℃×1h。制备的表面高通量布气系统吸气材料如图2：在480 ℃激活15 min后，其总吸氢量为：330 cm3·Pa/g。
实施例2
以Zr30Ti3.33V66.69（重量比）化学计量配方为基础，通过真空感应熔炼法制得合金铸锭，将合金铸锭在1050℃×6 h下均匀化热处理，然后快冷至室温，将冷却后的铸锭破碎、球磨至320目-120目粉末，与0.2 % 硬脂酸混合均匀。将粉末装入钢性模具图1中，在120Mpa的压力下进行压制获得压坯，将压坯装入真空烧结炉进行烧结，真空度为3×10-3 Pa，烧结工艺1050 ℃×1h。制备的表面高通量布气系统吸气材料，在380 ℃激活20 min后，其总吸氢量为：230 cm3·Pa/g。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种具有表面高通量布气系统吸气材料的制备方法，其特征在于具有表面高通量布气系统吸气材料的方法是按以下步骤进行的：
1) 将吸气合金中的原料按一定比例进行配制，通过熔炼的方法制备成合金，然后对合金在保护气氛下进行破碎和球磨，获得300目~80目的吸气合金粉末；
2) 用上述吸气合金粉末与0.01~2% 硬脂酸混合均匀形成合金混合物。
3) 将上述合金混合物在钢性模具中进行压制形成压坯；
4) 在真空度为3~5×10-3 Pa的真空环境下，对压坯进行真空烧结，即可得表面具有高系统布气管道的吸气材料。
2.根据权利要求1所述的一种具有表面高通量布气系统吸气材料的制备方法，其特征在于：所述吸气合金的种类包括：
a) Zr-Al合金、Zr-Al-RE合金、Zr-Al-TE合金、Zr-Al-TE-RE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
b) Zr-C合金、Zr-C-RE合金、Zr-C-TE合金、Zr-C-TE-RE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
c) Zr-V-Fe合金、Zr-V-Fe-RE合金、Zr-V-Fe-TE合金、Zr-V-Fe-RE-TE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
d) Zr-Co合金、Zr-Co-RE合金、Zr-Co-TE合金、Zr-Co-RE-TE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Fe、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
e) Ti-Mo合金，Ti-Mo-RE合金、Ti-Mo-TE合金、Ti-Mo-RE-TE合金，其中TE包括过渡族元素Zr、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
f）Ti-Zr-V合金、Ti-Zr-V-RE合金、Ti-Zr-V-TE合金、Ti-Zr-V-TE-RE合金，其中TE包括过渡族元素Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir；
g）Zr-Co–Re（铼）合金、Zr-Co–Re--RE合金、Zr-Co –Re—RE-TE合金，其中TE包括过渡族元素Ti、Fe、Co、Ni、Mn、Pd、Ru、Pt、V、Cr、Nb、Mo、Tc、Rh、Hf、Ta、W、Os、Ir。
3.根据权利要求2所述的一种具有表面高通量布气系统吸气材料的制备方法，其特征在于：所述RE是稀土元素Y、Sc 、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu。
4.根据权利要求1所述的一种具有表面高通量布气系统吸气材料的制备方法，其特征在于：所述合金混合物在刚性模具中的成型压力为50~250 Mpa，同时保压1~30 s。
5.根据权利要求1所述的一种具有表面高通量布气系统吸气材料的制备方法，其特征在于：所述压坯相对密度为30~65 %。
6.根据权利要求1所述的一种具有表面高通量布气系统吸气材料的制备方法，其特征在于： 所述钢性模具与合金混合物接触的压制面上设计有高通量流导通道，所述高通量流导通道的深度为0~1 mm，宽度为0~1 mm；所述刚性模具的材质为Cr12MoV。
7.根据权利要求1所述的一种具有表面高通量布气系统吸气材料的制备方法，其特征在于：所述压坯的烧结工艺为在900~1030 ℃下保温0.2~2 h。
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