DE2054919A1 - Exhaust nozzle for hot gases - Google Patents

Exhaust nozzle for hot gases

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DE2054919A1 DE19702054919 DE2054919A DE2054919A1 DE 2054919 A1 DE2054919 A1 DE 2054919A1 DE 19702054919 DE19702054919 DE 19702054919 DE 2054919 A DE2054919 A DE 2054919A DE 2054919 A1 DE2054919 A1 DE 2054919A1
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Kar Dipl -Ing. 7000 Stuttgart. P Meier
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Metallwerk Plansee GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/97Rocket nozzles
    • F02K9/974Nozzle- linings; Ablative coatings

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Description

D ι ρ 1. -1 η g.D ι ρ 1. -1 η g.

r, ι η η ι ■ Auj::burg, den 6. November 1970 Rudolf Bussehneier r, ι η η ι ■ Auj :: burg, November 6, 1970 Rudolf Bussehneier

Patentanwalt Priorität: 29. Dezember I969 Patent attorney priority: December 29 , 1969

Augsburg 31 · Rehlingenstraße 8 ° S*err β ί ch Augsburg 31 · Rehlingenstrasse 8 ° S * err β ί ch

Postfach2ί2 Anm.Nr. A 12050/69 P.O. Box2ί2 Note No. A 12050/69

rosti-chcikkonio: M u a ι lic η Nr. 745 39rosti-chcikkonio: M u a ι lic η No. 745 39

5o36/20/Bu/Ma5o36 / 20 / Bu / Ma

PatentanmeldungPatent application

Firma Metallwerk Plansee AG & Co.KG, A-66OO Reutte, Tirol, ÖsterreichMetallwerk Plansee AG & Co.KG, A-66OO Reutte, Tyrol, Austria

Austrittsdüse für heiße GaseOutlet nozzle for hot gases

Es ist bereits bekannt, als Werkstoff für Düsen, aus denen heiße Gase ausströmen, wie dies beispielsweise bei Raketenantrieben der Fall ist, Molybdän, Wolfram oder Legierungen dieser Metalle zu verwenden. Diese Metalle widerstehen wegen ihrer hohen Schmelzpunkte zwar hervorragend dem thermischen Angriff der heißen Gase, wenn diese reduzierend wirken. EuUialten jedoch die Gase einen wesentlichen Anteil an oxydierenden Komponenten, so wird die Düse sehr bald durch Bildung von flüchtigen Molybdän- bzw. Wolframoxyden zerstört.It is already known as a material for nozzles from which hot gases flow, such as this for example in rocket propulsion it is the case to use molybdenum, tungsten or alloys of these metals. Because of their high melting points, these metals withstand the thermal attack of the hot gases if they have a reducing effect. EuUialten However, the gases contain a substantial amount of oxidizing components, so the nozzle will through very soon Formation of volatile molybdenum or tungsten oxides destroyed.

Durch die Erfindung wird eine Düse geschaffen, bei der unter Ausnützung der thermischen Beständigkeit von Molybdän und Wolfram eine höhere Beständigkeit gegen oxydierende Gase erreicht wird. Die Erfindung betrifft eine Austrittsdüse für heiße Gase, insbesondere für Raketenantriebe oder dgl.. Erfindungsgemäß besteht die Düse zumindest an dem, dem Angriff der heißen Gase ausgesetzten Teil ihrer Oberfläche aus einem Verbundwerksotff aus Molybdän, Wolfram oder Legierungen dieser Metalle und Zirkonoxyd. Durch den Zusatz an ZirkonoxydThe invention creates a nozzle in which, taking advantage of the thermal resistance of Molybdenum and tungsten a higher resistance to oxidizing gases is achieved. The invention relates to an outlet nozzle for hot gases, especially for Rocket propulsion or the like. According to the invention, the nozzle consists at least on the one exposed to the attack of the hot gases Part of its surface consists of a composite pot made of molybdenum, tungsten or alloys of these Metals and zirconium oxide. By adding zirconium oxide

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n ORIGINAL n ORIGINAL

5636/20/Bu/Ma - 2 - 6. November ,19705636/20 / Bu / Ma - 2 - November 6, 1970

wird die Zerstörung des Düsenwerkstoffes durch oxydierende heiße Gase entscheidend verzögert. Der Zirkonoxydzusatz bewirkt gleichzeitig eine Erhöhung der Formbeständigkeit des Düsenwerkstoffes.the destruction of the nozzle material is caused by oxidizing hot gases decisively delayed. The addition of zirconium oxide causes an increase at the same time the dimensional stability of the nozzle material.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der dem Angriff der heißen Gase ausgesetzte Teil der Düse 20 - Ö5, vorzugsweise hO - 75» Vol.-% Molybdän, Wolfram oder Legierungen dieser Metalle enthält. Die Düse ist umso oxydationsbeständiger, je großer ihr Gehalt an Zirkonoxyd gewählt wird. Man muß jedoch in Betracht ziehen, daß mit zunehmendem Zirkonoxydgehalt die Zähigkeit des Düsenwerkstoffes etwas herabgesetzt wird. Bei der Auswahl der Zusammensetzung wird man deshalb im allgemeinen einen Kompromiß schließen zwischen den Forderungen nach hoher Oxydationsbeständigkeit und hoher Zähigkeit.An advantageous embodiment of the invention consists in that the part of the nozzle exposed to the attack of the hot gases contains 20 - Ö5, preferably hO - 75 »vol .-% molybdenum, tungsten or alloys of these metals. The greater the selected zirconium oxide content, the more resistant to oxidation the nozzle. However, one must take into account that the toughness of the nozzle material is somewhat reduced as the zirconium oxide content increases. When selecting the composition, a compromise will therefore generally be made between the requirements for high oxidation resistance and high toughness.

Zweckmäßig ist es, der Zirkonoxydphase noch Zusätze an stabilisierenden Oxyden, wie z.B. Kalziumoxyd oder Magnesiumoxyd in Mengen bis zu 10 % beizugeben. It is advisable to add stabilizing oxides such as calcium oxide or magnesium oxide in amounts of up to 10 % to the zirconium oxide phase.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. 50 VoI,-% feinstes Molybdänpulver wird mit fein pulverisiertem Zirkonoxyd, das durch Zusatz von 6 Gew.-% Kalziumoxyd (bezogen auf die Zirkonoxydphase) stabilisiert ist, gemischt und nach Zusatz üblicher Preßzusätze zu Rohlingen verpreßt, die annähernd der gewünschten Düsenform entsprechen. Die Formung der Rohlinge kann natürlich auch auf andere Weise, z.B. mittels des Schlickegußverfahrens oder durch hydrostatisches Pressen vorgenommen werden. Die geformten Rohlinge werden in reduzierender Atmosphäre (Wasserstoff) bei 2000° C drei Stunden lang gesintert. Aus den gesinterten Rohlingen kann durch Schleifen die endgültige Düeenform ausgearbeitet werden.The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. 50 VoI, -% finest molybdenum powder is mixed with finely powdered zirconia stabilized (relative to the Zirkonoxydphase) by the addition of 6 wt .-% calcium oxide, and pressed by the addition of conventional Preßzusätze into blanks, which correspond approximately to the required nozzle shape. The shaping of the blanks can of course also be carried out in other ways, for example by means of the slip casting process or by hydrostatic pressing. The shaped blanks are sintered in a reducing atmosphere (hydrogen) at 2000 ° C for three hours. The final nozzle shape can be worked out from the sintered blanks by grinding.

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5636/20/Bu/Ma - 3 - 6. November 19705636/20 / Bu / Ma - 3 - November 6, 1970

Wird die metallische Komponente der erfindungsgeniäßen Düse nicht aus reinem Molybdän oder reinem Wolfram gebildet, so kann sie in Form von Legierungs- oder Mischpulvern eingesetzt werden. Beispiele für solche Legierungen sind eine bekannte Molybdänlegierung, die etwa 0,5 % Titan und 0,07 % Zirkon enthält oder eine bekannte Wolframlegierung, die 2 bis ti % Nickel und 2 bis 8 % Kupfer bzw. Eisen enthält. Ferner kommen auch Legierungen aus Molybdän und Wolfram mit beliebigen Zusammensetzungen in Frage, die noch bis zu 10 % Rhenium enthalten.If the metallic component of the nozzle according to the invention is not formed from pure molybdenum or pure tungsten, it can be used in the form of alloy or mixed powders. Examples of such alloys are a known molybdenum alloy which contains about 0.5 % titanium and 0.07 % zirconium or a known tungsten alloy which contains 2 to 3 % nickel and 2 to 8 % copper or iron. In addition, alloys of molybdenum and tungsten with any desired composition, which still contain up to 10% rhenium, are also possible.

Die metallische Komponente der Düse soll mindestens zu 90 % aus den hochschmelzenden Metallen Wolfram, Molybdän und/oder Rhenium bestehen.The metallic component of the nozzle should consist of at least 90% of the refractory metals tungsten, molybdenum and / or rhenium.

Im allgemeinen wird es nicht erforderlich sein, den gesamten Düsenkörper aus dem Verbundwerkstoff herzustellen. Der Zweck der Erfindung wird auch dann erreicht, wenn der Grundkörper aus einem einheitlichen Werkstoff, z.B. Molybdän, Wolfram oder Legierungen dieser Metalle gebildet ist, und nur an seiner, den heißen Gasen ausgesetzter Oberfläche mit dem Verbundwerkstoff belegt ist. Ein einfacher Weg, dies zu erreichen, besteht darin, daß auf einen entsprechenden Molybdän- oder Wolframgrundkörper mittels einer Plasmapistple die gewünschte Oberflächenschicht aufgespritzt wird. Ein anderer Weg würde beispielsweise darin bestehen, daß die aus dem Verbundwerkstoff zu bildende Schicht aufgesintert wird.In general, it will not be necessary to manufacture the entire nozzle body from the composite material. The purpose of the invention is also achieved if the base body consists of a single unit Material, e.g. molybdenum, tungsten or alloys of these metals, and only on his, the surface exposed to hot gases is covered with the composite material. An easy way to achieve this consists in that on a corresponding molybdenum or tungsten base body by means of a plasma pestle the desired surface layer is sprayed on will. Another way would be, for example, that the one to be formed from the composite material Layer is sintered.

- Patentansprüche -- patent claims -

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Claims (4)

5636/20/Bu/Ma - k. - 6. November 1970 Patentansprüche5636/20 / Bu / Ma - k. - November 6, 1970 claims 1. Austrittsdüse für heiße Gase, insbesonder für Raketenantriebe oder dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die Düse zumindest an dem, dem Angriff der heißen Gase ausgesetzten Teil der Oberfläche aus einem Verbundwerkstoff aus Molybdän, Wolfram oder Legierungen dieser Metalle und Zirkonoxyd besteht.1. Outlet nozzle for hot gases, especially for rocket engines Or the like., characterized in that the nozzle at least on the attack The part of the surface exposed to the hot gases is made of a composite material made of molybdenum, tungsten or Alloys of these metals and zirconium oxide are made. 2. Düse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Angriff der heißen Gase ausgesetzte Teil der Düse 20 - Ö5, vorzugsweise 40 - 75, Vol.-56 Molybdän, Wolfram oder Legierungen dieser Metalle enthält.2. Nozzle according to claim 1, characterized in that the exposed to the attack of the hot gases Part of the nozzle 20 - Ö5, preferably 40 - 75, Vol.-56 contains molybdenum, tungsten or alloys of these metals. 3. Düse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 90 % der metallischen Komponente aus den hochschmelzenden Metallen Wolfram, Molybdän und/oder Rhenium gebildet sind.3. Nozzle according to claims 1 and 2, characterized in that at least 90 % of the metallic components are formed from the refractory metals tungsten, molybdenum and / or rhenium. 4. Düse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkonoxydphase des Verbundwerkstoffes Zusätze an stabilisierenden Oxyden, z.B. bis zu 10 % Kalziumoxyd oder Magnesiumoxyd, enthält.4. Nozzle according to claims 1 and 2, characterized in that the zirconium oxide phase of the composite material contains additives of stabilizing oxides, for example up to 10 % calcium oxide or magnesium oxide. 109830/1161109830/1161
DE19702054919 1969-12-29 1970-11-07 EXHAUST NOZZLE FOR HIESSE GASES IN PARTICULAR THROTTLE NOZZLE FOR ROCKET ENGINES Pending DE2054919B2 (en)

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