RO104391B1

RO104391B1 - Method and device for producing rocket engine nozzles

Info

Publication number: RO104391B1
Application number: RO13896689A
Authority: RO
Inventors: Elena Domnita Pop; Adrian Sorin Pop; Victor Vasile
Original assignee: Mini Apararii Nationale
Priority date: 1989-03-23
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1993-12-15

Abstract

Invenția se referă la un procedeu de realizare a ajutajelormotoarelorrachetă dinmaterialegrafitice armate cu carbură de siliciu. Procedeul, conform invenției, constă în prelucrarea materialului grafîtic la dimensiunile corespunzătoare, ajutajul astfel obținut fiind introdus într-o incintă vidată, și încălzit la o temperatură de 160O°C, în vederea îmbogățirii în siliciu a zonei de luciu a ajutajului. îmbogățireadirijată cu siliciu a zonei de lucru a ajutajuluise obține datorită diferenței dintre presiunea din zona centrală a dispozitivului generator de vapori și cea din incinta vidată, vaporii de siliciu difuzând înmaterialul grafiticporos. Fenomenul de difuzie este accentuat de dirijarea electrostatică a vaporilorprinaplicareauneitensiuninegativedirect de ajutaj. Datorităinerțieitermicemaripierderilede căldură sunt minime. Dispozitivulpentrurealizareaprocedeului,conforminvenției,secompune dintr-oincintăvidată (a) In care este amplasat un inductor de înaltă frevență. încentrulacestui inductor(1) este așezat, pe o placa izolantă (5), un ajutaj (4) prevăzut cu un capac, iar lapartea inferioaraaacestuiasegăseșteungenerator de vapori de siliciu (A) alcătuit dintr-un creuzet de grafit($) în careeste încălzităo pulbere de siliciu în vederea realizării unei atmosfere de vapori.The invention relates to a process for the the rocket helmets from the graphical materials armed with silicon carbide. The process according to the invention consists in processing the graphite material to the appropriate dimensions, the nozzle thus obtained being introduced in a vacuum enclosure, and heated to a temperature of 160 ° C, in order to enrich the area of silicon gloss of the nozzle. silicon enriched enrichment of work area a the nozzle would get due to the pressure difference from the central area of the generator vapors and vapors, silicon vapors diffusing in the graphical material. The phenomenon of diffusion is accentuated by electrostatic routing vaporilorprinaplicareauneitensiuninegativedirect the nozzle. Datorităinerţieitermicemaripierderilede heat are minimal. Dispozitivulpentrurealizareaprocedeului, According to the invention, secompune from oversized (a) In which a high frequency inductor is located. (1) is placed on a plate (5), a nozzle (4) provided with a cover, and the lower side of this is the great generator of silicon vapors (A) consisting of a crucible of Graphite ($) in which heats silicon powder in to achieve a vapor atmosphere.

Description

Invenția se referă la un procedeu și la un dispozitiv pentru realizarea ajutajelor motoarelor rachetă din materiale grafitice armate cu carhură de siliciu.The invention relates to a method and a device for making the rocket engine nozzles of graphite materials armed with silicon carbide.

Sunt cunoscute procedee de realizare a ajutajelor motoarelor rachetă din pulberi silico-grafitice, printr-o presare izostatică a pulberilor în stare umedă, introduse într-o formă cu pereți elastici, la o presiune de 800 barr, după care are loc vidarea formei și o presare pentru asigurarea stabilității dimensionale, efectuată la o presiune de 1300 barr.There are known processes for making the rocket engine nozzles from silico-graphite powders, by means of an isostatic pressing of the wet powders, introduced in an elastic wall shape, at a pressure of 800 bar, after which the vacuum of the shape and a pressing to ensure dimensional stability, carried out at a pressure of 1300 barrel.

Aceste procedee, deși permit obținerea unor ajutaje cu precizie dimensională îmbunătățită, nu reușesc să asigure o rezistență suficientă a zonei de lucru la solicitări mecanice și termice intense.These processes, although they allow to obtain aids with improved dimensional accuracy, fail to ensure sufficient resistance of the working area to intense mechanical and thermal demands.

Sunt cunoscute dispozitive pentru realizarea ajutajelor motoarelor rachetă, alcătuite dintr-un corp metalic profilat pe care este montat un manșon elastic din cauciuc armat cu cord textil, corpul fiind fixat la partea superioară cu un disc din cauciuc dur, iar extremitățile cu niște coliere elastice.There are known devices for making the rocket engine nozzles, consisting of a profiled metal body on which is mounted an elastic rubber sleeve reinforced with textile cord, the body being fastened to the top with a hard rubber disc, and the ends with elastic collars.

Dezavantajul acestor dispozitive constă în faptul că nu sunt utilizate corespunzător tratării publerilor preste pentru a mări rezistența ajutajelor.The disadvantage of these devices lies in the fact that they are not used properly to treat the publishers ready to increase the resistance of the nozzles.

Scopul invenției îl constituie mărirea performanțelor funcționale ale motoarelor rachetă.The object of the invention is to increase the functional performance of rocket engines.

Problema pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unor ajutaje armate cu carbură de siliciu cu posibilitatea selectării calitative și cosntructive a zonei în care se face armarea.Procedeul, conform invenției, elimină dezavantajele amintite prin aceea că ajutajul obținut din material grafitic uzual este îmbogățit în mod dirijat în siliciu datorită diferenței dintre presiunea din zona centrală a unui dispozitiv generator de vapori de siliciu și cea a unei incinte vidată în carre este introdus ajutajul, vaporii de siliciu difuzând în materialul grafitic, fenomen accentuat și de dirijarea electrostatică a vaporilor prin aplicarea unei tensiuni negative direct pe ajutaj.The problem to be solved by the invention is to make silicon carbide reinforced nozzles with the possibility of qualitative and co-constructive selection of the area where the reinforcement is made. The process according to the invention eliminates the mentioned disadvantages by the fact that the nozzle obtained from the usual graphical material is enriched in silicon-guided mode due to the difference between the pressure in the central area of a silicon vapor generating device and that of a vacuum enclosure in which the nozzle is introduced, the silicon vapors diffusing in the graphite material, an accentuated phenomenon and the electrostatic steering of the vapors by applying a negative voltages directly on the nozzle.

Dispozitivul pentru realizarea procedeului, conform invenției, are în componență o incintă vidată în care este amplasat un inductor cilindric legat la un generator de înaltă frevență, în centrul inductorului, pe o placă izolantă, fiind amplasat un ajutaj prevăzut cu capac, iar la partea inferioară se află un generator de vapori de siliciu compus dintr-un creuzet de grafit în care este încălzită o pulbere de siliciu în vederea realizării unei atmosfere de vapori.The device for carrying out the process, according to the invention, comprises a vacuum enclosure in which a cylindrical inductor connected to a high-frequency generator is located, in the center of the inductor, on an insulating plate, a nozzle provided with a lid is located, and at the bottom there is a silicon vapor generator composed of a graphite crucible in which a silicon powder is heated to produce a vapor atmosphere.

Invenția va fi prezentată în continuare în legătură șî cu fig. 1...5, care reprezintă:The invention will be further presented in connection with FIG. 1 ... 5, which represents:

- fig.l, secțiune în plan orizontal printr-un ajutaj;- fig.l, section in horizontal plane by a nozzle;

- fig.2, secțiune în plan vertical printr-un dispozitiv la care încălzirea ajutajului se realizează prin inducție;- Fig. 2, vertical section through a device in which the heating of the nozzle is performed by induction;

- fig.3, secțiune în plan vertical printr-un dispozitiv la care încălzirea are Joc prin efect Joule;- Fig. 3, vertical section through a device where the heating has a Joule effect play;

- fig.4, diagrama de tratament termic al ajutajelor;- fig. 4, diagram of heat treatment of the nozzles;

- fig.5, diagrama de formare a stratului armat din carbură de siliciu.FIG. 5 is a diagram of the formation of the reinforced layer of silicon carbide.

Procedeul, conform invenției, constă inițial în prelucrarea mecanică a unui materia] grafitic uzual, la dimensiuni corespunzătoare unui ajutaj, produsul obținut fiind introdus într-o incintă vidată la un nivel de depresiune de 10’³... 10’⁵ m.barr.The process, according to the invention, consists initially in the mechanical processing of a common graphitic material, at dimensions corresponding to a nozzle, the product obtained being introduced into a vacuum chamber at a depression level of 10 ' ³ ... 10' ⁵ m.barr .

Ajutajul este supus acțiunii unor vapori de siliciu produși de un generator compus dintr-un recipient care conține pulbere de siliciu și care este încălzit la temperaturi de 1500°C.The nozzle is subjected to the action of silicon vapors produced by a generator composed of a container containing silicon powder and heated to temperatures of 1500 ° C.

Se realizează astfel o difuzie accentuată a atomilor de siliciu, datorită diferenței dintre presiunea de vapori din interiorul generatorului de vapori și cea din incinta de lucru a instalației.There is thus an increased diffusion of silicon atoms, due to the difference between the vapor pressure inside the steam generator and that of the working premises of the installation.

Difuzia mai este favorizată și de aplicarea unei tensiuni negative de ordinul K V direct pe reperul pe care se face armarea. Datorită inerției termice mari,The diffusion is also favored by the application of a negative voltage of the order K V directly on the mark on which the reinforcement is made. Due to the high thermal inertia,

ΜΜ391 pierderile de căldură în intervalul în care se face dirijarea electrostatică, sunt mici.ΜΜ391 heat losses during the electrostatic conducting interval are small.

Concomitent cu îmbogățirea în vapori de siliciu, are loc o operație de sinterizaxe a stratului armat cu siliciu, prin încălzirea reperului la o temperatură de 1600°C, încălzire realizată prin inducție cu curenți de înaltă frecvență sau prin efect Joule. încălzirea este urmată de o răcire controlată.Simultaneously with the enrichment in silicon vapors, a sintering operation of the silicon-reinforced layer takes place, by heating the benchmark at a temperature of 1600 ° C, heating by induction with high frequency currents or by the Joule effect. The heating is followed by a controlled cooling.

Se obține pe această cale stratul armat cu siliciu. Parametrii corespunzători acestui tratament sunt astfel determinați încât să asigure controlul asupra calității și grosimii stratului de armare cu carbură de siliciu.In this way the layer reinforced with silicon is obtained. The parameters corresponding to this treatment are determined in such a way as to ensure the control over the quality and thickness of the silicon carbide reinforcement layer.

Procedeul poate fi aplicat și în cazul în care se urmărește placarea cu carbură de siliciu a tuturor suprafețelor ajutajului. în acest caz ajutajul se introduce direct în generatorul de vapori care, în acest caz, va fi acoperit cu un capac etanș.The process can also be applied if the silicon carbide is coated with all the nozzle surfaces. In this case the nozzle is inserted directly into the steam generator which, in this case, will be covered with a tight lid.

Dispozitivul pentru aplicarea procedeului, conform invenției, se compune dintr-o incinta a vidată, în interiorul căreia este amplasat un inductor 1 de formă cilindrică, legat îa un generator de înaltă frecvență, nefigurat, a cărui protecție termică este asigurată de o izolație refractară 2.The device for applying the process, according to the invention, is composed of a vacuum chamber, inside which is placed a cylindrical-shaped inductor 1, connected to a high-frequency generator, not shown, whose thermal protection is provided by a refractory insulation 2. .

în centrul acestui inductor este montat un ajutaj 3 acoperit cu un capac 4 și așezat pe o placă izolantă § care se sprijină pe un generator de vapori de siliciu A.In the center of this inductor is mounted a nozzle 3 covered with a lid 4 and placed on an insulating plate § which rests on a silicon vapor generator A.

Acest generator cuprinde un creuzet din grafit 6 ce conține un corp spongios 7 din material carbonic în care este încălzită o cantitate determinată de pulbere de siliciu îa temperaturi cuprinse între 1600 și 18O0°C, având ca rezultat crearea unei atmosfere de vapori de siliciu într-un spațiu închis b delimitat, de ajutajul 3, capacul 4, placa izolantă 5 și creuzetul 6.This generator comprises a graphite crucible 6 containing a sponge body 7 made of carbon material in which a certain amount of silicon powder is heated to temperatures between 1600 and 18O0 ° C, resulting in the creation of an atmosphere of silicon vapors in a closed space b delimited, by the nozzle 3, the lid 4, the insulating plate 5 and the crucible 6.

într-o altă variantă, atunci când încălzirea se realizează prin efect Joule, nu mai este necesar inductorul 1 și în acest caz spațiul în care se crează atmosfera de vapori este delimitat numai de materialul izolator 6, iar ajutajul este cuplat îa circuitul unei surse de curent adecvată.In another embodiment, when the heating is carried out by the Joule effect, the inductor 1 is no longer needed and in this case the space in which the atmosphere of vapors is created is delimited only by the insulating material 6, and the nozzle is coupled to the circuit of a power source. adequate current.

Procedeul și dispozitivul, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:The method and device according to the invention have the following advantages:

- permit obținerea unor ajutaje armate cu carbură de siliciu cu performanțe funcționale superioare celor obținute din materiale grafitice superdense.- allow to obtain some nozzles reinforced with silicon carbide with functional performances superior to those obtained from superdense graphite materials.

- oferă posibilitatea selectării calitative și cantitative a zonei în care se face armarea, determinând astfel și realizarea de economii de material de armare.- offers the possibility of qualitative and quantitative selection of the area where the reinforcement is carried out, thus determining the saving of reinforcement material.

Claims

claims

1. Process for realizing the rocket engine nozzles of graphite materials reinforced with silicon carbide, characterized in that, in order to improve the functional performances of the engines, it consists in enriching the working area of the silicon vapor nozzle of the nozzles obtained from the mechanical processing. porous graphite material, the nozzle being placed in a vacuum space at a depression level of 10 ³ ... IO ' ⁵ bar, above a silicon vapor generator and heated by induction or by the Joule effect at a temperature of 1600 ° C ; the difference between the pressure in the vapor-saturated central area of the generator and the pressure in the vacuum chamber, determining the diffusion of the silicon particles in the porous graphite material, the diffusion being accentuated also by the electrostatic steering of the vapors by applying a negative voltage directly on the nozzle.

Device for carrying out the process according to claim 1, characterized in that it comprises a vacuum chamber (a) inside which is placed a thermally insulated cylindrical inductor (1) through a refractory material (2), in the central area of the inductor (1) being fitted a nozzle (

3) covered with a lid (

4) and placed on an insulating plate (5) supported on a silicon vapor generator (A) made of a graphite crucible (¢), containing a sponge material (7), and high purity silicon powder which, by heating, it saturates with vapor the closed space (b) delimited by the nozzle (3) lid (4),

5 insulating plate (5) and crucible (6).