多孔材料发汗材料.pptx

多孔材料之发汗材料; 多孔材料的孔隙度一般在15%以上，最高可达90%以上，孔径从几百埃到毫米级。多孔材料的孔隙度一般粗分为低孔隙度(30%)、中孔隙度(30～60%)、高孔隙度(60%)三类。 低孔隙度的多孔材料主要是含油轴承，高孔隙度的还包括金属纤维多孔材料和泡沫金属，主要用于电池极板、绝热、消音、防震等。大量使用的过滤材料和发汗冷却材料多为中等孔隙度。 粉末多孔材料由于具有发达的表面，多孔材料和穿流介质之间存在很大的接触面，具有十分迅速的热交换作用，所以常将高温部件做成多孔体，用冷却剂通过加以冷却。 ; 2.1 作为多孔材料的发汗材料目前多应用于火箭发动机的喷管、燃气舵、空气舵、鼻锥上等高温部件上。 喉衬位于喷管喉部，其作用为限制因烧蚀而造成喉部面积增大，而造成的推力下降。在发动机点火瞬间，喉衬从常温以大于2000℃/S速度骤然升温，产生极大的温度梯度和热应力，易使喉衬出现裂纹或碎裂，将直接影响发动机的推力和效率，甚至失去工作能力。 所以必须对液体火箭发动机受热关键部位进行良好的 冷却，从而达到有效的热防护目的。目前，火箭发动机的 主要冷却技术包括再生冷却、膜冷却、辐射冷却、烧蚀冷却及发 汗冷却。 ; 2.2 与传统的再生冷却和膜冷却技术相比，发汗冷却具有较大的优势： (1) 发汗冷却的冷却效果可靠，只需要较少的冷却剂就能 实现良好的冷却作用； (2) 发汗冷却所需要的冷却剂较少，冷却剂注入壁面的速 度很慢，对燃烧室主流的扰动小，由此产生的性能损失少； (3) 冷却剂的流速较小，产生的压降相对低，有利于提高 燃烧室室压，从而提高燃烧效率和发动机性能。; 多孔发汗材料主要包括金属基和陶瓷基发汗材料体系。3.1 金属发汗材料 3.1.1 金属发汗材料出现于20世纪30年代，最先获得应用的是用粉末冶金工艺制成的钨银“假合金”和钨铜“假合金”。 50年代末，固体燃料火箭的发展，原来用的纯钨的喷管已不能满足这样的使用条件。 60年代初，马特和戈策尔等人根据“发汗冷却”的概念重新研究了钨银“假合金”以及发汗冷却、抗热震等机理。60年代中期，美国研制出钨银发汗材料（W-10Ag）火箭喷管，装备于“北极星”潜艇的导弹中。 ; 金属发汗材料由高熔点金属和低熔点金属复合构成的一种特殊散热材料。高熔点金属构成多孔的基体，孔隙中渗入低熔点金属 。 当这种复合材料在高温下工作时，低熔点金属蒸发吸热，借以冷却材料表面。 因此，金属发汗材料的性质决定于：两种金属的特性，原始粉末的粒度和形状，骨架的密度和强度，毛细孔的形状、大小和分布状况，毛细孔的体积百分比和低熔点金属含量诸因素。 ;3.2 陶瓷发汗材料 3.2.1 W/Cu等合金材料存在密度大、抗氧化性能差、低温脆性和成本高等问题，在应用上受到一定的限制。 20世纪80年代以来，多孔陶瓷基发汗材料由于其轻质、耐 高温等性能优点，对火箭发动机大推力、高比冲、可重复使用的 研制要求具有金属材料不可比拟的性能优势，成为强迫发汗冷 却材料研究的热点。目前，主要的材料体系有多孔C/SiC复合 材料及SiC泡沫陶瓷。 ;3.2.2陶瓷发汗材料实例 基于定向直孔多孔陶瓷制造技术，具有轻质、耐高温、抗热震性好等优点，可用于航空、航天飞行器高热流密度部位主动冷却系统。可按照客户设计使用要求进行产品开发。 主要性能指标： ; 发汗材料按发汗冷却的自发性分类，可分为自发汗冷却和强迫发汗冷却。 4.1 自发汗冷却 4.1.1自发汗冷却多见于粉末冶金材料制品，是通过加入基材内的低熔点金属粉末颗粒，在高温下气化蒸发带走基材热量以达到材料降温的目的。 自发汗冷却材料一般为粉末冶金制品，它由两部分组成：(1)作为基体材料的高熔点相，如W、Mo及SiC、TiB、ZrB等陶瓷；(2)作为冷却剂的低熔点相，如Cu、A1等。 ; 4.1.2 自发汗冷却实例