[科普中国]-宇航石墨

宇航石墨（space navigation graphite）是指用于制造导弹和航天器部件的特种石墨材料。气动热环境是最能体检航天工程特征的特殊工作环境之一，无论火箭发动机产生的高温高速燃气流场，或是导弹弹头加热场，都具有高温、高压、高热的特征，处于流场区的工程结构材料必须具有有效的放热措施。其中选用最佳的防热材料就是不可缺少的技术物质基础。

简介宇航石墨（space navigation graphite）是指用于制造导弹和航天器部件的特种石墨材料。气动热环境是最能体检航天工程特征的特殊工作环境之一，无论火箭发动机产生的高温高速燃气流场，或是导弹弹头加热场，都具有高温、高压、高热的特征，处于流场区的工程结构材料必须具有有效的放热措施。其中选用最佳的防热材料就是不可缺少的技术物质基础1。

石墨可作为航天器防热材料的原因石墨之所以能作为各类航天器的防热材料，主要原因是因为它具有很多优良性能。它密度小，常压下不熔化，3700℃升华，强度随温度的升高而增加，直至2500℃。它具有较高的化学稳定性，良好的抗烧蚀性能力和抗冲刷能力以及优越的抗热冲击能力。因而在导弹和航天器上即可用作耐高温的承力构件。如液体火箭发动机的燃气舵和固体火箭发动机的喷管喉衬，又可作为高性能的防热材料，如导弹端头体等。此外，石墨材料资源丰富，能够进行大规模连续化生产。造价低廉，用作先进的防热材料，在造价上就具有很强的竞争能力。因此，各国都对石墨材料相当重视，相继研制出石墨防热材料新品种2。

石墨的缺点石墨材料的主要缺点是它的脆性，高温下抗热应力的能力较低，因而如何提高其断裂韧性，已成为石墨材料研制工作的重点。一种称之为高应变石墨材料，就显著区别于一般石墨制品3。

宇航石墨分类按成型工艺来分类，宇航石墨可分如下几类。

（1）挤压类石墨

工艺流程如下：油焦经预碎、煅烧、粉碎和筛分后作为黏结剂的煤沥青按一定配比经混捏制成糊状料，在挤压机上挤压呈生坯经多次焙烧浸渍，最后经过石墨化制成石墨制品。

（2）模压石墨

工艺流程和挤压石墨差不多，不同的只是挤压换成模压。

（3）渗硅石墨

用金属硅填充石墨内部的孔隙并且使两者发生化合而成为一个整体。石墨渗硅的工艺方法很多，通常根据产品的特点和工艺设备的具体情况来选择。按习惯，常把渗硅料的物态作为渗硅工艺方法的区别，有固渗、气渗、浸渍等方法。所谓固渗就是以固体的渗硅料埋着被渗的石墨件置于炉内加热而获得渗硅效果。一般低温下生成β-SiC，如果需要α-SiC需加热到2100℃以上。

（4）热解石墨

热解石墨是由碳氢化合物气体热分解而生成的固态碳。一般用气体使气流通过基体物质，在加热条件下，使气体热解，放出氢气，而碳在基体表面上沉积。这种急流气体使碳原子按一定方向紧贴在基体表面上，构成均匀紧密的石墨晶体。

（5）均衡压制石墨

该石墨是采用超短炭纤维与沥青或树脂均匀混合，进行浇铸成型，在1000℃下炭化，然后将其装入钢制包套内，灌满沥青，把包套放进热静压机内，在34×103MPa压力下，升温至1000~1500℃，使其密度达到规定要求 进行石墨化处理，纤维含量从25.5%~52.5%3。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学