RU2366745C1 - Fire-heat-shielding coating and installation for producing such shielding - Google Patents
Fire-heat-shielding coating and installation for producing such shielding Download PDFInfo
- Publication number
- RU2366745C1 RU2366745C1 RU2008100788/02A RU2008100788A RU2366745C1 RU 2366745 C1 RU2366745 C1 RU 2366745C1 RU 2008100788/02 A RU2008100788/02 A RU 2008100788/02A RU 2008100788 A RU2008100788 A RU 2008100788A RU 2366745 C1 RU2366745 C1 RU 2366745C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- heat
- metal
- installation
- nozzle
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 18
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 4
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000011852 carbon nanoparticle Substances 0.000 claims abstract 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 6
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002110 nanocone Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 13
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 10
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 7
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 7
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 6
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 6
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 4
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 description 3
- KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K Aluminium flouride Chemical compound F[Al](F)F KLZUFWVZNOTSEM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- -1 Mg3N2 Chemical class 0.000 description 2
- 238000002679 ablation Methods 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052692 Dysprosium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020056 Mg3N2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- LDDQLRUQCUTJBB-UHFFFAOYSA-N ammonium fluoride Chemical compound [NH4+].[F-] LDDQLRUQCUTJBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000002717 carbon nanostructure Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- ZKEYULQFFYBZBG-UHFFFAOYSA-N lanthanum carbide Chemical compound [La].[C-]#[C] ZKEYULQFFYBZBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012764 mineral filler Substances 0.000 description 1
- 239000002088 nanocapsule Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 239000012255 powdered metal Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ракетной технике и может быть использовано в сверхзвуковых частях сопел ракетных двигателей твердого топлива, газогенераторах различного назначения.The invention relates to rocket technology and can be used in supersonic parts of nozzles of rocket engines of solid fuel, gas generators for various purposes.
Известно активное теплозащитное покрытие с внешним уносом массы, представляющее собой сублимирующее покрытие, состоящее из минерального наполнителя (например, минеральных солей типа Mg3N2, SI3N4, AIN, NH4F, NH4C1, AlF3, ZnO, CdO и т.д.) и органической связки (например, фенольных, эпоксидных, кремнийорганических смол). Известны активные ТЗП с комбинированным уносом массы, которые представляют собой композиционные материалы, содержащие уносящийся (разлагающийся) наполнитель, заполняющий пространство внутри каркаса, образованного связующим материалом [Липанов A.M., Алиев А.В. Проектирование ракетных двигателей твердого топлива: Учебник для студентов вузов. М.: Машиностроение, 1995, стр.214].An active heat-shielding coating with external ablation is known, which is a sublimation coating consisting of a mineral filler (e.g., mineral salts such as Mg3N2, SI3N4, AIN, NH4F, NH4C1, AlF3, ZnO, CdO, etc.) and an organic binder (e.g. phenolic, epoxy, organosilicon resins). Active TZPs with combined ablation are known, which are composite materials containing entrained (decaying) filler filling the space inside the framework formed by the binder [Lipanov A.M., Aliev A.V. Solid Rocket Engine Design: A Textbook for University Students. M.: Engineering, 1995, p. 214].
Известно также активное теплозащитное покрытие с внутренним уносом массы, представляющее собой тугоплавкий пористый материал, пропитанный хладагентом, - металлами, минералами или органическими соединениями, с низкой температурой плавления и испарения, но с высокой теплотой плавления и испарения, в которых в качестве пористого каркаса могут использоваться металлы: вольфрам, молибден и т.п. [Липанов A.M., Алиев А.В. Проектирование ракетных двигателей твердого топлива: Учебник для студентов вузов. М.: Машиностроение, 1995, стр.213].It is also known active heat-shielding coating with internal entrainment of the mass, which is a refractory porous material impregnated with a refrigerant - metals, minerals or organic compounds, with a low melting and evaporation temperature, but with a high heat of fusion and evaporation, in which can be used as a porous skeleton metals: tungsten, molybdenum, etc. [Lipanov A.M., Aliev A.V. Solid Rocket Engine Design: A Textbook for University Students. M .: Engineering, 1995, p. 211].
Недостатками известных покрытий являются: высокая плотность материала пористого каркаса (вольфрам - 19380 кг/м3, тантал - 16610 кг/м3, молибден - The disadvantages of the known coatings are: high density material of the porous skeleton (tungsten - 19380 kg / m 3 , tantalum - 16610 kg / m 3 , molybdenum -
10240 кг/м3), что ограничивает область их применения в теплозащите сопел ракетных двигателей; относительно невысокие допустимые рабочие температуры (вольфрам - 1970-2370 К, тантал - 2350 К, молибден - 2320 К).10240 kg / m 3 ), which limits the scope of their application in heat protection of nozzles of rocket engines; relatively low permissible operating temperatures (tungsten - 1970-2370 K, tantalum - 2350 K, molybdenum - 2320 K).
Известна установка дугового распыления графитовых и графитсодержащих цилиндрических электродов. [Kratschmer W., Lamb L.D., Fostipopoulos К., Huffman D.R.//Nature. 1990, 347, стр.354]. Эти установки относятся к установкам, служащим для получения углеродных нанотрубок и других наноструктур. В этих установках используются графитовые и графитсодержащие электроды цилиндрического типа с диаметром до 15-30 мм и длиной до 100-200 мм.A known installation of arc spraying graphite and graphite-containing cylindrical electrodes. [Kratschmer W., Lamb L.D., Fostipopoulos K., Huffman D.R. // Nature. 1990, 347, p. 354]. These facilities relate to facilities used to produce carbon nanotubes and other nanostructures. In these installations, graphite and graphite-containing electrodes of a cylindrical type with a diameter of up to 15-30 mm and a length of up to 100-200 mm are used.
Недостатками установки дугового распыления графитовых и графитсодержащих цилиндрических электродов являются: невозможность получения равномерного по толщине слоя материала на плоской поверхности и регулирования толщины слоя по продольной координате; высокие затраты электроэнергии при работе установки.The disadvantages of the installation of arc spraying graphite and graphite-containing cylindrical electrodes are: the inability to obtain a uniform thickness of the material layer on a flat surface and to control the thickness of the layer along the longitudinal coordinate; high energy costs during installation.
Задачей изобретений является: 1) уменьшение массы теплозащитного покрытия при сохранении показателей тепловой эффективности; 2) автоматизация процесса нанесения этого покрытия на внутреннюю стенку соплового блока ракетного двигателя твердого топлива.The objective of the invention is: 1) to reduce the mass of the thermal barrier coating while maintaining thermal efficiency; 2) automation of the process of applying this coating to the inner wall of the nozzle block of a rocket engine of solid fuel.
Поставленные задачи достигаются тем, что покрытие выполнено в виде наноструктурного материала, который включает совокупность атомов металла или металлов, инкапсулированных внутрь углеродных нанотрубок и/или других наночастиц, образующих пористый каркас. Автоматизация процесса нанесения теплозащитного покрытия достигается использованием анодного узла установки, состоящего из одной, двух и более частей (секторов), выполненных из смеси углерода и металла-катализатора. В качестве катода используется электропроводящая подложка.The objectives are achieved in that the coating is made in the form of a nanostructured material, which includes a set of metal atoms or metals encapsulated inside carbon nanotubes and / or other nanoparticles forming a porous skeleton. Automation of the process of applying a heat-protective coating is achieved by using the anode assembly of the installation, consisting of one, two or more parts (sectors) made of a mixture of carbon and metal-catalyst. An electrically conductive substrate is used as a cathode.
Графитсодержащий анод состоит из смеси графита и порошкообразного металла-катализатора. Металл для использования его в качестве электрода выбирают в зависимости от способности его к инкапсуляции внутрь углеродных нанотрубок и/или других наночастиц и необходимых теплофизических и физико-химических свойств получаемого теплозащитного покрытия. Эксперименты по дуговому распылению редкоземельных металлов (Sc, Y, La, Се, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu) показали, что они капсулируются в виде карбидов, кроме металлов Sm, Eu, Yb [М. Tomita, Y. Saito and T. Hayashi. LaC2 encapsulated in graphite nanopartical. Jap. J. Appl. Phys., стр.280 (1993); Y. Saito. Nanoparticals in filled nanocapsule. Carbon, 979, стр.33, (1995)]. Распыление металлов железной группы (Fe, Со, Ni) говорит о капсуляции этих материалов внутрь углеродной нанотрубки [Харрис.П. Углеродные нанотрубки и родственные структуры. Новые материалы XXI века. Пер. с англ. и с дополнением Л.А.Чернозатонского. - М.: Техносфера, 2003. - 336 с., с.196-197]. Массовая доля металла в графитсодержащем электроде подбирается такой, чтобы степень заполнения углеродных нанотрубок и/или других наночастиц была оптимальной и обеспечивала заданные теплофизические свойства теплозащитного покрытия. Массовая доля металла составляет 15-35% массы графитсодержащего электрода. Перед установкой анодов необходимо произвести операцию их дегазации в вакууме при температуре 1100-1400К [Новакова А.А., Киселева Т.Ю., Тарасов Б.П. и др. Углеродные наноструктуры, полученные на Fe-Ni катализаторе // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology. ISJAEE №3(11) (2004)].A graphite-containing anode consists of a mixture of graphite and a powdered metal catalyst. The metal for use as an electrode is selected depending on its ability to encapsulate inside carbon nanotubes and / or other nanoparticles and the necessary thermophysical and physicochemical properties of the resulting heat-protective coating. Arc spraying of rare-earth metals (Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu) showed that they are encapsulated in the form of carbides, except for the metals Sm, Eu, Yb [ M. Tomita, Y. Saito and T. Hayashi. LaC2 encapsulated in graphite nanopartical. Jap. J. Appl. Phys., P. 280 (1993); Y. Saito. Nanoparticals in filled nanocapsule. Carbon, 979, p. 33, (1995)]. Sputtering of metals of the iron group (Fe, Co, Ni) indicates the capsulation of these materials inside a carbon nanotube [Harris.P. Carbon nanotubes and related structures. New materials of the XXI century. Per. from English and with the addition of L.A. Chernozatonsky. - M .: Technosphere, 2003. - 336 p., P.196-197]. The mass fraction of metal in a graphite-containing electrode is selected so that the degree of filling of carbon nanotubes and / or other nanoparticles is optimal and provides the specified thermal properties of the thermal barrier coating. Mass fraction of metal is 15-35% of the mass of a graphite-containing electrode. Before installing the anodes, it is necessary to perform the operation of their degassing in vacuum at a temperature of 1100-1400K [Novakova A.A., Kiseleva T.Yu., Tarasov B.P. et al. Carbon nanostructures obtained on a Fe-Ni catalyst // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology. ISJAEE No. 3 (11) (2004)].
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлена структурная схема установки для получения теплозащитного покрытия. На Фиг.2 (вид сбоку) и на Фиг.3 (вид справа) изображена нанотрубка, заполненная атомами металла и используемая в заявляемом теплозащитном покрытии. На Фиг.4 изображен углеродный фуллерен, заполненный атомами металла. На Фиг.5 изображен углеродный наноконус, заполненный атомами металла.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the structural diagram of the installation to obtain a heat-protective coating. Figure 2 (side view) and Figure 3 (right view) depicts a nanotube filled with metal atoms and used in the inventive thermal barrier coating. Figure 4 shows a carbon fullerene filled with metal atoms. Figure 5 shows a carbon nanocone filled with metal atoms.
Заявляемое теплозащитное покрытие работает следующим образом. Воздействие высоких температур от внешнего источника приводит к увеличению внутренней энергии всей системы атомов (атомов углерода наночастиц и атомов металла, инкапсулированного внутрь наночастиц). При достижении температуры поверхности теплозащитного покрытия некоторого значения, при котором происходят разрушение кристаллической решетки металла и переход его в расплавленное состояние, происходит явление выхода атомов металла из открытых нанотрубок и наночастиц; при выходе атомов металла из нанотрубок и наночастиц суммарная энергия всей системы уменьшается, что сопровождается снижением ее температуры. Численные расчеты показали снижение температуры системы нанотрубка-металл при вылете атомов металла в среднем на 150-170К.The inventive thermal protection coating operates as follows. Exposure to high temperatures from an external source leads to an increase in the internal energy of the entire system of atoms (carbon atoms of nanoparticles and metal atoms encapsulated inside the nanoparticles). When the surface temperature of the heat-shielding coating reaches a certain value at which the metal crystal lattice is destroyed and its transition to the molten state, metal atoms exit the open nanotubes and nanoparticles; when metal atoms exit nanotubes and nanoparticles, the total energy of the entire system decreases, which is accompanied by a decrease in its temperature. Numerical calculations showed a decrease in the temperature of the nanotube-metal system during the emission of metal atoms by an average of 150-170K.
Заявляемая установка для нанесения теплозащитного покрытия состоит из следующих узлов: 1 - электродвигатель; 2 - редуктор; 3 - подставка под редуктор и электродвигатель, 4 - муфта, 5 - отверстия для подачи гелия, 6 - корпус установки, 7 - катод, 8 - телескопические поршни, 9 - вал, 10 - подложка, 11 - корпус заготовки раструба сопла, 12 - воздуховод, 13 - баллон высокого давления, 14 - рельсы, 15 - отверстия для выпуска гелия, 16 - железнодорожное колесо.The inventive installation for applying a heat-protective coating consists of the following nodes: 1 - electric motor; 2 - gear; 3 - stand for gearbox and electric motor, 4 - coupling, 5 - holes for helium supply, 6 - installation casing, 7 - cathode, 8 - telescopic pistons, 9 - shaft, 10 - substrate, 11 - nozzle socket prefabricated body, 12 - air duct, 13 - high-pressure tank, 14 - rails, 15 - holes for the release of helium, 16 - railway wheel.
На внутреннюю стенку защищаемой от теплового воздействия конструкции соплового блока ракетного двигателя твердого топлива наносится слой покрытия подложки 10, обладающего высокой электропроводящей способностью, хорошими пластическими свойствами и высокими адгезионными параметрами к материалу защищаемой конструкции. Внутрь заготовки соплового блока ракетного двигателя твердого топлива помещается вал 9. На валу установлены графитсодержащие электроды - аноды 7, имеющие форму секторов цилиндра или усеченного конуса. Количество электродов зависит от конструкции установки, ее габаритных размеров и массы электродов, необходимой для получения покрытия заданной толщины на заданном участке внутренней стенки соплового блока. Изменение расстояния между внешней поверхностью анода и внутренней поверхностью соплового блока осуществляется посредством раздвижного механизма, состоящего из телескопических поршней 8. Заготовка соплового блока ракетного двигателя твердого топлива с нанесенным на внутреннюю поверхность слоем материала подложки помещается внутрь корпуса установки дугового распыления 6. Один конец вала присоединен посредством муфты 4 к редуктору 2. Редуктор в свою очередь соединен с электродвигателем 1, который, преобразуя электрическую энергию в механическую энергию, посредством вала передает вращательное движение с заданной угловой скоростью на графитсодержащий электрод. С помощью дополнительных двигателей задается линейное поступательное перемещение соплового блока относительно линейно неперемещающегося анода. Таким образом, обеспечивается поступательно-вращательное движение графитсодержащих анодов по отношению к заготовке соплового блока. После установления заготовки соплового блока внутри корпуса установки и закрытия крышки установки 6 в камеру подается очищенный гелий до тех пор, пока не будет достигнуто давление в камере 550-600 атм.A coating layer of a
Очищенный газ гелий подается через отверстия в корпусе установки для электродугового распыления. Через аналогичные отверстия, расположенные с другого конца, осуществляется отвод гелия к насосу. Таким образом создается циркуляция гелия, а в камере обеспечивается высокое давление. Давление гелия в испарительной камере играет важную роль при получении хорошего выхода нанотрубок высокого качества. Увеличение в числе нанотрубок наблюдалось с увеличением давления. При давлении выше 550 атм не наблюдается никакого явного изменения в качестве образца, но наблюдается спад в общем выходе.The purified helium gas is supplied through openings in the casing of the electric arc spraying machine. Through similar holes located at the other end, helium is removed to the pump. Thus, helium circulation is created, and high pressure is provided in the chamber. The pressure of helium in the evaporation chamber plays an important role in obtaining a good yield of high quality nanotubes. An increase in the number of nanotubes was observed with increasing pressure. At pressures above 550 atm, there is no apparent change in sample quality, but a decrease in overall yield is observed.
Затем производится включение электродвигателя 1 и анод 7, установленный на валу 9, начинает вращаться с заданной угловой скоростью.Then, the electric motor 1 is turned on and the anode 7 mounted on the
Позиция анода программно регулируется извне камеры посредством телескопических поршней так, чтобы поддерживалась постоянной щель между электродами во время дугового испарения. В установке используется подача энергии стабилизированного напряжения в 20 вольт, при котором поддерживается разряд. Величина тока зависит от размеров стержней, промежутка между ними, давления газа и т.д. Величина тока должна поддерживаться как можно более низкой, соответствующей поддержанию стабильной плазмы, но выбирается в диапазоне 50-100 А. Напряжение должно включаться, когда давление стабилизируется. В начале эксперимента электроды не должны касаться друг друга, чтобы не было тока. Затем анод постепенно подвигают ближе к катоду, пока не загорится дуга. После установления стабильной дуги щель между электродами должна поддерживаться около 1 мм или немного меньше. Поверхность анода обычно сгорает со скоростью несколько миллиметров в минуту. Как только стержень выгорит, подача электроэнергии должна быть прекращена, и перед открытием камеру оставляют до полного ее охлаждения.The position of the anode is programmatically controlled from outside the chamber by means of telescopic pistons so that a constant gap between the electrodes is maintained during arc evaporation. The installation uses a regulated voltage supply of 20 volts, at which the discharge is maintained. The magnitude of the current depends on the size of the rods, the gap between them, gas pressure, etc. The current value should be kept as low as possible, corresponding to the maintenance of a stable plasma, but selected in the range of 50-100 A. The voltage should be turned on when the pressure is stabilized. At the beginning of the experiment, the electrodes should not touch each other so that there is no current. Then the anode is gradually moved closer to the cathode until the arc ignites. After establishing a stable arc, the gap between the electrodes should be maintained at about 1 mm or slightly less. The surface of the anode usually burns at a speed of several millimeters per minute. As soon as the rod burns out, the power supply must be stopped, and before opening the chamber is left until it is completely cooled.
В пространство под телескопическими поршнями 8 по валу - воздуховоду 9 осуществляется подача воздуха под давлением, необходимым для перемещения анодов 7. При достижении поверхности анода расстояния 1 мм до поверхности подложки 10 осуществляется подача электроэнергии к аноду 7. Подача электроэнергии осуществляется посредством электрического провода с заданной площадью поперечного сечения, который располагается внутри воздуховода. При горении дуги происходит конденсация материала анода на поверхности подложки 10. Равномерность нанесения теплозащитного покрытия по толщине вдоль оси заготовки на внутреннюю поверхность соплового блока обеспечивается линейным перемещением графитсодержащих анодов 7 вдоль оси соплового блока. В результате дугового испарения на внутренней поверхности соплового блока ракетного двигателя твердого топлива образуется теплозащитный слой, состоящий из тугоплавкого пористого каркаса (углеродные нанотрубки и/или другие наночастицы) и хладагента (металлы с низкой температурой плавления, но с высокой теплотой плавления и испарения). Часть нанотрубок и/или наночастиц оказываются заполненными металлом-катализатором. После прекращения подачи электроэнергии на электроды и охлаждения камеры крышка установки снимается, вал разбирается и вынимается, сопловой блок с нанесенным на его поверхность теплозащитным покрытием извлекается из установки.In the space under the telescopic pistons 8 along the shaft -
Благодаря использованию в качестве пористой основы теплозащитного покрытия наночастиц возможно достижение увеличения эрозионной стойкости покрытия по сравнению с аналогами при воздействии высокоскоростного высокотемпературного газового потока. Увеличение эрозионной стойкости покрытия обеспечивается высокой адгезией между слоями теплозащитного покрытия (слоями углеродных нанотрубок и/или других наночастиц). Это обусловлено Ван-дер-Ваальсовыми взаимодействиями между атомами металла, заключенными в соседние наночастицы, расположенные в соседних слоях. В прототипе к теплозащитному покрытию, как правило, используются металлы вольфрам и медь, а теплозащитный слой получают методом порошковой металлургии. Применение же установки для нанесения теплозащитного слоя увеличивает безопасность производственного процесса. Использование теплозащитного покрытия, включающего углеродные нанотрубки и другие наночастицы, а также установки для его нанесения, приводит к автоматизации производственного процесса получения тепловой защиты. При этом уменьшается количество необходимых рабочих мест, а весь процесс нанесения может контролировать оператор станка с числовым программным управлением.Due to the use of a heat-protective coating of nanoparticles as a porous base, it is possible to achieve an increase in the erosion resistance of the coating compared to peers when exposed to a high-speed high-temperature gas stream. The increase in erosion resistance of the coating is ensured by high adhesion between the layers of the heat-protective coating (layers of carbon nanotubes and / or other nanoparticles). This is due to the Van der Waals interactions between metal atoms enclosed in neighboring nanoparticles located in neighboring layers. In the prototype for a heat-insulating coating, tungsten and copper metals are usually used, and the heat-insulating layer is obtained by powder metallurgy. The use of the installation for applying a heat-protective layer increases the safety of the production process. The use of a heat-protective coating, including carbon nanotubes and other nanoparticles, as well as installations for its deposition, leads to the automation of the production process for obtaining thermal protection. At the same time, the number of required jobs is reduced, and the entire application process can be controlled by a numerically controlled machine operator.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008100788/02A RU2366745C1 (en) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | Fire-heat-shielding coating and installation for producing such shielding |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008100788/02A RU2366745C1 (en) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | Fire-heat-shielding coating and installation for producing such shielding |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008100788A RU2008100788A (en) | 2009-07-20 |
| RU2366745C1 true RU2366745C1 (en) | 2009-09-10 |
Family
ID=41046684
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008100788/02A RU2366745C1 (en) | 2008-01-09 | 2008-01-09 | Fire-heat-shielding coating and installation for producing such shielding |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2366745C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2490291C1 (en) * | 2012-01-17 | 2013-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Промышленная инновационная компания" | Fire-resistant silicate coating on metal |
| RU2490290C2 (en) * | 2011-11-23 | 2013-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Промышленная инновационная компания" | Fire-resistant coating |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2095464C1 (en) * | 1996-01-12 | 1997-11-10 | Акционерное общество закрытого типа "Тетра" | Method and apparatus for preparing biocarbon |
| RU2152454C1 (en) * | 1998-08-25 | 2000-07-10 | Сенокосов Евгений Степанович | Process of deposition of protective coats on metal pipes and plants for its realization |
| KR20060060144A (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-05 | 학교법인연세대학교 | Method of manufacturing carbon nanotube thin film |
| JP2007027096A (en) * | 2005-06-16 | 2007-02-01 | Keio Gijuku | Method for producing platinum or platinum ruthenium alloy catalyst for fuel cell |
-
2008
- 2008-01-09 RU RU2008100788/02A patent/RU2366745C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2095464C1 (en) * | 1996-01-12 | 1997-11-10 | Акционерное общество закрытого типа "Тетра" | Method and apparatus for preparing biocarbon |
| RU2152454C1 (en) * | 1998-08-25 | 2000-07-10 | Сенокосов Евгений Степанович | Process of deposition of protective coats on metal pipes and plants for its realization |
| KR20060060144A (en) * | 2004-11-30 | 2006-06-05 | 학교법인연세대학교 | Method of manufacturing carbon nanotube thin film |
| JP2007027096A (en) * | 2005-06-16 | 2007-02-01 | Keio Gijuku | Method for producing platinum or platinum ruthenium alloy catalyst for fuel cell |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ХАРРИС П. Углеродные нанотрубки и родственные структуры. Новые материалы XXI века. - М.: Техносфера, 2003, с.196-197. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2490290C2 (en) * | 2011-11-23 | 2013-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Промышленная инновационная компания" | Fire-resistant coating |
| RU2490291C1 (en) * | 2012-01-17 | 2013-08-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Промышленная инновационная компания" | Fire-resistant silicate coating on metal |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008100788A (en) | 2009-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bakshi et al. | Spark plasma sintered tantalum carbide–carbon nanotube composite: Effect of pressure, carbon nanotube length and dispersion technique on microstructure and mechanical properties | |
| Herman et al. | Thermal spray: current status and future trends | |
| CN103710581B (en) | A kind of nanometer Al 2o 3the preparation method of particle enhanced aluminum-based composite material | |
| Bakshi et al. | Carbon nanotube reinforced metal matrix composites-a review | |
| JP6348233B2 (en) | Application method and apparatus of cold plasma discharge support in high energy ball-crushing of powder | |
| JP2007516827A (en) | Low temperature spray device equipped with powder preheating device | |
| Babu et al. | Thermal, electrical and mechanical characterization of microwave sintered Copper/carbon nanotubes (CNT) composites against sintering duration, CNT diameter and its concentration | |
| CN102689903B (en) | Method for preparing silicon carbide nanometer particle and composite material thereof by evaporating solid raw materials | |
| CN105252012B (en) | Device and method for continuously manufacturing metal powder through multi-electrode plasma arcs | |
| KR101740883B1 (en) | Methods for manufacturing carbon fiber reinforced aluminum composites using stir casting process | |
| JP2005530040A (en) | Radial pulsed arc discharge gun for synthesizing nanopowder | |
| CN103966540B (en) | A method for preparing YSZ coating by vacuum rapid multiphase deposition system | |
| CN111363998B (en) | Preparation method of porous metal-ceramic nano composite thermal barrier coating | |
| CN102965612A (en) | A preparation method of WC-Ni cemented carbide coating for nuclear main pump parts | |
| CN103184465B (en) | A kind of electrochemical preparation method of nm-class silicon carbide material | |
| RU2366745C1 (en) | Fire-heat-shielding coating and installation for producing such shielding | |
| Babu et al. | Sintering behaviour of copper/carbon nanotube composites and their characterization | |
| CN100338254C (en) | In-situ preparation method of ultra-fine grained metal carbide ceramic coating | |
| DE19826681B4 (en) | Process for the production of new getter materials in the form of thin metallic and carbon-containing nanostructured layers and use of the same for high vacuum generation and gas storage | |
| Kostrin et al. | Plasmachemical synthesis of coatings using a vacuum arc discharge: Deposition of a coating on the inner surface of a cylindrical cavity | |
| Zaikovskii et al. | Tin–carbon nanomaterial formation in a helium atmosphere during arc-discharge | |
| CN101318219A (en) | Nano-powder machine | |
| Kokai et al. | Fabrication of two types of one-dimensional Si–C nanostructures by laser ablation | |
| Liu et al. | TiB2–ZrB2–SiC composite ceramic coating with the formation of solid-phase (TixZr1-x) B2 deposited by atmospheric plasma spraying as a barrier to molten cryolite-based salt | |
| Pogrebnjak et al. | The structure and properties of Al 2 O 3 and Al coatings deposited by microarc oxidation on graphite substrates |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100110 |