石墨作為一種非金屬的資源礦物，由于其自潤滑性能、易成型加工、有良好的導(dǎo)熱性能、熱穩(wěn)定性能以及化學(xué)性能穩(wěn)定等特點，在航天航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如密封材料、喉襯材料等。

一. 密封材料

密封材料的性能直接決定密封的可靠性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步，對密封材料提出了越來越苛刻的要求。由于空間站具有高溫、低溫、高壓、微重力和腐蝕等嚴(yán)酷環(huán)境變化，空間站的密封材料主要應(yīng)用于航天器的推進系統(tǒng)，機翼端頭、升降副翼等結(jié)構(gòu)部件的密封，以及液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)中的箱體、閥門等零件的靜密封和動密封。然而，由于發(fā)動機軸的旋轉(zhuǎn)速度快，石墨材料不能滿足對密封材料抗拉強度的要求，因此石墨材料不能用于軸封材料。

1.柔性石墨材料

上世紀(jì)80年代中期，美國成功研制出由天然鱗片石墨深加工制得的柔性石墨材料。柔性石墨材料由于具有良好的自潤滑性能和熱導(dǎo)率，較小的線膨脹系數(shù)和摩擦系數(shù)，以及較大的化學(xué)惰性，可替代石棉和橡膠材料，成功應(yīng)用于高技術(shù)領(lǐng)域的密封材料。柔性石墨材料具有可壓縮性和回彈性高的特點，但強度極低，只能應(yīng)用于低壓靜密封。幾種液體火箭發(fā)動機的密封材料品種及規(guī)格如下表所示。

2.增強石墨材料

石墨材料密封性能差，需要通過其他材料（如樹脂、金屬等）浸漬石墨以改善其密封性能。

(1)?樹脂浸漬：樹脂一般為酚醛樹脂、四氫呋喃以及糠酮樹脂。賈謙等通過研究酚醛樹脂在不同狀態(tài)下浸漬石墨材料的摩擦磨損特性，得出結(jié)論，液體火箭發(fā)動機渦輪泵的密封材料要具有適中的石墨化度。

SongYZ等從中間相炭微球(MCMBs)獲得的石墨材料經(jīng)樹脂和瀝青浸漬，再500℃炭化后得到增強材料，通過研究發(fā)現(xiàn)，浸漬、炭化周期增加使得材料的孔隙率減少，致密度提高，使得材料的彎曲強度增加，密封性能優(yōu)異，

在液體火箭發(fā)動機有著良好的應(yīng)用前景。

(2)金屬浸漬：?金屬浸漬石墨可以保持兩者的優(yōu)點。常用的浸漬金屬有銻、銀、鉛以及銅等，國外對銻浸漬石墨材料的物理性能進行測試，相關(guān)研究如下表所示。

(3)無機鹽浸漬：?石墨材料在300℃以上容易發(fā)生氧化反應(yīng)，使得材料的機械性能變差，利用無機鹽浸漬后，石墨的高溫抗氧化性能明顯提高。山西煤炭化學(xué)研究所用13 μm的天然石墨粉、3μm的BN粉、軟化點 175 ℃的瀝青、320μm的石油焦粉以及酚醛樹脂制備密封材料，首先粉末以一定比例混合后熱壓成型，再經(jīng)過酚醛樹脂浸漬炭化得到的石墨材料，在航空和航天端面密封以及其他減磨材料方面具有廣泛的應(yīng)用。

3.各向同性石墨材料

各向同性石墨材料起源于上世紀(jì)60年代，與其他石墨材料相比，各向同性石墨材料的綜合性能更優(yōu)，而且成型工藝也有所不同，一般采用冷等靜壓機為設(shè)備，將石油焦以及瀝青焦特殊處理后作為原料，制備的各向同性石墨材料具有抗壓強度以及彎曲強度高、結(jié)構(gòu)均勻致密、密度大、加工處理后密封面精度和光潔度極高、開孔率很低等特點，所以又叫高密高強石墨材料。

俄羅斯采用各向同性熱解石墨材料作為密封材料應(yīng)用在新一代大推力航天發(fā)動機的渦輪泵中。密封環(huán)的密封性能良好，目前還未出現(xiàn)過滲漏事故。目前，原料和成型工藝是各向同性石墨材料研究的關(guān)鍵。我國對各向同性石墨材料的開發(fā)研究也有30多年，雖然在生產(chǎn)規(guī)模、工藝上都有了一些進步，但是和國外相比，還是存在一定的差距。

二.喉襯材料

石墨材料的耐高溫性能、抗燒蝕性能以及輕質(zhì)性能等特點，為其成為小型火箭彈固體火箭發(fā)動機(SRM)喉襯材料提供了條件。上世紀(jì)40年代末，美國的固體探空火箭率先使用石墨喉襯，后來相繼出現(xiàn)了第一代喉襯材料(ATJ高強石墨材料)，第二代喉襯材料(G-90高密高強石墨材料)，第三代喉襯材料(Graphnol各向同性石墨材料)。

上世紀(jì)60年代初，中科院金屬研究所、西安航天復(fù)合材料研究所以及吉林炭素廠共同開發(fā)的滲硅KS-8高強石墨材料可作為第一代喉襯材料。KS-8石墨喉襯材料成功解決了由于滲硅層過厚出現(xiàn)的熱裂問題，從那時起，針對SRM研究由基礎(chǔ)轉(zhuǎn)向型號，為后來喉襯材料奠定了堅實的基礎(chǔ)。KS-8石墨喉襯材料已成功應(yīng)用到東方紅一號的末級SRM上。

隨著對SRM各方面要求的不斷提高，石墨喉 襯材料也同樣需要提高其耐燒蝕性能。上世紀(jì)60年代中期， 我國第一代喉襯材料T704 高密高強石墨材料由山西煤炭化學(xué)研究所、哈爾濱電碳研究所以及西安航天復(fù)合材料研究所自主開發(fā)成功。上世紀(jì)80年代初， 哈爾濱電碳研究所和西安航天復(fù)合材料研究所共同開發(fā)的T705石墨材料， 耐燒蝕性能得到大幅度改善，已在各種小型戰(zhàn)術(shù)彈的SRM喉襯等耐高溫抗氧化部位得到廣泛應(yīng)用。

T707、T715以及T711石墨材料，具有耐燒蝕性能，也可以作為小型火箭彈SRM的喉襯材料，屬于我國第二代喉襯材料。成都炭素有限公司研制的各向同性CDK-20石墨材料，利用等靜壓成型工藝，可作為小型火箭彈SRM的第三代喉襯材料，正在進行應(yīng)用研究。國內(nèi)外喉襯用石墨材料性能對比如下圖所示。

除此之外，以粗粒級高強石墨為基材，采用高溫下直接對基材石墨坩堝加壓滲銅工藝制備的石墨滲銅材料(炭/銅復(fù)合材料)，也作為固體火箭發(fā)動機的喉襯材料。

石墨滲銅材料的主要技術(shù)指標(biāo)：

體積密度：1.75~1.80 g/cm 3 ，?壓縮強度：≥38 MPa，顯氣孔率：≥10%，?灰分：≤0.1%，石墨化度：≥70%。

滲銅前后材料性能見下表

三.電刷材料

電刷主要用于各種發(fā)動機、變流機以及電機 等，要求電刷的導(dǎo)電、耐磨性能以及換向功能良好。電刷主要分為兩種，一種是采用樹脂或煤焦油瀝青當(dāng)做黏結(jié)劑，以石墨粉與金屬粉末為材料，制成的石墨電刷，也叫有色電刷;另一種則是以炭素材料(如石墨粉、焦炭粉等)為主要原材料制成，也叫黑色電刷。下面主要介紹3種電刷。

1.TD27黑色航空電刷

TD27黑色?航空電刷是通過和俄羅斯技術(shù)合作，以及引進振動球磨機、潤滑材料造粒機和雙螺旋連續(xù)擠壓機等先進的工藝設(shè)備，采用兩階段法生產(chǎn)開發(fā)出來的新型航空電刷。此電刷特點是換向性能好、允許圓周速度適當(dāng)(達60m/s)，額定電流密度大(達30A/cm2 )以及磨損小。使用該電刷飛機的飛 行高度達兩萬米以上，使用溫度可大于 200℃，并具有卓越的“三防”能力。該產(chǎn)品的主要技術(shù)性能水平可等同于俄羅斯產(chǎn)品Γ27，說明我國黑色航空電刷的生產(chǎn)制備技術(shù)達到了一個新的水平。

2.TD32X 黑色航空電刷

國產(chǎn)?仿法飛機的主發(fā)電機QF-4.8使用的電刷是專門研制的TD32X黑色航空電刷。基體材料是DZ型電刷，經(jīng)過浸漬、填芯等處理加工而成。此電刷的換向性能以及“三防”能力優(yōu)良，使用壽命大約800 h。該電刷使用壽命大于法國的9020M黑色航空電刷使用壽命。

3.?T2J5 有色航空電刷

適用于?大容量航空起動發(fā)電機的T2J5有色航空電刷同樣是專門研發(fā)的。該電刷換向性能良好，磨擦損耗低，電機使用壽命延長，是原配TJ5電刷的1.5倍。并且該電刷的技術(shù)性能遠高于TJ5電刷，達到領(lǐng)先水平。

中國石墨材料研發(fā)水平可以滿足航天產(chǎn)品的基本需求，但產(chǎn)品和國外相比還存在一定的差距，需要科研人員不斷提高石墨產(chǎn)品的綜合性能，以擴大航空航天服務(wù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

來源:手機搜狐網(wǎng)