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碳碳復(fù)合材料在軍事方面的運(yùn)用遠(yuǎn)比我們知道的多，捷誠石墨就帶大家里了解其中之一，固體火箭上碳碳發(fā)動機(jī)噴管。
固體火箭發(fā)動機(jī)的噴管是換能器，它將殼體內(nèi)裝藥的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?，裝藥燃燒后產(chǎn)生的高溫高壓氣體經(jīng)收斂擴(kuò)散從噴管以馬赫數(shù)為3.0~4.5超音速噴出，從而產(chǎn)生推力，推動火箭飛行。固體火箭噴管由于要承受高達(dá)3500℃的燃?xì)鉁囟龋?~15MPa的壓力，且液、固體粒子沖刷，高溫燃?xì)獾幕瘜W(xué)腐蝕，因而工作環(huán)境極為嚴(yán)酷。由于沒有冷卻系統(tǒng)，燃?xì)獾母邷乇仨氂善渥陨沓袚?dān)，特別是喉襯部分工作環(huán)境最為惡劣，且要求其尺寸不能因燒蝕沖刷而變化。否則喉徑變大，壓力隨之下降，而壓力下降，推力則下降，這是不能允許的。
在50年代的第一代噴管多采用高強(qiáng)石墨作為喉襯。在60年代以“民兵”導(dǎo)彈作為代表的噴管多采用鎢滲銅、滲銀材料作為喉襯。到了70年代末以MX導(dǎo)彈（圖1）為代表的噴管多采用C/C材料作為喉襯材料，而到了80年代由于C/C材料制造技術(shù)的進(jìn)步，以三步叉戟導(dǎo)彈為代表，大部分戰(zhàn)略導(dǎo)彈都采用了C/C喉襯、C/C擴(kuò)散段等材料。到了90年代C/C螺釘、C/C銷釘、C/C鎖片等C/C制品陸續(xù)應(yīng)用于固體火箭的噴管。
C/C喉襯密度低，約為1.75~1.90g/cm3，與鎢滲銅喉襯相比為其的1/8~1/10（其密度為17.6g/cm3）。其可根據(jù)不同的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，其斷裂因子為石墨的10~20倍，膨脹系數(shù)小，在2000~2400℃僅為4~5×10^-6/℃，導(dǎo)熱系數(shù)可根據(jù)密度調(diào)節(jié)，可耐3800~4000℃的高溫，抗氫氣、一氧化碳、二氧化碳等氣體的腐蝕，在星角裝藥的發(fā)動機(jī)中喉襯燒蝕均勻，無腐蝕臺階、凹坑，更可貴的是在2500℃以下隨著溫度的升高強(qiáng)度上升，這是其它材料無可比擬的。
C/C喉襯的復(fù)合工藝有化學(xué)氣相沉積，液態(tài)樹脂瀝青浸漬、碳化，化學(xué)液氣相沉積。碳化方法有中壓碳化、高壓碳化。高溫處理方法有真空石墨化、充氣保護(hù)石墨化。這些方法可交義使用和循環(huán)使用，從而達(dá)到預(yù)定的熱物理、機(jī)械和動態(tài)燒蝕性能指標(biāo)。
C/C喉襯的成型工藝有多種方法，如整體碳?xì)帧⑻疾碱A(yù)氧氈疊層針刺、三維編織、四維軟硬混編、四向軟編、四向硬編等，其編織密度為0.6~0.9g/cm3，碳?xì)置芏?.12~0.15/cm3。根據(jù)要求不同可預(yù)先設(shè)計(jì)編織體的各向纖維含量。
從事固體火箭發(fā)動機(jī)研制生產(chǎn)的國家從70年代初陸續(xù)采用了C/C喉襯。C/C喉襯的使用使發(fā)動機(jī)的沖質(zhì)比、可靠性大幅度提高。同時(shí)從小尺寸的喉襯逐漸過渡到大型喉襯。一開始C/C喉襯內(nèi)徑僅為60~80mm，主要用于星系小型發(fā)動機(jī)，進(jìn)而達(dá)到中100~200mm。
到了90年代，以法國阿里安5號為代表的固體火箭噴管大型C/C喉襯內(nèi)徑尺寸達(dá)900mm，外徑達(dá)1060mm，說明具備了制備大型C/C喉襯的能力。作者在俄羅斯看到的C/C喉襯內(nèi)徑達(dá)800mm，外徑1000mm，與法國水平相當(dāng)。我國從70年代將C/C喉襯應(yīng)用于固體火箭發(fā)動機(jī)。到目前為止，戰(zhàn)略導(dǎo)彈及大部分遠(yuǎn)射程戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、星系發(fā)動機(jī)都使用了C/C喉襯，其性能與先進(jìn)國家水平相近尚有差距。以1999年8月我國固體戰(zhàn)略導(dǎo)彈試飛成功為標(biāo)志，說明差距已縮小。
以上這些C/C喉襯都使用了高于或相當(dāng)于T300性能的碳纖維，多為3K、6KPAN基碳纖維。C/C喉襯對碳纖維的要求，不僅對強(qiáng)度、模量有要求且對碳纖維的斷裂伸長、含碳量有較高的要求。從提高喉襯抗熱震能力考慮，希望碳纖維有高的導(dǎo)熱系數(shù)和低的膨脹系數(shù)。更多碳碳復(fù)合材料信息可查看http://hfmwm.cn
