石墨材料在航天领域的展望

1 电刷材料 

电刷主要用于各种发动机、 变流机以及电机等，要求电刷的导电、耐磨性能以及换向功能良好。 电刷主要分为两种，一种是采用树脂或煤焦油沥青当做黏结剂，以石墨粉与金属粉末为材料，制成的石墨电刷，也叫有色电刷；另一种则是以炭素材料(如石墨粉、焦炭粉等)为主要原材料制成，也叫黑色电刷。 下面主要介绍 3 种电刷。

（1）TD27 黑色航空电刷 TD27 黑色航空电刷是通过和俄罗斯技术合作，以及引进振动球磨机、润滑材料造粒机和双螺旋连续挤压机等先进的工艺设备，采用两阶段法生产开发出来的新型航空电刷。 此电刷特点是换向性能好、允许圆周速度适当(达 60 m/s)，额定电流密度大(达 30 A/cm²）以及磨损小。 使用该电刷飞机的飞行高度达两万米以上， 使用温度可大于 200 ℃，并具有优越的“三防”能力。 该产品的主要技术性能水平可等同于俄罗斯产品 Γ27， 说明我国黑色航空电刷的生产制备技术达到了一个新的水平。 

（2）TD32X 黑色航空电刷国产仿法飞机的主发电机 QF-4.8 使用的电刷是专门研制的 TD32X 黑色航空电刷。 基体材料是 DZ 型电刷，经过浸渍、填芯等处理加工而成。 此电刷的换向性能以及“三防”能力优良，使用年限大约 800 h。 该电刷使用年限大于法国的 9020M 黑色航空电刷使用年限。

 （3）T2J5 有色航空电刷 适用于大容量航空起动发电机的 T2J5 有色航 空电刷同样是专门研发的。 该电刷换向性能良好， 磨擦损耗低，电机使用年限延长，是原配 TJ5 电刷的 1.5 倍。 并且该电刷的技术性能远高于 TJ5 电刷，达到先进水平。 

2 石墨材料在航天领域应用的展望 

2.1 密封材料 

石墨由于自身的缺陷，限制了其在航天领域的应用，通过对石墨材料进行改进，使石墨材料获得具有高强度、高密度、细颗粒、高纯度、耐腐蚀、耐高温以及低污染等特点的结构将是石墨材料的发展方向。 为使密封材料更好地满足航天领域要求，有以下几个方面需要注意： 

（1）进一步加强石墨材料浸渍机理的研究。 了解不同材料浸渍石墨的不同机理，如树脂固化机理以及金属渗流模拟的研究，可以进一步匹配原材料和炭石墨制品以及采用适当的浸渍工艺，以达到极好浸渍成效，得到适用于密封的极好石墨材料。 

（2）重视原料选择。 通过研究不同原料对石墨性能的影响，从而改善原料自身缺陷，完善材料工艺， 减少成本以及缩短生产周期，从而减少能源消耗。

 （3）加强应用环境研究。 根据不同环境的要求进行相应的研究应用，使其更加细致、具体；与此同时对石墨复合材料进行不断开发研究，不断提高其性能，扩大应用范围。 

2.2 喉衬材料 

目前喉衬的石墨材料主要是第二代的喉衬材料，但是第二代喉衬材料的石墨基体由于密度较低， 烧蚀率较大等缺点，满足不了所有小型战术弹高压强 SRM 喉衬的要求， 因此需要加快开发第三代喉衬材料。 第三代喉衬材料的主要的发展方向是提高材料的抗烧蚀性能及抗热冲击性能，以更好地适用于喉衬材料，对此有以下几个建议： 

（1）选择针状石油焦的石墨材料。 针状石油焦的材料具有低热膨胀系数以及易于石墨化的特点，这样石墨材料的热导率和低热膨胀系数得到提高， 进而材料的抗热冲击性能也可以得到提高。 

（2）适当的Max颗粒尺寸。 目前国外抗热冲击 性能极好的石墨材料的Max颗粒尺寸为 90 μm，而国内仅为 50 μm。 因此，如果国内石墨材料的Max颗粒尺寸可以达到 90 μm 左右，抗热冲击性能应可以得到完善。 

（3）提高石墨化度。 提高石墨化温度可下降热膨胀系数，提高热导率，同时提高石墨喉衬材料的抗热冲击性能。

（4）适度控制石墨材料的密度。 研究发现石墨材料密度越大，其烧蚀性能越低，但是热膨胀系数也越高，将密度控制在 1.80 g/cm³ 左右，可以在提高材料的抗热冲击性能的同时又不会使热膨胀系数过大。 

2.3 其他材料 

石墨在电刷和其他航天领域应用比较少，这就需要不断开发新型的石墨材料如多功能材料、复合材料、纳 米材料等，使其扩大在航天领域的应用。 

3 结论 

中国石墨材料研发水平可以满足航天产品的基本需求， 但产品和国外相比还存在一定的差距， 需要科研人员不断提高石墨产品的综合性能，以扩大航天服务领域的应用，更多产业新闻详情联系我们。