一種高溫合金與玻璃非匹配封接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非匹配封接技術(shù)，屬于航天技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)各種宇航型號(hào)和導(dǎo)彈武器的不斷發(fā)展需求，新型的火工裝置有必要在保證較 高的密封能力和高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下進(jìn)行小型化和輕質(zhì)化設(shè)計(jì)。若產(chǎn)品密封能力較差， 裝配于型號(hào)后，則可能導(dǎo)致推進(jìn)劑泄漏、工況下降、設(shè)備污染等非正常問(wèn)題發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)可 能導(dǎo)致任務(wù)失?。蝗舾邷亟Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度過(guò)低，則可能在系統(tǒng)工作中各種復(fù)雜的熱和力學(xué)等環(huán)境 綜合作用下造成結(jié)構(gòu)破壞；若產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸過(guò)大，則影響系統(tǒng)空間布局和總體裝配，同時(shí)勢(shì) 必增加產(chǎn)品重量，進(jìn)而影響系統(tǒng)的有效載荷。目前，國(guó)內(nèi)密封能力較好的火工裝置一般采用 內(nèi)裝非金屬零件壓縮變形，并輔以膠液填充的方案，產(chǎn)品內(nèi)裝零件較多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，產(chǎn) 品尺寸較大且重量較重；小型化設(shè)計(jì)的火工裝置一般存在密封能力弱，或者高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 低等缺點(diǎn)。因此，現(xiàn)有的火工裝置難以適應(yīng)新形勢(shì)下宇航型號(hào)和導(dǎo)彈武器的發(fā)展需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為在保證較高的密封能力和高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的前提下實(shí)現(xiàn)火工裝置的小型化和輕 質(zhì)化設(shè)計(jì)，本發(fā)明提供了一種高溫合金與玻璃非匹配封接方法。
[0004] 本發(fā)明采取的技術(shù)解決方案是：
[0005] 一種高溫合金與玻璃非匹配封接方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：
[0006] 1】選用高溫合金材料作為封接外層；選用玻璃作為封接內(nèi)層，所選高溫合金材料 線膨脹系數(shù)大于所選玻璃的線膨脹系數(shù)；
[0007] 2】封接外層按照需要裝配的封接內(nèi)層數(shù)目及安裝位置劃分出n個(gè)獨(dú)立的封接結(jié) 構(gòu)單元，n大于等于1，
[0008] 3】對(duì)封接結(jié)構(gòu)單元表面進(jìn)行表面處理，使之在封接時(shí)被熔融的玻璃充分浸潤(rùn)；
[0009] 4】將封接內(nèi)層置于每一個(gè)結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，一起置于一定的高溫環(huán)境和惰性氣氛環(huán)境 中進(jìn)行非匹配封接；之后，自然冷卻，封接外層與封接內(nèi)層緊密結(jié)合為一個(gè)具有適度應(yīng)力的 "壓縮封接"整體。
[0010] 在上述步驟4】之前還包括將玻璃預(yù)制以除去易產(chǎn)生氣泡的物質(zhì)的步驟。
[0011] 上述方法中所選的玻璃具有抗壓和抗拉的特點(diǎn)，選用玻璃粉或者預(yù)制的玻璃坯， 封接單元個(gè)數(shù)n可以取1?50,高溫環(huán)境為800?1400°C，在封接時(shí)金屬與玻璃封接的結(jié) 構(gòu)長(zhǎng)度L為4?10mm，與玻璃封接的結(jié)構(gòu)直徑OD為2?50mm〇
[0012] 本發(fā)明所提供的另一種高溫合金與玻璃非匹配封接方法，其特殊之處在于：包括 以下步驟：
[0013] 1】選用玻璃材料作為封接外層；選用高溫合金作為封接內(nèi)層，所選高溫合金材料 線膨脹系數(shù)小于所選玻璃的線膨脹系數(shù)；
[0014] 2】封接外層按照需要裝配封接內(nèi)層數(shù)目及安裝位置劃分出n個(gè)獨(dú)立的封接結(jié)構(gòu) 單元，n大于等于1，
[0015] 3】對(duì)封接內(nèi)層進(jìn)行表面處理，使之在封接時(shí)被熔融的玻璃充分浸潤(rùn)；
[0016] 4】將封接內(nèi)層置于每一個(gè)結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，一起置于一定的高溫環(huán)境和惰性氣氛環(huán)境 中進(jìn)行非匹配封接，之后，自然冷卻，封接外層與封接內(nèi)層緊密結(jié)合為一個(gè)具有適度應(yīng)力的 "壓縮封接"整體。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0018] (1)本發(fā)明中僅用高溫合金與玻璃兩種材料封接為一體的方法即可達(dá)到提高產(chǎn)品 密封能力的目的。此方法代替了傳統(tǒng)的非金屬零件壓縮變形并輔以膠液填充的方法，密封 結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，密封能力更強(qiáng)。
[0019] (2)本發(fā)明中采用的高溫合金在高溫環(huán)境下的機(jī)械性能更好，與玻璃非匹配封接 形成的封接體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也較高。
[0020] (3)本發(fā)明中通過(guò)高溫合金與玻璃非匹配封接形成的封接體在保證較高的密封能 力和高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí)首次實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品金屬殼體和內(nèi)部密封零件的集成化設(shè)計(jì)和模塊 化設(shè)計(jì)，小型化和輕質(zhì)化程度較高，可應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、星際探測(cè)器等動(dòng)力系統(tǒng)或控 制系統(tǒng)火工裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的殼體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 其中，1-殼體、2-玻璃、3-極針、L一玻璃封接結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度?D-玻璃封接結(jié)構(gòu)直徑
【具體實(shí)施方式】
[0024] 圖1示出了本發(fā)明應(yīng)用于火工裝置的基本形式，它由殼體（1)、玻璃（2)和極針 (3)組成。三者材料的線膨脹系數(shù)呈遞減關(guān)系，殼體設(shè)計(jì)時(shí)按需要可以劃分為n個(gè)獨(dú)立的 封接結(jié)構(gòu)單元，n可以取1?50,封接所用的玻璃可以選用玻璃粉，也可以選用預(yù)制的玻璃 坯。封接時(shí)，將玻璃填充在每個(gè)封接結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，與殼體一起置于800?1400°C高溫環(huán)境及 惰性氣氛環(huán)境中進(jìn)行整體非匹配封接后，形成一個(gè)無(wú)縫連接的壓縮整體（封接體）。本實(shí)施 例中，極針材料選用柯伐合金，封接溫度l〇〇〇°C，氮?dú)鈿夥窄h(huán)境，玻璃選用預(yù)制的玻璃管坯， 以避免氣體積聚在封接體中形成氣泡，封接單元n取4。
[0025] 圖2示出了高溫合金材料殼體的基本形式，此高溫合金材料具有較高的高溫性 能，線膨脹系數(shù)較玻璃的大，與玻璃之間具有良好的浸潤(rùn)性，封接體的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度L可以取 4?10mm，與玻璃封接的結(jié)構(gòu)直徑OD可以取02?50mm，通過(guò)改變L和OD的大小可以調(diào) 整產(chǎn)品的密封能力。本實(shí)施例中，與玻璃封接的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度L取8. 7mm，與玻璃封接的結(jié)構(gòu)直 徑①D取￠2. 5mm和O3mm兩種尺寸。
[0026] 本實(shí)施例的密封能力、高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)尺寸和重量水平與采用傳統(tǒng)技術(shù)的同 類型產(chǎn)品比對(duì)情況見(jiàn)表1。
[0027] 表1比對(duì)情況列表
[0028]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高溫合金與玻璃非匹配封接方法，其特征在于：包括以下步驟： 1】選用高溫合金材料作為封接外層；選用玻璃作為封接內(nèi)層，所選高溫合金材料線膨 脹系數(shù)大于所選玻璃的線膨脹系數(shù)； 2】封接外層按照需要裝配的封接內(nèi)層數(shù)目及安裝位置劃分出η個(gè)獨(dú)立的封接結(jié)構(gòu)單 元，η大于等于1， 3】對(duì)封接結(jié)構(gòu)單元表面進(jìn)行表面處理，使之在封接過(guò)程中被熔融的玻璃充分浸潤(rùn)； 4】將封接內(nèi)層置于每一個(gè)結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，一起置于一定的高溫環(huán)境和惰性氣氛環(huán)境中進(jìn) 行非匹配封接，之后，自然冷卻，封接外層與封接內(nèi)層緊密結(jié)合為一個(gè)具有適度應(yīng)力的"壓 縮封接"整體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫合金與玻璃非匹配封接方法，其特征在于： 在步驟4】之前還包括將玻璃預(yù)制以除去易產(chǎn)生氣泡的物質(zhì)的步驟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫合金與玻璃非匹配封接方法，其特征在于：所選的 玻璃具有抗壓和抗拉的特點(diǎn)，選用玻璃粉或者預(yù)制的玻璃坯。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫合金與玻璃非匹配封接方法，其特征在于：所述的 封接單元個(gè)數(shù)η可以取1?50。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫合金與玻璃非匹配封接方法，其特征在于：所述的 高溫環(huán)境為800?1400 °C。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高溫合金與玻璃非匹配封接方法，其特征在于：與玻璃 封接的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度L為4?10_，與玻璃封接的結(jié)構(gòu)直徑Φ?為2?50_。
7. -種高溫合金與玻璃非匹配封接方法，其特征在于：包括以下步驟： 1】選用玻璃材料作為封接外層；選用高溫合金作為封接內(nèi)層，所選高溫合金材料線膨 脹系數(shù)小于所選玻璃的線膨脹系數(shù)； 2】封接外層按照需要裝配封接內(nèi)層的數(shù)目及安裝位置劃分出η個(gè)獨(dú)立的封接結(jié)構(gòu)單 元，η大于等于1， 3】對(duì)封接內(nèi)層進(jìn)行表面處理，使之在封接時(shí)被熔融的玻璃充分浸潤(rùn)； 4】將封接內(nèi)層置于每一個(gè)結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，一起置于一定的高溫環(huán)境和惰性氣氛環(huán)境中進(jìn) 行非匹配封接，之后，自然冷卻，封接外層與封接內(nèi)層緊密結(jié)合為一個(gè)具有適度應(yīng)力的"壓 縮封接"整體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高溫合金與玻璃非匹配封接方法，其特征在于： 在步驟4】之前還包括將玻璃預(yù)制以除去易產(chǎn)生氣泡的物質(zhì)的步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高溫合金與玻璃非匹配封接方法，其特征在于：所述的 封接單元個(gè)數(shù)η可以取1?50。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高溫合金與玻璃非匹配封接方法，其特征在于：所述的 高溫環(huán)境為800?1400 °C。
【專利摘要】一種高溫合金與玻璃非匹配封接方法是由高溫合金和玻璃兩種材料一起置于一定的高溫環(huán)境和氣氛環(huán)境中進(jìn)行非匹配封接，使二者緊密結(jié)合為一個(gè)整體。本發(fā)明中玻璃填充在高溫合金殼體中n個(gè)獨(dú)立的封接結(jié)構(gòu)單元內(nèi)。本發(fā)明通過(guò)改變封接結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)調(diào)整產(chǎn)品的密封能力。本發(fā)明提高了產(chǎn)品的密封能力和高溫機(jī)械性能，首次實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品殼體和內(nèi)部密封零件的集成化設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)，小型化和輕質(zhì)化程度更高。
【IPC分類】C03C27-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104556741
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410829652
【發(fā)明人】常鵬, 劉銘, 代金波, 李應(yīng)強(qiáng), 李永鋒, 張建剛, 高鳳川
【申請(qǐng)人】中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第六研究院第十一研究所
【公開(kāi)日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2014年12月26日