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、有良好的導熱性能、熱穩(wěn)定性能以及化學性能穩(wěn)定等特點，在航天航空領域應用廣泛，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。隨著科學技術的發(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、微重力和腐蝕等嚴酷環(huán)境變化，空間站的密封材料主要應用于航天器的推進系統(tǒng)，機翼端頭、升降副翼等結構部件的密封，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率，較小的線膨脹系數和摩擦系數，以及較大的化學惰性，可替代石棉和橡膠材料，成功應用于高技術領域的密封材料。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，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，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用。

3.各向同性石墨材料

各向同性石墨材料起源于上世紀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、結構均勻致密、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60年代初，中科院金屬研究所、西安航天復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的熱裂問題，從那時起，針對SRM研究由基礎轉向型號，為后來喉襯材料奠定了堅實的基礎。KS-8石墨喉襯材料已成功應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研究所、哈爾濱電碳研究所以及西安航天復合材料研究所自主開發(fā)成功。上世紀80年代初， 哈爾濱電碳研究所和西安航天復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)術彈的SRM喉襯等耐高溫抗氧化部位得到廣泛應用。

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，正在進行應用研究。國內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指標：

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做黏結劑，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備，采用兩階段法生產開發(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(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。該產品的主要技術性能水平可等同于俄羅斯產品Γ27，說明我國黑色航空電刷的生產制備技術達到了一個新的水平。

2.TD32X 黑色航空電刷

國產?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。并且該電刷的技術性能遠高于TJ5電刷，達到領先水平。

中國石墨材料研發(fā)水平可以滿足航天產品的基本需求，但產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品的綜合性能，以擴大航空航天服務領域的應用。

來源:手機搜狐網