火箭的表面防护问题

刘永辉

当洲际弹导火箭从高空回到稠密的大气层的时候，由于速度非常大(约每秒7.54公里)，而且是加速下降的，在它附近的空气受到骤然的压缩和摩擦，在离地面几十公里的时候，其头部的温度就达到5，000℃以上。大家知道，钨的熔点最高才只有3，400℃。那么，在这种情况下，怎么才能保证火箭的最后一级不被烧掉呢？的确，这是一个难题。长期以来，火箭的发展，曾在某种程度上受到了材料的限制，要解决这个问题，单用金属结构材料是不行的，必须进行特种防护。不仅火箭头部如此，燃烧室内壁和受着3，000℃高温高速气流冲刷的尾喷口也是这样，不加防护是无法工作的。

在金属基体上涂复陶瓷防护层可以解决上述问题。其工艺方法有：陶瓷层的标准涂法、火焰喷涂、喷陶瓷溶液、表面沉积等。

陶瓷涂层中含有高熔点的氧化物，硫化物，硼化物等优良的耐火材料，此外，还有粘结剂等。配好的涂料用标准的方法涂在预先处理好的零件表面上，然后进行烘干和烧结。用这种方法可涂单层，也可涂多层。为了特殊目的，如抗热震击、绝热、抗氧化腐蚀等也可用不同的材料涂成夹层涂层。

火焰喷涂(镀)在新的保护技术中是最有前途的方法之一。此法系用高温火焰将混合粉末或预先烧结好的棒材熔化，同时借压缩空气(或其他气流)将雾状陶瓷质点喷到预先处理(如喷砂等)过的金属表面上，随之凝固，形成所要求的陶瓷复盖层。此法所用的原料为氧化铝、氧化锆等。设备为高温喷枪及其附属设备。喷枪的热源可用可燃气体(如氧—乙炔焰)，更高温度则需要用等离子喷枪——这也是高速度发展的新技术之一，由它可取得5000℃以上的高温热源。火焰喷涂法得到的涂层能耐很高的温度，但性脆，与基体金属的结合力不太好，这是需要严格控制和进一步研究的问题。

表面沉积技术是一种新的方法，很有发展前途。这种工艺法是在陶瓷层上沉积一种耐火材料质点再将两层同时烧结。此法可将陶瓷涂在所有的金属上。它不但有很好的粘结性、连续性和经济性，而且还有与火焰喷涂法相似的外观、性能和厚度。

显然，宇宙飞行正为陶瓷涂层的应用打开了广阔的前途。要提高火箭的推力，就要采用新的高能燃料，温度就会更高。在这种情况下，就要求材料跟上去。实际上，高熔点金属和新型超级合金也正是这样突飞猛进地发展着。然而，这些材料需要经过保护，以防腐蚀或防止熔化。陶瓷本身具有很高的耐热性，不过，它缺乏结构强度。看来可以设想这样的方案，即利用陶瓷的高度抗热性与金属的高结构强度，二者结合起来——即陶瓷涂层——满足要求。人们对它很重视，发展得也特别快。

上面谈到了超高温防护问题，在火箭上还有超低温防护问题需要解决。大家知道，在火箭的燃料箱内装有液氧，温度接近零下200℃，在这种情况下，一般金属和合金将脆如玻璃，不加表面保护就无法使用。另外，也常常用浓硝酸做液体燃料的氧化剂，它的容器也必须用特种抗腐蚀材料和防护措施才能应用。

火箭上其他零件在不同情况下将遭到电化学腐蚀、高温腐蚀或宇宙射线腐蚀。为了使火箭能够储存和正常工作也必须对这些腐蚀问题进行研究，并须找出适当的防护方法(如电镀、阳极氧化，法兰等等)

由此看来，火箭制造业的迅速发展是与金属腐蚀防护(尤其是特种防护)这门科学的发展分不开的，它们也是相互促进的。