名稱(chēng)：上海天楷石墨有限公司石墨作為一種非金屬的資源礦物，由于其自潤(rùn)滑性能、易成型加工、有良好的導(dǎo)熱性能、熱穩(wěn)定性能以及化學(xué)性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，在航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如密封材料、喉襯材料等。 本文主要從石墨材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用以及展望兩個(gè)方面進(jìn)行論述。
1 石墨材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用
1.1 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(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)密封材料提出了越來(lái)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(yán)酷環(huán)境變化，空間站的密封材料主要應(yīng)用于航天器的推進(jìn)系統(tǒng)，機(jī)翼端頭、升降副翼等結(jié)構(gòu)部件的密封，以及液壓系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)中的 箱體、閥門(mén)等零件的靜密封和動(dòng)密封，然而，由于發(fā)動(dòng)機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)速度快，石墨材料不能滿(mǎn)足對(duì)密封材料抗拉強(qiáng)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(jì)80年代中期，美國(guó)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(rùn)滑性能和熱導(dǎo)率，較小的線(xiàn)膨脹系數(shù)和摩擦系數(shù)， 以及較大的化學(xué)惰性，可替代石棉和橡膠材料，成功應(yīng)用于高技術(shù)領(lǐng)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(diǎn)，但強(qiáng)度極低，只能應(yīng)用于低壓靜密封。 幾種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的密封材料品種及規(guī)格如表1所示。
（2）增強(qiáng)石墨材料
石墨材料密封性能差，需要通過(guò)其他材料（如樹(shù)脂、金屬等）浸漬石墨以改善其密封性能。
（a）樹(shù)脂浸漬：樹(shù)脂一般為酚醛樹(shù)脂、四氫呋喃以及糠酮樹(shù)脂。賈謙等通過(guò)研究酚醛樹(shù)脂在不同狀態(tài)下浸漬石墨材料的摩擦磨損特性，得出結(jié)論，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵的密封材料要具有適中的石墨化度；
Song Y Z 等從中間相炭微球（MCMBs）獲得的石墨材料經(jīng)樹(shù)脂和瀝青浸漬，再500 ℃炭化后得到增強(qiáng)材料，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，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(qiáng)度增加，密封性能優(yōu)異，在液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)有著良好的應(yīng)用前景。
（b）金屬浸漬：金屬浸漬石墨可以保持兩者的優(yōu)點(diǎn)。 常用的浸漬金屬有銻、銀、鉛以及銅等，國(guó)外對(duì)銻浸漬石墨材料的物理性能進(jìn)行測(cè)試。
（c）無(wú)機(jī)鹽浸漬：石墨材料在300℃以上容易發(fā)生氧化反應(yīng)，使得材料的機(jī)械性能變差，利用無(wú)機(jī)鹽浸漬后，石墨的高溫抗氧化性能明顯提高。山西煤炭化學(xué)研究所用13 μm的天然石墨粉、3μm的BN粉、軟化點(diǎn) 175 ℃的瀝青、320μm的石油焦粉以及酚醛樹(shù)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(jīng)過(guò)酚醛樹(shù)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(yīng)用。
（3）各向同性石墨材料
各向同性石墨材料起源于上世紀(jì)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(jī)為設(shè)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(qiáng)度以及彎曲強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)均勻致密、密度大、加工處理后密封面精度和光潔度極高、開(kāi)孔率很低等特點(diǎn)，所以又叫高密高強(qiáng)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(yīng)用在新一代大推力航天發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪泵中。密封環(huán)的密封性能良好，目前還未出現(xiàn)過(guò)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(guān)鍵。我國(guó)對(duì)各向同性石墨材料的開(kāi)發(fā)研究也有30多年，雖然在生產(chǎn)規(guī)模、工藝上都有了一些進(jìn)步，但是和國(guó)外相比，還是存在一定的差距。
1.2 喉襯材料
石墨材料的耐高溫性能、抗燒蝕性能以及輕質(zhì)性能等特點(diǎn)，為其成為小型火箭彈固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（SRM）喉襯材料提供了條件。上世紀(jì)40年代末，美國(guó)的固體探空火箭率先使用石墨喉襯，后來(lái)相繼出現(xiàn)了第一代喉襯材料（ATJ高強(qiáng)石墨材料），第二代喉襯材料（G-90高密高強(qiáng)
石墨材料），第三代喉襯材料（Graphnol各向同性石墨材料）。
上世紀(jì)60年代初，中科院金屬研究所、西安航天復(fù)合材料研究所以及吉林炭素廠共同開(kāi)發(fā)的滲硅KS-8高強(qiáng)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(guò)厚出現(xiàn)的熱裂問(wèn)題，從那時(shí)起，針對(duì)SRM研究由基礎(chǔ)轉(zhuǎn)向型號(hào)，為后來(lái)喉襯材料奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。KS-8石墨喉襯材料已成功應(yīng)用到東方紅一號(hào)的末級(jí)SRM 上。
隨著對(duì)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(jì)60年代中期， 我國(guó)第一代喉襯材料T704 高密高強(qiáng)石墨材料由山西煤炭化學(xué)研究所、哈爾濱電碳研究所以及西安航天復(fù)合材料研究所自主開(kāi)發(fā)成功。上世紀(jì)80年代初， 哈爾濱電碳研究所和西安航天復(fù)合材料研究所共同開(kāi)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(shù)彈的SRM喉襯等耐高溫抗氧化部位得到廣泛應(yīng)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(guó)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(jìn)行應(yīng)用研究。
除此之外，以粗粒
