解决航天领域材料耐低温问题

       1986年1月28日“挑战者”号航天飞机起飞73秒发生爆炸。爆炸原因是由于固体助推火箭节间起密封作用的O型橡胶圈，经不住发射地严寒冬天的环境影响，提前老化（弹塑性降低），失去密封作用，主机点火，火苗窜入、超前点燃了火箭。

一、 低温环境

       由于液氧的沸点为-183℃，液氢的沸点为-253℃，因此用于液氢液氧发动机推进剂贮箱的结构材料、密封材料和绝热材料，在液氢环境、气氢环境下要求具有良好的耐超低温性能。以液氢液氧为推进剂的火箭发动机，其真空比冲约为440s，是液体推进器剂中能量最高的。制造其部件、零件、管道和转动系统的密封材料，要在-253℃温度下工作（液氢的沸点），给金属材料和高分子材料提出了新问题。

二、 对航天材料要求

       用于密封液氢等超低温流体的材料在液氢环境、气氢环境下必须具有相容性，同时在液氢温度下具有足够的韧性和回弹性，不能发生氢脆。用于密封液氧超低温流体的材料不仅要在液氧温度下具有足够的韧性和回弹性，还应该具有耐液氧冲击性。正是由于上述特点，使得液氢、液氧等超低温流体密封的选材较为严苛。

三、 耐低温的航天材料

       橡胶材料

       聚氨酯橡胶是一种耐液氢较好的材料，可应用于运载火箭发动机及液氢液氧贮箱的低温绝热。氟醚橡胶具有较好的耐高温、耐油、耐强酸、耐溶剂、粘接等性能，可以用于低温静密封件。

       塑料材料

       塑料类密封材料主要用于运载火箭箭体阀门的密封，以保证阀门正常工作。聚酰亚胺在深冷低温环境下的线胀系数接近铝合金，直到液氢温度仍能够保持良好的物理机械性能，不产生脆裂，因此可用作液氢温度密封副材料，在深冷条件下其密封结构仍可满足高压密封的需要[1]。

       复合材料

       短切玻璃纤维增强聚酰亚胺复合材料可用于制作运载火箭液氢液氧贮箱的低温支撑结构件和低温密封结构[1]。

       金属材料

       用于液氢液氧系统静密封的软金属铟和铝制成O形环或垫片，主要利用其在低温柔韧性能实现密封，而硬金属主要制成空心O形环或C形环使用。低膨胀合金在低温下仍具有很小的线膨胀系数，主要用作复合密封结构中的金属骨架材料；不锈钢和高温合金在低温下仍具有一定的弹性[1]。

我们的服务

       在北京航空航天新材料技术成果对接会上，我们了解到在航天领域对耐低温材料的应用需求问题。

       针对需求方提出关于低温环境的应用背景和材料指标要求，借助北京市航空航天新材料集群资源优势，我们充分发挥创新资源，利用专家库和成果库，精准挖掘高校、科研院所现有的科研技术成果和契合需求的科研团队。

       未来，我们将组织高校、科研院所与需求方进行“产学研”深度对接，共同解决耐低温材料的应用问题，并且深度探讨双方合作与发展模式。

参考：

1. 陈风波, 王立峰. 运载火箭用典型低温密封材料[J]. 宇航材料工艺. 2009. 3:12-15