DE2054919B2

DE2054919B2 - EXHAUST NOZZLE FOR HIESSE GASES IN PARTICULAR THROTTLE NOZZLE FOR ROCKET ENGINES

Info

Publication number: DE2054919B2
Application number: DE19702054919
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Meier
Original assignee: Metallwerk Plansee AG & Co KG, Reutte, Tirol (Österreich)
Priority date: 1969-12-29
Filing date: 1970-11-07
Publication date: 1971-12-30
Also published as: CH516739A; AT301270B; FR2073502B1; DE2054919A1; GB1319144A; FR2073502A1

Description

2 0542,054

I)iL' I ihndung betrifft eine Austrittsdüse für heiße ι iase. insbesondere Schubdüse für Raketentriebwerke, bestehend aus einem Veihundwerkstoff au.s Metall und ML-ialli).\>il zumindest an dem dem Angriff der heilten ( iase ausgesetzten I eil tier DüsenoberllüchcI) iL 'I ihndung concerns an outlet nozzle for hot ι iase. in particular thrust nozzle for rocket engines, consisting of a Veihund material made of metal and ML-ialli). \> Il at least in the attack of the healed (iase exposed I eil tier nozzle upper surface

1 ■·, iil hereiis bekannt, als Werkstoff für Düsen, aus denen heiße (iase ausströmen, wie dies beispielsweise hei Kakeienanlrieben der lall ist, Molybdän Wolfram udei' Legierungen dieser Metalle /u verwenden. Diese Metalle widerstehen wegen ihrer hohen Schmelzpunkte i» /.'.al hervoiragend dem theimischen Angriff der heißen (läse, wenn diese reduzierend wirken, LiU-i-. ι!ιcη leiloch die (iase einen wesentlichen Anteil an ii\-.diereiiden komponenten, so wird die Düse sehr bald durch Bildung von llüehtigen Molybdän- b/w. W illi aiii'Avden /erstört.1 ■ ·, iil hereiis known, as a material for nozzles, from which emit hot gases, as is the case with kakeie drives, molybdenum and tungsten udei 'alloys of these metals / u use. These Metals resist because of their high melting points i » /.'.al outstanding to the theimischen attack of the are called (read, if these have a reducing effect, LiU-i-. ι! ιcη leiloch the (iase made a substantial contribution to ii \ -. the eid components, so the nozzle will be very soon through the formation of volatile molybdenum b / w. W illi aiii'Avden / destroyed.

I s ist ebenfalls bekannt, als Baustoffe für Rakcten-Iriehwerke. demgemäß also auch für deren Schubdüsen, Verbundstoffe /u verwenden, die aus Metallen tiiiil Melallo\yden aufgebaut sind Bekannt ist es. für Hakelenbauleile einen Verbundstoff aus Molybdän lind Aluminiumoxyd zu verwenden; dieses hat sich jedoch nicht als den bei I leißgasdüsen bestehenden loideitingen gerecht werdendet Bestandteil erwiesen.I s is also known as building materials for Rakcten Iriehwerke. accordingly also for their thrusters, use composites / u that are made of metals tiiiil Melallo \ yden are built It is known. for Hakelenbauleile use a composite of molybdenum and aluminum oxide; this has However, it has not been proven to be a component that does justice to the loideitingen existing in the case of the blowing gas nozzles.

I -, wurde ferner bereits in Hrwägiing gezogen, im '»5 l-'.al· eienb.iu /irkoiioxyd fur Teile /u verwenden, ti ie ν. idersiaiidsfiiliig gegen Wasserstoff Fhior-blamuien svm siilltii. Initersuchungen haben indessen ergeben. dall /irkmioxul fur diese Anwendung nicht so widcr-M-indsfähii¹, ware wie (iianhit. Sili/iunikarhid und 3"I -, has also already been drawn in Hrwägiing, in '»5 l -'. Al · eienb.iu / use irkoiioxyd for parts / u, ti ie ν. idersiaiidsfiiliig against hydrogen Fhior-blamuien svm siilltii. In the meantime, initial investigations have shown. dall / irkmioxul for this application not widcr M indsfähii ^one, would like (iianhit. Sili / iunikarhid and 3 "

I · liegt die Aufgabe vor, die themiisibe Beständigkeit »nil Düsen ocr eingangs genannten Ar¹ gegen Mv.iiicrcnde (lavj. die .Sie Düse durchströmen, /u erhöhen The task at hand is to increase the themiisibe resistance of the nozzles or the ^{Ar 1} mentioned at the beginning to mv

/111 I o^img der gestellten Aufgabe besteht er-(!!■,!.!'!!!,!si-emäü tier Verbundwerkstoff, aus dem die Dii'c aufiieb.uit lsi. aus Molybdän und,oder Wolfram m \cihnidung mit /irkonoxvd als Metalloxid./ 111 I o ^ img the given task he passes - (!! ■,!.! '!!!,! Si-emäü tier composite material from which the Dii'c aufiieb.uit lsi. made of molybdenum and, or tungsten Compatible with / irkonoxvd as a metal oxide.

DiirclDiircl

/usat/ an Zukonoxvd wird ·!ic /er- t"/ usat / to Zukonoxvd becomes ·! ic / er "

■.lorung des Düsenwerkstoffes durch codierende heiße (iase enl'.eheiilenil verzögert. Der /nkonoxyd-Mi .al/ luw irkl gleichzeitig eine Frhöhung iler 1 ormbeMnndigkeil des Dusenwerkstoffes.■ .lorination of the nozzle material through coding hot (iase enl'.eheiilenil delayed. The / nkonoxyd-Mi .al / luw irkl at the same time an increase of 1 ormbeMindigkeil of the nozzle material.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der l.rfinilung sind in (In: I .nieiansprücheii aufgezeigt.Appropriate refinements are in (In: I.nieianprücheii shown.

line >.i.iieilhafle Ausgestaltung der I rl'mdung besieh! demnach dann, dall der dem Angriff der heißen («äse ausgc-.i/izte !eil der Düse 20 bis Η5. vorzugsweise 40 bis /;'■ Volumprozent Molybdän. Wolfram odei .v I egieri'iii'.eu dieser MeIaIIe enthält. Die Düse lsi mn .ο i'wdalii'ii^besläiKliger. je giölier ihr (ichalt ,\n /nkono'svd gewühlt wird. Man mill.! jedoch in Hc-Itailit ziehen, dall mit zunehmendem /irkorio\vd· gehall die /äliigkeil des Düscnwerksloffes etwas herab- 5j geselzt wird. Ba der Auswahl der ZiISaInInCIiSeIz-UHg, wird man deshalb im allgemeinen einen Kompromiß sthhelkn zwischen ilen f-'ordcruugcn nach hober Oxidationsbeständigkeit und hoher /iihigkeil.line> .i.iieilhafle design of the message see! Accordingly, then, Dall of the attack of the hot ( "äse ausgc-.i / izte eil of the nozzle 20 to Η5 preferably 40 to /;!.. '■ volume percent molybdenum tungsten Odei .v I egieri'iii'.eu this MeIaIIe contains . The nozzle lsi mn .ο i'wdalii'ii ^ more reliable. The giölier you (ichalt , \ n / nkono'svd is rooted. Man mill.! If the ZiISaInInCIiSeIz-UHg is selected, one will generally find a compromise between ile f-'ordcruugcn for high resistance to oxidation and high resistance.

/wcckiniiUig ist es, der /iikonoxydphusc noch /ti- ß« salze an stabilisierenden Oxyden wie ζ B. Kal/iumox>il oiler Miigncsiumoxyd in Mengen bis zu 10"/» bei/iigeben./ It is wcckiniiUig, the / iikonoxydphusc still / ti- ß « salts of stabilizing oxides such as B. Kal / iumox> il oiler miigncsium oxide in amounts up to 10 "/» at / iigieren.

Die erhiidimgsgemäl.ic Düse kann beispielsweise folgenilcrmaflen hergestellt werden: 50 Volumproz.ent feinstes Molybdänpulver wird mit «'!»pulverisiertem /irkonoxyd, das iliirth /.usat/. von 6 Cicvvichtsprozent Kalziumoxyd (bezogen auf die /irkono^ydphasc) stabilisiert ist, gemischt und nach /usalz üblicher PreU-zusälze zu Rohlingen verprelll, die annähernd der gewünschten Düsenform entsprechen. Die Formung der Rohlinge kann natürlich auch auf andere Weise /.. Ii. iiuiiels des Sehlickegul.Sverfahrens oder durch hydrostatisches Pies·,en vorgenommen werden. Die geformten Rohlinge werden in reduzierender Atmosphäre !Wasserstoff) hei 2000 C 3 Stunden lang gesintert. Aus den ger.inieiten Rohlingen kann durch Schleifen die endgültige Düsenform ausgearbeitet werden.The resulting nozzle can, for example, be manufactured as follows: 50 percent by volume of the finest molybdenum powder is made with "'!" Zirconium oxide, the iliirth /.usat/. is stabilized by 6 weight percent calcium oxide (based on the / irkono ^ ydphasc), mixed and, after salting the usual PreU-additional salts, bounces off to form blanks which approximately correspond to the desired nozzle shape. The shaping of the blanks can of course also be done in other ways / .. II. iiuiiels of the Sehlickegul.Sver Procedure or by hydrostatic peeing. The shaped blanks are sintered in a reducing atmosphere (hydrogen) at 2000 C for 3 hours. The final nozzle shape can be worked out from the straight blanks by grinding.

V\ird die metallische Komponente der erlindungsgemäüen Düse nicht aus reinem Molybdän oder reinem Wolfram gebildet, so kann sie in Form '.on !.egierungs- oder Misclipiilvern eingesetzt werden. Beispiele für solche I egierungen sind eine bekannte Molybdänlegierung, die etwa 0,5"/„ Titan und 0.07"._u Zirkon enthält, oder eine bekannte Wolframlegierung, die 2 bis H"_/u Nickel und 2 his 8¹V₀ Kupfer b/w. Fisen enthält, herner kommen auch Legierungen aus MoKbdän und Wolfram mit beliebigen Zusammensetzungen in 1 rage, die noch bis z.u 10"/,, Rhenium enthalten. If the metallic component of the nozzle according to the invention is not made of pure molybdenum or pure tungsten, it can be used in the form of an alloy or a misclip. Examples of such alloys are a known molybdenum alloy, which is about 0.5 "/" titanium and 0.07 ". _u contains zirconium, or a well-known tungsten alloy that contains 2 to H " _{/ u} nickel and 2 to 8 ¹ V ₀ copper b / w. Fisen, there are also alloys of MoKbdenum and tungsten with any composition in 1 range, up to contain 10 "/ ,, rhenium.

Die metallische Komponente der Diise soll zweckmäßig mindestens zu W₀ aus den hochschmelzenilen Metallen Wolfram. MoKbdän und/oder Rhenium bestehen. The metallic component of the nozzle should expediently be at least W ₀ from the high-melting metals tungsten. MoKbdän and / or rhenium exist.

Im allgemeinen wird es nicht erfordetlieh sein, ilen gesamten Dü^enknrper aus dem Verbundwerkstoff herzustellen. Su kann der (irundkörper aus einem einheitlichen Werkstoff, /. B. Molybdän, Wolfram oder legierungen dieser Metalle gebildet und nur an seiner den heißen ; iasen ausgesetzten Oberlläche mn dem Verhimdv-.erkvtoff belegt sein F.in einfacher Weg, dies zu erreichen, besieht darin, daß auf einen entsprechenden Molybdän- oder Wolframgrundkörper mittels einer Pi.ismupKloIe die gewünschte Oberflächenschicht aufgespritzt wird. F.in anderer Weg würde beispielsweise darin bestehen, daß die aus dem Verbundwerkstoff zu bildende Schicht aufgesmtert wird.In general it will not be necessary to use it to produce the entire nozzle body from the composite material. Su can be the (round body from a uniform Material, /. B. molybdenum, tungsten or alloys of these metals and only at his the hot ones; iases exposed surface mn the Verhimdv-.erkvtoff proves his F. in a simple way, to achieve this means that on a corresponding molybdenum or tungsten base body the desired surface layer using a Pi.ismupKloIe is sprayed on. Another way would be, for example, that the from the Composite material to be formed layer is aufgesmtert.

Claims

Patent claims:

I. Aiisiriilsdiise for hot (iase. Especially thrust nozzle for rocket engines, consists of a composite material of metal and metal oxide at least at the beginning of the hot (iase-exposed part of the diaphragm ceiling. D ad ti rch α eke 11 11 ζ eic! 1 1 ; e t. because the composite material consists of molybdenum and oiler tungsten in conjunction with /irkonov.d as the metal oxide.

2. Nozzle n, I claim I. characterized in that ilei expose the attack of the hot gases • etzt'j Te ₁ I of the nozzle 20 to S: i. preferably 10 to 75 percent by volume of molybdenum, tungsten or alloys of these metals revealed.

.1. Nozzle according to Claims 1 and 2, characterized in that at least ¹ IO ⁰ Z _{0 of} the metallic component is formed from the high-melting-point metals tungsten, molybdenum and / or rhenium.

4. Nozzle according to Claims I and 2, characterized in that the zirconium oxide phase of the composite material reveals additives au stabilizing oxides, for example up to 10 "/ ₀ calcium oxide or magnesium oxide.