KR101549952B1

KR101549952B1 - Manufacturing method of the exit cone for propulsion nozzle unit

Info

Publication number: KR101549952B1
Application number: KR1020130135671A
Authority: KR
Inventors: 김연철; 이형식; 구형회
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2015-09-03
Also published as: KR20150053567A

Abstract

본 발명의 추력 노즐용 익시트 콘 제조방법에서는 탄소계, 실리콘 카바이드계 섬유(직물)를 기본으로하여 직물 프리폼(10,knit preform), 테이프 프리폼(20,Tape preform), 인볼트 레이업 프리폼(30,Involute layup preform), 필라멘트 프리폼(Filament preform)을 다양하게 제조하고, 이러한 다양한 프리폼(preform)을 고온 내열수지 함침, 탄화, 고밀도화 및 내산화 처리 공정을 통하여 삭마 저항성 과 열구조 성능이 우수한 박막형 고성능 확대부 내열부품인 익시트 콘(5)으로 제조됨으로써 중량 감소가 성능에 큰 영향을 끼치는 고성능 유도무기 부품에 적용이 가능한 특징을 갖는다.In the method for manufacturing an extruded sheet cone for a thrust nozzle according to the present invention, a fabric preform 10, a knit preform 20, a tape preform 20, an in-bolt layup preform 30, Involute layup preform), and filament preform, and these various preforms are processed in a high-temperature heat-resistant resin impregnation, carbonization, densification, High-performance enlargement part. It can be applied to a high-performance inductive weapon component whose weight reduction is largely influenced by the performance by being manufactured with the lip-seats cone 5 which is a heat-resistant part.

Description

추력 노즐용 익시트 콘 제조방법{Manufacturing method of the exit cone for propulsion nozzle unit}Technical Field [0001] The present invention relates to a method for manufacturing an extruded sheet cone for a thrust nozzle,

본 발명은 추력 노즐에 관한 것으로, 특히 고체 및 액체 추진기관에 추력을 제공하는 노즐에 적용된 익시트 콘(또는 확대부, exit cone)이 우수한 삭마 저항성과 열구조 성능을 가질 수 있는 추력 노즐용 익시트 콘 제조방법에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a thrust nozzle, and more particularly to a thrust nozzle (or an exit cone) applied to a nozzle for providing a thrust to a solid and liquid propulsion engine, And a method for manufacturing a sheet cone.

일반적으로 고체 및 액체 추진기관을 사용하는 로켓이나 유도무기는 고온 및 고압의 가스를 발생시키고 이를 이용해 추력이 발생된다.In general, rockets and guided weapons using solid and liquid propulsion engines generate high-temperature and high-pressure gas, which generates thrust.

이를 위해, 추진기관에는 추진기관에서 발생된 고온 및 고압의 가스를 통과시키는 추력 노즐이 구비되고, 추력 노즐을 통과한 고온 및 고압의 가스가 추진력을 만들어낸다.For this purpose, the propulsion system is provided with thrust nozzles for passing high-temperature and high-pressure gases generated by the propulsion engine, and the high-temperature and high-pressure gases passing through the thrust nozzle generate propulsive force.

그러므로, 추력 노즐은 열이 집중되는 특성상 높은 내열성과 고온 변형 방지를 위한 높은 내구성 및 열부하의 집중을 분산하기 위하여 높은 전열성이 요구될 수밖에 없다.Therefore, the thrust nozzle is required to have high heat resistance in order to disperse the concentration of heat load and high durability for prevention of deformation at high temperature due to characteristics of heat concentration.

이를 위해, 추력 노즐을 구성하는 노즐은 설계요건을 충족할 수 있는 내열합금으로 성형 제조된다.For this purpose, the nozzles constituting the thrust nozzle are formed into a heat-resistant alloy capable of meeting the design requirements.

하지만, 내열합금을 사용해 성형 제조하더라도 노즐이 충족해야 하는 모든 설계요건을 충족하기에 어려움이 있고, 이로 인해 사용중 추진력 변화를 가져오는 노즐 변형이 일어날 수밖에 없다.However, even if a mold is manufactured using a heat-resistant alloy, it is difficult to satisfy all the design requirements that the nozzle has to meet, and this causes nozzle deformation that causes a change in propulsion force during use.

이로 인해, 노즐이 충족해야 하는 모든 설계요건을 충족할 수 있는 노즐 성형 제조방식이 개발되고 있고, 그 일례로서 초기제작 비용 및 경제적 장점이 생기는 탄소/페놀릭 프리폼을 기본으로 하는 3차원 프리폼(preform)을 사용하는 방식이 있다.As a result, there has been developed a nozzle forming method that can meet all the design requirements that a nozzle must meet, such as a three-dimensional preform based on a carbon / phenolic preform, ) Is used.

하지만, 탄소/페놀릭 계는 탄화조건 및 고온 열처리조건을 맞추기 힘들고 금속 실리콘을 함침시키는 공정에서 탄화물에 손상을 주고, 이로 인해 열적 및 구조적인 물성을 나쁘게 함으로써 열구조용 부품 제작에 적용되기에 많은 어려움이 있을 수밖에 없는 방식이다. However, the carbon / phenolic system is difficult to meet the carbonization condition and the high temperature heat treatment condition, and it damages the carbide in the process of impregnating the metal silicon, thereby deteriorating the thermal and structural properties. This is a way that is inevitable.

국내특허공개 10-2002-0066547(2002년08월19일)Korean Patent Publication No. 10-2002-0066547 (August 19, 2002)

상기 특허문헌은 탄화, 열처리, 함침 및 표면에 내산화층을 형성시키는 원샷(One-Shot) 공정에 의한 C/SiC 복합재료 제조 방식을 적용함으로써 열적 및 구조적인 물성 악화를 방지하고, 특히 탄소/페놀릭 프리폼(preform)을 기본으로 하는 3차원 프리폼에 의한 노즐 성형 제조방식이 적용됨으로써 설계요건을 충족할 수 있는 노즐을 용이하게 제조할 수 있는 기술의 예를 나타낸다.The above-mentioned patent documents prevent deterioration of thermal and structural properties by applying a C / SiC composite material manufacturing method by carbonization, heat treatment, impregnation and a one-shot process of forming an oxidation resistant layer on the surface, There is shown an example of a technique capable of easily manufacturing a nozzle capable of satisfying design requirements by applying a nozzle forming method using a three-dimensional preform based on Rick preform.

특히, 추진기관에서 노즐의 익시트 콘(또는 확대부, exit cone)이 탄소/페놀릭 계열 내열부품에 비해 상대적으로 고성능 부품으로 대체되면, 노즐은 무게 및 부품 감소가 절반으로 감소되며 성능은 더욱 향상될 수 있다.Particularly, in a propulsion engine, when the nozzle cone (exit cone) is replaced with a relatively high-performance part as compared with the carbon / phenolic series heat-resistant part, the nozzle reduces the weight and parts reduction by half, Can be improved.

이는, 노즐의 익시트 콘(또는 확대부, exit cone)이 확대부 단열재 및 스틸 구조체 부품을 구비하고, 이를 고성능 확대부 내열부품으로 대체하여 무게 및 부품을 감소시켜줄 수 있음에 기인된다.This is because the fillet cone (or the exit cone) of the nozzle has the enlargement insulator and the steel structure part, which can be replaced with the high performance enlargement part heat-resistant part to reduce the weight and the parts.

그러나, 노즐의 익시트 콘(또는 확대부, exit cone)의 무게 및 부품을 감소시킬 수 있는 고성능 확대부 내열부품을 개발하기 위해서는 초고온에서 운용이 가능한 프리폼 설계/제조 기술을 근간으로 삭마를 최소화 할 수 있어야 하고, 이를 위해서는 내부 고밀도화 기술 및 부품 표면의 내산화 증진 기술 등이 요구되는 어려움이 있게 된다.However, in order to develop a high-performance expanding part heat-resistant part capable of reducing the weight and components of the wing-out sheet cone (or the exit cone) of the nozzle, it is necessary to minimize the abrasion based on the preform design / In order to achieve this, there is a need for an internal densification technique and an oxidation resistance enhancement technique on the surface of the component.

그러므로, 추진기관의 노즐이 요구하는 상대적으로 더 높은 내부 고밀도화 및 부품 표면의 내산화 증진은 상기 특허문헌과 같이 단지 초고온 운용이 가능한 프리폼 설계 및 제조 기술의 적용만으로는 구현하기에 한계를 가질 수밖에 없다.Therefore, the relatively higher internal densification required by the nozzle of the propulsion engine and the oxidation resistance enhancement of the component surface are limited by the application of the preform design and manufacturing technology which can be operated only at ultra-high temperatures as in the above-mentioned patent document.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 탄소계나 실리콘 카바이드계 섬유(직물)로 이루어진 3D 프리폼(preform)을 이용하고, 고온 내열수지 함침과 탄화, 고밀도화 및 내산화 처리 공정을 거쳐 박막형 익시트 콘(또는 확대부, exit cone)으로 제조됨으로써, 고체 및 액체 추진기관에 추력을 제공하는 추력 노즐이 우수한 삭마 저항성과 열구조 성능을 가질 수 있는 익시트 콘 제조방법의 제공에 목적이 있다.In view of the above, the present invention, which has been developed in view of the above, uses a 3D preform made of a carbon-based or silicon carbide-based fiber (fabric), and after a high-temperature heat-resistant resin impregnation, carbonization, densification, It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an osseon cone in which a thrust nozzle which is made of a sheet cone (or an enlarged portion, an exit cone) and provides thrust to a solid and liquid propelling machinery can have excellent abrasion resistance and thermal structure performance.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 추진기관의 추력 노즐용 익시트 콘(exit cone)의 내열부품을 탄소-탄소, 탄소-실리콘-카바이드 복합재료로 제조하는 방법에 있어서, 상기 익시트 콘(exit cone)의 형태에 맞춰 설계된 익시트 콘이 프리폼(preform)으로 제조되는 프리폼제조단계; 상기 프리폼에 내열수지를 함침시켜주는 함침단계; 상기 프리폼에 열분해 탄소를 증착시켜주는 증착단계; 상기 프리폼과 상기 내열수지를 경화해 고정화시켜주는 경화단계; 상기 경화된 프리폼을 탄화시켜주는 탄화단계; 상기 탄화된 프리폼에 내열수지를 재함침시켜주는 재함침단계; 상기 재함침 탄화된 프리폼을 고온 열처리시켜주는 열처리단계; 상기 고밀도화 열처리된 제품을 내산화 표면처리시켜주는 표면처리단계; 로 수행되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a heat-resistant part of an exit cone for a thrust nozzle of a propulsion engine, the method comprising: a preform manufacturing step in which an oxide cone designed according to the shape of an exit cone is manufactured as a preform; Impregnating the preform with a heat-resistant resin; A deposition step of depositing pyrolytic carbon on the preform; A curing step of curing and immobilizing the preform and the heat-resistant resin; A carbonization step of carbonizing the cured preform; Impregnating the carbonized preform with a heat-resistant resin; A heat treatment step of subjecting the re-impregnated carbonized preform to high temperature heat treatment; A surface treatment step of subjecting the densified heat-treated product to oxidation-resistant surface treatment; As shown in FIG.

상기 추진기관의 화염온도 1000~3500℃, 추진기관의 연소관 압력 100~3000psi인 고체 추진기관이나 액체 추진기관이고, 상기 복합재료는 밀도 1.30~1.80 g/cm³ 이다.Wherein the composite material has a density of 1.30 to 1.80 g / cm < ³ > and a flame temperature of the propulsion engine is 1000 to 3500 DEG C and a combustion tube pressure of the propulsion engine is 100 to 3000 psi.

상기 프리폼(preform)은 직물 프리폼(knit preform), 테이프 프리폼(Tape preform), 인볼트 레이업 프리폼(Involute layup preform), 필라멘트 프리폼(Filament preform)중 어느 하나이다.The preform is one of a knit preform, a tape preform, an involute layup preform, and a filament preform.

상기 프리폼(preform)은 탄소계 섬유, 탄소계 직물, 실리콘카바이드계 섬유, 실리콘 카바이드계 직물중 어느 하나이다.The preform is any one of a carbon-based fiber, a carbon-based fabric, a silicon carbide-based fiber, and a silicon carbide-based fabric.

상기 프리폼(preform)에 함침되는 내열수지는 페놀릭 수지, 피치, 에폭시 수지, PAA 수지, Polyimide 수지중 어느 하나이고, 상기 프리폼(preform)과 상기 내열수지의 조정화를 위한 온도조건은 80 ~ 200℃이다.Wherein the heat-resistant resin impregnated in the preform is one of a phenolic resin, a pitch, an epoxy resin, a PAA resin and a polyimide resin, and the temperature condition for adjusting the preform and the heat- to be.

상기 프리폼(preform)의 증착은 상기 프리폼(preform)에 열분해 탄소를 적용하고, 온도조건은 800~1000℃이다.The preform is deposited by pyrolysis carbon in the preform, and the temperature is 800 to 1000 ° C.

상기 프리폼(preform)의 탄화를 위한 온도조건은 상기 프리폼(preform)이 함침 및 고정화된 상태에서 700~1200℃이고, 상기 프리폼(preform)의 열처리를 위한 온도 조건은 1800~2500℃이다.The temperature condition for carbonization of the preform is 700 to 1200 ° C in a state where the preform is impregnated and immobilized, and the temperature condition for the heat treatment of the preform is 1800 to 2500 ° C.

상기 프리폼(preform)의 재함침은 상기 탄화된 프리폼에 50~1000 bar의 함침 압력과 700~1200℃의 함침온도에서 이루어지고, 페놀릭 수지, 피치, 에폭시 수지, PAA 수지, Polyimide 수지중 어느 하나이다.The pre-impregnation of the preform is carried out at an impregnation pressure of 50 to 1000 bar and at an impregnation temperature of 700 to 1200 ° C on the carbonized preform, and is any one of a phenolic resin, a pitch, an epoxy resin, a PAA resin and a polyimide resin .

상기 내산화 표면처리는 SiC, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, WC계열의 어느 하나를 이용하여 표면을 내산화 코팅을 하고, 내수성 페인트를 적용하여준다.The oxidation-resistant surface treatment uses oxidation coating of the surface using any one of SiC, SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , and WC series, and applies a water-resistant paint.

이러한 본 발명은 탄소계나 실리콘 카바이드계 섬유(직물)로 이루어진 3D 프리폼(preform)을 이용하고, 고온 내열수지 함침과 탄화, 고밀도화 및 내산화 처리 공정을 거쳐 박막형 익시트 콘(또는 확대부, exit cone)으로 제조됨으로써, 고체 및 액체 추진기관에 추력을 제공하는 추력 노즐이 우수한 삭마 저항성과 열구조 성능을 가질 수 있는 효과가 있다.The present invention uses a 3D preform made of carbon-based or silicon carbide-based fiber (fabric), and is subjected to high-temperature heat-resistant resin impregnation, carbonization, densification and oxidation- ), Thrust nozzles that provide thrust to solids and liquid propulsion engines have an excellent abrasion resistance and thermal structure performance.

또한, 본 발명은 익시트 콘(또는 확대부, exit cone)의 확대부 단열재 및 스틸 구조체 부품이 무게 및 부품을 감소시키는 고성능 확대부 내열부품으로 대체되고, 성능을 더욱 향상한 추진기관이 개발되는 효과가 있다.Further, the present invention has been devised in such a manner that a widening portion insulation material of an extruded cone (or an exit cone) and a steel structure component are replaced by a high-performance expanding portion heat-resistant component which reduces weight and parts, It is effective.

또한, 본 발명은 익시트 콘(또는 확대부, exit cone)의 확대부 단열재 및 스틸 구조체 부품이 무게 및 부품을 감소시키는 고성능 확대부 내열부품으로 대체됨으로써, 높은 비추력이 요구되는 유도무기 부품에 적용이 가능한 효과가 있다.Further, the present invention can be applied to an inductive weapon component requiring a high specific force by replacing an enlarged portion insulator and an steel cone component of an extruded cone (or an enlarged portion, an exit cone) with a high performance expanding portion heat-resistant component reducing weight and parts There is a possible effect.

도 1은 본 발명에 따른 추력 노즐용 익시트 콘(또는 확대부, exit cone)제조를 위한 공정 블록도이고, 도 2내지 도 3은 본 발명에 따른 익시트 콘(또는 확대부, exit cone)제조를 위한 프리폼(preform)의 예이며, 도 4는 본 발명에 따른 익시트 콘(또는 확대부, exit cone)이 다양한 프리폼(preform)으로부터 제조되어져 추력 노즐의 고성능 확대부로 적용된 상태를 나타낸다.FIG. 1 is a process block diagram for manufacturing an exit cone (or an exit cone) for a thrust nozzle according to the present invention, and FIGS. 2 to 3 illustrate an exit cone (or an exit cone) 4 is a view showing a state where an eyelash cone (or an exit cone) according to the present invention is manufactured from various preforms and is applied to a high performance expanding portion of a thrust nozzle.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which illustrate exemplary embodiments of the present invention. The present invention is not limited to these embodiments.

도 1은 본 실시예에 따른 추력 노즐용 익시트 콘 제조를 위한 공정 블록도를 나타낸다.1 is a process block diagram for manufacturing an iron sheet cone for a thrust nozzle according to an embodiment of the present invention.

도시된 바와 같이, 익시트 콘 제조 방식은 익시트 콘(또는 확대부, exit cone)형태의 금형을 설계하는 디자인 공정(Design Process)(A)과, 금형의 외주면이 다양한 재질중 선택된 재질로 감싸 프리폼(preform)을 형성해주는 적층 공정(Lay Up Process)(B)과, 프리폼(preform)의 밀도를 증가시켜주는 치밀화 공정(Densification Process)(C)과, 밀도 증가된 프리폼(preform)의 내산화를 위한 표면처리가 이루어지는 표면처리 공정(Surface Treatment Quality Control Process)(D)으로 구분된다.As shown in the figure, the method for manufacturing an awashito cone includes a design process (A) for designing a mold in the form of an overhang cone (or an exit cone), and a design process A lamination process B for forming a preform, a densification process C for increasing the density of the preform and a densification process C for increasing the density of the preform, And a surface treatment quality control process (D) in which a surface treatment for the surface treatment is performed.

상기 디자인 공정(Design Process)(A)은 S10과 같이 익시트 콘을 설계하는 과정을 통해 이루어지며, 통상 익시트 콘은 열이 집중되는 특성상 높은 내열성과 고온 변형 방지를 위한 높은 내구성 및 열부하의 집중을 분산하기 위한 높은 전열성이 충족되는 설계 조건을 적용하여 준다. 특히, 익시트 콘은 고성능 내열부품의 최종 형상을 감안해 2D, 3D, nD 타입으로 설계 및 제조된다. 이로부터 설계된 익시트 콘은 추력노즐이 적용되는 추진기관의 종류에 따라 달라질 수 있다.The design process (A) is performed through the process of designing the ripsheet cone as shown in step S10. Since the ripsheet cone generally has high heat resistance due to the nature of concentrating heat, high durability for preventing deformation at high temperature, The design conditions are satisfied so that the high heat conductivity is satisfied. Especially, AISETECON is designed and manufactured in 2D, 3D and nD types considering the final shape of high performance heat-resistant parts. The designed extruded sheet cone may vary depending on the type of propulsion engine to which the thrust nozzle is applied.

상기 적층 공정(Lay Up Process)(B)에서 제조된 프리폼(preform)은 탄소계, 실리콘 카바이드계 소재인 직물, 프리프렉, 섬유를 이용해 제조된다.The preforms prepared in the lay-up process (B) are prepared using a carbon-based or silicon carbide-based fabric, prepreg, or fiber.

특히, 이러한 프리폼(preform)은 익시트 콘의 고성능 내열부품의 최종 형상을 감안해 2D, 3D, nD 타입으로 제조되고, 그 제조를 위한 섬유 및 직물 적층방법은 사용부위의 열 및 구조적 특성과 함께 내열부품의 최대 층간 인장강도를 형성할 수 있는 방식으로 적용한다.Particularly, such a preform is manufactured in the 2D, 3D, and nD types in consideration of the final shape of the high performance heat-resisting parts of the eye sheet cone, and the fiber and fabric laminating method for manufacturing the preform is not limited to heat and structural characteristics, Applicable in such a way that the maximum interlaminar tensile strength of the part can be formed.

일례로, 상기 적층 공정(Lay Up Process)(B)은 S21의 직조(Sewing knitting)방식, S21-1의 테이핑(Tape wrapping)방식, S22의 인볼트 레이업(Involute layup)방식, S24의 필라멘트 와인딩(Filament winding)방식을 이용할 수 있다.For example, the lay-up process (B) includes a Sewing knitting method of S21, a tape wrapping method of S21-1, an involute layup method of S22, A filament winding method can be used.

S21의 직조(Sewing knitting)방식의 일례에서는 레이온계 탄소섬유로 이루어진 knit 직물을 익시트 콘 금형에 10~30장 정도를 원통형으로 재단하여 적층하고, 적층 후 층간 인장 강도를 높이기 위하여 레이온계 재봉섬유를 이용하여 적층 두께 방향으로 재봉이 이루어짐으로써 직물 프리폼(10,knit preform)이 제조된다.(도 2(가)참조) In an example of the Sewing knitting method of S21, a knit fabric made of rayon-based carbon fiber is cut into a cylindrical shape by about 10 to 30 sheets in an extruded sheet metal mold and laminated to increase the interlaminar tensile strength after lamination, The knit preform 10 is produced by performing the stitching in the thickness direction of the laminate by using the knitted fabric (see Fig. 2 (A)).

S21-1의 테이핑(Tape wrapping)방식의 일례에서는 테이프를 익시트 콘 금형에 감싸줌으로써 테이프 프리폼(20,Tape preform)이 제조된다.(도 2(나)참조) In an example of the tape wrapping method of S21-1, a tape preform 20 is manufactured by wrapping a tape in an extruded sheet metal mold (see FIG. 2 (B)).

S22의 인볼트 레이업(Involute layup)방식의 일례에서는 탄소/페놀릭 프리프렉(pre-preg)에서 재단된 패턴을 30~200장 정도를 적층하고, 적층후 외면을 수지 함침용 직물과 진공 필름으로 감싼 다음 다시 고무로 감싸줌으로써 인볼트 레이업 프리폼(30,Involute layup preform)이 제조된다.(도 3참조)In the example of the involute layup method of S22, about 30 to 200 patterns cut from the carbon / phenolic pre-preg are laminated and the outer surface is laminated with the resin impregnation fabric and the vacuum film And then wrapped with rubber to produce an in-bolt layup preform 30 (see FIG. 3).

S24의 필라멘트 와인딩(Filament winding)방식의 일례에서는 익시트 콘 금형에 탄소섬유(또는 프리프렉)를 페놀수지에 함침 시키면서 적층하고, 적층후 후프(hoop)층으로 보강해줌으로써 노즐목과 조립되는 실리더 부위와 확대부 끝단부위가 후프(hoop)층으로 보강된 필라멘트 프리폼(Filament preform)으로 제조된다.In the example of the filament winding method of S24, a carbon fiber (or prepreg) is impregnated into a phenolic resin while being laminated on an extruded sheet metal mold, laminated and reinforced with a hoop layer, And a filament preform reinforced with a hoop layer is formed at the tip of the enlarged portion.

이와 같이, 본 발명에서는 직물 프리폼(10,knit preform), 테이프 프리폼(20,Tape preform), 인볼트 레이업 프리폼(30,Involute layup preform), 필라멘트 프리폼(Filament preform)과 같이 프리폼(Preform)이 다양하게 제조되고, 이를 이용해 제조된 익시트 콘이 사용부위의 열 및 구조적 특성과 함께 내열부품의 최대 층간 인장강도를 가짐으로써 유도무기와 같이 높은 비추력을 요구하는 부품에도 적용될 수 있는 우수한 특성이 충족될 수 있다.As described above, in the present invention, a preform such as a knitted preform 10, a tape preform 20, an involute layup preform 30, and a filament preform may be used. Auxiticons made from various materials and having excellent thermal and structural properties at the site of use as well as maximum interlaminar tensile strength of heat-resistant parts have excellent properties that can be applied to parts requiring high viscoelastic properties such as guided weapons .

상기 치밀화 공정(Densification Process)(C)에서는 프리폼(Preform)이 고온 내열수지로 함침-경화-탄화-고온 열처리-고밀도화 처리되며, 이를 위해 고온 내열수지는 페놀, 에폭시,피치계가 사용되고, 특히 요구되는 밀도를 만족하기 위하여 내열수지 함침-탄화-열처리 단계를 여러 번 반복하여 준다.In the densification process (C), a preform is impregnated with a high-temperature heat-resistant resin, and a high-temperature heat treatment is applied to a high-temperature heat-resistant resin. For this purpose, phenol, epoxy, To satisfy the density, the heat-resistant resin impregnation-carbonization-heat treatment step is repeated several times.

상기 치밀화 공정(Densification Process)(C)은 S30의 수지 함침 방식과 S40의 기상 함침 방식으로 구분될 수 있으며, S30의 수지 함침 방식은 S31의 프리프렉(Pre-preg)과 S32의 수지침투(resin infiltration) 및 S33의 경화 및 고정화(rigidization curing)로 구분될 수 있지만, S40의 기상 함침 방식은 프로판 가스를 사용하여 이루어진다.The densification process (C) can be classified into a resin impregnation method of S30 and a gas-phase impregnation method of S40. The resin impregnation method of S30 is a pre-preg of S31 and a resin impregnation of S32 infiltration and S33 curing and rigidization curing. However, the gas phase impregnation method of S40 is carried out using propane gas.

상기 치밀화 공정(Densification Process)(C)은 직물 프리폼(10,knit preform), 테이프 프리폼(20,Tape prefoam), 인볼트 레이업 프리폼(30,Involute layup preform), 필라멘트 프리폼(Filament preform)에 적용되지만, 그 세부적인 조건은 다소 다르게 적용될 수 있다.The densification process C is applied to a knit preform 10, a tape prefoam 20, an involute layup preform 30, and a filament preform However, the detailed conditions can be applied somewhat differently.

일례로, 내열수지를 이용한 함침 과정은 탄소계, 실리콘 카바이드계 섬유(직물)로 제조된 프리폼(preform)에 적용되며, 이를 위해 진공을 이용한 VRTM (Vacuum Resin Transfer Molding), HIPIC (High Isostatic Pressure Impregnation Carbonization)와 같은 방법이 적용된다. 반면, 열분해 탄소 또는 내열수지(페놀릭계, 에폭시계, 피치계)를 사용하여 복합재료 내부를 채워가며 제조된 프리폼(preform)에서는 수지 함침이 적용되지 않게 된다.For example, the impregnation process using a heat-resistant resin is applied to a preform made of a carbon-based or silicon carbide-based fiber (fabric). Vacuum resin transfer molding (VRTM), high isostatic pressure impregnation Carbonization) is applied. On the other hand, resin impregnation does not apply to preforms produced by filling pyrolytic carbon or heat resistant resin (phenolic resin, epoxy resin, and pitch resin) inside the composite material.

일례로, 프리폼(preform)이 B-stage 프리프렉(Pre-preg)을 사용하여 제조되었으면, 이를 경화 및 고정화시키는 과정은 고온 및 고압 분위기에서 이루어진다.For example, if a preform is manufactured using a B-stage pre-preg, the process of curing and immobilizing it is performed in a high temperature and high pressure atmosphere.

일례로, 프리폼(preform)의 밀도화를 위한 기상 밀도화 방식은 열분해 탄소를 이용한 ICVI (Isothermal Chemical Vapour Infiltration), TGCVI(Thermal Gradient Vhemical Vapour Infiltration)와 같은 방법으로 수행된다.For example, the density of the preform is increased by using a method such as ICVD (Isothermal Chemical Vapor Infiltration) or TGCVI (Thermal Gradient Vapor Vapor Infiltration) using pyrolysis carbon.

상기 표면처리 공정(Surface Treatment Quality Control Process)(D)은 S50의 탄화열처리(Carbonization Heat Treatment)와 S70의 내산화처리(Antioxidation Treatment)가 수행됨으로써 밀도 증가된 프리폼(preform)이 외부에 형성된 미세 기공 및 크랙을 수분과 산화 분위기로부터 보호된다.In the surface treatment quality control process (D), Carbonization heat treatment of S50 and Antioxidation treatment of S70 are performed to increase the density of the preform to be fine pores And the cracks are protected from moisture and oxidizing atmosphere.

통상, S60과 같이 프리폼(preform)을 최종 목적에 맞게 가공해 주는 최종가공(Final Machining)이 S70의 내산화처리(Antioxidation Treatment)전 수행되고, S80의 검사(NDT X-ray CT)가 S70의 내산화처리(Antioxidation Treatment) 후 수행됨으로써 제조 후 내부 구조가 확인될 수 있다.Usually, the final machining is performed before the antioxidation treatment in S70, and the inspection (NDT X-ray CT) in S80 is performed in S70 By performing after the oxidation treatment (Antioxidation Treatment), the internal structure after manufacture can be confirmed.

특히, S70의 내산화처리(Antioxidation Treatment)는 프리폼(preform)의 종류에 따라 다르게 적용될 수 있다.In particular, the antioxidation treatment of S70 can be applied differently depending on the kind of the preform.

일례로, 탄소/탄소, 탄소/실리콘카바이드,실리콘카바이드/실리콘카바이드 프리폼(preform)이 고밀도화가 이루어진 경우, 최종 목적에 맞게 가공된 표면이 SiC, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, WC 계열을 적용한 내산화 코팅이 수행될 수 있다.In one example, the carbon / if carbon, the carbon / silicon carbide, silicon carbide / silicon carbide preform (preform) a density is made, the processed surface according to the final target SiC, SiO _2, Al ₂ O _3, ZrO _2, WC series An anti-oxidation coating can be performed.

일례로, 최종적으로 완성된 프리폼(preform)에서 외부와 내부로 형성될 수 있는 미세 크랙 및 기공의 산화반응을 억제 하고자 할 겨우, 그 표면에 SiC, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, WC계열을 적용한 내산화 코팅이 수행될 수 있다.As an example, in the finally completed preform (preform) only want to suppress the oxidation of the micro-cracks and pores can be formed in the outside and the inside, on the surface of SiC, SiO _2, Al ₂ O _3, ZrO _2, WC An oxidation-resistant coating to which a series is applied can be performed.

일례로, 탄소/탄소(탄소.실리콘카바이드, 실리콘카바이드/실리콘카바이드)프리폼(preform)이 오직 열분해 탄소만을 이용하여 고밀도가 이루어진 경우, 내산화 코팅 후 높은 가스 투과도에 의한 수분과 산소의 침투를 최소화하기 위하여 페인트 처리가 더 수행될 수 있다.For example, if carbon / carbon (carbon, silicon carbide, silicon carbide / silicon carbide) preforms are made only of pyrolytic carbon and have high density, then penetration of moisture and oxygen by high gas permeability after oxidation- A further paint treatment may be performed.

이하, 본 발명의 다양한 실시예를 통해 프리폼(preform)으로부터 고성능 확대부로 작용하는 추력 노즐용 익시트 콘이 제조되는 예를 기술한다.Hereinafter, an example will be described in which an eyed sheet cone for a thrust nozzle acting as a high-performance enlargement part from a preform is manufactured through various embodiments of the present invention.

도 2(가)는 익시트 콘이 직물 프리폼(10,knit preform)을 이용해 제조되는 예로서, 이를 위한 전체 공정은 디자인 공정(Design Process)(A)에서 설계된 익시트 콘 금형(11)을 적층 공정(Lay Up Process)(B)을 통해 직물 프리폼(10,knit preform)으로 제조한 후, 치밀화 공정(Densification Process)(C)과 표면처리 공정(Surface Treatment Quality Control Process)(D)을 거치는 방식으로 수행된다.2 (A) shows an example in which an ichseiton cone is manufactured by using a knit preform 10, and the whole process for this is the step of stacking an extruded sheet metal mold 11 designed in a design process (A) (D) and a surface treatment quality control process (D) after fabricating into a fabric preform (10, knit preform) through a lay-up process (B) .

반면, 상기와 같은 직물 프리폼(10,knit preform)은 도 2(나)와 같이 테이프 프리폼(20,Tape preform)으로 대체될 수 있는데, 이는 직물 프리폼(10,knit preform)과 달리 테이프소재(23)로 익시트 콘 금형(21)을 감싸 제조되는 차이만 있는 방식이다.The knitted preform 10 may be replaced with a tape preform 20 as shown in FIG. 2 (B), which is different from the knitted preform 10 in that the tape material 23 ), Which is manufactured by wrapping the extruded sheet metal mold (21).

구체적으로, 적층 공정(Lay Up Process)(B)에서는 익시트 콘 금형(11)에 적층소재(13)를 감싼 후 직조장치(100,sewing knitting apparatus)에 장착하고, 적층소재(13)의 적층 두께 방향으로 재봉소재(15)를 재봉하여 준 다음, 이어 익시트 콘 금형(11)과 분리됨으로써 직물 프리폼(10,knit preform)이 제조된다.Specifically, in the lay-up process (B), the laminate material 13 is wrapped around the extruded sheet metal mold 11 and then mounted on a sewing knitting apparatus 100, The sewing material 15 is sewn in the thickness direction and then separated from the ear sheet cone mold 11 to produce a knit preform 10.

이때, 상기 적층소재(13)는 레이온계 탄소섬유로 이루어진 직물(knit)을 이용하고, 익시트 콘 금형(11)의 형상에 맞춰 원통형으로 재단한 후 약 10~30장 정도를 적층하여 준다. 상기 재봉소재(15)는 적층소재(13)의 층간 인장 강도를 높여주며, 이를 위해 레이온계 재봉섬유가 적용되고, 특히 그 간격(La)은 약 3mm로 유지하여 준다.At this time, the layered material 13 is cut into a cylindrical shape in accordance with the shape of the extruded sheet metal mold 11 by using a knit made of rayon-based carbon fiber, and then about 10 to 30 sheets are laminated. The sewing material 15 enhances the interlaminar tensile strength of the laminated material 13. For this purpose, rayon-based sewing fibers are applied, and the interval La is maintained at about 3 mm.

이어, 치밀화 공정(Densification Process)(C)에서는 직물 프리폼(10,knit preform)에 대한 함침-경화-탄화처리가 수행된다. 이때, 상기 직물 프리폼(10,knit preform)의 함침-경화 과정은 페놀릭 수지를 이용하며, 온도 조건은 약 80 ~ 200℃ 이고, 압력 조건은 100~1000psi를 적용하여 준다. 상기 직물 프리폼(10,knit preform)의 탄화 과정은 경화된 상태에서 열처리 오븐을 이용하고, 온도 조건은 약 500~1200℃를 적용하여 준다.In the densification process (C), impregnation-curing-carbonization treatment is performed on the fabric preform 10 (knit preform). In this case, the impregnation-curing process of the fabric preform 10 is performed using a phenolic resin under a temperature of about 80 to 200 ° C and a pressure of 100 to 1000 psi. The carbonization process of the knitted preform 10 is performed using a heat treatment oven in a cured state and a temperature condition of about 500 to 1200 ° C. is applied.

이를 통해, 상기 직물 프리폼(10,knit preform)은 저밀도 탄소/탄소로 탄화된 상태가 된다.Thereby, the fabric preform 10 is carbonized with low density carbon / carbon.

이어, 함침-경화-탄화처리를 수행한 직물 프리폼(10,knit preform)에는 함침-탄화처리가 다시 수행됨으로써 탄화된 저밀도 탄소/탄소의 밀도를 증가시켜 준다. 이러한 함침-탄화처리는 피치 또는 페놀릭 수지를 이용하고, 함침-탄화온도 조건은 약 700~1200℃이고, 함침압력조건은 50~1000 bar를 적용하여 준다. Subsequently, the impregnation-carbonization treatment is performed on the fabric preform 10 subjected to the impregnation-curing-carbonization treatment to increase the density of the carbonized low density carbon / carbon. The impregnation-carbonization treatment uses a pitch or phenolic resin, the impregnation-carbonization temperature condition is about 700 to 1200 ° C, and the impregnation pressure condition is 50 to 1000 bar.

통상, 이러한 함침-탄화처리는 약 2~5회 함침-탄화 과정을 반복 수행함으로써, 직물 프리폼(10,knit preform)은 최종적으로 1.55~1.72 g/cm³ 의 밀도 상태로 된다.Typically, the impregnation-carbonization treatment is repeated twice to 5 times by the impregnation-carbonization process so that the knitted preform 10 finally has a density of 1.55 to 1.72 g / cm ³ .

특히, 탄소섬유로만 이루어진 직물 프리폼(10,knit preform)에는 열분해 탄소를 이용한 ICVI (Isothermal Chemical Vapour Infiltration), TGCVI(Thermal Gradient Vhemical Vapour Infiltration)와 같은 기상 함침 방법이 적용됨으로써 기상으로 밀도화가 이루어진다.Particularly, a woven fabric preform (10, knit preform) made of only carbon fiber is densified by vapor phase by applying a gas phase impregnation method such as ICVI (Isothermal Chemical Vapor Infiltration) and TGCVI (Thermal Gradient Vapor Vapor Infiltration) using pyrolysis carbon.

이를 위해, 프로판 가스가 사용되며, 고밀도화를 위한 증착온도조건은 800~1000℃이고, 공정속도조건은 0.3~1.5 mm/hr로 수행한다. 이로부터 직물 프리폼(10,knit preform)은 최종적으로 1.55~1.71 g/cm³ 의 밀도 상태로 된다.For this purpose, propane gas is used, the deposition temperature condition for high density is 800 to 1000 ° C, and the process speed condition is 0.3 to 1.5 mm / hr. From this, the fabric preform 10 finally has a density of 1.55 to 1.71 g / cm < ^{3 &} gt ;.

이후, 표면처리 공정(Surface Treatment Quality Control Process)(D)에서는 상기 직물 프리폼(10,knit preform)에 내산화 코팅이 수행됨으로써 직물 프리폼(10,knit preform)은 그 외부에 형성된 미세 기공 및 크랙을 수분과 산화 분위기로부터 보호된다. 이를 위한 내산화 코팅재는 SiC, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, WC 계열을 이용한다.In the surface treatment quality control process (D), the oxidation precoat 10 is applied to the knit preform 10, so that the fabric preform 10 has fine pores and cracks formed on the outer surface thereof. Protected from moisture and oxidizing atmosphere. The oxidation-resistant coating material for this purpose is SiC, SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , and WC series.

한편, 도 3은 인볼트 레이업 프리폼(30,Involute layup preform)의 예를 나타낸다.On the other hand, FIG. 3 shows an example of an in-bolt layup preform 30.

이 경우, 디자인 공정(Design Process)(A)에서 설계되는 익시트 콘의 인볼트 레이업은 기하학적인 형상과 고온 고압의 연소가스에 의한 열/기계적 경계 조건을 감안하여 패턴이 설계된다. In this case, the in-bolt layup of the fillet cone designed in the design process (A) is designed in consideration of the geometrical shape and the thermal / mechanical boundary conditions due to the high-temperature and high-pressure combustion gas.

그리고, 적층 공정(Lay Up Process)(B)에서는 익시트 콘 금형(31)에 제1 레이업소재(33)를 약 30~200장 정도를 적층한 후 제2 레이업소재(35)를 감싼 다음 제3 레이업소재(37)로 외곽을 감싸줌으로써 인볼트 레이업 프리폼(30,Involute layup preform)이 제조된다.In the lay-up process (B), approximately 30 to 200 pieces of the first layup material 33 are laminated on the extruded sheet metal mold 31, and then the second layup material 35 is wrapped And then the third layup material 37 is wrapped around the outside to prepare an in-line layup preform 30.

이때, 상기 제1 레이업소재(33)에는 재단된 탄소/페놀릭 프리프렉(Pre-preg)이 사용되고, 상기 제2 레이업소재(35)에는 외면을 감싸는 수지 함침용 직물과 진공 필름이 사용되며, 상기 제3 레이업소재(37)에는 Hydroclave에서 경화할 수 있는 고무가 사용된다.At this time, a cut carbon / phenolic prepreg is used for the first layup material 33, and a resin-impregnated fabric and a vacuum film for covering the outer surface are used for the second layup material 35 And the third layup material (37) is made of rubber that can be hardened by a hydroclave.

이어, 치밀화 공정(Densification Process)(C)에서는 인볼트 레이업 프리폼(30,Involute layup preform)에 대한 경화-탄화 처리가 수행된다.Next, in the densification process (C), a hardening-carbonization treatment is performed on the in-bolt layup preform (30).

상기 인볼트 레이업 프리폼(30,Involute layup preform)의 경화를 위한 경화 온도조건은 약 80 ~ 200℃이고, 압력은 약 100~1000 psi를 적용하며, 이를 위한 설비로 Autoclave 또는 Hydroclave를 이용해 장착한 상태에서 그 내부로 진공라인을 장착하여 준다.The curing temperature condition for the curing of the in-line layup preform 30 is about 80 to 200 ° C. and the pressure is about 100 to 1000 psi. The apparatus is equipped with an autoclave or a hydroclave The vacuum line is attached to the inside thereof.

상기 인볼트 레이업 프리폼(30,Involute layup preform)의 탄화를 위한 탄화 온도 조건은 약 500~1200℃를 적용하며, 이를 위한 설비로 경화된 인볼트 레이업 프리폼(30,Involute layup preform)을 수용하는 열처리 오븐이 이용된다.The carbonization temperature condition for the carbonization of the in-bolt layup preform 30 is about 500 to 1200 ° C., and a cured bolt layup preform 30 is accommodated A heat treatment oven is used.

이어, 치밀화 공정(Densification Process)(C)에서는 함침-탄화처리가 다시 수행됨으로써 탄화된 저밀도 탄소/탄소의 밀도를 증가시켜 준다. 이러한 함침-탄화처리는 피치 또는 페놀릭 수지를 이용하고, 함침-탄화온도 조건은 약 700~1200℃이고, 함침압력조건은 50~1000 bar를 적용하여 준다. Subsequently, in the densification process (C), the impregnation-carbonization treatment is performed again to increase the density of the carbonized low density carbon / carbon. The impregnation-carbonization treatment uses a pitch or phenolic resin, the impregnation-carbonization temperature condition is about 700 to 1200 ° C, and the impregnation pressure condition is 50 to 1000 bar.

이후, 표면처리 공정(Surface Treatment Quality Control Process)(D)에서는 상기 인볼트 레이업 프리폼(30,Involute layup preform)에 내산화 코팅이 수행됨으로써 인볼트 레이업 프리폼(30,Involute layup preform)은 그 외부에 형성된 미세 기공 및 크랙을 수분과 산화 분위기로부터 보호된다. 이를 위한 내산화 코팅재는 SiC, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, WC 계열을 이용한다.Thereafter, in the surface treatment quality control process (D), an oxidation-resistant coating is performed on the in-line layup preform 30 so that the in-line layup preform 30 Micropores and cracks formed on the outside are protected from moisture and an oxidizing atmosphere. The oxidation-resistant coating material for this purpose is SiC, SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , and WC series.

한편, 필라멘트 프리폼(Filament preform)의 경우는 다음과 같이 수행될 수 있다.On the other hand, in the case of the filament preform, the following can be performed.

이 경우, 적층 공정(Lay Up Process)(B)에서는 익시트 콘 금형에 필라멘트 와인딩(Filament winding)공법을 이용하여 탄소섬유(또는 프리프렉)를 적층하고 동시에 페놀수지에 함침 시켜준다. 이때, 헤리컬(helical)층은 ㅁ45도로 교대하여 수행하고, 특히 노즐목과 조립되는 익시트 콘 금형의 실리더 부위와 확대부 끝단부위에는 후프층(hoop layer)을 보강하여 준다.In this case, in the lay-up process (B), carbon fiber (or prepreg) is laminated on the extruded sheet metal mold using a filament winding method, and simultaneously impregnated with the phenolic resin. At this time, the helical layer is alternately performed at 45 degrees. In particular, a hoop layer is reinforced on the cylinder portion and the enlarged portion of the extruded sheet metal mold assembled with the nozzle neck.

이어, 치밀화 공정(Densification Process)(C)에서는 필라멘트 프리폼(Filament preform) 대한 경화-탄화 처리가 수행된다. 하지만, 이 경우 경화 전 진공배깅(vacuum bagging)을 먼저 실시해줌으로써 경화중 발생하는 휘발분을 제거하여 준다.Next, in the densification process (C), a hardening-carbonizing treatment for the filament preform is performed. However, in this case, vacuum bagging is performed before curing to remove volatile components generated during curing.

상기 필라멘트 프리폼(Filament preform)의 경화를 위한 경화 온도조건은 약 80 ~ 200℃이고, 압력은 약 100~1000 psi를 적용하며, 이를 위한 설비로 Autoclave가 이용된다.The curing temperature condition for curing the filament preform is about 80 to 200 DEG C, and the pressure is about 100 to 1000 psi, and the autoclave is used as the equipment for the curing.

상기 필라멘트 프리폼(Filament preform)의 탄화를 위한 탄화 온도 조건은 약 500~1200℃를 적용하며, 이를 위한 설비로 경화된 상기 필라멘트 프리폼(Filament preform)을 수용하는 열처리 오븐이 이용된다.A carbonization temperature condition for carbonization of the filament preform is about 500 to 1200 ° C, and a heat treatment oven for accommodating the filament preform cured by the equipment is used.

이어, 치밀화 공정(Densification Process)(C)에서는 함침-탄화처리가 다시 수행됨으로써 탄화된 저밀도 탄소/탄소의 밀도를 증가시켜 준다. 이러한 함침-탄화처리는 피치 또는 페놀릭 수지를 이용하고, 함침-탄화온도 조건은 약 700~1200℃이고, 함침압력조건은 50~1000 bar를 적용하여 준다.Subsequently, in the densification process (C), the impregnation-carbonization treatment is performed again to increase the density of the carbonized low density carbon / carbon. The impregnation-carbonization treatment uses a pitch or phenolic resin, the impregnation-carbonization temperature condition is about 700 to 1200 ° C, and the impregnation pressure condition is 50 to 1000 bar.

통상, 이러한 함침-탄화처리는 약 2~5회 함침-탄화 과정을 반복 수행함으로써, 필라멘트 프리폼(Filament preform)은 최종적으로 1.55~1.72 g/cm³ 의 밀도 상태로 된다.Generally, the impregnation-carbonization treatment is repeated twice to 5 times by the impregnation-carbonization process, so that the filament preform finally has a density of 1.55 to 1.72 g / cm ³ .

특히, 1차 탄화체를 이용한 기상 함침 방법에는 열분해 탄소를 이용한 ICVI (Isothermal Chemical Vapour Infiltration), TGCVI(Thermal Gradient Vhemical Vapour Infiltration)와 같은 기상 함침 방법이 적용됨으로써 기상으로 밀도화가 이루어진다.In particular, the gas phase impregnation method using the primary carbide is made into a vapor phase by applying the vapor phase impregnation method such as ICVI (Isothermal Chemical Vapor Infiltration) and TGCVI (Thermal Gradient Vapor Vapor Infiltration) using pyrolysis carbon.

이를 위해, 프로판 가스가 사용되며, 고밀도화를 위한 증착온도조건은 800~1000℃이고, 공정속도조건은 0.3~1.5 mm/hr로 수행한다. 이로부터 필라멘트 프리폼(Filament preform)은 최종적으로 1.50~1.65 g/cm³ 의 밀도 상태로 된다.For this purpose, propane gas is used, the deposition temperature condition for high density is 800 to 1000 ° C, and the process speed condition is 0.3 to 1.5 mm / hr. From this, the filament preform finally has a density of 1.50 to 1.65 g / cm < ^{3 &} gt ;.

이후, 표면처리 공정(Surface Treatment Quality Control Process)(D)에서는 상기 필라멘트 프리폼(Filament preform)에 내산화 코팅이 수행됨으로써 필라멘트 프리폼(Filament preform)은 그 외부에 형성된 미세 기공 및 크랙을 수분과 산화 분위기로부터 보호된다. 이를 위한 내산화 코팅재는 SiC, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, WC 계열을 이용한다.In the surface treatment quality control process (D), oxidation coating is performed on the filament preform, so that the filament preform has fine pores and cracks formed on the outside thereof, / RTI > The oxidation-resistant coating material for this purpose is SiC, SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , and WC series.

전술된 실시예와 같이 직물 프리폼(10,knit preform), 테이프 프리폼(20,Tape preform), 인볼트 레이업 프리폼(30,Involute layup preform), 필라멘트 프리폼(Filament preform)으로부터 고성능 확대부인 익시트 콘이 다양하게 제조된다.A high-performance widening sheet, such as a knitted preform 10, a tape preform 20, an involute layup preform 30, and a filament preform 30 as in the above- .

도 4는 다양한 프리폼(preform)으로부터 제조된 익시트 콘이 추력 노즐의 고성능 확대부로 적용된 상태를 나타낸다.Fig. 4 shows a state in which an eyelid cone manufactured from various preforms is applied as a high-performance enlarging portion of a thrust nozzle.

도시된 바와 같이, 익시트 콘(5)은 추진기관에서 발생된 고온 및 고압의 가스를 통과시켜 추력을 발생하도록 노즐 바디(3)에 함께 조립됨으로써 추력노즐(1)로 구성된다. 이러한 익시트 콘(5)을 적용한 추력노즐(1)은 고성능 노즐 조립체를 예로 들 수 있다.As shown in the figure, the ripe sheet cone 5 is composed of the thrust nozzle 1 by being assembled together with the nozzle body 3 so as to generate thrust by passing high-temperature and high-pressure gas generated from the propelling engine. The thrust nozzle 1 to which such a fillet cone 5 is applied is a high performance nozzle assembly.

상기 추력노즐(1)에 적용된 익시트 콘(5)은 다음의 실험예로부터 그 성능이 입증될 수 있었다.The performance of the oil squeegee 5 applied to the thrust nozzle 1 can be verified from the following experimental examples.

구체적으로, 익시트 콘(5)의 사양(Specification)은 300mm길이의 전장, 10mm두께의 실린더 부위, 3mm길이의 확대부 끝단 부위, 일반적인 탄소/페놀릭 복합재료를 이용한 익시트 콘의 중량 대비 1/4 중량이다.Specifically, the specification of the fillet cone 5 is an overall length of 300 mm, a cylinder portion of 10 mm in thickness, an enlarged end portion of 3 mm in length, a ratio of 1 to the weight of the fillet cone using a general carbon / phenolic composite material / 4 weight.

추진기관의 추진방식은 종합적인 성능 확인이 이루어지는 고체 추진기관 연소 시험을 수행하고, 충전체는 알루미늄이 19% 함유된 HTPB 계열 추진제를 사용하였고, 추진기관의 추진조건은 3500K의 화염온도, 1200psi의 평균압력, 20초의 연소시간이 적용되었다.The propulsion system was carried out in a solid propellant combustion test in which a comprehensive performance check was carried out. The propellant used HTPB series propellant containing 19% of aluminum. The propulsion conditions of the propulsion machinery were flame temperature of 3500K, Average pressure, and burning time of 20 seconds were applied.

이러한 시험중 측정된 압력 및 추력을 통한 익시트 콘(5)의 성능 확인 결과, 연소 초기에 발생하는 진동에 의한 익시트 콘(5)의 파괴가 일어나지 않았고, 특히 익시트 콘(5)의 끝단부위에 발생 가능한 Al₂O₃에 의한 기계적 삭마도 일어나지 않았다.As a result of checking the performance of the oil seats cone 5 through the measured pressure and thrust during this test, the oil seats cone 5 was not broken by the vibration generated at the beginning of the combustion, No mechanical abrasion by Al ₂ O ₃ occurred at the site.

이와 같이, 본 발명에 따른 다양한 실시예를 통해 제조된 익시트 콘(5)은 압력 및 추력이 설계된 대로 수행됨으로써 고체 및 액체 추진기관에서 소요되는 고성능화에 효과적임이 증명되었다.As described above, it is proved that the oil valve seat 5 manufactured through the various embodiments according to the present invention is effective for the high performance required in solid and liquid propulsion engines by performing pressure and thrust as designed.

1 : 추력 노즐 3 : 노즐 바디
5 : 익시트 콘(exit cone) 10 : 직물 프리폼(knit preform)
11,21,31 : 익시트 콘 금형
13 : 적층소재 15 : 재봉소재
20 : 테이프 프리폼(Tape preform)
23 : 테이프소재
30 : 인볼트 레이업 프리폼(Involute layup preform)
33 : 제1 레이업소재(탄소/페놀릭)
35 : 제2 레이업소재(직물 및 진공 필름)
37 : 제3 레이업소재(고무)
100 : 직조장치(sewing knitting appratus)
200 : 니들펀치1: thrust nozzle 3: nozzle body
5: exit cone 10: fabric preform (knit preform)
11, 21, 31: Aux sheet cone mold
13: laminated material 15: sewing material
20: Tape preform
23: Tape material
30: Involute layup preform < RTI ID = 0.0 >
33: 1st layup material (carbon / phenolic)
35: 2nd lay-up material (fabric and vacuum film)
37: Third lay-up material (rubber)
100: sewing knitting appratus
200: Needle punch

Claims

추진기관의 추력 노즐용 익시트 콘(exit cone)의 내열부품을 탄소-탄소, 탄소-실리콘-카바이드 복합재료로 제조하는 방법에 있어서,
상기 익시트 콘(exit cone)의 형태에 맞춰 설계된 익시트 콘이 내열부품의 층간 인장강도 형성을 위한 섬유 및 직물을 적층시켜 프리폼(preform)으로 제조되는 프리폼제조단계;
상기 프리폼에 내열수지를 함침시켜주는 함침단계;
상기 프리폼에 열분해 탄소를 증착시켜주는 증착단계;
상기 프리폼과 상기 내열수지를 경화해 고정화시켜주는 경화단계;
상기 경화된 프리폼을 탄화시켜주는 탄화단계;
상기 탄화된 프리폼에 내열수지를 재함침시켜주는 재함침단계;
상기 재함침 탄화된 프리폼을 고온 열처리시켜주는 열처리단계;
상기 고밀도화 열처리된 제품을 내산화 표면처리시켜주는 표면처리단계;
로 수행되는 것을 특징으로 하는 추력 노즐용 익시트 콘 제조방법.
A method for manufacturing a heat-resistant part of an exit cone for a thrust nozzle of a propulsion engine from a carbon-carbon or carbon-silicon-carbide composite material,
A preform manufacturing step in which an awashito cone designed in accordance with the shape of the exit cone is formed into a preform by laminating fibers and fabrics for forming interlaminar tensile strength of heat resistant parts;
Impregnating the preform with a heat-resistant resin;
A deposition step of depositing pyrolytic carbon on the preform;
A curing step of curing and immobilizing the preform and the heat-resistant resin;
A carbonization step of carbonizing the cured preform;
Impregnating the carbonized preform with a heat-resistant resin;
A heat treatment step of subjecting the re-impregnated carbonized preform to high temperature heat treatment;
A surface treatment step of subjecting the densified heat-treated product to oxidation-resistant surface treatment;
Wherein the step of forming the fillet cone for the thrust nozzle comprises the steps of:

청구항 1에 있어서, 상기 추진기관의 화염온도 1000~3500℃, 추진기관의 연소관 압력 100~3000psi인 고체 추진기관이나 액체 추진기관이고, 상기 복합재료는 밀도 1.30~1.80 g/cm³ 인 것을 특징으로 하는 추력 노즐용 익시트 콘 제조방법.The solid propellant or liquid propulsion engine according to claim 1, wherein the combustion temperature of the propulsion engine is 1000 to 3500 ° C and the combustion tube pressure of the propulsion engine is 100 to 3000 psi. The composite material has a density of 1.30 to 1.80 g / cm ³ Wherein said method comprises the steps of:

청구항 1에 있어서, 상기 프리폼(preform)은 직물 프리폼(knit preform), 테이프 프리폼(Tape preform), 인볼트 레이업 프리폼(Involute layup preform), 필라멘트 프리폼(Filament preform)중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 추력 노즐용 익시트 콘 제조방법.
The method of claim 1, wherein the preform is one of a knit preform, a tape preform, an involute layup preform, and a filament preform. Method for manufacturing an eyed sheet cone for a thrust nozzle.

청구항 1에 있어서, 상기 프리폼은 탄소계 섬유, 탄소계 직물, 실리콘카바이드계 섬유, 실리콘 카바이드계 직물중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 추력 노즐용 익시트 콘 제조방법.
The method according to claim 1, wherein the preform is one of a carbon fiber, a carbon fiber, a silicon carbide fiber, and a silicon carbide fiber.

청구항 1에 있어서, 상기 프리폼에 함침되는 내열수지는 페놀릭 수지, 피치, 에폭시 수지, PAA 수지, Polyimide 수지중 어느 하나이고, 상기 프리폼과 상기 내열수지의 조정화를 위한 온도조건은 80 ~ 200℃인 것을 특징으로 하는 추력 노즐용 익시트 콘 제조방법.
The method of claim 1, wherein the heat-resistant resin impregnated in the preform is one of a phenolic resin, a pitch, an epoxy resin, a PAA resin, and a polyimide resin, and the temperature condition for adjusting the preform and the heat- Wherein said method comprises the steps of:

청구항 1에 있어서, 상기 프리폼의 증착은 상기 프리폼에 열분해 탄소를 적용하고, 온도조건은 800~1000℃ 인 것을 특징으로 하는 추력 노즐용 익시트 콘 제조방법.
[6] The method of claim 1, wherein the preform is formed by applying pyrolytic carbon to the preform, and the temperature condition is 800 to 1000 ° C.

청구항 1, 4, 5, 6중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리폼의 탄화를 위한 온도조건은 상기 프리폼이 함침 및 고정화된 상태에서 700~1200℃이고, 상기 프리폼의 열처리를 위한 온도 조건은 1800~2500℃인 것을 특징으로 하는 추력 노즐용 익시트 콘 제조방법.
The method of any one of claims 1, 4, 5, and 6, wherein the temperature condition for carbonization of the preform is 700 to 1200 ° C under the condition that the preform is impregnated and immobilized, and the temperature condition for heat- 2500 < 0 > C.

청구항 1, 4, 5, 6중 어느 한 항에 있어서, 상기 프리폼의 재함침은 상기 탄화된 프리폼에 50~1000 bar의 함침 압력과 700~1200℃의 함침온도에서 이루어지고, 페놀릭 수지, 피치, 에폭시 수지, PAA 수지, Polyimide 수지중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 추력 노즐용 익시트 콘 제조방법.
The method of any one of claims 1, 4, 5 and 6, wherein the re-impregnation of the preform is performed on the carbonized preform at an impregnation pressure of 50 to 1000 bar and an impregnation temperature of 700 to 1200 캜, , An epoxy resin, a PAA resin, and a polyimide resin.

청구항 1에 있어서, 상기 내산화 표면처리는 SiC, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, WC계열의 어느 하나를 이용하여 표면을 내산화 코팅을 하고, 내수성 페인트를 적용하여주는 것을 특징으로 하는 추력 노즐용 익시트 콘 제조방법.The method according to claim 1, the anti-oxidation surface treatment SiC, SiO _2, Al ₂ O _3, ZrO _2, characterized in that the oxidation coating of a surface using any one of a WC-based, and that by applying a water-resistant paint Method for manufacturing an eyed sheet cone for a thrust nozzle.