FR2553148A1

FR2553148A1 - Rocket chamber fabrication

Info

Publication number: FR2553148A1
Application number: FR8415406A
Authority: FR
Inventors: M Niino; N Yatsuyanagi; A Suzuki; A Kumakawa; H Tamura; M Sasaki; H Gomi; H Sakamoto; F Ono; Y Masuda; R Watanabe; J Takekawa; Y Doi; N Kuroishi; Y Takeda; S Ochi
Original assignee: National Aerospace Laboratory of Japan
Current assignee: National Aerospace Laboratory of Japan
Priority date: 1983-10-07
Filing date: 1984-10-08
Publication date: 1985-04-12
Also published as: DE3436419A1; DE3436419C2; FR2553148B1

Abstract

The rocket combustion chamber consists of a copper inner chamber with channels for the flow of coolant and an outer casing formed from compacted and sintered electrolytic copper powder. The coolant channels are filled with alloy with a low melting point. The filling operation is carefully controlled to prevent the formation of blowholes or contraction defects. The metal, after solidifying ensures that the form of the coolant channels is maintained without deformation during the subsequent fabrication operations. The chamber is then copper plated to form a shell which provides a smooth surfaced closure to the coolant channels. The low melting point alloy is then heated to melting point and drained from the channels. Finally the outer casing is formed of sintered copper powder which forms a firm bond with the copper plated shell.

Description

Procédé pour réaliser des chambres de combustion pour fusées. Method for producing combustion chambers for rockets.

L'invention concerne un procédé pour réaliser des chambres de combustion pour moteurs de fusée à combustible liquide, et elle concerne particulièrement un procédé pour réaliser des chambres de combustion du type comportant un système de canalisations servant au refroidissement. The invention relates to a method for producing combustion chambers for rocket engines with liquid fuel, and it relates particularly to a method for producing combustion chambers of the type comprising a pipe system used for cooling.

Au cours des récentes années, on a constaté un besoin pour une poussée plus forte pour les moteurs de fusées à combustible liquide, ce qui fait que la résistance au refroidissement et à la pression de la chambre de combustion est devenue un problème important. Dans les moteurs de fusée à combustible liquide classiques, la chambre de combustion comprend une paroi de refroidissement comportant un système de canalisations pour satisfaire ces exigences de refroidissement et de résistance à la pression. Les figures 1 et 2 sont respectivement une vue schématique en perspective.et une coupe transversale d'une chambre de moteur de fusée classique.Comme on le voit clairement à la figure 2, la chambre de combustion 1 comprend un cylindre interne 2 réalisé en un matériau à forte conductivité thermique, tel que du cuivre ou un alliage de cuivre, et un cylindre externe 3 relié audit cylindre interne 2. La périphérie du cylindre interne 2, comme le montre clairement la figure 2, comprend plusieurs gorges 4 constituant une section de refroidissement du type à canalisations; on fait passer par exemple de l'hydrogène liquide par ces gorges 4 pour refroidir la chambre de combustion 1. In recent years, there has been a need for stronger thrust for liquid fuel rocket engines, so that the resistance to cooling and pressure of the combustion chamber has become a significant problem. In conventional liquid fuel rocket engines, the combustion chamber includes a cooling wall having a piping system to meet these cooling and pressure resistance requirements. Figures 1 and 2 are respectively a schematic perspective view. And a cross section of a conventional rocket engine chamber. As can be clearly seen in FIG. 2, the combustion chamber 1 comprises an internal cylinder 2 produced in a material with high thermal conductivity, such as copper or a copper alloy, and an external cylinder 3 connected to said internal cylinder 2. The periphery of the internal cylinder 2, as clearly shown in FIG. 2, comprises several grooves 4 constituting a section of pipe type cooling; liquid hydrogen is passed, for example, through these grooves 4 to cool the combustion chamber 1.

A cet égard, la chambre de combustion 1 décrite ci-dessus a donc été réalisée jusqu'ici, comme le montre les vues en perspective partielle des figures 3 à 5, en préparant le cylindre interne 2, en usinant la périphérie externe du cylindre interne 2 en vue de former les gorges 4, et en reliant le cylindre externe 3 à la périphérie du cylindre interne 2. Mais comme la chambre de combustion 1 de la fusée doit être soumise à des pressions très élevées, les cylindres interne et externe 2 et 3 doivent etre reliés l'un à l'autre de façon très résistante. En outre, du fait que le refroidissement de la chambre de. In this regard, the combustion chamber 1 described above has therefore been produced so far, as shown in the partial perspective views of FIGS. 3 to 5, by preparing the internal cylinder 2, by machining the external periphery of the internal cylinder 2 in order to form the grooves 4, and by connecting the external cylinder 3 to the periphery of the internal cylinder 2. But since the combustion chamber 1 of the rocket must be subjected to very high pressures, the internal and external cylinders 2 and 3 must be connected to each other in a very resistant manner. In addition, the fact that the cooling of the chamber.

combustion 1 pose un problème très important, dans les cas où après jonction du cylindre externe 3 les gorges 4 se déforment dans leur sections de passage de refroidissement ou quand les surfaces périphériques des gorges 4, particulièrement la condition de surface de la région où le cylindre externe 3 est face aux gorges 4, sont rugueuses, un fluide de refroidissement tel que de l'hydrogène liquide, quand il passe par les gorges, peut donner naissance à des pertes par friction excessives.combustion 1 poses a very important problem, in cases where after junction of the external cylinder 3 the grooves 4 deform in their cooling passage sections or when the peripheral surfaces of the grooves 4, particularly the surface condition of the region where the cylinder external 3 is facing the grooves 4, are rough, a cooling fluid such as liquid hydrogen, when it passes through the grooves, can give rise to excessive friction losses.

C'est pourquoi on a essayé jusqu'ici de nombreux procédés tels que le brasage, l'électroformage, la métallurgie des poudres et l'adhérence par diffusion pour relier les cylindres interne 2 et externe 3 l'un à l'autre. Quand il s'agit du brasage, si la fluidité du matériau de brasage est faible, l'inconxenient est qutil est impossible d'obtenir l'uniformité de la résistance de la jonction. En outre, dans le cas de l'électroformage, et comme on l'utilise pour former un cylindre externe par électro-placagee de Ni, le problème est que la réaction d'électrolyse est de longue durée. En outre, quand on utilise le procédé de liaison par diffusion, on a constaté que la précision obtenue était mauvaise. This is why we have tried so far many methods such as soldering, electroforming, powder metallurgy and adhesion by diffusion to connect the inner 2 and outer 3 cylinders to each other. When it comes to brazing, if the fluidity of the brazing material is low, the downside is that it is impossible to obtain uniformity in the resistance of the junction. In addition, in the case of electroforming, and as it is used to form an external cylinder by electroplating of Ni, the problem is that the electrolysis reaction is long lasting. In addition, when using the diffusion bonding method, it was found that the accuracy obtained was poor.

Par ailleurs, les demandes de brevet DE 3320556.6 et 3320557.4 décrivent des procédés pour la jonction de cylindres interne et externe par métallurgie des poudres. Selon ces procédés de l'art antérieur, la méthode de production comprend la préparation d'un cylindre interne muni sur sa périphérie externe d'une paroi de refroidissement à système de canalisations comprenant plusieurs gorges, le remplissage des gorges du cylindre interne avec de la cire de parafine ou un mélange de cire de paraffine et de poudre d'A1203, et le moulage par compression d'une poudre métallique placée autour de la périphérie du cylindre interne rempli de ladite charge, sous- une pression isostatique et jusqu'à une épaisseur prédéterminée pour former le cylindre externe. Furthermore, patent applications DE 3320556.6 and 3320557.4 describe methods for joining internal and external cylinders by powder metallurgy. According to these methods of the prior art, the production method comprises the preparation of an internal cylinder provided on its external periphery with a cooling wall with system of pipes comprising several grooves, filling the grooves of the internal cylinder with paraffin wax or a mixture of paraffin wax and A1203 powder, and compression molding of a metal powder placed around the periphery of the internal cylinder filled with said charge, under isostatic pressure and up to a predetermined thickness to form the outer cylinder.

Mais du fait de l'utilisation de cire de paraffine ou analogue pour constituer la charge, 1? inconvénient est que, pendant le moulage par compression du cylindre externe, la cire de paraffine se déforme et le résultat est que le cylindre externe est moulé alors que certaines particules de poudre métallique pénètrent dans les gorges 4, ce qui rend irrégulière la forme en coupe des gorges 4 et augmente fortement les pertes par friction entre le fluide de refroidissement et les parois des gorges 4.Quand on effectue le remplissage avec la cire de paraffine ou analogues et si des bulles sont présentent dans la cire, la pression à appliquer pendant le pressage isostatique à froid (PIF) provoque l'affaissement de la cire de paraffine d'une quantité correspondant à celle des bulles, le résultat étant que certaines des particules métalliques formant le cylindre externe font saillie dans les gorges 4. Lorsque de telles saillies existent, leur élimination mécanique est très difficile. I1 est donc souhaitable de détecter la présence de ces bulles avant d'appliquer le PIF, mais dans le- cas où l'on utilise de la cire de paraffine en tant que charge, la détection des bulles s'avère très difficile dans la pratique. But due to the use of paraffin wax or the like to constitute the filler, 1? drawback is that, during compression molding of the outer cylinder, the paraffin wax deforms and the result is that the outer cylinder is molded while certain particles of metallic powder penetrate into the grooves 4, which makes the sectional shape irregular. of the grooves 4 and greatly increases the friction losses between the cooling fluid and the walls of the grooves 4. When the filling is carried out with paraffin wax or the like and if bubbles are present in the wax, the pressure to be applied during the cold isostatic pressing (FIP) causes the paraffin wax to collapse by an amount corresponding to that of the bubbles, the result being that some of the metal particles forming the outer cylinder protrude into the grooves 4. When such protrusions exist , their mechanical removal is very difficult. It is therefore desirable to detect the presence of these bubbles before applying the PIF, but in the case where paraffin wax is used as a filler, the detection of the bubbles proves to be very difficult in practice. .

En outre, le procédé métallurgique à poudre sus-mentionné présente des inconvénients additionnels provenant du fait que le moulage par compression du cylindre externe nécessite également de placer un moule à l'intérieur du cylindre interne, que ce moule est difficile à réaliser, et qutaprès le moulage par compression il existe une différence de résistance d'adhérence entre la jonction de lapériphérie externe du cylindre interne fritté (les parties en forme de nervures présentent entre gorges adjacentes 4) et la partie frittée du cylindre externe. In addition, the aforementioned powder metallurgical process has additional drawbacks due to the fact that the compression molding of the external cylinder also requires placing a mold inside the internal cylinder, which this mold is difficult to produce, and afterwards compression molding there is a difference in adhesion strength between the junction of the external periphery of the sintered internal cylinder (the rib-shaped parts have between adjacent grooves 4) and the sintered part of the external cylinder.

Un but principal de l'invention est de procurer un procéder pour réaliser une chambre de combustion refusée du type dans lequel le cylindre externe est formé métallurgiquement par des poudres autour du cylindre externe, lequel procédé élimine les inconvénients sus-mentionnés, assure une résistance plus élevée de la jonction entre les cylindres interne et externe et produit une perte par friction très faible quand un fluide de refroidissement passe dans la section de refroidissement du type à canalisations. A main object of the invention is to provide a procedure for producing a rejected combustion chamber of the type in which the external cylinder is formed metallurgically by powders around the external cylinder, which method eliminates the above-mentioned drawbacks, ensures more resistance. high of the junction between the internal and external cylinders and produces a very low friction loss when a cooling fluid passes in the cooling section of the piping type.

En bref, l'invention est un procédé de réalisation de chambres de combustion de fusées comprenant les opérations consistant à préparer un cylindre interne comportant autour de sa périphérie externe une section de refroidissement constituée par un système de canalisations à plusieurs gorges, le remplissage des gorges du cylindre interne au moyen d'un alliage à faible point de fusion; le moulage par compression d'une poudre métallique placée autour du cylindre interne rempli dudit alliage à faible point de fusion jusqu a une épaisseur prédéterminée en vue de former ainsi un cylindre externe, et de fritter ce dernier.Dans la présente invention, la cire de paraffine que l'on utilise habituellement en tant que charge est remplacée par un alliage à faible point de fusion (te;L du'métal de Woods" appelé ega'1e'ent-'a11e de tod"). Ainsi, lorsqu'une poedre rnte1lique estmnalée par carpression autour du cylindre interne rempli d'un alliage à faible point de fusion il n'y a as de possibilité que la charge se déforme, ni la possibilité d'une modification de la forme en coupe des gorges de refroidissement.En outre, du fait que les parties de surface frittées du cylindre externe qui sont face aux gorges sont lisses, il est possible obtenir un passage de refroidissement en forme de -canalisation dont le rendement de refroidissement est élevé, avec moins de pertes par friction. In short, the invention is a method for producing rocket combustion chambers comprising the operations consisting in preparing an internal cylinder comprising around its external periphery a cooling section constituted by a system of pipes with several grooves, filling the grooves the inner cylinder using a low melting point alloy; compression molding of a metal powder placed around the internal cylinder filled with said low-melting alloy to a predetermined thickness in order to thereby form an external cylinder, and to sinter the latter. In the present invention, paraffin which is usually used as a filler is replaced by an alloy with a low melting point (te; L du'métal de Woods "called ega'1e'ent-'a11e de tod"). Thus, when a linear poedre is pressed by pressure around the internal cylinder filled with an alloy with low melting point, there is no possibility that the load deforms, nor the possibility of a modification of the shape in section. Cooling grooves. Furthermore, since the sintered surface portions of the outer cylinder which face the grooves are smooth, it is possible to obtain a cooling passage in the form of a duct, the cooling efficiency of which is high, with less friction losses.

Selon un aspect particulier de l'invention, pendant le remplissage des gorges de la périphérie externe du cylindre interne au moyen d'un alliage à faible point de fusion, le cylindre interne est rempli d'un alliage à faible point de fusion servant de coeur pendant le moulage par compression du cylindre externe. L'insertion du coeur dans le cylindre interne en même temps que le remplissage des gorges du cylindre interne au moyen du matériau de remplissage permet de simplifier le processus de production et la forme du moule destiné au moulage par compression suite au remplissage. According to a particular aspect of the invention, during the filling of the grooves of the external periphery of the internal cylinder by means of a low melting point alloy, the internal cylinder is filled with a low melting point alloy serving as a core during compression molding of the outer cylinder. The insertion of the core into the internal cylinder at the same time as the filling of the grooves of the internal cylinder with the filling material makes it possible to simplify the production process and the shape of the mold intended for compression molding following filling.

Cependant, il n'est pas absolument nécessaire d'utiliser un alliage à faible point de fusion pour constituer le coeur destiné au formage du cylindre externe par moulage par compression et, naturellement, on peut insérer dans le cylindre interne un coeur en métal formé séparément. However, it is not absolutely necessary to use an alloy with a low melting point to constitute the core intended for the forming of the external cylinder by compression molding and, of course, it is possible to insert into the internal cylinder a metal core formed separately. .

Selon un autre aspect particulier de l'invention, à la suite du remplissage, on forme une coquille de placage en Cusur la périphérie du cylindre interne rempli d'un alliage à faible point de fusion. La formation de cette coquille de placage en cru permet de réduire fortement les pertes par friction provoquées par le passage d'un fluide de refroidissement, comme décrit ci-dessus. According to another particular aspect of the invention, after filling, a Cus cladding shell is formed on the periphery of the internal cylinder filled with a low melting point alloy. The formation of this raw plating shell makes it possible to greatly reduce the friction losses caused by the passage of a cooling fluid, as described above.

De plus, la poudre métallique devant être utilisée pour le formage du cylindre externe au cours de l'opération de moulage par compression peut être par exemple de la poudre de cuivre. Mais on peut remplacer la poudre de cuivre par de la poudre de cuivre mélangée d'une poudre d'Ag ou de Sn ou par une poudre de cuivre plaquée à l'Ag ou au Sn, ce qui permet d'augmenter encore plus la résistance de la jonction entre les cylindres externe et interne. In addition, the metal powder to be used for forming the outer cylinder during the compression molding operation can for example be copper powder. However, the copper powder can be replaced by copper powder mixed with an Ag or Sn powder or by a copper powder plated with Ag or Sn, which makes it possible to increase the resistance even more. of the junction between the external and internal cylinders.

De manière similaire, pour augmenter la résistance de la jonction, la périphérie externe du cylindre interne rempli d'un alliage à faible point de fusion peut être plaqué au moyen d'Ag ou de Sn à la suite du remplissage avec l'alliage à faible point de fusion. Similarly, to increase the strength of the junction, the outer periphery of the inner cylinder filled with a low melting point alloy can be plated with Ag or Sn after filling with the low melting alloy Fusion point.

En outre, à la suite de la formation de la coquille de placage en
Cu pour réduire les pertes par friction, comme décrit ci-dessus, on peut plaquer la périphérie externe de ladite coquille de placage en Cu avec de l'Ag ou du Sn. Dans ce cas, il est possible -de réduire encore plus les pertes par friction-et d'augmenter efficacement la résistance de la jonction entre les cylindres externe et interne.In addition, as a result of the formation of the plating shell in
Cu to reduce friction losses, as described above, the outer periphery of said Cu cladding shell can be plated with Ag or Sn. In this case, it is possible - to further reduce friction losses - and to effectively increase the resistance of the junction between the external and internal cylinders.

Après le formage de la couche moulée par compression qui sert de cylindre externe au cours de l'étape de moulage par compression et après son frittage, on peut former sa périphérie externe au moyen d'une couche d'électroformage au Ni. Le fait de prévoir cette couche d'électroformage au Ni permet d'augmenter encore plus la densité et la résistance du cylindre externe. After forming the compression molded layer which serves as an external cylinder during the compression molding step and after sintering, its outer periphery can be formed by means of an Ni electroforming layer. The fact of providing this Ni electroforming layer makes it possible to further increase the density and resistance of the external cylinder.

En outre, l'opération de moulage par compression pour former le cylindre externe peut être réalisée en deux étapes, celle du moulage par compression de la première couche en utilisant de la poudre de Cu par exemple, et l'étape de moulage par compression d'un mélange de poudres de cuivre et d'un super-alliage à base de Ni sur son côté externe. Ensuite, on peut effectuer le frittage et le PIC (pressage isostatique à chaud). Dans ce cas également, il est possible d'augmenter la densité et la résistance du cylindre externe. En outre, quand la seconde couche dudit mélange de poudres de cuivre et de super-alliage à base de Ni a été formée, on peut former une couche par moulage par compression utilisant une poudre de super-alliage plastique à-base de Ni sur son côté externe, puis on peut réaliser le frittage et le PIC pour former le cylindre externe.Dans ce cas, le fait de prévoir la troisième couche augmente encore plus a densité et la résistance du cylindre externe
De plus, les deux ou trois couches obtenues par moulage par compression sus-mentionnées peuvent être moulées par compression séparément, ou bien on peut commencer par placer dans le moule des poudres pour former deux ou trois couches, puis les mouler par compression en une seule fois.In addition, the compression molding operation to form the outer cylinder can be carried out in two stages, that of the compression molding of the first layer using Cu powder for example, and the compression molding step of '' a mixture of copper powders and a Ni-based superalloy on its outer side. Then we can perform sintering and PIC (hot isostatic pressing). In this case also, it is possible to increase the density and the resistance of the external cylinder. Furthermore, when the second layer of said mixture of copper powders and Ni-based superalloy has been formed, a layer can be formed by compression molding using a plastic Ni-based superalloy powder on its external side, then we can carry out the sintering and the PIC to form the external cylinder. In this case, the fact of providing the third layer increases even more has density and the resistance of the external cylinder
In addition, the two or three layers obtained by compression molding mentioned above can be compression molded separately, or we can start by placing powders in the mold to form two or three layers, then mold them by compression in a single time.

Ces buts et d'autres encore, les caractéristiques, les aspects et les avantages de la présente invention apparaltront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui va être donnée avec référence aux dessins annexés dans lesquels:
la figure 1 est une vue schématique en perspective montrant un exemple d'une chambre de combustion de fusée classique,
la figure 2 est une vue en coupe de la chambre de combustion de fusée montrée à la figure 1,
les figures 3 à 5 sont des vues partielles en perspective montrant les opérations classiques de production de la chambre de combustion de fusée montrée aux figures 1 et 2, la figure 3 représentant un cylindre interne, la figure 4 représentant ledit cylindre interne comprenant sur sa périphérie externe une section de refroidissement du type à canalisations et la figure 5 montrant ledit cylindre interne sur lequel a été ajouté un cylindre externe,
les figures 6 et 7 sont des vues partielles en coupe montrant les opérations permettant de mettre en oeuvre un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 6 montrant la formation diune couche de placage en Cu suite à,ltopération de remplissage, et la figure 7 montrant l'adjonction d'un cylindre externe,
les figures 8 et 9 sont des vues montrant une chambre de combustion de fusée produite au moyen des opérations montrées aux figures 6 et 7, la figure 8 étant une vue en demi-coupe longitudinale et la figure 9 une vue en coupe transversale,
la figure 10 est une vue partielle en coupe montrant la construction d'une chambre de combustion de fusée obtenue au moyen d'un second mode de réalisation de l'invention,
la figure 11 est une vue partielle en coupe montrant la construction d'une chambre de combustion de fusée obtenue au moyen d'un troisième mode de réalisation de l'invention, et
la figure 12 est une vue partielle en coupe montrant la construction d'une chambre de combustion de fusée obtenue au moyen d'un quatrième mode de réalisation de l'invention.These aims and others, the characteristics, the aspects and the advantages of the present invention will become more clearly apparent on reading the detailed description which will be given with reference to the appended drawings in which:
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a conventional rocket combustion chamber,
FIG. 2 is a sectional view of the rocket combustion chamber shown in FIG. 1,
Figures 3 to 5 are partial perspective views showing the conventional operations for producing the rocket combustion chamber shown in Figures 1 and 2, Figure 3 showing an internal cylinder, Figure 4 showing said internal cylinder comprising on its periphery external a cooling section of the pipe type and FIG. 5 showing said internal cylinder to which an external cylinder has been added,
FIGS. 6 and 7 are partial sectional views showing the operations making it possible to implement a first embodiment of the invention, FIG. 6 showing the formation of a Cu cladding layer following the filling operation, and the FIG. 7 showing the addition of an external cylinder,
FIGS. 8 and 9 are views showing a rocket combustion chamber produced by means of the operations shown in FIGS. 6 and 7, FIG. 8 being a view in longitudinal half-section and FIG. 9 a view in transverse section,
FIG. 10 is a partial sectional view showing the construction of a rocket combustion chamber obtained by means of a second embodiment of the invention,
FIG. 11 is a partial sectional view showing the construction of a rocket combustion chamber obtained by means of a third embodiment of the invention, and
Figure 12 is a partial sectional view showing the construction of a rocket combustion chamber obtained by means of a fourth embodiment of the invention.

Tout d'abord, on prépare par usinage un cylindre interne en cuivre exempt d'oxygène, comprenant sur sa surface périphérique externe une section de refroidissement du type à canalisations comportant plusieurs gorges. Le cylindre interne est alors immergé complètement dans du métal de Woods fondu, ou bien ce dernier est versé dans le moule dans lequel a été placé le cylindre interne, la périphérie et le côté interne du cylindre interne. étant remplis du métal de Woods. De plus, pour éliminer les défauts de moulage tels que les cavitées dues à des retraits et aux bulles d'air et pour améliorer la passe, on peut soumettre le cylindre interne à une pression gazeuse en utilisant une pression pouvant atteindre 8 kgf/cm2 après moulage permettant d'éviter efficacement la contraction et la déformation du métal de Woods pendant le pressage isostatique.Quand le métal de Woods ou le matériau de remplissage a été solidifié, on élimine par usinage le métal de Woods qui est en excès sur la périphérie. On notera que lorsqu'on doit verser le métal de Woods, il est possible d'insérer par le côté interne, c 'est-à-dire par la partie creuse du cylindre interne, un coeur en métal tel qu'en fer ou en acier inoxydable, pour réduire la quantité de métal de Woods qu'il faut verser. En variante, on peut insérer par le côté interne du cylindre interne un coeur en métal de même forme que la partie creuse du cylindre internç. First of all, an internal cylinder made of oxygen-free copper is prepared by machining, comprising on its external peripheral surface a cooling section of the pipe type comprising several grooves. The internal cylinder is then completely immersed in molten Woods metal, or the latter is poured into the mold in which the internal cylinder has been placed, the periphery and the internal side of the internal cylinder. being filled with Woods metal. In addition, to eliminate molding defects such as cavities due to shrinkage and air bubbles and to improve the pass, the internal cylinder can be subjected to a gas pressure using a pressure up to 8 kgf / cm2 after molding to effectively prevent contraction and deformation of the Woods metal during isostatic pressing. When the Woods metal or the filling material has been solidified, the Woods metal which is in excess on the periphery is removed by machining. It will be noted that when the Woods metal has to be poured, it is possible to insert through the internal side, that is to say through the hollow part of the internal cylinder, a metal core such as iron or stainless steel, to reduce the amount of Woods metal to pour. As a variant, a metal core of the same shape as the hollow part of the internal cylinder can be inserted through the internal side of the internal cylinder.

De plus, le métal de Woods servant d'alliage à faible point de fusion et utilisé en tant que matériau de remplissage peut être préparé de manière que sa température de début de fusion soit d'environ 50 - 2000C en réglant de façon appropriée les proportions de ses - composants. L'élimination du métal de Woods est réalisée en le chauffant à des températures comprises dans la plage de 100 - 2500 C. In addition, the Woods metal used as a low melting point alloy and used as a filler material can be prepared so that its melting start temperature is about 50 - 2000C by appropriately adjusting the proportions. of its - components. Woods metal is removed by heating it to temperatures in the range of 100 - 2500 C.

Mais il est nécessaire de choisir le grade optimal du métal de Woods en tenant compte de sa dureté et de sa mouillabilité par rapport au cuivre sur la surface des-gorges formant la section de refroidissement du type à canalisations constituée autour de la périphérie du cylindre interne.But it is necessary to choose the optimal grade of Woods metal taking into account its hardness and wettability compared to copper on the surface of the grooves forming the cooling section of the pipe type formed around the periphery of the internal cylinder .

Alors que l'on peut éliminer et réaliser le frittage du métal de Uoods de façon continue dans le même four, il est préférable de réaliser ces opérations séparément du fait que le métal de Woods consiste essentiellement en un alliage à faible point de fusion et a donc une pression de vapeur relativement élevée.While the sintering of Uoods metal can be eliminated and carried out continuously in the same furnace, it is preferable to carry out these operations separately since the Woods metal consists essentially of an alloy with low melting point and has therefore a relatively high vapor pressure.

Comme montré à la figure 6, le cylindre interne 12 dont les gorges prévues sur sa périphérie externe ont été remplies de métal de Woods 15, alors que du métal de Woods 16 remplit sa partie creuse interne, reçoit sur sa périphérie externe une coquille de placage en Cu 17. As shown in FIG. 6, the internal cylinder 12 whose grooves provided on its external periphery have been filled with Woods metal 15, while Woods metal 16 fills its internal hollow part, receives on its external periphery a cladding shell in Cu 17.

Comme cela sera décrit plus loin, et dans le cas d'un procédé utilisant une poudre métallique comme matériau pour le formage du cylindre externe par métallurgie des poudres en fonction des conditions de refroidissement de-la chambre de combustion de fusée, le diamètre des particules de la poudre métallique devient supérieur à l'épaisseur dé la couche limite circulant à grande vitesse du fluide de refroidissement, provoquant des pertes par friction très importantes quand passe le fluide de refroidissement. Dans ce mode de réalisation et pour éviter ces pertes par friction, la coquille de placage en Cu 17 est formée sur la périphérie externe du cylindre interne 12 après que ce dernier ait été rempli du métal de Woods.As will be described later, and in the case of a method using a metal powder as a material for forming the outer cylinder by powder metallurgy as a function of the cooling conditions of the rocket combustion chamber, the diameter of the particles metallic powder becomes greater than the thickness of the boundary layer circulating at high speed of the coolant, causing very significant friction losses when the coolant passes. In this embodiment and to avoid these friction losses, the Cu cladding shell 17 is formed on the external periphery of the internal cylinder 12 after the latter has been filled with Woods metal.

La surface externe de la coquille de placage en Cu 17 est soumise à un traitement de nettoyage de sa surface- au moyen de papier de verreou d'un acide, ce qui donne une surface propre et activée. Ce traitement de surface est réalisé pour augmenter la résistance de la jonction avec le cylindre externe par frittage, qui doit etre réalisée par la suite. Au cours de ce traitement de surface, on peut également augmenter la résistance de la jonction après le frittage en appliquant un placage d'Ag ou de Sn. The outer surface of the Cu cladding shell 17 is subjected to a surface cleaning treatment using sandpaper or an acid, which gives a clean and activated surface. This surface treatment is carried out to increase the resistance of the junction with the external cylinder by sintering, which must be carried out subsequently. During this surface treatment, the resistance of the junction can also be increased after sintering by applying an Ag or Sn plating.

Le cylindre interne 12 comprenant sur sa périphérie externe la coquille de placage en Cu 17 est alors placé dans un moule cylindrique 18, comme montré à la figure 7, et on remplit- l'espace compris entre le moule 18 et la couche de placage en Cu 17 avec de la poudre de cuivre. The internal cylinder 12 comprising on its external periphery the Cu cladding shell 17 is then placed in a cylindrical mold 18, as shown in FIG. 7, and the space between the mold 18 and the cladding layer is filled. Cu 17 with copper powder.

La poudre de cuivre utilisée est de préférence de la poudre de cuivre électrolytique d'une granulométrie de -250 mailles qui est supérieure sur le plan de sa compatibilité et de sa compressibilité. Si le remplissage est réalisé alors que l'on fait vibrer le moule 18 ou lorsqu'on applique un traitement de dégazage pour éliminer l'air de l'intérieur du moule 18 parun dispositif d'aspiration, on peut alors augmenter la densité du remplissage et la rendre uniforme, et on peut donc améliorer la résistance et autres caractéristiques après moulage et frittage et réduire les variations de ces caractéristiques.The copper powder used is preferably electrolytic copper powder with a particle size of -250 meshes which is superior in terms of its compatibility and its compressibility. If the filling is carried out while the mold 18 is vibrated or when a degassing treatment is applied to remove the air from the interior of the mold 18 by a suction device, the density of the filling can then be increased. and make it uniform, and we can therefore improve the resistance and other characteristics after molding and sintering and reduce the variations of these characteristics.

La couche de poudre de remplissage 19 (voir figure-7) est alors moulée par compression par pressage isostatique. La pression de moulage est de préférence de l tonne/cm2 ou plus. La- densité du moulage varie avec le procédé de remplissage, le traitement de degazage et la dimension des particules, mais il est souhaitable que la densité de moulage PIF du compact PIF soit supérieure à environ 70% de la densité théorique. Si elle est inférieure à ce chiffre, les conditions du frittage permettant d'obtenir des densités supérieures à 90% de la densité théorique deviennent limitées. The filling powder layer 19 (see FIG. 7) is then compression molded by isostatic pressing. The molding pressure is preferably 1 ton / cm2 or more. The molding density varies with the filling process, the degassing treatment and the particle size, but it is desirable that the PIF molding density of the compact PIF is greater than about 70% of the theoretical density. If it is lower than this figure, the sintering conditions making it possible to obtain densities greater than 90% of the theoretical density become limited.

Pour éliminer le métal de Woods de remplissage du compact vert, ce dernier est chauffé à une température de 100 à 250"C en vue de fondre les masses de métal de Woods 15 et 16, ces dernières étant éliminées des gorges 14 et du côté interne du cylindre interne 12. Dans ce cas, il est important que cette opération soit réalisée dans une atmosphère n'oxydant pas le cuivre dans le cylindre interne et dans la couche moulée 19 formant le cylindre externe, par exemple dans une atmosphère de H2, sous vide ou dans une atmosphère d'Ar. Ensuite, on applique un traitement de frittage. En ce qui concerne les conditions du frittage, sa température est en général dç 850 - 950"C, sa durée est de 30 minutes à 2 heures, et l'atmosphère soit le vide, de l'Ar ou de 1'H2. To remove the filling Woods metal from the green compact, the latter is heated to a temperature of 100 to 250 "C in order to melt the Woods metal masses 15 and 16, the latter being eliminated from the grooves 14 and from the internal side of the internal cylinder 12. In this case, it is important that this operation is carried out in an atmosphere which does not oxidize the copper in the internal cylinder and in the molded layer 19 forming the external cylinder, for example in an atmosphere of H2, under vacuum or in an Ar atmosphere. Then a sintering treatment is applied. As regards the sintering conditions, its temperature is generally 850 - 950 "C, its duration is from 30 minutes to 2 hours, and the atmosphere is vacuum, Ar or 1'H2.

La constitution de la chambre de combustion de fusée ainsi obtenue est montrée aux figures 8 et 9.The constitution of the rocket combustion chamber thus obtained is shown in Figures 8 and 9.

Selon un second mode de réalisation de l'invention et pour augmenter la résistance du cylindre externe 19, on peut après la fin du frittage soit plaquer le côté externe avec du Ni, soit soumis à un électroformage avec du Ni. Dans ce cas, le placage en Ni est suivi de l'usinage final pour amener le cylindre externe à sa dimension prédéterminée qui termine ce cylindre externe 19. La constitution de la chambre de combustion de fusée ainsi obtenue est montrée en vue coupe partielle à la figure10. Comme il ressort clairement de cette figure 10, une couche de Ni 20 est formée sur le côté externe du cylindre externe 19 réalisé en poudre de cuivre. According to a second embodiment of the invention and to increase the resistance of the external cylinder 19, it is possible, after the end of the sintering, either to plate the external side with Ni, or to be subjected to electroforming with Ni. In this case, the Ni plating is followed by the final machining to bring the outer cylinder to its predetermined dimension which terminates this outer cylinder 19. The constitution of the rocket combustion chamber thus obtained is shown in partial section view in figure 10. As is clear from this figure 10, a layer of Ni 20 is formed on the external side of the external cylinder 19 made of copper powder.

Dans les modes de réalisation décrits jusqu'ici, la couche 19 réalisée par moulage par compression et formant le cylindre externe a été formée par une unique étape de moulage par compression, mais l'invention n'est pas limitée à ce cas. Ainsi et comme celle sera maintenant décrit, le moulage par compression peut être réalisé en deux ou plusieurs étapes. In the embodiments described so far, the layer 19 produced by compression molding and forming the external cylinder was formed by a single compression molding step, but the invention is not limited to this case. Thus and as will now be described, compression molding can be carried out in two or more stages.

La figure Il est une vue en coupe partielle montrant la constitution d'une chambre de combustion de fusée obtenue au moyen d'un troisième mode de réalisation de l'invention. Dans ce cas, la couche 19 obtenue par moulage par compression comprend une- première couche 19a formée par moulage par compression et une seconde couche 19b formée par moulage par compression.Dans le procédé de production de chambres de combustion de fusées selon ce- mode de réalisation, on moule par compression sur la périphérie externe du cylindre interne 12 rempli du métal de Woods (non représenté) de la poudre de cuivre pour former la première couche 19a obtenue par moulage par compression sur le côté externe de laquelle on forme la seconde couche 19b obtenue par compression en utilisant un mélange de poudre d'un super-alliage à base de Ni et de poudre de cuivre. Du fait que la couche 19 obtenue par moulage par compression et formant le cylindre externe est formée de cette manière par l'opération de moulage par compression à deux étapes, et du fait que la couche de supe-alliage à base de Ni est incorporée sur le côté externe, on augmente la résistance du cylindre externe de façon efficace. Figure II is a partial sectional view showing the constitution of a rocket combustion chamber obtained by means of a third embodiment of the invention. In this case, the layer 19 obtained by compression molding comprises a first layer 19a formed by compression molding and a second layer 19b formed by compression molding. In the process for producing rocket combustion chambers according to this mode of embodiment, compression molding is carried out on the external periphery of the internal cylinder 12 filled with Woods metal (not shown) of copper powder to form the first layer 19a obtained by compression molding on the external side of which the second layer is formed 19b obtained by compression using a powder mixture of a Ni-based superalloy and copper powder. Because the layer 19 obtained by compression molding and forming the outer cylinder is formed in this way by the two-stage compression molding operation, and the fact that the layer of Ni-based superalloy is incorporated on on the external side, the resistance of the external cylinder is effectively increased.

Comme montré à la figure 12, la couche 10 obtenue par moulage par compression peut être formée par une opération à trois étapes. Dans ce cas et comme pour la constitution montrée à la figure 11, on forme une première couche 19a par moulage par compression en utilisant de la poudre de cuivre, une seconde couche 19b par moulage par compression en utilisant une poudre de cuivre mélangée à une poudre d'un super-alliage à base de Ni et on forme sur le côté externe une troisième couche 19c moulée par compression en utilisant de la poudre d'un super-alliage thermoplastique à base de Ni en réalisant ainsi une couche 19 moulée par compression, c' est-à-dire le cylindre externe. As shown in Figure 12, the layer 10 obtained by compression molding can be formed by a three-step operation. In this case and as for the constitution shown in FIG. 11, a first layer 19a is formed by compression molding using copper powder, a second layer 19b by compression molding using a copper powder mixed with a powder of a Ni-based superalloy and a third compression-molded layer 19c is formed on the external side using powder of a Ni-based thermoplastic superalloy, thereby producing a compression-molded layer 19, that is to say the outer cylinder.

De plus, pour obtenir les couches 19a, 19b et 19c montrées aux figures 11 et 12 et obtenues par moulage par compression, il n'est pas absolument nécessaire de les mouler par compression séparément; par exemple, on peut former ces couches da poudre de remplissage en utilisant la force centrifuge due à la rotation, puis on peut le-s mouler par compactage en même temps. Furthermore, to obtain the layers 19a, 19b and 19c shown in FIGS. 11 and 12 and obtained by compression molding, it is not absolutely necessary to mold them by compression separately; for example, these layers of filling powder can be formed using centrifugal force due to rotation, and can then be molded by compaction at the same time.

De plus, dans le cas où on réalise la couche 19 obtenue par moulage par compression selon une construction multicouche comportant deux ou plusieurs couches, la première couche 19a en poudre de cuivre obtenue par moulage par compression et les autres couches 19b, 19c obtenues par moulage par compression peuvent être compactées à la densité théorique par application d'une pression isostatique à chaud par exemple, PIC, à la suite du frittage.En outre, quand on forme le cylindre externe selon cette construction multicouche, le métal de
Woods servant de matériau de remplissage des gorges formant la section de refroidissement du système de canalisations autour de la périphérie du cylindre interne 11 peut être remplacé par un filtre présentant une résistance à la chaleur suffisante à température élevée pendant le PIC et qui peut être facilement éliminé des gorges après lePIC, par exemple une poudre de céramique telle qué de l'alumine ou un composé inorganique tel que du phosphate de calcium, cas dans lequel on notera que le compactage des couches individuelles formées par moulage par compression peut être obtenu en,réalisant le PIC seulement, et en omettant le frittage préliminaire.In addition, in the case where the layer 19 obtained by compression molding is produced according to a multilayer construction comprising two or more layers, the first layer 19a of copper powder obtained by compression molding and the other layers 19b, 19c obtained by molding by compression can be compacted to the theoretical density by application of a hot isostatic pressure for example, PIC, following sintering. In addition, when the external cylinder is formed according to this multilayer construction, the metal of
Woods serving as filling material for the grooves forming the cooling section of the piping system around the periphery of the internal cylinder 11 can be replaced by a filter having sufficient heat resistance at high temperature during the PIC and which can be easily eliminated grooves after the PIC, for example a ceramic powder such as alumina or an inorganic compound such as calcium phosphate, in which case it will be noted that the compaction of the individual layers formed by compression molding can be obtained by carrying out PIC only, and omitting preliminary sintering.

De plus, dans le mode de réalisation formant la couche 19 obtenue par moulage par compression de la construction à trois couches montrée à la figure 12, la poudre de super-alliage à base de Ni utilisée pour former la seconde couche 19b obtenue par moulage par compression est de préférence une poudre de super-alliage à base de Ni sphérique, formée par atomisation habituelle dans un gaz ou par atomisation sous vide. In addition, in the embodiment forming the layer 19 obtained by compression molding of the three-layer construction shown in FIG. 12, the Ni-based superalloy powder used to form the second layer 19b obtained by molding by compression is preferably a spherical Ni-based superalloy powder, formed by conventional atomization in a gas or by atomization under vacuum.

Des exemples de cette poudre sont: Rene 95, IN 100, Ast roloy et Merl 76. En ce qui concerne la poudre de super-alliage thermoplastique utilisée pour former la troisième couche 19c par moulage par compression, elle est de préférence une poudre pouvant être facilement compactée à la densité théorique à plus basse température et à plus basse pression que la température et la pression du traitement PIC classique, en appliquant une précontrainte par un broyeur à rouleaux, un triturateur ou un broyeur à boulets.Le traitement PIC peut donc être appliqué à une température d'environ 9500C qui est inférieure à la température habituelle du traitement PIC pour un super-alliage, et la première couche 19a obtenue par moulage par compression et la seconde couche 19b obtenue par moulage par compression et réalisée à partir d'une poudre de super-alliage à base de nickel peuvent être densifiées en même temps. A cet égard,,on notera que le fait de remplir uniquement avec une poudre de super-alliage sphérique ne suffisant pas pour le formage PIC, il est nécessaire d'utiliser une poudre d'alliage thermoplastique de façon à régler les températures des traitements PIF et PIC.Examples of this powder are: Rene 95, IN 100, Ast roloy and Merl 76. As regards the thermoplastic superalloy powder used to form the third layer 19c by compression molding, it is preferably a powder which can be easily compacted to the theoretical density at a lower temperature and at a lower pressure than the temperature and pressure of the conventional PIC treatment, by applying a prestress by a roller mill, a pulper or a ball mill. PIC treatment can therefore be applied at a temperature of approximately 9500C which is lower than the usual temperature of the PIC treatment for a superalloy, and the first layer 19a obtained by compression molding and the second layer 19b obtained by compression molding and produced from a nickel-based superalloy powder can be densified at the same time. In this respect, it will be noted that the fact of filling only with a spherical superalloy powder not sufficient for PIC forming, it is necessary to use a thermoplastic alloy powder so as to adjust the temperatures of the PIF treatments. and PIC.

Dans le procédé de production où la couche obtenue par moulage par compression est formée de manière qu'elle comprenne deux ou plusieurs couches obtenues par moulage par compression, comme c' est le cas des modes de réalisation montrés aux figures 11 et 12, et pour éliminer la perméabilité de la couche de cuivre de base, c'est-à-dire la première couche obtenue par moulage par compression avant l'étape de moulage par compression dp cylindre externe, il est préférable de former une coquille de placage en Cu sur la périphérie du cylindre interne après que le métal de Woods ait rempli les gorges formées sur la périphérie externe du cylindre interne. En outre, le même effet peut être obtenu même quand une couche de placage plus mince est formée en utilisant de l'Ag ou du Sn à la place du Cu. In the production process where the layer obtained by compression molding is formed so that it comprises two or more layers obtained by compression molding, as is the case of the embodiments shown in FIGS. 11 and 12, and for eliminate the permeability of the base copper layer, i.e. the first layer obtained by compression molding before the compression molding step dp external cylinder, it is preferable to form a Cu cladding shell on the periphery of the internal cylinder after the Woods metal has filled the grooves formed on the external periphery of the internal cylinder. In addition, the same effect can be achieved even when a thinner plating layer is formed using Ag or Sn instead of Cu.

Comme il va de soi, et comme il résulte déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagées; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. As is obvious, and as already follows from the above, the invention is in no way limited to those of its embodiments, no more than those of the embodiments of its various parts, having been more specially considered; on the contrary, it embraces all its variants.

Claims

1. Method for producing rocket combustion chambers, characterized in that it comprises the operations consisting in:

preparing an internal cylinder (12) having on its external surface a cooling wall with a system of pipes comprising several grooves (14);

filling the grooves of said internal cylinder (12) with a low melting point alloy (15);

compression molding a metal powder placed around the periphery of the inner cylinder (12) filled with said low melting alloy to a predetermined thickness to form an outer cylinder (19); and

sinter the assembly after compression molding.

2. Method for producing rocket combustion chambers according to claim 1, characterized in that during the filling operation of said low melting point alloy (15), an alloy with low melting point is simultaneously placed (16) inside the inner cylinder (12) so as to serve as a core during the compression molding of the outer cylinder.

3. Method for producing rocket combustion chambers according to claim 1, characterized in that during the filling operation of said alloy with low melting point, a metal core serving as a core during the compression molding of the external cylinder is inserted simultaneously inside the internal cylinder (12).

4. Method for producing rocket combustion chambers according to any one of claims 1 to 3, characterized in that following the step of filling said grooves by means of the low melting point alloy ( 15), a Cu cladding shell (17) is formed on the periphery of the internal cylinder (12) filled with the low-melting alloy.

5. Method for producing rocket combustion chambers according to any one of claims 1 to 4, characterized in that during said compression molding operation, a metallic powder comprising a copper powder comprising a small amount of Ag or Sn powder added to it.

6. Method for producing rocket combustion chambers according to any one of claims 1 to 4, characterized in that during said compression molding step, copper powder plated with Ag or Sn.

7. Method for producing rocket combustion chambers according to any one of claims 1 to 4, characterized in that following said filling step with an alloy with a low melting point, the outer periphery of the internal cylinder filled with the low melting point alloy is subjected to Ag or Sn plating.

8. Method for producing rocket combustion chambers according to claim 4, characterized in that during said step of forming the Cu cladding shell, this Cu cladding shell is subjected to plating with Ag or Sn.

9. Method for producing rocket combustion chambers according to any one of claims 1 to 8, characterized in that Woods metal (15, 16) constituting said alloys with low melting point is used.

10. A method for producing rocket combustion chambers according to any one of claims 1 to 9, characterized in that following said sintering operation, the layer (19) obtained by compression molding a layer (18) obtained by electroforming with Ni.

11. A method for producing rocket combustion chambers according to any one of claims 1 to 9, characterized in that said step of forming the layer obtained by compression molding comprises the step of compression molding of the powder of copper or its mixture with Ag or Sn-to form a base layer (19a), and the step of compression molding of a mixture of a Cu and Ni-based superalloy for forming an outer layer (19b), and in that said sintering step is followed by the step of applying hot isostatic pressing.

12. Method for producing rocket combustion chambers according to any one of claims 1 to 9, characterized in that said step of forming the layer obtained by compression molding comprises the step of compression molding of the powder of copper or its mixture with Ag or Sn to form a first layer (19a), the step of forming super-alloy powder based on

Cu and Ni to form a second layer (19b), and the step of compression molding the thermoplastic superalloy powder based on

Nor to form a third layer (19c), said de-sintering step being followed by the application step of hot isostatic pressing.

13. Method for producing rocket combustion chambers according to any one of claims 1 to 9, characterized in that during said step of forming the layer obtained by compression molding, a base layer is formed ( 19a) in copper powder or in its mixture with Ag or Sn powder, and an outer layer (19b) in powders of super-alloys based on Cu and Ni on the outer side of said base layer, and they are then molded by compression.

14. A method for producing rocket combustion chambers according to any one of claims 1 to 9, characterized in that during said step of forming the layer obtained by compression molding, a first layer is successively formed ( 19a) of copper powder or of its mixture with Ag or Sn powder, a second layer (19b) of superalloy powder based on Cu and Ni, and a third layer (19c) of a thermoplastic super alloy based on

Nor, which is then molded by compression.