高温烧蚀型热防护材料发展概况

高温烧蚀型热防护材料发展概况航天系统的烧蚀现象首先由美国陆军导弹局红石兵工厂在 1955 年发现。当时在火箭燃气（2570C。）作用下用玻璃纤维增强的三聚氰胺树脂进行试验，尽管树脂表面被燃气冲刷分层，但是距离表面 6.4mm 以下的部位材料完整无损，测温热电偶无变化，这一发现即是烧蚀技术的前导。后续经过对热防护问题的不断深入研究，烧蚀型热防护已成为有效的、成熟的热防护方法，是再入弹头和固体火箭发动机防热的最主要的方法之一。烧蚀型热防护是一种以消耗物质来换取防热效果的积极防热方式，具体说是在高温热流作用下，材料本身发生热解、融化、蒸化、升华和侵蚀等物理化学反应，通过材料表面的质量消耗带走大量的热量，从而阻止热流传入飞行器内部，在工作时间内保证飞行器能正常工作。随着火箭发动机性能的不断提升及超声速、高超声速飞行器的不断发展，高温烧蚀型执热防护材料由传统难熔金属材料、钨渗铜材料、石墨及石墨渗铜材料、陶瓷材料发展到 C/C 复合材料，再到后来 的 C/C-SiC 复 合 材 料 。 近 年 来 ， 超 髙 温 陶 瓷 （ Ultra-HighTemperatureCeramics，UHTCs）改性的超髙温热防护材料受到关注并获得研究。本文对烧蚀型热防护材料的烧蚀机理、材料分类、抗烧蚀性能评价方法及应用领域做了总结，对 C/C、C/C-SiC 髙温烧蚀型热防护材料的发展情况进行了综述，对 UHTCs 改性的 C/C-UHTCs 超髙温烧蚀型热防护材料的发展前景做了展望。二、烧蚀型热防护材料概述1、烧蚀型热防护材料烧蚀机理烧蚀型热防护材料的烧蚀可分为表面烧蚀和体积饶蚀。表面烧蚀指发生在材料表面的烧蚀，主要包括表面材料与环境气流的热化学反应、材料的熔化、蒸发（升华）、髙速粒子撞击（侵蚀）及机械剥蚀引起的质量损失。体积烧蚀指结构内部材料在较低温度（相对于表面烧蚀而言）下因热化学反应（热解反应和热氧化反应）导致的质量损失。烧蚀型热防护材料的烧蚀模型如图 1 所示。2、烧蚀型热防护材料分类按照烧蚀机理可将烧蚀型热防护材料分为熔化型、升华型和碳化型三种。熔化型主要利用材料在高温下熔化吸收热量，并进一步利用熔融的液态层来阻碍热流。如，C/C-SiC、C/C-UHTCs 复合材料是通过 SiC、UHTCs 在髙温下生成黏度很髙的氧化物液膜，在髙速气流下不易被冲刷掉，并能进一步吸收热量而达到降低表面温度的目的。升华型主要利用在髙温下升华气化吸收热量。如，C/C、C/C-SiC、C/C-UHTCs 复合材料具有升华型...