耐燒蝕復合材料一、概述燒蝕放熱是利用表面燒蝕材料在燒蝕過程中的熱解放熱、熱解氣體的質量引射效應以及表面碳層的再輻射等一系列物理化學反應帶走大量的熱量來保護構件。燒蝕材料在高熱流作用下，由于發生化學、物理狀態和結構變化而吸收熱量，材料在貧氧條件下熱解生成的多孔碳質殘留物具有良好的隔熱性能，且在熾熱狀態時具有很高的表面紅外輻射系數，可通過輻射作用將大部分熱量輻射出去，從而延緩熱能向內部傳導，保護了構件在工作過程中不至受到熱損傷。二、耐燒蝕復合材料的分類按燒蝕材料作用機理分類：1.熔化型燒蝕復合材料主要是利用材料在高溫下熔化吸熱，進一步利用形成的熔融液態層來阻塞熱流，其代表性材料為石英和玻璃類材料。按復合材料基體分類:1.樹脂基燒蝕材料主要有玻璃/酚醛、高硅氧/酚醛和碳/酚醛復合材料。其中玻璃/酚醛和高硅氧/酚醛屬于碳化-熔化型燒蝕材料，碳/酚醛屬于碳化-升華型燒蝕材料；2.碳基燒蝕復合材料主要有碳/碳復合材料，屬于升華型燒蝕材料;3.陶瓷基燒蝕復合材料主要有碳/石英燒蝕材料，屬于熔化-升華型燒蝕復合材料。三、樹脂基耐燒蝕復合材料酚醛樹脂酚醛樹脂是使用歷史最長、目前仍在大量使用的燒蝕基體。酚醛樹脂熱解后成碳率高，為57%—65%。樹脂熱降解后形成的碳是一種聚并苯結構的物質，它能把填料牢固地粘結在一起，抵抗熱流的沖刷。因此高成碳率的酚醛樹脂用于制造燒蝕材料，具有較好的耐沖刷性能。傳統酚醛樹脂存在脆性大、固化收縮率高、吸水性大等缺點，為了克服這些缺點，研究開發出鉬改性酚醛、硼改性酚醛、苯基苯酚改性酚醛、酚三嗪改性酚醛等。樹脂基耐燒蝕復合材料的成型工藝多為模壓及布帶纏繞，層壓及花瓣鋪展也有少量應用，近年來在RTM工藝方面的研究也有很大的進展，模壓工藝多用纖維模壓與碎布模壓。布帶纏繞由于技術成熟、工藝簡單、生產周期短、成本低廉而得到了廣泛的應用。四、固體火箭發動機噴管上的應用根據噴管在發動機工作期間的受熱分析和所用材料的功能，噴管材料大致可分為四類：1.耐熱及耐燒蝕沖刷襯里材料國外固體火箭發動機噴管喉部以前和以后部位的耐熱、耐燒蝕沖刷襯里一般選用石墨布/酚醛或碳布/酚醛復合材料，在噴管擴張段的后部，可以使用高硅氧布/酚醛、玻璃布/酚醛等材料。這些材料可以布帶纏繞、鋪層或模壓成型。2.絕熱層材料絕熱層是在噴管內外部之間起隔熱作用，它可以作為耐熱耐燒蝕沖刷襯里的背襯，在一定條件下也可直接作為耐熱耐燒蝕沖刷襯里。所用材料常為玻璃纖維、高硅氧或石棉增強的酚醛或環氧樹脂，還可用耐熱材料填充的橡膠。3.承力結構材料噴管承力結構件使用金屬或復合材料制造。常用的金屬為高強度鋼、鋁合金和鈦合金，復合材料為玻璃纖維或玻璃布/酚醛復合材料和高強度石墨纖維（或布）/環氧樹脂復合材料。

4.喉襯材料主要有增強塑料、石墨、難熔金屬、碳/碳復合材料。（1）增強塑料主要有石墨布/酚醛或碳布/酚醛，采用纏繞成型；（2）石墨主要有多晶石墨和熱解石墨。熱解石墨是由氣態碳沉積在集體上形成的，用多片熱解石墨疊成喉襯，其軸向熱膨脹較大，耐燒蝕性優于多晶石墨；（3）難熔金屬主要有鉬和鎢及合金。采用鍛造、旋壓和粉末燒結方法成型。前者只適用于尺寸較小、推進劑能量較低的發動機噴管。后者可用于火焰溫度達3600℃的噴管，在滲銀或銅后，可使其熱傳導率提高。鎢喉襯在發動機工作過程中幾乎不燒蝕。（4）碳/碳復合材料基體材料為氣相沉積碳或液體浸漬熱解碳，增強材料為碳布、碳氈或碳纖維多維編織物，該材料具有多種優點：高溫條件下強度高；耐含