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烧蚀材料

                                              烧蚀材料

    又称烧蚀型防热材料。在高温热流作用下,材料本身发生热解、熔化、蒸发、升华和侵蚀等物理和化学变化,通过材料表面的质量消耗带走大量热量,从而阻止热流传入飞行器内部的防热材料。标志材料烧蚀性能的重要参数是材料的有效烧蚀率、线烧蚀率和质量烧蚀率。烧蚀过程中的总质量损失率为热化学侵蚀和机械剥蚀率之和。一般在低压环境下,以热化学侵蚀为主,在高压环境下,以机械剥蚀为主。烧蚀材料除了必须具备良好的耐烧蚀性能外,还必须有较低的密度和热导率,从而达到良好的隔热和减重效果。主要用于火箭发动机燃烧室、导弹弹头等部件。目前宇航工业中使用的防热材料几乎都是烧蚀材料。烧蚀材料按烧蚀机理可分为升华型、熔化型和碳化型。升华型烧蚀材料利用材料在高温下升华和气化吸热,如聚四氟乙烯、石墨和碳/碳复合材料。其中碳/碳复合材料是一种辐射系数较高的材料,因而具有很好的辐射散热作用。熔化型烧蚀材料利用材料在高温下熔化吸收热量,并利用高粘度的熔融液态层来阻塞热流,其代表性材料有石英和玻璃类材料。这类材料的主要成分为二氧化硅。二氧化硅含量越高,防热效果越好。利用高分子材料在高温下碳化吸热的材料称为碳化型烧蚀材料,所形成的碳化层又具有辐射散热和阻塞热流的作用,其典型材料是以酚醛树脂为基体的复合材料。酚醛树脂在高温下有很高的成碳率,碳层坚固,而且工艺性能好。烧蚀材料按密度可分为高密度和低密度。高密度烧蚀材料的密度一般大于1g/cm,如各种纤维增强塑料、碳/碳复合材料和石墨等。低密度烧蚀材料是指以轻质填料作为填充剂,以纤维作为增强材料和以树脂作为基体的复合材料,这类材料的密度一般可以根据使用要求进行调整,变化范围在0.2~0.9 g/cm之间。烧蚀材料按基体的不同,又可分为树脂基防热材料(如高硅氧/酚醛材料,碳/酚醛材料等)、碳基防热材料(如碳/碳复合材料等)和陶瓷基防热材料(如碳/石英材料等)。

    

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