什么是烧蚀材料?

[拼音]：shaoshi cailiao

[外文]：ablative material

一种固体防热材料，主要用于导d头部、航天器再入舱外表面和火箭发动机内表面。这种材料在热流作用下能发生分解、熔化、蒸发、升华、侵蚀等物理和化学变化，借材料表面的质量消耗带走大量的热，以达到阻止再入大气层时(见航天器返回技术)的热流传入飞行器内部并冷却火箭发动机燃烧室和喷管的目的。所谓烧蚀，也就是导d和飞行器再入大气层时在热流作用下，由热化学和机械过程引起的固体表面的质量迁移(材料消耗)现象。导d和航天器再入大气层时，处于严重的气动加热环境中，温度急剧升高。洲际导d如以马赫数20～25再入大气层，头部驻点温度可高达8000～12000°C，如不采取特别措施来克服气动加热所造成的“热障”，d头便会在空中烧毁。解决再入时的防热问题是发展中、远程导d的一项极为重要的技术。由于烧蚀材料的发展和应用，洲际导d的战斗部才有可能再入大气层命中目标，载人飞船和航天飞机才有可能按预定轨道返回地面。

烧蚀材料按烧蚀机理分为升华型、熔化型和碳化型三类。聚四氟乙烯(泰氟隆)、石墨、碳-碳复合材料属于升华型烧蚀材料。 其中的碳-碳复合材料是用碳（石墨）纤维或织物为增强材料，用沉积碳或浸渍碳为基体制成的复合材料。碳在高温下升华，吸收热量，而且碳还是一种辐射系数较高的材料，因而有很好的抗烧蚀性能。石英和玻璃类材料属于熔化型烧蚀材料，它的主要成分是二氧化硅，例如高硅氧玻璃内含二氧化硅96％～99％。二氧化硅在高温下有很高的粘度，熔融的液态膜具有抵抗高速气流冲刷的能力，并能在吸收气动热后熔化和蒸发。纤维增强酚醛塑料属于碳化型烧蚀材料。它是以纤维或布为增强材料，以浸渍酚醛树脂为基体制成的复合材料。选用酚醛树脂作基体是因为它具有抗烧蚀、碳层强度高、碳含量高和工艺性能好等优点。烧蚀材料按密度分为高密度和低密度两种。高密度烧蚀材料的密度一般大于1.0克／厘米3。各种纤维增强塑料、碳 -碳复合材料和石墨都属于高密度烧蚀材料。低密度烧蚀材料是指以轻质填料作为填充剂、以纤维作增强材料和以酚醛树脂、环氧树脂或硅橡胶作基体的复合材料。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克/厘米 3之间。将低密度烧蚀材料作填充剂，填充在玻璃钢蜂窝内形成复合结构，能够改进碳层的性能。

d道导d再入大气层时的环境特点是高焓、高热流、高驻点压力，而且再入的时间很短。d头表面产生严重烧蚀的主要因素是热化学烧蚀、机械剥蚀、粒子云的冲击和热应力破坏。因此，导d头部都采用高密度烧蚀材料：潜地导d采用石墨作端头材料；地地导d用的烧蚀材料已逐渐由石棉增强酚醛塑料、玻璃增强酚醛塑料、尼龙增强酚醛塑料发展为高硅氧增强酚醛塑料。为了获得更高的再入速度，d道导d头部设计更趋细长，烧蚀材料也由硅基转向碳基。碳布增强的酚醛塑料比高硅氧增强的酚醛塑料具有更低的密度和更好的抗烧蚀性能。60年代研制的战略进攻导d采用了突防能力强、精度高的多d头，要求材料的烧蚀量少而且对称，能保持良好的气动外形，以保证落点的精度。因此，新型烧蚀材料如碳－碳复合材料和高应变石墨得到了发展。在高驻点压力下，碳-碳复合材料端头（见图）不仅烧蚀量小，外形对称，而且表面光滑。

导d用的烧蚀材料发展较早。早期的航天器再入舱用的烧蚀材料沿用导d用的高密度烧蚀材料。但是，航天器再入的特点是低热流、高焓、低驻点压力，而且再入时间很长。在这种条件下，材料的隔热性能和密度特别重要。导d用的烧蚀材料已不能满足航天器再入的要求。60年代以来，低密度烧蚀材料得到很大发展。

随着导d和航天器技术的发展，一些火箭发动机的燃烧室和喷管也采用了烧蚀防热方案。所用烧蚀材料有热解石墨、高硅氧增强酚醛塑料、碳布（石墨布）增强酚醛塑料。80年代以来，碳-碳复合材料在固体火箭发动机喷管中得到了成功的应用。烧蚀材料还可用来解决火箭发动机底部、箱体级间段、航天飞机鼻锥、机翼前缘等部位的防热问题。