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关于烧蚀材料介绍

关于烧蚀材料介绍

[拼音]:shaoshi cailiao

[外文]:ablative materials

一种防热材料,多为增强塑料,一般用于再入飞行器、火箭发动机燃烧室和喷管的防热。在高温高压气流冲刷的条件下,烧蚀材料发生热解、气化、升华、熔化、辐射等作用,通过材料表面的质量迁移带走大量热量,从而达到耐高温的目的。

在烧蚀过程中材料分成四层:原始材料层、裂解层碳化层和熔化层(见图)。

碳化层在烧蚀过程中起着非常重要的作用,当气动热环境条件恒定时,随着碳化层的增厚,向原始材料层和裂解层传热的热阻增大,使表面温度升高,辐射效应增强。同时,当碳化层增加到一定厚度后形成分解区,裂解层分解出的产物,通过多孔的碳化层向外层喷射,在此过程中再吸热分解,变成更小的分子,增大了表面的气体体积,从而增加了防热效果。另外,碳化层有一定强度,减轻了裂解层受机械力的作用。

烧蚀材料的基体(胶粘剂)的选择,应以上述的烧蚀防热原理为依据。一般常用的基体有环氧、有机硅和酚醛等树脂。在高温热流和高焓值的条件下,酚醛树脂有比较突出的优点:热稳定性好,高温强度高,烧蚀率低,能生成理想的碳化层;随着热分解温度的升高,碳化层的含碳量也提高,有利于降低传热速率。烧蚀材料基质(增强剂)的选择也应考虑烧蚀的热环境条件,常用石棉、尼龙、玻璃和高硅氧(含SiO2量占98%以上)等纤维或织物。高硅氧在高温气流下有粘度很高的熔化层,对热起到屏蔽和辐射散热的作用。所以,一般在解决中远程导弹弹头和喷管的烧蚀材料的增强剂时,常选用高硅氧纤维。

随着弹头再入技术的发展,对弹头材料提出更加苛刻的要求,目前要求材料能经受10000℃的高温和 100个大气压的压力,因此高硅氧-酚醛材料难于满足要求,而被碳-碳复合材料或石墨材料所取代。这类材料主要是通过升华和辐射作用而大量吸热散热,称为升华辐射型烧蚀材料。各种类型材料的有效烧蚀热比较见表。

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