文章信息/Info

Title:

 Design and Experimental Verification of Thermal Protective Materials Based on the New Thermal Protective Mechanism

作者:

武高輝; 康鵬超; 張強

（哈爾濱工業大學金屬復合材料與工程研究所，黑龍江 哈爾濱 150001）

Author(s):

 WU Gaohui;  KANG Pengchao;  ZHANG Qiang

 (The Metallic Composites and Engineering Institute of HIT, Harbin 150001, China)

關鍵詞:

 ; 防熱材料; 燒蝕; 防熱原理; 耗散防熱; 金屬基復合材料

DOI:

10.7502/j.issn.1674-3962.2012.01.09

文獻標志碼:

A

摘要:

傳統的防熱材料大多是依靠材料自身的高熔點“忍受”熱流或依靠緩慢燒蝕來被動地延長壽命的，這些材料因其密度大或耐氧化不足等問題已經不能滿足飛行器設計者的期望，突破傳統的被動式防熱的思路從防熱機理的源頭上探索新的思路或許可以找到可行的技術途徑。作者設計了一〖JP〗個新的材料體系——耗散防熱材料，即在石墨中加入還原性金屬，在燒蝕過程中還原性金屬耗散熱量，同時耗散外界的氧，自發生成氧化物陶瓷膜。新的材料設計的思想是“利用”熱流而不是單純“忍受”熱流，初步試驗驗證表明，在廉價的石墨滲入耗散劑——鋁制備的耗散防熱材料，〖JP+1〗在2 900 ℃，4 MW/m2熱焓值燒蝕下，線燒蝕率僅為傳統C/C的1/10。其耗散防熱原理包含了以往的匯熱防熱、輻射防熱、燒蝕防熱、發汗防熱等防熱形式，增加了相變反應防熱，是一種新的防熱原理，這種高效能、低成本的材料預計具有很好的應用前景，也將推動非平衡條件下的金屬化學基礎理論突破。本材料研究的科學問題，涉及高溫、高壓、高速氣流沖刷等非平衡狀態的化學反應問題、金屬流動問題等，這些問題的研究必將推動材料科學與傳熱學、流體力學、燃燒化學、氣動力學等學科的交叉互動和新的發展。

Abstract:

Innovation design of the new ablation resistance materials should be focus on the source of the heat protection mechanism, because it is almost the high melting point or slow ablation rate to “endure” heat flow or prolong use life for the present traditional thermal protection materials, whose large density or ablation rate can not meet the strict requirement of future vehicle designer. The author designed a new material system—dissipation thermal protection materials—infiltrating reducing metal to graphite, whose dissipative agent dissipate heat and oxygen in ablation, and generate a kind of ceramic membrane to protect matrix.