1、第二节第二节 热功能复合材料热功能复合材料一、复合材料的热导率一、复合材料的热导率热导率的热导率的影响因素影响因素：复合材料的热导率由基体和所加的填料共同决定。：复合材料的热导率由基体和所加的填料共同决定。1 1、填料含量的影响、填料含量的影响AlN/AlN/聚乙烯热导率与体积百分含量的关系聚乙烯热导率与体积百分含量的关系.2 2、填料结构形态的影响、填料结构形态的影响长径比不同长径比不同结晶度不同结晶度不同界面结合界面结合对于粉体填充的复合材料，其对于粉体填充的复合材料，其颗粒的粒径比对热导率也有影响颗粒的粒径比对热导率也有影响Cu/Cu/环氧树脂复合材料热环氧树脂复合材料热导率与铜粉粒径的
2、关系导率与铜粉粒径的关系.3、热导率的计算模型：、热导率的计算模型：Maxwell-Eucken方程适用于填料含量较低的颗粒增强复合材料体系。方程适用于填料含量较低的颗粒增强复合材料体系。假设颗粒增强复合材料的第二相为球形，且均匀分布在基体中。假设颗粒增强复合材料的第二相为球形，且均匀分布在基体中。k2为颗粒的热导率，为颗粒的热导率，k1为基体的热导率，为基体的热导率，V为颗粒的体积百分数为颗粒的体积百分数如果如果k2远大于远大于k1：颗粒增强复合材料的热导率仅由基体的热导率和颗粒的体积分数颗粒增强复合材料的热导率仅由基体的热导率和颗粒的体积分数决定，而与颗粒的热导率无关。决定，而与颗粒的热导
3、率无关。.当填料含量较高时：当填料含量较高时：G(f)G(f)为填料在材料内部的分布函为填料在材料内部的分布函数，与填料结构、含量、几何形数，与填料结构、含量、几何形状及填充密度等因素相关。状及填充密度等因素相关。串联模型：串联模型：G(f)=0G(f)=0，即两相在热导率方向上相互隔离，完全不连通。，即两相在热导率方向上相互隔离，完全不连通。并联模型：并联模型：G(f)=1G(f)=1，即两相在热导率方向上完全连通。，即两相在热导率方向上完全连通。.复合材料的实际热导率一般介于两者之间：复合材料的实际热导率一般介于两者之间：网络模型：网络模型：也可以表示为：也可以表示为：c c是网络系数，取
4、决于基体材料中气孔的形状和分布等因素。是网络系数，取决于基体材料中气孔的形状和分布等因素。若若k k2 2远大于远大于k k1 1，则，则kcVkkcVk2 2。.碳碳/碳复合材料的导热特性：碳复合材料的导热特性：碳材料主要依靠晶格振动导热，热导率：碳材料主要依靠晶格振动导热，热导率：热导率热导率k k的大小正比于的大小正比于L L，在常温和低于常温下，在常温和低于常温下，L L大体上与微晶尺寸成大体上与微晶尺寸成正比，所以石墨化程度越高，微晶越大，正比，所以石墨化程度越高，微晶越大，k k也越大。同时位错、交联键也越大。同时位错、交联键等缺陷消除，有利于紊乱层平面的排列，使其晶体结构更为完整
5、，从等缺陷消除，有利于紊乱层平面的排列，使其晶体结构更为完整，从而导致热导率提高。而导致热导率提高。低模量碳低模量碳/碳复合材料被认定是迅速散逸热量的最佳材料。碳复合材料被认定是迅速散逸热量的最佳材料。2200-30002200-3000的热处理导致碳基体的石墨化从而导致高热导率的热处理导致碳基体的石墨化从而导致高热导率树脂碳、碳纤维、热解碳树脂碳、碳纤维、热解碳主要集中于高导热的中间相沥青基碳纤维。主要集中于高导热的中间相沥青基碳纤维。.热适应复合材料热适应复合材料通过对复合材料进行组分与其含量的选择和排列取向的设计，而使之通过对复合材料进行组分与其含量的选择和排列取向的设计，而使之具有适合
6、要求的热导率或热膨胀系数的一种复合材料。具有适合要求的热导率或热膨胀系数的一种复合材料。二、可控膨胀系数复合材料二、可控膨胀系数复合材料1、线性膨胀系数、线性膨胀系数室温下，一些固体材料的线性膨胀系数室温下，一些固体材料的线性膨胀系数两个邻近原子间势能随原子间距的变化两个邻近原子间势能随原子间距的变化膨胀系数和摩尔热容成正比膨胀系数和摩尔热容成正比.2、可控膨胀系数复合材料、可控膨胀系数复合材料利用利用Cu、Al等金属（合金）的高导热性和等金属（合金）的高导热性和Al2O3、SiC、AlN、FeNi等等材料的低膨胀性，采用各种复合工艺，来制造既有高导热性，又有低材料的低膨胀性，采用各种复合工艺
7、，来制造既有高导热性，又有低膨胀性的复合材料。膨胀性的复合材料。（1）碳纤维）碳纤维/铜复合材料铜复合材料长纤维单向（纵向）长纤维单向（纵向）涡卷状长纤维涡卷状长纤维长纤维双向正交长纤维双向正交无序短纤维无序短纤维长纤维长纤维单向（横向）。单向（横向）。C/Cu复合材料线膨胀系数复合材料线膨胀系数-温度曲线温度曲线C/Cu(Sn)C/Cu(Sn)与与C/CuC/Cu一样，物理结合；一样，物理结合；C/Cu(Ni)C/Cu(Ni)扩散结合；扩散结合；C/Cu(Fe)C/Cu(Fe)化学结合。化学结合。.（二）（二）Cu/FeNi复合材料热膨胀特性复合材料热膨胀特性Cu的膨胀系数远大于的膨胀系数远
8、大于FeNi在在Cu含量相同时，膨胀系数则由含量相同时，膨胀系数则由FeNi合金的本身特点、合金的本身特点、FeNi颗粒与颗粒与Cu颗粒在复合材料中的分布状态以及颗粒在复合材料中的分布状态以及FeNi与与Cu的相互作用决定的。的相互作用决定的。FeNi粒度对材料膨胀系数的影响粒度对材料膨胀系数的影响.Cu/FeNi在在100和和300时的膨胀系数时的膨胀系数.二、烧蚀防热复合材料（耐烧蚀复合材料或防热复合材料）二、烧蚀防热复合材料（耐烧蚀复合材料或防热复合材料）升华型：利用材料在高温下升华气化带走热量，一升华型：利用材料在高温下升华气化带走热量，一般升华前还有强烈的辐射散热作用。般升华前还有强
9、烈的辐射散热作用。防热机制的不同：防热机制的不同：碳化型：主要利用树脂在高温下的炭化吸收热量，碳化型：主要利用树脂在高温下的炭化吸收热量，进而所形成的炭化层还具有很好的辐射散热和阻塞热进而所形成的炭化层还具有很好的辐射散热和阻塞热流作用。流作用。熔化型主要利用材料在高温下熔化吸收热量，并进熔化型主要利用材料在高温下熔化吸收热量，并进一步利用形成的熔融液态层来阻塞热流一步利用形成的熔融液态层来阻塞热流防热材料的要求防热材料的要求:有效烧蚀热有效烧蚀热特性：特性：比热容大，热导率小，密度小，烧蚀速率低比热容大，热导率小，密度小，烧蚀速率低.三、树脂基防热复合材料三、树脂基防热复合材料树脂基防热复合
10、材料主要是利用高相变热、低热导率的有机和无机树脂基防热复合材料主要是利用高相变热、低热导率的有机和无机组分，在吸收气动加入的大量热流后发生相变，并随着相变物质的组分，在吸收气动加入的大量热流后发生相变，并随着相变物质的质量流失把热量带走，从而起到保护内部结构的作用。质量流失把热量带走，从而起到保护内部结构的作用。树脂基复合材料的烧蚀防热过程：树脂基复合材料的烧蚀防热过程：内部树脂基体分解产生的内部树脂基体分解产生的挥发物渗透到焦炭中，挥发挥发物渗透到焦炭中，挥发物被加热到极高温度进而分物被加热到极高温度进而分解出更低分子量的裂解物，解出更低分子量的裂解物，这种裂解物的耗散带走大部这种裂解物的耗
11、散带走大部分热量从而阻碍热量向材料分热量从而阻碍热量向材料内部的传入。内部的传入。玻璃纤维玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的稳态烧蚀示意图酚醛树脂复合材料的稳态烧蚀示意图散热体的作用散热体的作用随着热势加剧，树脂基体外层变成黏性体，而后开始降解，产生随着热势加剧，树脂基体外层变成黏性体，而后开始降解，产生泡沫状炭物质，最终形成多孔焦炭泡沫状炭物质，最终形成多孔焦炭.碳碳/碳防热复合材料碳防热复合材料一种完全为碳的复合材料，碳纤维增强体镶嵌在碳基体中，基体材一种完全为碳的复合材料，碳纤维增强体镶嵌在碳基体中，基体材料是气相沉积炭或液态浸渍热解炭料是气相沉积炭或液态浸渍热解炭升华升华-辐射型烧蚀材料：辐
12、射型烧蚀材料：具有高的比热容和汽化能，熔化时要求有很高的压力和温度，具有比具有高的比热容和汽化能，熔化时要求有很高的压力和温度，具有比任何材料都高的烧蚀热任何材料都高的烧蚀热炭材料在烧蚀条件下向外辐射大量的热量，具有较高的辐射系数，可炭材料在烧蚀条件下向外辐射大量的热量，具有较高的辐射系数，可进一步提高其抗烧蚀性。进一步提高其抗烧蚀性。.碳碳/碳复合材料的制备工艺碳复合材料的制备工艺预成型体：预成型体：将碳纤维平面编织物预先浸渍高碳化将碳纤维平面编织物预先浸渍高碳化率的沥青等，然后搭层，固化获得预率的沥青等，然后搭层，固化获得预成型体；或者是三维正交编织。成型体；或者是三维正交编织。三维正交编
13、织碳三维正交编织碳/碳复合材料预成型体碳复合材料预成型体基体碳：基体碳：化学气相沉积（化学气相沉积（CVDCVD）液态浸渍碳化率高的高分子液态浸渍碳化率高的高分子物质的炭化物质的炭化.CVD工艺工艺.抗氧化措施抗氧化措施高于高于370就会开始发生氧化。就会开始发生氧化。在碳在碳/碳复合材料表面进碳复合材料表面进行耐高温材料的涂层，起行耐高温材料的涂层，起到阻隔氧侵入的作用到阻隔氧侵入的作用在制备碳在制备碳/碳复合材料中碳复合材料中在基体中预先包含有氧化在基体中预先包含有氧化抑制剂。抑制剂。碳碳/碳复合材料防氧化涂层要求碳复合材料防氧化涂层要求.碳碳/碳复合材料的界面碳复合材料的界面碳纤维碳纤维
14、-CVD碳碳-沥青碳界面结构示意图沥青碳界面结构示意图.碳碳/碳复合材料的应用碳复合材料的应用.一、热适应复合材料一、热适应复合材料通过对复合材料进行组分与其含量的选择和排列取向的设计，而使之通过对复合材料进行组分与其含量的选择和排列取向的设计，而使之具有适合要求的热导率或热膨胀系数的一种复合材料。具有适合要求的热导率或热膨胀系数的一种复合材料。传统的树脂基复合材料热导率低，不能适应高集成度和高功率所产生传统的树脂基复合材料热导率低，不能适应高集成度和高功率所产生的高热量。的高热量。提高复合材料导热性能的主要措施是在复合材料基体中加入导热性好提高复合材料导热性能的主要措施是在复合材料基体中加入
15、导热性好的填料，如金属、陶瓷、石墨或高石墨化碳纤维。的填料，如金属、陶瓷、石墨或高石墨化碳纤维。热导率可由热导率可由0.20.2升高到升高到20W/(m20W/(mK)K).填料含量的影响填料含量的影响AlN/AlN/聚乙烯复合材料聚乙烯复合材料当填料含量继续增加，超过一定量后，热导率的增长速率变缓当填料含量继续增加，超过一定量后，热导率的增长速率变缓AlN/PEAlN/PE热导率与体积百分含量的关系热导率与体积百分含量的关系在填料含量较低时，其热导率基在填料含量较低时，其热导率基本上保持不变本上保持不变每个填料单体都被低热导率的基体材每个填料单体都被低热导率的基体材料完全的包裹起来，使得填料
16、的高热料完全的包裹起来，使得填料的高热导性能得不到充分展示，对复合材料导性能得不到充分展示，对复合材料热导率的贡献很小。热导率由连续的热导率的贡献很小。热导率由连续的基体材料起主导作用。基体材料起主导作用。当填料含量达到一定程度后，热导率开始显著上升当填料含量达到一定程度后，热导率开始显著上升填料的团簇体开始在整个复合材料中形成连续的网络，随着填料含量填料的团簇体开始在整个复合材料中形成连续的网络，随着填料含量的进一步增大，这一热流通路得到加强，此时复合材料的热导率将由的进一步增大，这一热流通路得到加强，此时复合材料的热导率将由高热导率的填料起主导作用。高热导率的填料起主导作用。.填料结构形态
17、的影响填料结构形态的影响加入不同结构形态填料的复合材料，在相同的填料含量情况下其热导率不同。加入不同结构形态填料的复合材料，在相同的填料含量情况下其热导率不同。热导率最低的是粉体增强的复合材料，热导率较高的是纤维增强的复合擦料，热导率最低的是粉体增强的复合材料，热导率较高的是纤维增强的复合擦料，最大的是晶须增强的复合材料。最大的是晶须增强的复合材料。长径比不同长径比不同填料的长径比越大越容易发生交联，并形成连续的热流通路，有利于提高复合材料填料的长径比越大越容易发生交联，并形成连续的热流通路，有利于提高复合材料的热导率。的热导率。结晶度不同结晶度不同AlNAlN粉体和粉体和AlNAlN纤维是由
18、多晶组成的，存在较多的晶界纤维是由多晶组成的，存在较多的晶界和缺陷是声子的主要散射源，热导率低于理论值；而和缺陷是声子的主要散射源，热导率低于理论值；而晶须的结晶形态最好，近于单晶。晶须的结晶形态最好，近于单晶。界面结合界面结合晶须具有完善的结晶形态，浸润特性良好，与基体的结合状况最好，界面结晶须具有完善的结晶形态，浸润特性良好，与基体的结合状况最好，界面结合较为稳定。在相同填料含量的情况下，与粉体和纤维相比，晶须具有较小合较为稳定。在相同填料含量的情况下，与粉体和纤维相比，晶须具有较小的比表面，相结合的界面较少。的比表面，相结合的界面较少。对于粉体填充的复合材料，其颗粒的粒径对于粉体填充的复
19、合材料，其颗粒的粒径比对热导率也有影响。比对热导率也有影响。较细的粉末表面积大，粉末间相互接触概率增大，容较细的粉末表面积大，粉末间相互接触概率增大，容易形成导热链；较粗的粉末其表面均一性不好，在粉易形成导热链；较粗的粉末其表面均一性不好，在粉末相互接触形成导热链时，接触的粉末间空隙大，易末相互接触形成导热链时，接触的粉末间空隙大，易被残留空气吸附或被低热导率的基体填入，使材料的被残留空气吸附或被低热导率的基体填入，使材料的热导率不高。粉末过细使接触点过多，增加了对热的热导率不高。粉末过细使接触点过多，增加了对热的散射，从而降低了材料的热导率。散射，从而降低了材料的热导率。Cu/Cu/环氧树脂
20、复合材料热环氧树脂复合材料热导率与铜粉粒径的关系导率与铜粉粒径的关系.可控膨胀系数复合材料可控膨胀系数复合材料利用利用Cu、Al等金属（合金）的高导热性和等金属（合金）的高导热性和Al2O3、SiC、AlN、FeNi等等材料的低膨胀性，采用各种复合工艺，来制造既有高导热性，又有低材料的低膨胀性，采用各种复合工艺，来制造既有高导热性，又有低膨胀性的复合材料。膨胀性的复合材料。碳纤维碳纤维/铜复合材料铜复合材料通过选择碳纤维含量、种类和取向，以及相应的制造工艺来调节碳纤通过选择碳纤维含量、种类和取向，以及相应的制造工艺来调节碳纤维维/铜复合材料的线膨胀系数，使之和硅或氧化铝等相接触的线膨胀系铜复合
21、材料的线膨胀系数，使之和硅或氧化铝等相接触的线膨胀系数相近，并且在加热和冷却条件下使他们具有相同的热膨胀率。数相近，并且在加热和冷却条件下使他们具有相同的热膨胀率。碳纤维碳纤维/铜复合材料的线膨胀系数随着碳增强体体积分数的增加而单铜复合材料的线膨胀系数随着碳增强体体积分数的增加而单调下降，且随碳纤维的不同分布方式变化，大小顺序为：长纤维单调下降，且随碳纤维的不同分布方式变化，大小顺序为：长纤维单向（纵向）向（纵向）涡卷状长纤维涡卷状长纤维长纤维双向正交长纤维双向正交无序短纤维无序短纤维长纤维单长纤维单向（横向）。向（横向）。.线膨胀系数随温度变化曲线：线膨胀系数随温度变化曲线：在水平阶段，线膨
22、胀系数为定值在水平阶段，线膨胀系数为定值随温度升高，热应力增加，当该应力值超过随温度升高，热应力增加，当该应力值超过基体的屈服极限，但仍低于界面结合强度时，基体的屈服极限，但仍低于界面结合强度时，将使基体产生塑性变形，于是整个材料的线将使基体产生塑性变形，于是整个材料的线膨胀系数就取决于纤维的热膨胀系数，表现膨胀系数就取决于纤维的热膨胀系数，表现为复合材料的线膨胀系数迅速减少。为复合材料的线膨胀系数迅速减少。约在约在670670，C/CuC/Cu复合材料的线膨胀系数复合材料的线膨胀系数达到最低值，以后进入上升阶段。基体逐达到最低值，以后进入上升阶段。基体逐渐挣脱纤维束缚的过程，温度越高，纤维渐
23、挣脱纤维束缚的过程，温度越高，纤维对基体的束缚越小，线膨胀系数越大，最对基体的束缚越小，线膨胀系数越大，最终接近基体的线膨胀系数。终接近基体的线膨胀系数。纤维含量增加，会改变线膨胀系数随温度的变化纤维含量增加，会改变线膨胀系数随温度的变化加入合金元素可以改变界面结合强度，界面结合强度提高，复合材料加入合金元素可以改变界面结合强度，界面结合强度提高，复合材料的热膨胀系数降低：的热膨胀系数降低：C/Cu(Sn)C/Cu(Sn)与与C/CuC/Cu一样，物理结合；一样，物理结合；C/Cu(Ni)C/Cu(Ni)扩散扩散结合；结合；C/Cu(Fe)C/Cu(Fe)化学结合。化学结合。C/Cu复合材料线
24、膨胀复合材料线膨胀系数系数-温度曲线温度曲线.Cu/FeNi复合材料热膨胀特性复合材料热膨胀特性Cu的膨胀系数远大于的膨胀系数远大于FeNi，因此，因此Cu/FeNi膨胀系数随膨胀系数随Cu含量的增加含量的增加而较快增加而较快增加在在Cu含量相同时，膨胀系数则由含量相同时，膨胀系数则由FeNi合金的本身特点、合金的本身特点、FeNi颗粒与颗粒与Cu颗粒在复合材料中的分布状态以及颗粒在复合材料中的分布状态以及FeNi与与Cu的相互作用决定的。的相互作用决定的。在在Cu含量不是很大的情况下，每含量不是很大的情况下，每增加增加1%Cu，室温膨胀系数约增加，室温膨胀系数约增加0.310-6/K.由于由
25、于FeNi与与Cu相互扩散，相互扩散，FeNi颗颗粒越小，粒越小，Cu扩散进入扩散进入FeNi颗粒所需颗粒所需扩散的距离越小，扩散的距离越小，FeNi颗粒中的颗粒中的Cu含量越多，含量越多，FeNi(Cu)的膨胀系数越的膨胀系数越大。大。FeNi颗粒越小，比表面积越大，颗粒越小，比表面积越大，越易接触而形成越易接触而形成FeNi网络，此时网络，此时Cu被被FeNi包围，其膨胀受到限制，而包围，其膨胀受到限制，而使整个材料的膨胀系数变小。使整个材料的膨胀系数变小。FeNi粒度对材料膨胀系数的影响粒度对材料膨胀系数的影响.随温度的升高，扩散增强，会使随温度的升高，扩散增强，会使FeNi内部的内部的
26、Cu含量增加，同时含量增加，同时F e N i 的 膨 胀 系 数 增 大，因 此的 膨 胀 系 数 增 大，因 此Cu/FeNi复合材料的总的膨胀系数复合材料的总的膨胀系数随温度上升而变大。随温度上升而变大。随着随着Cu含量增加，含量增加，FeNi中达到中达到一定一定Cu含量所需温度越低，而较含量所需温度越低，而较多含量的多含量的Cu会使会使FeNi膨胀系数增膨胀系数增加的速度变小，因此随加的速度变小，因此随Cu的含量的含量升高，材料总的膨胀系数随温度的升高，材料总的膨胀系数随温度的变化变缓。变化变缓。随着温度升高，随着温度升高，Cu/FeNi复合材复合材料膨胀系数受料膨胀系数受FeNi的影
27、响变大，即的影响变大，即更接近更接近FeNi的膨胀系数，所以材料的膨胀系数，所以材料低温膨胀系数实验值比高温膨胀系低温膨胀系数实验值比高温膨胀系数实验值更接近加和规律。数实验值更接近加和规律。Cu/FeNi在在100和和300时的膨胀系数时的膨胀系数.二、烧蚀防热复合材料（耐烧蚀复合材料或防热复合材料）二、烧蚀防热复合材料（耐烧蚀复合材料或防热复合材料）在热流作用下能发生分解、熔化、蒸发、升华、辐射等多种物理和化学在热流作用下能发生分解、熔化、蒸发、升华、辐射等多种物理和化学变化，借助材料的质量消耗带走大量热量，以达到阻止热流传入结构内变化，借助材料的质量消耗带走大量热量，以达到阻止热流传入结
28、构内部的目的，用以防护工程结构在特殊气动热环境中免遭烧毁破坏，并保部的目的，用以防护工程结构在特殊气动热环境中免遭烧毁破坏，并保持必需的气动外形，是航天飞行器、导弹等必不可少的关键材料。持必需的气动外形，是航天飞行器、导弹等必不可少的关键材料。防热复合材料的分类与基本特性防热复合材料的分类与基本特性升华型：利用材料在高温下升华气化带走热量，一升华型：利用材料在高温下升华气化带走热量，一般升华前还有强烈的辐射散热作用。般升华前还有强烈的辐射散热作用。防热机制的不同：防热机制的不同：碳化型：主要利用树脂在高温下的炭化吸收热量，碳化型：主要利用树脂在高温下的炭化吸收热量，进而所形成的炭化层还具有很好
29、的辐射散热和阻塞热进而所形成的炭化层还具有很好的辐射散热和阻塞热流作用。流作用。熔化型主要利用材料在高温下熔化吸收热量，并进熔化型主要利用材料在高温下熔化吸收热量，并进一步利用形成的熔融液态层来阻塞热流一步利用形成的熔融液态层来阻塞热流.材料的烧蚀防热是借助消耗质量带走热量以达到热防护的目的，希望材料的烧蚀防热是借助消耗质量带走热量以达到热防护的目的，希望材料能以最小的质量消耗来抵挡最多的气动热量，因此衡量耐烧蚀材材料能以最小的质量消耗来抵挡最多的气动热量，因此衡量耐烧蚀材料性能优劣的一个重要参数是料性能优劣的一个重要参数是有效烧蚀热有效烧蚀热，即单位质量的烧蚀材料完，即单位质量的烧蚀材料完全
30、烧掉所带走的热量。全烧掉所带走的热量。防热材料的要求防热材料的要求特性：特性：比热容大，以便在烧蚀过程中可以吸收大量的热量比热容大，以便在烧蚀过程中可以吸收大量的热量热导率小，具有一定的隔热作用，这样能使形成高热的部分仅局限在热导率小，具有一定的隔热作用，这样能使形成高热的部分仅局限在表面，热难以传导到内部结构表面，热难以传导到内部结构密度小，从而最大限度地减少制造材料的总重量，以适应航天领域的密度小，从而最大限度地减少制造材料的总重量，以适应航天领域的设计要求设计要求烧蚀速率低，质量烧蚀率低。烧蚀速率低，质量烧蚀率低。.树脂基防热复合材料树脂基防热复合材料树脂基防热复合材料主要是利用高相变热
31、、低热导率的有机和无机树脂基防热复合材料主要是利用高相变热、低热导率的有机和无机组分，在吸收气动加入的大量热流后发生相变，并随着相变物质的组分，在吸收气动加入的大量热流后发生相变，并随着相变物质的质量流失把热量带走，从而起到保护内部结构的作用。质量流失把热量带走，从而起到保护内部结构的作用。树脂基复合材料的烧蚀防热过程：树脂基复合材料的烧蚀防热过程：内部树脂基体分解产生的内部树脂基体分解产生的挥发物渗透到焦炭中，挥发挥发物渗透到焦炭中，挥发物被加热到极高温度进而分物被加热到极高温度进而分解出更低分子量的裂解物，解出更低分子量的裂解物，这种裂解物的耗散带走大部这种裂解物的耗散带走大部分热量从而阻
32、碍热量向材料分热量从而阻碍热量向材料内部的传入。内部的传入。玻璃纤维玻璃纤维/酚醛树脂复合材料的稳态烧蚀示意图酚醛树脂复合材料的稳态烧蚀示意图散热体的作用散热体的作用随着热势加剧，树脂基体外层变成黏性体，而后开始降解，产生随着热势加剧，树脂基体外层变成黏性体，而后开始降解，产生泡沫状炭物质，最终形成多孔焦炭泡沫状炭物质，最终形成多孔焦炭.碳碳/碳防热复合材料碳防热复合材料一种完全为碳的复合材料，碳纤维增强体镶嵌在碳基体中，基体材一种完全为碳的复合材料，碳纤维增强体镶嵌在碳基体中，基体材料是气相沉积炭或液态浸渍热解炭料是气相沉积炭或液态浸渍热解炭升华升华-辐射型烧蚀材料：辐射型烧蚀材料：具有高的
33、比热容和汽化能，熔化时要求有很高的压力和温度，具有比具有高的比热容和汽化能，熔化时要求有很高的压力和温度，具有比任何材料都高的烧蚀热任何材料都高的烧蚀热炭材料在烧蚀条件下向外辐射大量的热量，具有较高的辐射系数，可炭材料在烧蚀条件下向外辐射大量的热量，具有较高的辐射系数，可进一步提高其抗烧蚀性。进一步提高其抗烧蚀性。.碳碳/碳复合材料的制备工艺碳复合材料的制备工艺预成型体：预成型体：将碳纤维平面编织物预先浸渍高碳化将碳纤维平面编织物预先浸渍高碳化率的沥青等，然后搭层，固化获得预率的沥青等，然后搭层，固化获得预成型体；或者是三维正交编织。成型体；或者是三维正交编织。三维正交编织碳三维正交编织碳/碳
34、复合材料预成型体碳复合材料预成型体基体碳：基体碳：化学气相沉积（化学气相沉积（CVDCVD）液态浸渍碳化率高的高分子液态浸渍碳化率高的高分子物质的炭化物质的炭化.CVD工艺工艺.抗氧化措施抗氧化措施高于高于370就会开始发生氧化。就会开始发生氧化。在碳在碳/碳复合材料表面进碳复合材料表面进行耐高温材料的图层，起行耐高温材料的图层，起到阻隔氧侵入的作用到阻隔氧侵入的作用在制备碳在制备碳/碳复合材料中碳复合材料中在基体中预先包含有氧化在基体中预先包含有氧化抑制剂。抑制剂。碳碳/碳复合材料防氧化涂层要求碳复合材料防氧化涂层要求.碳碳/碳复合材料的界面碳复合材料的界面碳纤维碳纤维-CVD碳碳-沥青碳界面结构示意图沥青碳界面结构示意图.碳碳/碳复合材料的应用碳复合材料的应用.
