可重复使用超高温陶瓷基复合材料研究进展
刘付晨1,2，陈博文1，倪德伟1，顾炎1，林玲1，蔡飞燕1，丁玉生1，董绍明1（1.中国科学院上海硅酸盐研究所结构陶瓷与复合材料工程研究中心；2.中国科学院大学材料科学与光电技术学院）
摘要：随着空天飞行器向更高速度、可重复使用与轻量化方向快速发展，其热防护系统面临极端高温、重复烧蚀及力学承载等多重严苛挑战。超高温陶瓷基复合材料因兼具高熔点、耐重复烧蚀、低密度、高比强度以及高可靠性等优势，被视为新一代可重复使用空天飞行器热防护系统的理想材料体系。系统综述了空天飞行器热防护材料的主要类别，分析了可重复使用空天飞行器对热防护材料的性能要求，并重点聚焦于最具潜力的超高温陶瓷基复合材料在耐重复烧蚀等方面的研究进展，分别从材料组分设计与优化、纤维与界面调控、轻量化与结构功能一体化设计以及先进制备工艺等关键方向展开论述。研究表明，通过多相复合、稀土掺杂、高熵设计等组分优化手段，结合纤维/界面体系创新设计，超高温陶瓷基复合材料的抗重复烧蚀性能和结构可靠性等方面已取得显著提升。展望未来，该领域仍需在长时循环力-热耦合下的性能退化机制、纤维/界面在氧化环境中的耐久性、寿命预测与评估方法以及低成本高效制备技术等方面开展跨尺度机理研究与工程化应用探索，以推动其在可重复使用空天飞行器等尖端装备上的实际应用。
关键词：超高温陶瓷基复合材料；可重复使用；空天飞行器；热防护系统
目录介绍
1 空天飞行器热防护材料体系概述
1.1 空天飞行器热防护材料简介
1） 金属材
2） 树脂基复合材料
3） 气凝胶隔热材料
4） 超高温陶瓷
5） C/C复合材料
6） 陶瓷基复合材料
1.2 空天飞行器可重复使用热防护材料需求
1.2.1 耐极端环境长寿命防热能力
1.2.2 高结构可靠性与力学完整性
1.2.3 轻质化与结构功能一体化
1.2.4 全生命周期经济性与可维护性
2 超高温陶瓷基复合材料研究进展
2.1 陶瓷基复合材料简介与研究进展
2.1.1 材料组成
2.1.2 制备工艺
1） 化学气相沉积/渗透法
2） 浆料浸渍与热压烧结法
3） 前驱体浸渍裂解法
4） 反应熔渗法
2.1.3 材料体系
1） 碳纤维增强碳化硅基复合材料
2） 碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料
3） 氧化物/氧化物陶瓷基复合材料
4） 超高温陶瓷基复合材料
2.2 可重复使用超高温陶瓷基复合材料研究进展
2.2.1 材料组分设计与优化
2.2.2 纤维与界面调控
2.2.3 轻量化与结构功能一体化设计
1） 预制体结构设计与纤维体积分数调控
2） 基体设计与梯度结构优化
3） 结构功能一体化设计
2.2.4 先进制备工艺创新
1） 新型前驱体设计与前驱体浸渍裂解（PIP）优化
2） 化学气相渗透（CVI）工艺的强化与增效
3） 复合工艺路线的协同应用
3 结论与展望
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