中国材料进展
中國材料進展
중국재료진전
MATERIALS CHINA
2012年
1期
56-61
,共6页
防热材料%烧蚀%防热原理%耗散防热%金属基复合材料
防熱材料%燒蝕%防熱原理%耗散防熱%金屬基複閤材料
방열재료%소식%방열원리%모산방열%금속기복합재료
thermal protective materials%ablation%thermal protective mechanism%dissipation thermal protection%metal matrix composites
传统的防热材料大多是依靠材料自身的高熔点“忍受”热流或依靠缓慢烧蚀来被动地延长寿命的，这些材料因其密度大或耐氧化不足等问题已经不能满足飞行器设计者的期望，突破传统的被动式防热的思路从防热机理的源头上探索新的思路或许可以找到可行的技术途径。作者设计了一个新的材料体系——耗散防热材料，即在石墨中加入还原性金属，在烧蚀过程中还原性金属耗散热量，同时耗散外界的氧，自发生成氧化物陶瓷膜。新的材料设汁的思想是“利用”热流而不是单纯“忍受”热流，初步试验验证表明，在廉价的石墨渗入耗散剂——铝制备的耗散防热材料，在2900℃，4MW／m^2热焓值烧蚀下，线烧蚀率仅为传统C／C的1／10。其耗散防热原理包含了以往的汇热防热、辐射防热、烧蚀防热、发汗防热等防热形式，增加了相变反应防热，是一种新的防热原理，这种高效能、低成本的材料预计具有很好的应用前景，也将推动非平衡条件下的金属化学基础理论突破。本材料研究的科学问题，涉及高温、高压、高速气流冲刷等非平衡状态的化学反应问题、金属流动问题等，这些问题的研究必将推动材料科学与传热学、流体力学、燃烧化学、气动力学等学科的交叉互动和新的发展。
傳統的防熱材料大多是依靠材料自身的高鎔點“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。作者設計瞭一箇新的材料體繫——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，自髮生成氧化物陶瓷膜。新的材料設汁的思想是“利用”熱流而不是單純“忍受”熱流，初步試驗驗證錶明，在廉價的石墨滲入耗散劑——鋁製備的耗散防熱材料，在2900℃，4MW／m^2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瞭以往的彙熱防熱、輻射防熱、燒蝕防熱、髮汗防熱等防熱形式，增加瞭相變反應防熱，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、高速氣流遲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扠互動和新的髮展。
전통적방열재료대다시의고재료자신적고용점“인수”열류혹의고완만소식래피동지연장수명적，저사재료인기밀도대혹내양화불족등문제이경불능만족비행기설계자적기망，돌파전통적피동식방열적사로종방열궤리적원두상탐색신적사로혹허가이조도가행적기술도경。작자설계료일개신적재료체계——모산방열재료，즉재석묵중가입환원성금속，재소식과정중환원성금속모산열량，동시모산외계적양，자발생성양화물도자막。신적재료설즙적사상시“이용”열류이불시단순“인수”열류，초보시험험증표명，재렴개적석묵삼입모산제——려제비적모산방열재료，재2900℃，4MW／m^2열함치소식하，선소식솔부위전통C／C적1／10。기모산방열원리포함료이왕적회열방열、복사방열、소식방열、발한방열등방열형식，증가료상변반응방열，시일충신적방열원리，저충고효능、저성본적재료예계구유흔호적응용전경，야장추동비평형조건하적금속화학기출이론돌파。본재료연구적과학문제，섭급고온、고압、고속기류충쇄등비평형상태적화학반응문제、금속류동문제등，저사문제적연구필장추동재료과학여전열학、류체역학、연소화학、기동역학등학과적교차호동화신적발전。
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--infiltra- ting reducing metal to graphite, whose dissipative agent dissipate heat and oxygen in ablation, and generate a kind of ce- ramic membrane to protect matrix. The new idea is to ＂make use of＂ , not ＂endure＂ heat flow, and the preliminary test results show that the liner ablation rate of the composite infiltrating A1 （ as dissipative agent） to graphite is 1/10 of that of C/C in the condition 2 900 ℃, enthalpy values of 4 MW/m^2 , whose cost is only 1/50 of C/C ! Dissipation thermal protection is a new form of thermal protection which includes phase transition besides sink heat, radiation, ablation, transpiration etc. The composite is expected to be very attractive for its good property and low cost, and it faces different problems of reaction rate and metal flowing etc. in the supercritical state-high temperature, high pressure and high speed airflow from the present ablation resistance materials only at high temperature, while it is believed that research on these problems will surely promote the interaction of material science, heat transfer, fluid mechanics, cumbustion chemistry and gasdynamics.
