高焓化学非平衡流条件下C/SiC复合材料的催化性能

刘丽萍，王国林，王一光，张军，罗磊

1. 中国空气动力研究与发展中心 超高速空气动力研究所，绵阳 621000 2. 西北工业大学 超高温结构复合材料重点实验室，西安 710072

具有复杂气动外形、强机动性的新一代临近空间高超声速飞行器在40～80 km高度范围内长时间飞行时[1]，由于飞行器周围的气体受到剧烈的压缩形成激波层，激波层内的气体因激波层的压缩加热而发生分子振动激发和离解、电离等物理化学过程，使得高超声速飞行器长时间处于高焓化学非平衡状态的气动热环境中[2-3]。在这样的极端热环境中，飞行器周围离解后的O、N原子会在热防护材料表面复合生成O2和N2，并将离解所消耗的化学能释放出来(全部或部分)传给物面(催化效应)，这就极大增加了飞行器表面所承受的气动热载荷，会导致材料表面温度急剧升高，甚至会引发高超声速飞行器失效，产生灾难性后果[4-5]。因此，开展飞行器热防护系统材料表面催化效应研究，评估飞行器表面气动热载荷，优化设计热防护系统，对于高超声速飞行器飞行试验任务的成功与否就显得尤为重要。

随着高超声速飞行器的快速发展，对飞行器的热防护材料提出了耐高温、非烧蚀(低烧蚀)、高辐射、低催化等更为苛刻的要求[6-7]。已有研究表明[8-11]：碳纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料(C/SiC)是一种兼有金属材料、陶瓷材料和碳材料性能优点的热结构/功能一体化新型材料，克服了金属材料耐温低和密度大，陶瓷材料脆性大和可靠性差、碳材料抗氧化烧蚀性能差和强度低等缺点，具有耐高温、低密度、高辐射、抗氧化、低烧蚀、中低催化等特点，已经成为最有希望满足高超声速飞行器热防护要求的候选材料之一。……