超轻质陶瓷基点阵复合材料结构防隔热一体化设计与表征方法

针对我国未来新一代高超声速飞行器热防护材料的关键技术要求，发展适用于高超声速飞行器服役环境要求的轻质多功能防热材料与结构，研究C/SiC点阵复合材料结构的宏微观力学性能、构型设计与制备技术。基于材料的微细观结构，提出轻质点阵复合材料结构的创新构型设计方案，发展轻质点阵复合材料结构的多功能（承载/防热/隔热/吸能）一体化设计方法。重点研究高温环境下轻质多功能点阵复合材料结构的关键力学行为与失效机理，确定轻质多功能点阵复合材料结构高温力学性能与破坏特征测试方法，提出相应的高温点阵复合材料力学理论模型与设计准则，为我国高超声速飞行器轻质多功能热防护材料与结构的设计、分析及安全评估提供创新性基础科学理论与实验依据。

本项目将点阵结构的概念引入C/SiC复合材料设计与制备中，提出了陶瓷基点阵复合材料结构的新概念，将大大降低热防护结构的质量，提高热防护结构效率。从陶瓷基点阵复合材料结构隔热性能出发，建立了两种点阵复合材料结构等效热导率分析模型，研究了点阵结构细观参数、材料参数\环境温度对点阵复合材料结构等效热导率的影响，优化设计了点阵复合材料防热结构。本项目提出C/SiC陶瓷基点阵复合材料结构的制备工艺，研究了烧结温度、预成型方法以及烧结周期对其致密化的影响，优化了制备工艺。本项目开展了C/SiC陶瓷基点阵复合材料结构高温力学性能试验，研究了点阵结构细观参数和环境温度对C/SiC陶瓷基点阵复合材料结构弹性模量和强度的影响，揭示材料与结构的失效机理。本项研究的研究成果一方面为C/SiC点阵复合材料结构力学行为的表征提供一种探索性的方法，同时也为C/SiC点阵复合材料结构在航空航天、汽车、舰船、机械等领域的设计和应用提供了理论基础和技术储备。