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2016年秋季学期研究生课程考核 （读书报告、研究报告） 考核科目 :复合材料与结构研究进展 学生所在院（系） :材料科学与工程学院 学生所在学科 :材料学 学生姓名 :缪克松 学号 :16B909035 学生类别 :直博生 考核结果 阅卷人 目录 1. 新型轻质烧蚀热防护复合材料研究进展 3 1.1. 简介 3 1.2. 发展历程 3 1.3. 基体设计 4 1.4. 填料设计 5 1.5. 结构设计 5 1.6. 结束语 5 2. 光子晶体与光热调控研究进展 6 2.1. 光子晶体概述 6 2.2. 光子晶体应用 6 2.3. 高温光子结构 7 3. 超高温陶瓷复合材料研究进展 8 3.1. 超高温陶瓷复合材料简介 8 3.2. 制备方法 8 3.2.1. 热压烧结 8 3.2.2. 放电等离子烧结 9 3.2.3. 反应热压烧结 9 3.2.4. 无压烧结 9 3.3. 性能与应用 9 4. 树脂基复合材料成型工艺研究进展 10 4.1. 简介 10 4.2. 接触低压成型工艺 10 4.3. 拉挤成型工艺 10 4.4. 模压成型工艺 11 4.5. 缠绕成型工艺 11 4.6. 铺放成型工艺 11 4.7. 总结 11 5. 纤维增强形状记忆聚合物复合材料及其大变形力学行为 12 5.1. 简介 12 5.2. 机理及化学组成 12 5.3. 纤维增强形状记忆聚合物复合材料 13 6. 柔性充气结构研究进展 14 6.1. 简介 14 6.2. 充气式再入减速器研究进展 14 6.2.1. 堆叠圆环型充气减速器 14 6.2.2. 单充气环薄膜型充气减速器 14 6.2.3. 双层锥形充气囊型充气减速器 15 6.3. 结语 15 1. 新型轻质烧蚀热防护复合材料研究进展 1.1. 简介 卫星、飞船等航天器以高超音速穿越大气层（再入返回地球）时，在气动加热下其表面温度最高可达10000℃，因而需要对航天器进行严格的热防护设计来保护其内部结构和仪器设备。烧蚀防隔热材料是经典的热防护方法，通过相变和物质消耗起到防热作用，可用于高焓高热流环境。尤其是深空探测航天器以第二宇宙速度再入的热环境特征是峰值热流密度大、焓值高、压力低和再入时间长，要求防热材料及其构件具有低密度、耐高温、低热导率、低烧蚀量和高热阻塞效应的特点。 常见的烧蚀材料按照其烧蚀机理不同可以分为升华型、熔化型、碳化型；按其质量密度可以分为低密度烧蚀材料（一般在1.0g/cm3以下）和高密度烧蚀材料。为了适应航天器小型化、低发射成本的要求以及深空探测的发展，需要进一步提高航天器的结构比效率，减轻航天器重量，对轻质烧蚀材料提出了迫切需求，因而发展新型轻质烧蚀材料越来越受到重视。 1.2. 发展历程 20世纪60年代初，为了满足卫星、飞船等航天器结构轻量化的要求，采用比重小和导热系数低的弹性硅橡胶、酚醛或者环氧树脂为基体，以石英纤维、酚醛微球为填充物，以酚醛蜂窝为承载结构，研制出低密度烧蚀材料。例如，美国的“阿波罗”飞船所采用的AVCOAT-5026烧蚀材料就是一种以环氧改性酚醛为基体、以石英纤维为填充物、以酚醛蜂窝为承载结构的低密度烧蚀材料；“双子星座”飞船所采用的DC-325烧蚀材料是以甲基硅橡胶为基体、以酚醛蜂窝为承载结构的低密度烧蚀材料。 20世纪60年代末至70年代初，为了适应航天器再入时间长、高焓、低热流等任务特点，美国洛克希德·马丁公司开发出了隔热性能优异的低密度烧蚀材料（SLA）。SLA是一种以硅树脂为基体，以软木、硅土和酚醛微球为填充剂，以酚醛蜂窝为承载结构的低密度烧蚀材料，已成功应用于美国“海盗号”火星探测器。 20世纪90年代，NASA重启火星及太阳系其他行星的探测计划，先进的热防护材料研究重新受到重视。洛克希德·马丁公司在SLA基础上进行了改进，并将其与碳面板蜂窝夹层结构进行了连接。SLA-561V已成功应用于1997年发射的“火星探路者”热防护系统。另外，NASA还开展了新型轻质陶瓷烧蚀材料的研究。例如，Ames研究中心研发的硅树脂浸渍可重复使用的陶瓷烧蚀材料（SIRCA）是以硅树脂为基体制备的，已成功应用于“火星探路者”和“火星探测漫游者”飞船；酚醛浇注碳烧蚀材料（PICA）是以酚醛树脂为基体、以碳纤维作为增强体制备的，已成功应用于“星尘号”返回舱热防护系统，并且该材料已被选为新一代载人宇宙飞船“猎户座号”的热防护材料。 进入21世纪，由于碳化型烧蚀材料烧蚀后能形成致密的耐冲刷碳层，同时碳层具有辐射散热和阻挡热流导入的特点，发展碳化型烧蚀材料成为轻质烧蚀材料研究重点。NASA分别以硅树脂和酚醛树脂为基体、以纤维为增强体和以蜂窝为承载结构，采用高压填充的方式制备了SRAM系列和PhenCarb系列轻质碳化型烧蚀材料。 1.3. 基体设计 基