材料烧蚀国内外研究现状综述

菜单

材料的烧蚀包括发生在材料与环境分界面的烧蚀和材料的内部烧蚀。一方面，表面材料与环境气流产生热化学反应，材料发生熔化、气化、粒子碰撞、表面后退、机械剥离等，这个过程是表面烧蚀；另一方面，材料结构内部的热分解和热氧化反应，也同样导致了原材料的质量损失。通常情况下，两种过程不能区分出明显的界限，而是表现出多种复杂的物理化学反应过程的互相耦合。87721

J。Lachaud等[3]人对三维的碳/碳复合材料高温中的表面烧蚀展开了研究，引入了控制体积的概念来建立瞬态热平衡方程，材料的烧蚀与温度和温度的变化速率相关，以此来求解材料内部温度场，建立了能够预测和分析复合材料各个组分反应和变化的模型。

Henderson、Bernard[4]、Torre[5]的研究考虑了热分解气体对流对复合材料的温度场产生的影响，研究中运用了隐式有限分差法对热烧蚀的一维的温度场模型进行了离散化处理，发现热分解气体对流对固体材料内部热传递的影响是很明显可观测到的，不可以忽略。因此，在激光烧蚀三维建模过程中，为了计算方便而不考虑对流并不可行。Hugh[6]研究了碳/酚醛和碳/碳复合材料在迅速升温条件时的高温热力学表现，同样也考虑了热分解过程中产生的气体的影响，建立了材料内部的温度、碳化质量比、气体产量与时间和位置相关的函数关系。在模型中，用实验测出的表面烧蚀率数据来研究对材料的热传递影响，并给出了实验与数值模拟的结果比较，误差在预计范围之内。Dimitrienko[7]考虑了热解气体膨胀的影响，分解气体存储在固体材料内部，引起相关的内部增压，在模型中需要考虑这一点。论文网

彭玉峰等[8]从一般的瞬态热传导方程出发，研究表明材料性质是温度的相关函数。强希文[9]考虑材料参数随温度变化，通过解析和数值方法，研究了防热材料高温热分解反应过程中烧蚀的热化学反应，进行了相应的建模，观察分析了靶材性能的影响规律，得出了不同激光强度、不同时刻下靶材属性随温度的分布规律。梁军[10、11]等通过分析高温环境下防热材料内部烧蚀机理，研究发现材料的性能参数随着温度的变化表现出了非线性特征。

陈敏孙等[12]采用体积控制法，从质量和能量守恒的角度来推导激光辐照复合材料时的温度变化方程，用多步模型来描述热分解反应。并在提出一维模型假设后，在不引入力学量的前提下讨论了了三维温度场模型。三维模型的优越性可以更佳的考察复合材料的各向异性。

万红、胡凯为等[13]研究并推广了一般复合材料在连续激光辐照下的损伤规律，用有限元法得出了材料烧蚀的温度场模型，模拟结果与实验结果互相拟合的很好。郭亚林等[14]改变二氧化碳激光器的激光参数，对碳/硅环氧树脂复合材料做了激光辐照实验，得到了激光参数对烧蚀质量损失率的作用关系。黄国君等[15]研究了激光-载荷联合作用下碳/环氧树脂复合材料单边缺口板断裂的实验，实验测量了阈值曲线，确定了三种断裂模式，获得了热应力模式断裂理论判据，与实验结果相一致，建立了断裂临界条件下几何参数与材料性能参数之间的关系。