超高温结构复合材料服役行为模拟：理论与方法

　　本书依据作者团队的研究成果，详细介绍了碳基复合材料、碳纤维增韧碳化硅复合材料、连续碳化硅纤维增韧碳化硅复合材料及其改性复合材料等超高温结构复合材料的热环境行为、热化学环境行为、热/力/介质耦合环境行为、空间辐照行为，并介绍了固/液火箭发动机燃气和羽流对超高温结构复合材料极端环境服役行为的模拟验证结果。本书既可为新型超高温结构复合材料针对服役环境的改性设计提供指导，又可为现有超高温结构复合材料在冲压发动机、火箭发动机、高超声速飞行器、空天飞行器等航空航天核心装备上的应用设计提供依据。 本书适合材料专业科研开发人员、研究生及高年级的本科生阅读参考。

　　成来飞教授，博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者，教育部“长江学者”特聘教授，国家“新世纪百千万人才工程”入选者，首批超高温结构复合材料创新团队带头人，国防科技工业突出贡献中青年专家。现为国务院学位委员会材料学科评议组成员，中国复合材料学会理事，中国材料研究学会常务理事。主要研究方向为碳基和陶瓷基复合材料环境模拟与陶瓷基复合材料的应用技术。获国家技术发明一等奖1项、国家教学成果二等奖1项、省部级科学技术奖5项。获国家发明专利34项。中国国际发明展览会专利金奖1项。

第1章绪论/001
1.1超高温结构复合材料的类别/002
1.1.1碳基复合材料（C/C）/002
1.1.2碳纤维增韧碳化硅复合材料（C/SiC）/004
1.1.3连续碳化硅纤维增韧碳化硅基复合材料（SiC/SiC）/005
1.1.4超高温陶瓷基复合材料/006
1.2超高温结构复合材料的应用环境/007
1.2.1航空发动机热端环境/007
1.2.2冲压发动机热端环境/008
1.2.3火箭发动机热端环境/009
1.2.4飞行器热结构应用环境/009
1.2.5空间服役环境/010
1.3超高温结构复合材料的应用考核方法/011
1.3.1航空发动机应用考核 /011
1.3.2冲压发动机应用考核/015
1.3.3火箭发动机应用考核/017
1.3.4飞行器热结构应用考核/020
1.3.5空间服役环境应用考核/023
1.4小结/024
参考文献/025

第2章超高温结构复合材料环境性能模拟理论与实现途径/030
2.1超高温结构复合材料控制性服役环境因素/031
2.1.1热效应/031
2.1.2力（应力）效应/037
2.1.3介质效应/041
2.1.4因素耦合效应/049
2.2超高温结构复合材料环境性能模拟理论基础及方法/054
2.2.1相似理论/055
2.2.2分步模拟测试方法/056
2.2.3加速模拟测试方法/057
2.3超高温结构复合材料服役环境性能模拟实现途径/058
2.3.1静态气氛/应力耦合环境材料性能模拟/058
2.3.2动态燃气/应力耦合环境材料性能模拟/062
2.3.3空间环境材料性能模拟/077
2.4小结/080
参考文献/080

第3章超高温结构复合材料热环境行为/083
3.1深冷环境温度对材料性能的影响/084
3.1.1深冷环境温度下C/SiC性能演变行为及机制/085
3.1.2深冷环境温度下SiC/SiC性能演变行为及机制/091
3.2中、高温对材料性能的影响/095
3.2.1中、高温下C/SiC力学性能演变行为及机制/095
3.2.2中、高温下C/SiC热物理性能演变行为及机制/096
3.3超高温对材料性能的影响/101
3.3.1超高温下C/SiC微结构演变行为及机制/102
3.3.2超高温下C/SiC力学性能演变行为及机制/114
3.4热处理对材料性能的影响/116
3.4.1热处理后材料力学性能演变行为及机制/117
3.4.2热处理后材料热物理性能演变行为及机制/122
3.5小结/129
参考文献/129

第4章超高温结构复合材料热化学环境行为/131
4.1超高温空气对材料的影响/132
4.1.12D C/SiC激光烧蚀后性能演变行为/132
4.1.22D C/SiC激光烧蚀后微结构演变行为/140
4.2超高温/准静态/水氧耦合环境对材料的影响/146
4.2.1C/SiC的氧-乙炔焰烧蚀性能演变行为及机制/146
4.2.2涂层改性CVI 3DN C/SiC氧-乙炔焰烧蚀性能演变行为及机制/153
4.2.3C/C与C/SiC氧-乙炔焰烧蚀性能对比/156
4.3高温/动态/水氧耦合环境对材料的影响/159
4.3.1涂层改性C/SiC的甲烷风洞烧蚀性能演变行为及机制/159
4.3.2基体改性C/SiC的甲烷风洞烧蚀性能演变行为/162
4.3.3涂层/基体改性C/SiC的甲烷风洞烧蚀性能演变行为及机制/164
4.3.4C/SiC煤油燃气风洞烧蚀性能演变行为及机制/169
4.4小结/172
参考文献/172

第5章超高温结构复合材料热/力/介质耦合环境行为/174
5.1SiC-C/C的疲劳性能/175
5.1.1高温/静态/水氧耦合下SiC-C/C疲劳性能演变行为及机制/175
5.1.2高温/低速/水氧耦合下SiC-C/C疲劳性能演变行为及机制/188
5.2C/SiC的蠕变性能/196
5.2.1高温/静态/水氧耦合下2D C/SiC蠕变性能演变行为及机制/196
5.2.2高温/低速/水氧耦合下2D C/SiC蠕变性能演变行为及机制/208
5.2.3高温/亚声速/水氧耦合下2D C/SiC蠕变性能演变行为及机制/212
5.2.4高温/亚声速/水氧耦合下3D C/SiC蠕变性能演变行为及机制/223
5.3小结/237
参考文献/237

第6章超高温结构复合材料空间环境辐照行为/239
6.1原子氧对材料的影响/240
6.1.1C/C性能及微结构演变行为/240
6.1.2C/C-SiC性能及微结构演变行为/242
6.1.3C/SiC性能及微结构演变行为/243
6.1.4SiC/SiC性能及微结构演变行为/244
6.1.5TaC涂层改性C/C性能及微结构演变行为/245
6.1.6CVD SiC涂层性能演变行为及机制/249
6.2带电粒子对材料的影响/253
6.2.1电子辐照对材料的影响/253
6.2.2质子辐照对材料的影响/260
6.2.3质子/电子耦合辐照对材料的影响/268
6.3原子氧/分子氧耦合对材料的影响/273
6.3.1原子氧/分子氧耦合对C/SiC的影响/273
6.3.2原子氧/分子氧耦合对SiC/SiC的影响/281
6.4原子氧/带电粒子耦合对材料的影响/287
6.4.1原子氧/带电粒子耦合对C/C的影响/287
6.4.2原子氧/质子/电子耦合对C/C-ZrC的影响/305
6.4.3原子氧/质子/电子耦合对CVD SiC C/C的影响/313
6.5小结/317
参考文献/317

第7章超高温结构复合材料环境性能模拟验证/319
7.1C/C使役性能模拟验证/320
7.1.1整体毡C/C固体火箭喷管模拟验证/320
7.1.2整体毡C/C液体火箭喷管模拟验证/321
7.1.3三维针刺C/C固体火箭喷管模拟验证/326
7.1.4三维针刺C/C尖锐前缘在固体火箭燃气射流中模拟验证/328
7.2C/SiC使役性能模拟验证/332
7.2.1三维编织C/SiC固体火箭喷管模拟验证/332
7.2.2三维编织C/SiC液体火箭喷管模拟验证/341
7.2.3二维叠层C/SiC固体火箭导流管模拟验证/349
7.2.4二维叠层2D C/SiC固体火箭燃气舵模拟验证/351
7.2.5三维细编穿刺C/SiC球头在固体火箭燃气羽流中模拟验证/354
7.3UHTCMC使役性能模拟验证/357
7.3.1ZrB2-SiC改性3DN C/C固体火箭喷管模拟验证/357
7.3.2MoSi2改性3DN C/C固体火箭喷管模拟验证/358
7.3.3HfC改性3DN C/C固体火箭喷管模拟验证/361
7.3.4HfC-TaC改性3DN C/C固体火箭喷管模拟验证/362
7.4本章小结/364
参考文献/365