烧蚀材料，被称为是飞行器的“保护伞”。它究竟是何方神圣，为什么如此重要呢？让我们一起来了解下。

首先就得解释解释，究竟何为“烧蚀”。烧蚀，从字面解释：烧——加热使物体变化，蚀——损伤、亏缺。那么烧蚀就是在高温状态下物质的消耗。所以，所谓的烧蚀材料就是一种在高温环境下被消耗掉的材料。

对航天器的保护作用

我们知道，火箭、航天飞机在返回地球的时候，由于燃料不足以将飞行器从一个很高的速度（约 7.7km/s）降到一个很低的速度，所以只能通过地球表面稠密的大气层来减速。大气层通过摩擦“拽住”飞行器达到减速的目的，而如此高速的情况下，摩擦会产生巨大的热量，使飞行器表面温度迅速升高至几千甚至上万摄氏度。

如果没有保护，那么飞行器就会瞬间化作一团火焰而“灰飞烟灭”。例如美国的“哥伦比亚”号航天飞机在返回的过程中，飞机的隔热瓦受损，返回途中飞机爆炸，飞机上的7人全部遇难。

不仅火箭外部需要用到烧蚀材料，火箭内的发动机内壁也同样需要。因为固体火箭发动机的内部长时间在高温高压的环境下工作，需要在内壁加入耐烧蚀的复合材料作为内衬绝热层，防止发动机损坏。

1、有效减少航天器表面温度

神舟飞船的烧蚀材料是由国内科研人员经过多年研究和开发而成的。这种烧蚀材料采用有机无机复合材料制成，具有良好的耐高温性能和抗氧化性能。它能够在高温气流冲击下形成一层均匀的烧蚀层，有效减少航天器表面的温度，并在一定程度上保护航天器结构不受损伤。

神舟飞船的烧蚀材料是由国内科研人员经过多年研究和开发而成的。这种烧蚀材料采用有机无机复合材料制成，具有良好的耐高温性能和抗氧化性能。它能够在高温气流冲击下形成一层均匀的烧蚀层，有效减少航天器表面的温度，并在一定程度上保护航天器结构不受损伤。

2、提供优良的隔热保护

神舟号航天器采用的烧蚀材料是炭化硅基陶瓷复合材料。这种材料独特的结构使其能够在高温环境下保持较高的强度和稳定性。由于在再入大气层的过程中，航天器遭受到了高温高应力的严酷环境，所以选择这种炭化硅基陶瓷复合材料的烧蚀材料是非常合适的。

烧蚀材料的隔热性能是保障航天器安全的关键。在高速再入过程中，航天器表面会受到剧烈的高温侵蚀，而烧蚀材料的任务就是将热量迅速分散和吸收，以防止温度过高对航天器结构产生不可逆的破坏。炭化硅基陶瓷复合材料具有较高的比热容和导热系数，使其能够迅速吸收并传导热量，减缓温度的上升速度，从而有效保护航天器内部结构。

烧蚀材料还能够承受较高的机械应力和热应力。再入过程中，航天器始终处于高速运动状态下，不仅面对着来自大气层的热载荷，还面临着由于运动加速度和气动力的作用而产生的机械应力。炭化硅基陶瓷复合材料的高耐热性、高耐机械性和耐切割能力使其能够适应这些复杂的工作环境。

3、表面烧蚀材料有哪些意外之处：可形成保护层减缓热量传递和耐火性能持久

表面烧蚀材料是一种具有特殊结构的材料，常用于高温环境下的保护。它能够在极高温度下形成一层保护层，以减缓热量传递并提供持久的耐火性能。然而，表面烧蚀材料在实际应用中也存在一些意外之处，这些特点可能对其性能产生不利影响。

表面烧蚀材料可能在一段时间后失去保护层，从而导致性能下降。虽然表面烧蚀材料能够在高温下形成保护层，但长期高温的作用下，这层保护层可能受到烧蚀、热膨胀等因素的影响而逐渐破坏。一旦保护层被破坏，材料的耐火性能和热传导能力就会降低，从而影响其应用效果。

表面烧蚀材料的使用寿命有限。由于高温环境下的腐蚀和烧蚀作用，表面烧蚀材料的使用寿命通常较短。尽管其烧蚀层能够提供良好的耐火性能，但随着时间的推移，这层烧蚀层将逐渐消耗，直至材料无法提供足够的保护。因此，在应用表面烧蚀材料时，需要进行定期检测和维护，以确保其性能和使用寿命。

烧蚀材料的特点

1、耐高温

烧蚀材料具有耐高温的特点。在高温环境中，大部分材料会发生熔化、炭化或者其他形式的破坏，然而烧蚀材料能够在极高温下保持结构完整性和力学强度。这主要得益于烧蚀材料的高熔点和良好的热稳定性，能够有效抵御高温环境对材料的破坏。

2、抗氧化能力强

烧蚀材料还具有抗氧化能力强的特点。当飞船进入大气层时，除了高温的热量外，还会有大量的氧气存在，容易导致材料的氧化和腐蚀。烧蚀材料能够有效抵御氧气的侵蚀，并形成一层氧化膜来保护材料的内部结构。这种氧化膜具有良好的稳定性和耐腐蚀性，能够在极端条件下保护飞船的外壳和内部设备不受损害。

那么，烧蚀材料如何实现这些特点呢？首先，烧蚀材料的制备需要选择具有耐高温和抗氧化能力的原材料。常见的烧蚀材料包括耐火复合材料、碳纤维复合材料和陶瓷复合材料等。这些材料具有高熔点、高强度和低导热性等特点，能够在高温环境中保持稳定性和耐久性。

烧蚀材料的结构设计也起到重要的作用。烧蚀材料通常采用多孔结构或层状结构，这种结构能够增加热量的散逸面积，从而提高了材料的热稳定性和抗氧化能力。同时，烧蚀材料还可以根据实际需要进行涂覆处理，以进一步增强材料的抗热、抗氧化和抗冲击性能。

3、稳定性

烧蚀材料的稳定性也是其重要的特点之一。在长时间的航天任务中，航天器的再入和返回过程需要经历多次高温的侵蚀，因此材料的稳定性对于保障航天器的安全非常重要。炭化硅基陶瓷复合材料具有良好的化学稳定性和烧蚀性能，能够在长时间的高温环境下保持结构的完整性和性能的稳定性。

烧蚀材料的种类

1、升华型

升华型的材料在遇见高温时，会通过一种叫作升华（指物质从固态不经过液态直接变成气态的相变过程，逆过程叫凝华）的物理变化，带着大量热量一起“远走他乡”，这样就可以使得飞行器的表面温度不会因为太高而发生事故。

但是，这类升华型的材料隔热性能不好，也就是说这类材料不能很好地防止热量传导到飞行器的内部，而且这类材料的制作成本比较高，所以在实际应用中并不多见。

2、熔化型

熔化型的材料会在遇到高温时发生熔化。在熔化过程中，它可以吸收大量热量，而且熔化型的材料包括石英、玻璃一类，这类材料在经过熔化之后会在飞行器的表面形成一个“保护套”——液态膜，这个“保护套”可以降低飞行器所受到的气流冲刷带来的影响。

不过，这类材料有一个缺点就是不便于加工，也就很难大面积地用在飞行器表面。

3、碳化型

碳化型的材料是通过高温下高分子材料发生碳化吸热，从而防止飞行器表面温度过高。

国外关于航天器的轻质烧蚀材料研究已经取得了丰硕的成果，并且已经有了丰富的飞行经历。国外研究的材料种类多样，并且形成了较为完整的体系，不仅可以满足多种环境下的不同需求，还可以满足各个量级的飞行器对于防热的不同需求。而从国内的角度来看，对于轻质烧蚀材料的研究还远不及国外，轻质烧蚀材料是一个值得去投入研究的重要领域。

目前，我国烧蚀材料正处于不断摸索前进的阶段，开发出高性能水平的烧蚀材料对于增强我国航天、军事水平都有着重大意义。相信我国的科学家们一定会在不远的未来，研制出性能更好的烧蚀材料，将我国的航天和军工事业推向新的高度。

文章来源： 奇趣万千，重庆科技馆，生物王国