中文摘要：

本项目围绕超高温、高导热、非烧蚀炭/炭复合材料的制备及防热和热响应机制展开研究。通过对液晶中间相沥青纺丝进行控制制取晶体高度取向的带状纤维，将纤维带与沥青进行复合，再经石墨化热处理制备高导热炭/炭复合材料，再在炭/炭复合材料表面形成可用于超高温环境的抗氧化涂层。系统研究高导热炭/炭材料的工艺过程、材料结构和性能之间的关系，优化其热性能和机械性能，形成一套热导率大于800Wm-1K-1高导热炭/炭材料的制造理论体系和技术，探讨高导热炭/炭材料的主要组织和结构特征对其热导率的影响机制；研究不同方向线膨胀系数差异显著的高导热炭/炭材料的高温抗氧化涂层的制备技术，探索高导热炭/炭材料与其超高温抗氧化涂层的匹配设计及微结构控制方法；通过对在同等环境下传统非烧蚀炭/炭材料和本项目研究的超高温抗氧化高导热炭/炭材料对热环境的响应进行分析，阐明抗氧化高导热炭/炭复合材料热防护机制。

结论摘要：

近空间高超声速飞行器在服役过程中需要经受长时间、中低密度热流的持续加热，总加热量很高；同时，飞行器复杂的升力体外形造成了整个热防护系统在此气动加热环境中不同部位的温差很大，这就对飞行器热防护材料的高温力学性能、长时抗氧化性能、抗热震性能、热结构可靠性等提出了严峻的挑战。对于超高温非烧蚀热防护材料，高导热特性将对实现高效热防护起到显著的效果。本项目以液晶中间相沥青为原料，在熔融纺丝过程中小心控制液晶中间相取向性制取高度晶体取向的带状纤维，纤维带经预氧化和炭化或石墨化后与沥青热压复合得到炭纤维带/炭复合材料，再经高温炭化、石墨化处理制备高导热炭/炭复合材料，最后采用基体改性法、反应熔体浸渗法和料浆涂刷法在炭/炭复合材料表面形成可用于超高温（2000oC以上）环境的抗氧化涂层。系统研究了不同宽度高定向带状炭纤维的制备工艺条件、纤维带形貌和结构的控制方法及其高温演变规律以及炭纤维的物理性能，探讨了高导热炭纤维轴向导热性能的评价方法；通过对带状沥青纤维的氧化稳定化工艺考察、微观结构表征和物理性能测试，确定了沥青纤维带的氧化稳定化最佳工艺条件；研究了高定向高导热炭/炭复合材料的工艺制备方法和控制手段，并建立了高导热复合材料制备工艺、材料结构和性能之间的相互关系，以更好的优化其热物理性能和机械性能。形成一套从纤维带纺丝，纤维带预氧化、炭化和石墨化，炭纤维带复合，到单向热导率大于800W/m？K高导热炭/炭复合材料制备的理论体系和制造技术，探索了炭纤维带/炭复合材料主要结构特征及其制备工艺条件对其热导率的影响，揭示了炭纤维带/炭复合材料导热机理；研究了高导热炭/炭材料与超高温抗氧化涂层的匹配设计及其微观结构控制方法，完成了可用于2000oC并具有较好相容性的高导热炭/炭复合材料抗氧化涂层的制备工艺优化，首次实现了不同方向线膨胀系数差异显著的高导热炭/炭材料的高温抗氧化涂层的控制制备。通过对同等环境下传统非烧蚀炭/炭复合材料和本项目研制的超高温抗氧化高导热炭/炭复合材料对热环境的响应行为和烧蚀性能的分析和比较，初步阐明了具有抗氧化涂层的高导热炭/炭复合材料在超高温热环境中的响应机制和热防护机理。这种超高温抗氧化高导热炭/炭复合材料的成功开发可满足对近空间特殊环境飞行高超声速飞行器材料的极为急迫需求，促进航空航天和国防领域的科学发展和技术进步，具有重要的科学意义和现实应用价值。