8 高性能复合材料发展现状与发展方向
8.1 国内复合材料发展现状与发展方向
复合材料学界较普遍认为我国复合材料发展中亟待研究解决下列问题：
（1）在发展复合材料新品种的同时，注意发展复合材料构件的制造技术，特别是先进制造技术；
（2）在研究复合材料构件无损检测方法的同时，加紧研究制定无损评价标准。
其中有五个问题是研究重点：
①增强纤维的研制、生产与供应；
②复合材料低成本生产技术；
③新工艺、新设备的研制与发展；
④复合材料生产环境及回收利用；
⑤国际大环境与市场经济条件下我国复合材料发展的对策。
8．1．1 航天功能复合材料的现状与展望
（1）引言
《美国国防部关键技术计划》指出：“下一代复合材料结构的研究将侧重于材料的多功能性能方面”。
20世纪90年代初、中期，美国用于这方面的研究经费为（1.7~1.8）亿美元/年。
功能复合材料的成功应用，使先进战略导弹弹头的有效载荷与结构重量之比大幅度提高（达到4:1），并实现了小型化、被动滚控和强突防。同时具有全天候能力和百米级命中精度。
（2）航天高技术对功能复合材料的要求
1）军事对抗要求
航天高技术对功能复合材料的军事对抗要求包括：
①生存性（全天候、突防、隐身、探测—透波）；
②小型化、轻质化（结构—功能一体化、多功能一体化）；
③高精度（稳定外形）。
2）环境要求
航天高技术对功能复合材料的环境要求（即生存性要求）包括：
①防热；
②抗热应力；
③抗侵蚀；
④耐空间原子氧；
⑤耐高低温交变；
⑥耐空间辐射
⑦阻尼减震。
（3）航天功能复合材料的研究方向与主要研究内容
航天功能复合材料的研究方向包括：防热功能复合材料、透波和多功能复合材料、功能复合材料的加工技术和功能复合材料测试评价技术。
①防热功能复合材料主要研究内容
防热功能复合材料的研究内容主要包括:先进碳/碳复合材料技术、先进碳/酚醛防热复合材料技术、低成本、碳/碳复合材料、新型防热复合材料探索和防热复合材料修补技术；
探索研究防热复合材料现场诊断与损伤预警。
②透波、多功能复合材料主要研究内容
透波、多功能复合材料的研究内容主要包括：先进介电防热复合材料技术、多功能复合材料技术和新型抗高能破坏复合材料探索。
③吸波、隐身复合材料主要研究内容
吸波、隐身复合材料的研究内容主要包括：红外吸波隐身复合材料、雷达吸波隐身复合材料、隐身/结构复合材料和多功能隐身复合材料。
④功能复合材料加工技术主要研究内容
功能复合材料加工技术的主要研究内容包括：先进碳/碳复合材料加工技术、陶瓷基复合材料加工技术、防热复合材料精加工技术和复合材料低损伤加工技术。
⑤功能复合材料测试评价技术主要研究内容;
功能复合材料测试评价技术研究的主要内容包括：功能复合材料超高温性能测试评价技术、复合材料性能表征与质量控制、复合材料微观结构和失效分析技术和复合材料介电性能测试技术研究。
（4）航天功能复合材料的研究进展
1）防热复合材料
按发展历程排列，防热复合材料先后采用了玻璃纤维复合材料、高硅氧玻璃纤维复合材料、碳纤维/石英陶瓷基复合材料、碳纤维/酚醛复合材料和碳/碳复合材料。下面主要介绍碳/碳复合材料和碳/酚醛复合材料。
①碳/碳复合材料
碳/碳复合材料是战略核武器弹头端头的最佳候选材料；端头在应用过程中经受的环境恶劣，对武器的气动特性和再入飞行特性影响最大，并直接影响弹头生存能力和落点精度。
碳/碳防热复合材料初期主要解决再入过程的“热障”，通过外表材料的烧蚀来吸收热量以避免热量传向内部。进一步研究抗热应力问题，即解决再入时气动热和严重温差所引起的热应力问题。当再入到12km以下时，自然或人为粒子云的冲刷，即烧蚀/侵蚀的耦合作用将引起烧蚀量增加和烧蚀不均匀，严重时会导致弹头失效。
当前碳/碳复合材料研究重点是制造烧蚀/侵蚀外形稳定的先进碳/碳复合材料；由三向正交碳/碳复合材料向细编穿刺三向碳/碳复合材料和耐熔金属芯增强细编三向碳/碳复合材料发展。
②碳/酚醛复合材料
在弹头的端头稍向后的部分，虽然其温度略低于端头，但占弹头表面积的大部分，这部分的防热问题也不能忽视。战略核武器弹头要实行小型化、轻质化、高精度。碳/酚醛是当前战略核武器大面积防热层的最佳候选材料。因为大面积防热层一般约占弹头结构重量的1/3，所以应提高碳/酚醛的抗烧蚀能力，减少防热层厚度，提高它在承载、抗核、吸波、隔热方面的潜力。
20世纪70年代初以来，碳/酚醛复合材料的工艺进展包括：由重叠缠绕到倾斜缠绕；由一般酚醛树脂到高纯酚醛树脂；由单纯碳/酚醛复合材料到引入特种添加剂的碳/酚醛复合材料；由外加压固化到内加压固化。
当前，碳/酚醛对弹头的主要影响表现为：实现弹头被动滚控技术；进一步小型化和轻质化。
2）多功能复合材料
航天多功能复合材料的研究已经从初期的双功能（如防热/抗核）复合材料进入到三功能（如防热/透波/承载、防热/抗核/承载）复合材料。
①双功能（防热/抗核）复合材料
主要用作战略核武器端头前体材料。其工艺途径包括：调整增强物不同结构（包括一体化整体编织、三维薄壁织物）、与不同组元混编或混杂纱编织、调节基体的组元（包括双基体）和改进复合工艺。
②三功能（防热/透波/承载）复合材料
主要用于新型战略核武器弹头的天线窗材料和常规地/地—惯性/地图匹配精确制导导弹天线罩材料。其工艺过程包括：浇注熔融硅陶瓷、三向正交石英增强氧化硅基复合材料、有机硅热解方法制备有机硅复合材料（要求承受温度高于1500℃、并坚持数秒）和磷酸盐基（温度小于1500℃、但能坚持数分钟）复合材料。
