对激光致复合材料的高温烧蚀原理的研究即是要研究激光引起的复合材料及其结构和性能参数的变化[2]。激光烧蚀多与靶材自身参数密切相关，而材料的热力学参数往往表现出高度复杂的非线性特征。强激光辐照复合材料时，入射激光能与材料反应产生大量热量，使结构内部产生较大的、复杂的温度梯度，这样不均匀的温度场会引起热应力和变形最终造成结构破坏。复合材料因为其层合结构，是各项异性的，与各向同性的结构相比较，热传输过程更为复杂，影响因素也更多。通过建模准确的分析复合材料烧蚀传热是评估复合材料性能的重要部分，热导率受材料反应动力学因素影响，与材料的组分变化有关。本文在参考了大量的文献资料后，建立了一个研究复合材料热烧蚀的一维模型。源-于,优Z尔%论^文.网wwW.yOueRw.com 原文+QQ752018~766

1。2  研究现状 

2  烧蚀过程的热效应

复合材料在高温条件下的烧蚀根据温度的不同，分阶段发生不同的物理化学反应过程。在一维模型中，材料被暴露在单侧热通量环境中，复合材料的整个反应过程有几种不同状态：包括原始材料状态、热分解、碳化层形成期、碳硅反应。材料初始组分包括了固体基体、储存气体的孔隙。

在初始状态室温时，热分解反应还没开始发生，材料温度升高，但是并不分解，材料中热传递是纯热传导的结果，热量仅仅从高温区域向低温区域传递，材料在线度上只发生少量的纯热致膨胀。

当材料达到足够高的温度时，通常是200到300℃，发生热分解反应。热解状态中，材料由初始组分分解产生气体部分和剩余固体部分（焦碳）。一开始，由于材料的孔隙度和渗透率较低，分解出的气体被困于材料内部，存储在固体材料的孔隙中。对于孔隙度和渗透率足够小的高密度复合材料来说，产生的气体会造成内部压力升高，因此导致固体基质的膨胀。

随着热分解反应进行，气体产生速率增加，孔隙中气体压力也迅速增加，复合碳材料的孔隙度和渗透率也增加，当内部压力升高到一定程度时，足够破坏基体结构，气体从材料孔隙中溢出且流向反应区，同时减弱了材料的热传导。此时材料的热传递包括了纯热传导和气体对流的影响，表现为材料内部存储的分解出气体的量先有峰值，紧接着是固体的急剧收缩。

随着温度的增加，由于材料的弹性回复，固体开始缓慢收缩。分解过程完成后，剩下的材料是焦碳/纤维。当氧气充足并且温度足够高时，焦碳会氧化，只剩下纤维成分。

在温度超过1000℃时，基体热解基本完成，来自热解反应的碳渣和硅可以发生化学反应， 导致生成额外的分解气体和固体膨胀。给予足够的入射能量，最终材料表面的活性物质消耗光，只留下惰性碳。

在更高的温度，碳材料可能达到融化或破坏温度，导致表面衰退。

通过每个材料状态的传热数据，参考类似问题的其他传热模型来建立分解的热传递模型。应该注意的是，热分解和热化学膨胀都和升温速率紧密相关。随着升温速率增加，热分解和相关的热化学反应都会在更高的温度发生，这是因为气体产量增速，从而造成了内部压力升高。文献综述

本研究主要建立了预测复合材料热解状态的热响应模型，对于更高温度的焦碳氧化作用过程则没有研究。

3  数学模型 

建立预测碳/硅复合材料热分解的一维传热数学模型，采用控制体概念描述材料的化学变化，综合考虑材料内部温度、气体产生速率、气压、时间、空间位置等因素