熱透波機理與熱透波材料（簡體書）

《熱透波機理與熱透波材料》以973項目的研究成果為基礎，系統論述了熱透波的基本概念和科學技術內涵，熱透波材料的燒蝕傳熱行為規律、熱電行為規律及熱透波特性，高溫介電性能測試與熱透波模擬，以及熱透波材料設計與製備技術。

李仲平，1964年生，航天材料及工藝研究所所長，功能性碳纖維複合材料國家工程實驗室主任，國家重大科技工程材料分中心主任。

《熱透波機理與熱透波材料》是對熱透波基礎研究和航天器天線罩（窗）研制實踐的總結，內容具有較強的學術性和工程價值。

熱透波是近十年提出的學術概念，是對航天飛行器“黑障”問題的深化和拓展，涉及熱、電、材料和凝聚態物理等多個學科和工程技術領域，是航天領域的重大問題，具有很強的理論性和多學科交叉特點。解決好熱透波問題，對傳統的航天飛行器和正在發展的新型高超聲速飛行器都十分重要，是實現通信、制導與探測的基礎與保障。
熱透波材料是惡劣熱環境下能夠實現熱透波功能的一種多功能材料。按照材料的熱響應及雷達工作頻段，熱透波材料主要包括燒蝕熱透波和高溫寬頻熱透波。作為航天器重要組成部分的天線罩，其采用的熱透波材料，必須在很寬的溫度范圍內兼具穩定優良的高溫電性能、良好的力學性能、耐熱/燒蝕性能、隔熱性能以及抗沖擊等綜合性能，屬于熱力電一體化的多功能材料。熱透波機理研究需要充分利用電介質物理、計算材料學、氣動熱力學等基礎學科的知識和研究成果，以滿足航天器的具體使用條件和使用要求為最終目標。
近年來在973計劃的支持和牽引下，熱透波研究取得重要突破，揭示了固液氣三相狀態熱透波機理，建立了高溫電性能測試與熱透波模擬手段，實現了材料體系的創新。
本書以973項目的研究成果為基礎，系統論述了熱透波的基本概念和科學技術內涵、熱透波材料的燒蝕傳熱行為規律、熱電行為規律及熱透波特性、高溫介電性能測試與模擬以及熱透波材料設計與制備技術，內容具有較強的學術性和先進性。
本書是作者和他的團隊多年研究的成果，他們精益求精，反復修改，完成了這本不可多得的融合基礎理論和工程實踐的學術專著。本書是從事相關專業領域工作的科研人員不可或缺的參考書。

第1章緒論
1．1熱透波問題的提出
1．2熱透波基本概念與科學技術內涵
1．3熱透波研究進展
1．3．1燒蝕傳熱行為規律
1．3．2熱電行為規律與熱透波機理
1．3．3高溫介電性能測試
1．3．4熱透波模擬試驗
1．3．5熱透波材料
1．4熱透波領域發展方向
參考文獻

第2章熱透波材料燒蝕傳熱行為規律
2．1概述
2．2SiO2材料燒蝕傳熱行為
2．2．1SiO2材料的高溫粘度
2．2．2SiO2材料變粘度固液耦合燒蝕傳熱模型
2．2．3SiO2模型材料燒蝕傳熱行為分析
2．2．4典型SiO2複合材料燒蝕形貌分析
2．3BN陶瓷燒蝕傳熱行為
2．3．1BN材料燒蝕傳熱模型
2．3．2BN模型材料燒蝕傳熱行為
2．4SiO2/Si3N4材料燒蝕傳熱行為
2．4．1SiO2/Si3N4材料燒蝕傳熱模型
2．4．2SiO2/Si3N4模型材料燒蝕傳熱行為分析
2．4．3典型SiO2/Si3N4材料燒蝕特性
參考文獻

第3章熱透波材料熱電行為規律及熱透波特性
3．1概述
3．2熱透波材料熱電行為建模分析
3．2．1熱透波材料熱電行為基礎理論
3．2．2固態熱電行為建模
3．2．3熔融態熱電行為建模
3．2．4氣態熱電行為建模
3．3典型氧化物熱電行為規律
3．3．1二氧化矽材料熱電行為規律
3．3．2其他氧化物熱透波材料熱電行為
3．4典型氮化物熱電行為規律
3．4．1氮化硼材料熱電行為規律
3．4．2氮化矽材料熱電行為規律
3．5典型氮氧化合物熱電行為規律
3．5．1氮氧化矽的性質
3．5．2氮氧化矽的熱電行為規律
3．6雜質離子對材料熱電行為的影響規律
3．7熱透波材料熱透波機理
3．7．1典型材料熱透波特性
3．7．2多相共存體系二維平板熱透波分析方法
3．7．3非對稱熱環境下三維結構熱透波分析
參考文獻

第4章高溫介電性能測試與熱透波模擬
4．1概述
4．2高溫介電性能測試關鍵技術
4．2．1高溫測試環境的實現與控制
4．2．2高溫微波測試傳感器的選材
4．2．3高溫校準
4．3高Q腔法
4．3．1測試原理與高溫校準方法
4．3．2高溫測試系統與測試方法
4．3．3典型測試結果
4．4帶狀線諧振腔法
4．4．1測試原理與高溫校準方法
4．4．2高溫測試系統與測試方法
4．4．3典型測試結果
4．5終端短路法
4．5．1測試原理與高溫校準方法
4．5．2高溫測試系統與測試方法
4．5．3高溫典型測試結果
4．5．4高溫熔體介電性能測試
4．6其他方法
4．6．1自由空間法
4．6．2微擾法
4．7電弧加熱器熱透波模擬
4．7．1熱透波模擬測試系統
4．7．2流場品質控制
4．7．3典型熱透波模擬試驗結果
參考文獻

第5章熱透波材料設計與製備技術
5．1概述
5．2熱透波材料的選材與設計
5．2．1熱透波材料選材
5．2．2熱透波材料一般設計方法
5．3典型熱透波材料及製備技術
5．3．1緻密陶瓷熱透波材料及製備技術
5．3．2多孔陶瓷熱透波材料及製備技術
5．3．3纖維增強熱透波複合材料及製備技術
參考文獻
附表

第4章 高溫介電性能測試與熱透波模擬
4.1 概述
高溫介電性能實測數據對熱透波材料研制、選材、應用及熱透波分析至關重要。對應于主要航天器天線窗（罩）研制需求，工程上高溫介電性能測試需要覆蓋的參數范圍為：介電常數1.2～10，介電損耗5×10_4～1×10，頻率2～18 GHz，測試溫度一般不低于1 000 K。
常溫介電性能測試方法較多，分別屬于諧振法和非諧振法。諧振法通過測試腔體加載試樣前后的諧振頻率及品質因數來計算復介電常數，包括高Q腔法、帶狀線諧振腔法、微擾法等，適用于低損耗材料介電性能測試；非諧振法通過測試加載試樣前后傳輸系統（波導傳輸或同軸傳輸）中的反射與傳輸系數來計算復介電常數，包括終端短路法、自由空間法等。由于介電參數分布范圍廣，微波頻率范圍大，至今尚無一種普適的方法和測試裝置，可以適用于所有材料和頻率范圍的高溫介電性能測試。
相比于常溫介電性能測試，高溫介電性能測試存在諸多困難，主要包括：1）高溫測試環境的實現與控制；2）高溫微波器件的選材；3）高溫校準。高溫介電性能測試可選用的方法包括高Q腔法、帶狀線諧振腔法、終端短路法、自由空間法和微擾法等。其中，高Q腔法適用于小損耗材料，終端短路法適用于較大損耗材料，帶狀線諧振腔法對于低頻（2～7 GHz）小損耗材料，有試樣尺度較小的優勢。
熱透波模擬是評價材料使用特性的重要地面試驗方法，它可以較真實地模擬熱透波材料實際使用狀態下的熱透波性能。迄今主要發展了兩種模擬方法，太陽爐（塔）法和電弧加熱器法。太陽爐法產生的熱環境對微波的干擾很小，但熱場的均勻性、熱場尺度及熱流密度均存在較大限制，電弧加熱器法的熱流密度調節范圍較大，可以達到或接近實際環境條件，更具實用性。
本章在論述高溫介電性能測試的三項關鍵技術的基礎上，重點介紹高溫高Q腔法、帶狀線諧振腔法、終端短路法的測試原理與校準方法、測試系統與測試方法及典型測試結果等；同時，對電弧加熱器流場品質控制方法及熱透波模擬試驗典型試驗結果進行了簡要論述。
4.2 高溫介電性能測試關鍵技術
高溫環境、高溫微波測試傳感器（腔體、變溫傳輸線）、微波電測系統是構成高溫介電性能測試系統中的關鍵三部分，其示意圖見圖4—1所示。其中高溫測試環境的實現與控制、高溫微波器件的選材和高溫校準是實現高溫介電性能測試的主要關鍵技術。