液氧甲烷发动机因清洁环保、可重复使用、原料易获取等优势，已成为商业航天与深空探测的核心动力选择，但其燃烧室、喷管等核心部件需承受3000℃以上高温燃气冲刷、剧烈热冲击及液氧低温侵蚀的双重考验，传统金属与陶瓷材料难以兼顾“耐烧蚀、低导热、轻量化”需求。碳纤维基复合材料（碳/碳、碳/陶瓷基复合）凭借“极致耐烧蚀、低导热系数、高比强度”的核心优势，经配方优化与工艺革新，精准适配液氧甲烷动力工况，破解传统材料瓶颈，为火箭发动机实现性能跃升与重复使用提供核心支撑。
碳纤维基复合材料的“耐烧蚀、低导热”双特性，是适配液氧甲烷发动机工况的核心逻辑。在耐烧蚀性能方面，通过碳纤维预制体编织优化、基体改性及涂层防护技术，材料烧蚀率可低至0.1mm/s以下，较传统铌合金烧蚀率降低80%以上；在3000℃液氧甲烷燃气冲刷下持续工作100秒后，结构完整性仍保持良好，无明显龟裂与剥落，能有效抵御高温燃气对发动机核心部件的侵蚀。在低导热特性方面，碳纤维的层状结构与基体的协同作用，使材料常温导热系数低至10W/(m·K)以下，高温下导热系数增幅控制在20%以内，可构建高效热防护屏障，将燃烧室壁面温度从1800℃以上降至300℃以下，避免高温传导导致发动机壳体、密封件等周边结构失效，同时减少液氧因高温汽化带来的推进剂损耗。
该材料已在液氧甲烷发动机核心部件实现关键应用突破，显著提升发动机性能与可靠性。在喷管领域，采用碳纤维增强碳化硅（C/SiC）复合材料制造喷管延伸段与喉部，较传统石墨喷管重量减轻40%-50%，推力重量比提升15%以上，同时耐烧蚀性能大幅增强，支持发动机重复使用次数从3-5次提升至10次以上；通过定制化铺层设计，可精准匹配喷管不同区域的温度梯度，实现热应力均匀分布，避免热变形导致的燃气流动偏离。在燃烧室衬里领域，采用碳/碳复合材料经抗氧化涂层改性，可直接接触液氧甲烷高温燃气，既抵御烧蚀又阻隔热量传递，配合主动冷却结构，使燃烧室工作寿命延长3倍以上，适配长时间深空航行的动力需求。在阀门、管路等辅助部件领域，碳纤维复合材料的轻量化特性使部件重量减轻30%，同时低导热性可减少推进剂在传输过程中的温度波动，保障液氧甲烷混合比精准控制，提升燃烧效率。
技术革新持续强化材料与液氧甲烷动力的适配能力，推动产业升级。在材料改性方面，引入硼、硅等元素进行基体掺杂，开发梯度功能复合材料，实现“内层耐烧蚀、外层低导热、表层抗氧化”的性能协同，适配液氧甲烷发动机“高温燃气+低温推进剂”的极端温差工况；抗氧化涂层采用SiC/Y2O3复合体系，可有效抵御液氧环境下的氧化侵蚀，涂层结合强度提升25%以上。在成型工艺方面，化学气相渗透（CVI）、先驱体浸渍裂解（PIP）等先进工艺的规模化应用，使复合材料致密度提升至95%以上，内部孔隙率降低至5%以下，避免高温燃气渗入孔隙导致材料内部烧蚀；自动化编织与成型技术的应用，使部件成型精度误差控制在±0.1mm，生产效率提升50%以上，适配发动机规模化制造需求。
未来，随着碳纤维基复合材料性能的持续迭代，其将在大推力液氧甲烷发动机、可重复使用运载火箭、火星着陆器动力系统等高端装备中实现更广泛应用。材料耐烧蚀性能将进一步提升，烧蚀率有望降至0.05mm/s以下，重复使用次数突破20次；同时通过成本优化与工艺简化，推动材料从高端航天装备向商业航天领域普及。碳纤维材料的持续赋能，将不断突破液氧甲烷发动机的性能边界，为商业航天降本增效、深空探测任务落地提供核心材料支撑，助力航天产业迈向高质量发展新阶段。
