随着可重复使用航天器对热防护系统提出更高要求，如何在极端气动加热环境下保持结构完整性和重复使用可靠性，成为关键科学问题。近期，一种采用三维五向编织结构增强的碳/碳复合材料在抗烧蚀性能上取得重要进展，有望为新一代航天器鼻锥、翼前缘等关键部位提供材料支撑。
传统碳/碳复合材料多以二维层合或穿刺预制体为增强体，存在层间剪切强度低、易分层开裂等不足。三维五向编织技术通过在厚度方向引入斜向纱线，将经向、纬向和法向纤维交织成一个整体网络，使材料在三个方向上都具备较高的承载能力和损伤容限。
研究团队采用化学气相渗透与液相浸渍相结合致密化工艺，在三维编织预制体中实现了基体碳的均匀沉积。最终制备的复合材料密度达到1.78 g/cm³，开孔率控制在8%以下。在氧乙炔焰烧蚀测试中，材料表面最高温度超过2300℃，经120秒考核后，质量烧蚀率和线烧蚀率均低于传统二维增强碳/碳材料约25%。
性能提升的关键机理在于三维编织结构能够有效抑制裂纹沿层间扩展。当材料表面受到高温燃气冲刷时，表面形成的炭化层可作为热屏障，而三维纤维骨架则将剥落的炭层牢固固定，减缓了材料的整体剥蚀速率。
从应用角度看，该材料特别适用于飞行速度超过10马赫的高超声速飞行器鼻锥、翼前缘以及返回式航天器的底部热防护区。这些部位不仅要承受极端热流，还要在多次飞行任务中保持型面精度，对材料的抗烧蚀和抗热震性能提出了双重考验。
此外，三维编织预制体的近净成形能力有助于减少后续机械加工量，降低复杂构件的制造成本和周期。结合自动化编织装备的发展，未来大尺寸复杂曲面热防护构件的一体化成形将成为可能。
这一进展表明，纤维预制体结构设计与致密化工艺的深度协同，是提升碳/碳复合材料极端环境服役性能的重要方向。更多复合材料前沿动态，尽在复材云集。
