B₄C-Al基复合材料对空间碎片超高速撞击的防护应用研究

黄雪刚¹，殷春²，茹红强³，邓勇军⁴，郭运佳¹，罗庆¹，陈辉⁴，柳森¹

1. 中国空气动力研究与发展中心2. 电子科技大学3. 东北大学4. 西南科技大学

摘 要：为了提高航天器在应对空间碎片超高速撞击时的防护能力,采用无压预烧和真空渗铝工艺制备了B₄C-Al基复合材料,并制作了B₄C-Al缓冲屏的Whipple式空间碎片防护构型,利用超高速弹道靶在3～6.5 km/s的撞击速度范围内对B₄C-Al缓冲屏和典型铝合金缓冲屏开展超高速撞击试验。通过比较不同撞击速度下的缓冲屏穿孔特征、后墙损伤特征、碎片云结构等,结合SEM微观损伤形貌和EDS元素分布模式分析,重点阐述了不同缓冲屏材料特性对超高速撞击碎片云形成以及后墙撞击损伤之间的作用关系。研究表明,B₄C-Al缓冲屏可以更为有效地破碎超高速撞击弹丸甚至使弹丸碎片熔化,同时基体中的金属增韧相又能保证缓冲屏整体结构不发生破坏。碎片云颗粒细化以及碎片云前端动能集中效应的缓解是B₄C-Al缓冲屏获得更佳防护性能的直接原因,研究结果为B₄C-Al基复合材料对空间碎片超高速撞击的防护应用提供了一定的理论和技术支撑。

关键词：B₄C-Al;空间碎片;超高速撞击;损伤行为;碎片云;