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第1章 概论1

1.1 概述1

1.1.1 航天材料工程学1

1.1.2 航天发展趋势与挑战2

1.1.3 航天材料的特殊性3

1.2 航天器及其组成4

1.2.1 航天器的分类4

1.2.2 航天器的组成6

1.3 航天器对材料的基本要求7

1.3.1 性能要求7

1.3.2 工艺要求8

1.3.3 其他要求9

1.4 航天材料的发展历程9

1.5 航天材料分类10

1.5.1 结构与机构材料10

1.5.2 功能材料12

1.6 航天材料的需求13

1.7 航天材料的发展方向14

1.8 航天材料工程的现状16

1.8.1 国外航天材料工程的现状16

1.8.2 我国航天材料工程的现状18

1.8.3 我国航天材料工程的差距18

参考文献19

第2章 航天结构与机构材料20

2.1 金属材料21

2.1.1 铝合金21

2.1.2 镁合金22

2.1.3 钛合金23

2.1.4 超高强度钢25

2.1.5 难熔金属材料25

2.1.6 金属材料的未来需求28

2.2 复合材料28

2.2.1 玻璃／环氧复合材料31

2.2.2 硼／环氧复合材料31

2.2.3 碳／环氧复合材料31

2.2.4 凯芙拉／环氧复合材料31

2.2.5 C/C、C/SiC陶瓷基复合材料32

2.2.6 金属基复合材料32

2.2.7 复合材料的未来需求33

2.3 薄膜材料35

2.4 航天结构机构材料的发展37

参考文献38

第3章 航天功能材料40

3.1 热控材料40

3.1.1 热控涂层41

3.1.2 隔热材料51

3.1.3 导热填充材料58

3.1.4 相变热控材料59

3.1.5 热控材料胶黏剂62

3.1.6 热管62

3.1.7 热控材料的发展方向64

3.2 润滑材料65

3.2.1 液体润滑材料68

3.2.2 润滑脂71

3.2.3 固体润滑材料72

3.2.4 固－液复合润滑材料76

3.2.5 润滑材料的选用77

3.2.6 润滑材料的发展方向77

3.3 密封材料78

3.3.1 橡胶类密封材料80

3.3.2 金属密封材料83

3.3.3 复合密封材料84

3.3.4 碳密封材料84

3.3.5 密封材料在航天上的应用86

3.4 光学材料86

3.4.1 光学玻璃材料88

3.4.2 光学晶体材料89

3.4.3 光学薄膜材料89

3.4.4 光纤材料90

3.4.5 透明陶瓷材料90

3.4.6 玻璃陶瓷材料90

3.4.7 SiC光学材料90

3.5 烧蚀材料91

3.6 纺织材料93

3.7 黏结剂材料95

3.8 防护材料96

3.8.1 结构防护材料96

3.8.2 空间天然辐射防护材料100

3.8.3 激光辐射防护材料101

3.8.4 隐身防护材料103

3.8.5 电磁防护材料104

3.8.6 微小颗粒防护材料105

3.9 能源材料105

3.9.1 太阳电池材料105

3.9.2 蓄电池材料106

3.9.3 核推进材料106

参考文献107

第4章 航天材料的空间环境效应109

4.1 空间环境与效应109

4.2 真空环境与效应112

4.2.1 真空环境112

4.2.2 真空环境效应113

4.3 空间温度环境与效应115

4.3.1 空间温度环境115

4.3.2 空间温度效应117

4.4 空间微重力环境与效应119

4.4.1 空间微重力环境119

4.4.2 空间微重力效应120

4.5 空间等离子体环境与效应122

4.5.1 空间等离子体环境122

4.5.2 空间等离子体环境效应125

4.6 空间粒子辐射环境与效应127

4.6.1 空间粒子辐射环境127

4.6.2 空间粒子辐射效应132

4.7 空间太阳电磁辐射环境与效应142

4.7.1 空间太阳电磁辐射环境142

4.7.2 空间太阳电磁辐射效应143

4.8 空间大气环境与效应148

4.8.1 空间大气环境148

4.8.2 空间中性大气效应149

4.9 空间碎片及微流星体环境与效应152

4.9.1 空间碎片及微流星体环境152

4.9.2 空间碎片及微流星体撞击效应153

4.10 空间污染环境与效应157

4.10.1 空间污染环境157

4.10.2 空间污染效应159

4.11 航天动力学环境与效应164

4.11.1 航天动力学环境164

4.11.2 航天动力学环境效应164

4.12 腐蚀环境及效应165

4.12.1 腐蚀环境165

4.12.2 腐蚀效应166

4.13 空间生物环境与效应170

4.13.1 空间生物环境170

4.13.2 空间生物学效应170

4.14 空间环境协同效应172

参考文献178

第5章 航天材料空间环境适应性评价181

5.1 加速试验方法182

5.2 航天材料真空环境适应性评价184

5.2.1 真空冷焊效应评价184

5.2.2 真空中材料挥发性能测试方法185

5.3 航天材料温度环境适应性评价186

5.4 表面材料带电粒子辐射环境适应性评价186

5.4.1 剂量深度分布法186

5.4.2 等效能谱法189

5.4.3 金属薄膜散射法192

5.4.4 试验参数的选取192

5.5 体（块）材料带电粒子辐射环境适应性评价194

5.6 航天材料紫外辐射环境适应性评价196

5.6.1 紫外曝辐量分析方法197

5.6.2 紫外波长的选择方法199

5.6.3 紫外光源选择201

5.6.4 加速倍率选择202

5.6.5 温度选择202

5.6.6 总曝辐量设计203

5.7 航天材料表面充放电效应评价203

5.8 航天材料内带电效应评价207

5.8.1 电子束内带电效应试验方法207

5.8.2 介电强度测试试验方法208

5.8.3 辐射诱导电导率测量试验方法208

5.9 航天材料原子氧环境适应性评价209

5.9.1 原子氧束流分布标定技术209

5.9.2 原子氧积分通量计算方法210

5.9.3 原子氧剥蚀率计算方法211

5.9.4 航天材料原子氧效应试验方法211

5.10 航天材料空间碎片环境适应性评价213

5.10.1 空间碎片轻气炮发射模拟技术213

5.10.2 空间碎片炸药爆轰发射模拟技术214

5.10.3 空间碎片电炮发射模拟技术215

5.10.4 空间碎片定向聚能加速器模拟技术216

5.10.5 激光驱动飞片模拟技术217

5.10.6 空间碎片静电加速器模拟技术218

5.10.7 空间碎片等离子体加速模拟技术219

5.11 航天材料腐蚀效应评价221

5.12 航天材料空间环境协同效应评价223

参考文献225

第6章 航天材料飞行试验技术228

6.1 航天材料被动暴露试验技术229

6.1.1 被动暴露试验装置设计229

6.1.2 典型被动暴露试验230

6.2 航天材料主动暴露试验技术247

6.2.1 主动暴露试验装置设计247

6.2.2 典型主动暴露试验248

参考文献253

第7章 空间材料科学实验255

7.1 空间材料科学内涵256

7.1.1 空间材料科学的研究目的256

7.1.2 空间材料科学的研究内容256

7.1.3 空间材料科学的研究对象257

7.1.4 空间材料科学的研究范围258

7.1.5 空间材料科学的研究方法258

7.2 国外空间材料科学实验现状259

7.2.1 苏联（俄罗斯）空间材料科学实验260

7.2.2 美国空间材料科学实验261

7.2.3 欧洲空间材料科学实验263

7.2.4 其他国家空间材料科学实验264

7.2.5 部分典型空间材料科学实验265

7.2.6 国际研究的主要结果267

7.3 我国空间材料科学实验现状269

7.3.1 我国空间材料科学研究概况269

7.3.2 实验设备和实验技术272

7.4 典型空间材料科学实验装置274

7.4.1 空间材料科学实验设备的现状274

7.4.2 材料科学研究机柜276

7.4.3 材料科学手套箱281

7.4.4 空间材料科学加工实验炉285

7.5 空间材料科学发展趋势290

7.6 空间材料科学发展方向291

参考文献292

第8章 航天材料保证294

8.1 航天材料保证标准规范294

8.1.1 NASA的航天材料保证294

8.1.2 ESA的航天材料保证296

8.1.3 我国航天材料保证299

8.2 航天材料的功能保证299

8.3 航天材料的环境保证301

8.4 航天材料的选用原则304

8.5 材料空间环境适应性的评价与认定305

8.5.1 选材阶段的评价试验305

8.5.2 采购、使用阶段的验收试验305

8.5.3 空间环境适应性的认定305

8.6 航天限用材料306

8.6.1 金属（合金）材料306

8.6.2 聚合物材料307

8.6.3 光学材料307

8.7 航天禁用材料307

8.8 航天材料的研制和选用流程308

8.8.1 航天材料的研制流程308

8.8.2 航天材料的选用流程309

8.8.3 应用示例309

参考文献311

第9章 航天新材料与新技术313

9.1 纳米材料及其航天应用313

9.1.1 纳米材料与航天活动313

9.1.2 纳米材料的特殊效应315

9.1.3 纳米材料的制备方法316

9.1.4 纳米材料在航天上的应用317

9.2 新型碳材料及其航天应用321

9.2.1 金刚石薄膜及其航天应用321

9.2.2 碳纳米管及其航天应用326

9.2.3 石墨烯及其航天应用337

9.3 功能梯度材料及其航天应用350

9.3.1 功能梯度材料350

9.3.2 功能梯度材料制备方法352

9.3.3 功能梯度材料的性能评价355

9.3.4 功能梯度材料在航天上的应用358

9.4 智能材料及其航天应用360

9.4.1 智能热控材料及其航天应用360

9.4.2 记忆合金材料及其航天应用365

9.5 展开硬化材料及其航天应用371

9.5.1 展开式结构371

9.5.2 展开硬化材料371

9.5.3 展开硬化材料在航天上的应用374

9.6 超材料及其航天应用380

9.6.1 超材料与左手材料380

9.6.2 超材料的特殊效应382

9.6.3 超材料的制备方法385

9.6.4 超材料在航天上的应用387

9.7 3D/4D打印技术及其航天应用390

9.7.1 3D打印390

9.7.2 3D打印方法391

9.7.3 3D打印在航天上的应用396

9.7.4 4D打印402

参考文献403

附录A 部分常用单位名称、单位符号及换算关系412

附录B 全书缩略语和专用名词对照表413