随着现代战争形态向高速度、高机动、高精度方向持续演进,武器装备在极端环境下的可靠性要求不断提升。在导弹、高超声速飞行器、航天运载系统等关键领域,装备在工作过程中需长期承受高温、高热流密度、高速气流冲刷及强氧化环境,传统金属或耐热材料已难以满足性能需求。在此背景下,耐烧蚀材料作为高端军工装备不可替代的关键基础材料,其战略地位日益凸显。
耐烧蚀材料是指在极端热环境中,材料表面通过受控烧蚀、分解或相变,将大量热量带离体系,从而保护内部结构不被破坏的一类功能材料。与单纯依赖隔热或耐高温的材料不同,耐烧蚀材料强调“以可控损耗换取系统安全”,其设计目标并非完全避免材料损失,而是确保烧蚀过程可预测、可控制、结构稳定。
火箭发动机喷管是耐烧蚀材料最成熟、用量最大的应用领域之一。发动机工作时,喷管内部温度可达3000℃以上,并伴随高速燃气冲刷和强烈氧化反应。耐烧蚀材料主要应用于喷管喉衬及扩张段内衬,通过稳定烧蚀维持喷管几何形状和推力稳定性。该类材料的性能直接关系到导弹射程、精度和发动机可靠性,是武器系统的关键基础部件。
在导弹末段飞行及再入大气层过程中,弹头头锥需承受剧烈气动加热和等离子体包覆。当前主流防热方案仍以烧蚀型防热结构为主,通过材料表面持续烧蚀吸收热量,确保内部制导与战斗部系统的安全。该应用多与战略武器相关,对材料体系、结构设计及验证能力要求极高。
高超声速武器对耐烧蚀材料提出了更高层级的挑战。其飞行状态下不仅面临极高瞬时温度,还需承受持续高热流、高剪切力与复杂气动载荷的耦合作用。耐烧蚀材料广泛应用于飞行器头锥、前缘及进气道等关键部位,既要具备良好的烧蚀抗性,又需控制烧蚀速率,避免结构快速退化。该领域是当前耐烧蚀材料技术迭代最快、壁垒最高的方向之一。
在运载火箭及军用航天器中,耐烧蚀材料主要用于发动机喷管、助推器及返回器防热结构。其技术路径与导弹系统高度同源,但在可靠性、一致性和寿命方面要求更高。航天领域的应用通常承担着技术验证和规模化应用的双重角色,是军工耐烧蚀材料发展的重要支撑。
在部分军用航空装备中,耐烧蚀材料用于加力燃烧室、高温气流冲刷区域等特殊部位,虽然整体用量有限,但对材料稳定性和工程适配性要求较高。此外,在定向能武器、高能激光及等离子体试验装置中,耐烧蚀材料亦作为关键防护或功能材料出现,代表着未来潜在的增量应用方向。
从军工体系视角看,耐烧蚀材料具备典型的高技术壁垒、高验证门槛、强型号绑定特征。其核心竞争力不仅体现在材料配方和性能指标上,更体现在长期工程验证、实装应用和批量一致性控制能力上。耐烧蚀材料的技术水平,在很大程度上决定了导弹、高超声速飞行器等装备的性能上限和任务可靠性,是军工新材料领域中不可替代的关键环节。
根据公开资料,以下A股上市公司拥有耐烧蚀材料相关技术或产品,并已实现应用或量产:
$中天火箭(SZ003009)$ :作为国内小型固体火箭领域的龙头企业,其耐高温材料技术已实现量产,主要用于固体火箭发动机的燃烧室、喷管等核心部位,相关产品(如耐烧蚀复合材料)是公司重要盈利来源之一,2024年该业务收入占比约35%。
$科隆新材(BJ920098)$ :自主研发的柔性耐烧蚀材料以丁腈橡胶或三元乙丙橡胶为核心成分,耐温可达3700K,线烧蚀率≤0.10mm/s,已成功适配火箭发动机壳体保护等强烧蚀场景,为公司在航天军工新材料领域打开成长空间。
$金隅集团(SH601992)$ :旗下北京金隅通达耐火技术有限公司自主研发了航天发射场地面设施用耐烧蚀材料,已成功应用于我国四大航天发射场,为长征五号、七号、十二号等重大发射任务提供地面安全防护,技术达到“国际领先”水平。
上大股份(301522.SZ):在商业航天领域以高温合金/耐蚀合金材料及锻件为核心,产品覆盖火箭发动机热端部件(如喉衬、喷管)、卫星结构件等,核心技术为国内唯一的高温合金返回料再生技术,支撑可回收火箭的循环复用需求。