可瓷化酚醛树脂基烧蚀材料主要由聚合物基体、增强纤维和功能填料组成。与其它热防护材料相比，酚醛树脂基烧蚀材料具有比强度大、低密度、低导热系数的特点，同时其成型周期较短，结构与功能具有高度可设计性，轻质高强的特点适合航天飞行器大面积使用的要求。目前对酚醛树脂基烧蚀材料的研究主要集中在提高烧蚀性能的配方研究与烧蚀性能的优化上，有关其烧蚀模型与烧蚀机理方面的研究较少，对聚合物基烧蚀型热防护材料的烧蚀过程尚不明确，可陶瓷化硼酚醛树脂基烧蚀材料的热解失效机制还需要进一步的研究。研究可瓷化酚醛树脂基复合材料的烧蚀历程，探索对复合材料耐烧蚀性能影响的关键因素，对可陶瓷化硼酚醛树脂基烧蚀材料的烧蚀性能的提升具有理论指导意义。因此，本文结合酚醛树脂基烧蚀材料的烧蚀环境，以酚醛树脂基烧蚀材料烧蚀过程中热分解、陶瓷化、热氧化反应过程中的烧蚀结构、组成的演变为核心，系统研究了热-力-化耦合条件下可瓷化酚醛树脂基烧蚀材料的烧蚀特性。
采用ZrSi2及B4C作为功能填料，制备了不同ZrSi2、B4C含量的ZrSi2/B4C-Ph复合材料。分析了复合材料密度、热稳定性、耐烧蚀性能等与复合材料配方之间的关系。复合材料中ZrSi2及B4C的含量分别为40、20 phr时，复合材料密度为1.43 g/cm3，1200 ℃时的热残余率为57.21%，线烧蚀率与质量烧蚀率分别为0.025 mm/s、0.044 g/s。
在氧-乙炔火焰烧蚀下，按靠近热流方向复合材料依次可分为四层结构：烧蚀表层、陶瓷层、热解层、原始层。由复合材料原始层至热解层，仅发生了复合材料树脂基体的热解，陶瓷填料尚未达到其热氧化等反应温度，未发生物相转变；由复合材料热解层至陶瓷层，复合材料中有机组份逐渐消失并转变为无定形碳，同时陶瓷填料发生了一系列陶瓷化反应，生成了SiO2、B2O3、ZrB2等物相；由复合材料陶瓷层至烧蚀表层，复合材料中树脂基体热解产生的PyC逐渐消失，产生的陶瓷物相在氧-乙炔火焰的烧蚀下发生了热氧化反应，原位生成SiC、ZrO2等物相，并在复合材料烧蚀表面生成大量液相物质。
热-化学耦合条件下复合材料的热分解过程中，树脂分子中的部分亚甲基首先发生断裂，生成苯酚及其衍生物的同时产生了亚甲基自由基、活性氢等。随后，苯酚及其甲基衍生物中的酚羟基受热产生羟基自由基，与亚甲基、羟甲基发生反应，生成醛类和羧酸类化合物。最后，通过一系列的开环反应和重排反应，复合材料的结构逐渐转变为长链烯烃结构。随着温度的进一步升高，最终逐渐转变为无定形碳。同时释放出H2、CH4、H2O、C2H4、CO、CO2等小分子气体。复合材料热失重的主要原因是CO和H2O的释放。ZrSi2和B4C能够与树脂热解产物发生反应，生成B2O3、SiO2、ZrO2等固相物质，提高复合材料的热稳定性。ZrSi2比B4C更易与复合材料热解气体发生反应。并得到了硼酚醛树脂及酚醛树脂基复合材料的热分解反应动力学方程。
复合材料热解层陶瓷化反应发生在850 ℃以上。温度的升高有利于陶瓷化反应的自发进行。酚醛树脂基复合材料热解层的陶瓷化反应包括长链烯烃脱氢，热解碳、ZrSi2、B4C、SiO2间的相互反应，最终生成由C、ZrSi2、B4C、SiO2、ZrB2、SiC组成的复合材料陶瓷层结构。并得到了复合材料热解层陶瓷化反应力学方程。
热-化学耦合条件下复合材料陶瓷层热氧化反应涉及复合材料陶瓷层中的ZrB2、SiC、C、ZrSi2、B4C与烧蚀环境中的O2、CO2之间的反应。在O2、CO2气氛中最终都形成以ZrO2、SiO2、B2O3为主的复合材料烧蚀表层结构。并得到了复合材料陶瓷层在空气、CO2气氛中的热氧化反应动力学方程。
通过高速摄像机、SEM-EDS研究了复合材料原位压缩失效机制。在室温下，复合材料的失效形式主要为纤维剪切断裂。由于树脂基体结构基本保持完整，能够有效传递载荷，复合材料表现出良好的抗压强度；在600 ℃时，复合材料的失效形式主要为纤维束的脱粘，复合材料表现出最低的热机械性能；在800 ℃时，复合材料的失效形式主要为纤维屈曲和纤维剪切破坏；在1000 ℃和1200 ℃时，复合材料的失效形式主要为纤维屈曲及分层。同时通过有限元分析软件建立了复合材料在原位压缩测试保温过程及单壁热载荷的工作环境下内部温度场、反应程度场、压缩强度场分布，计算得到的复合材料温度场分布及压缩强度变化趋势与实验结果吻合，验证了模型的准确性。
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