航天科技水平体现国家战略意志、关系国家安全,其作用已远超科技领域本身,对政治、经济、军事乃至人类生活与发展都展现出广泛深远影响。姿控发动机是为导弹武器和航天器提供动力的核心推进装置,在航天领域用途广、要求高。抗氧化涂层是姿控发动机关键热端部件,其性能优劣直接影响姿控发动机性能和可靠性。热性能试验技术与寿命预测方法可为抗氧化涂层工艺制造及结构材料体系设计提供重要科学依据,对航天技术发展具有重要的科学价值。针对抗氧化涂层热性能分析中加热机制迥异和温场特性时变而难以准确分析其传热过程的问题,实现不同加热机制中涂层增长/挥发的传热机理研究是需要解决的重要科学问题;针对抗氧化涂层热性能分析中存在缺少理论依据而不可避免造成氧化动力学分析盲目性的问题,构建不同阶段氧化动力学分析方法是需要解决的又一重要科学问题;针对无法在线宽温域恒温加热和有氧/真空快速热震而导致抗氧化涂层热性能不能准确试验的应用难题,研制热性能试验系统是本文亟待解决的关键技术问题;针对传统寿命预测方法存在中断试验及简化因素过多而不能准确预测寿命的问题,建立一种可行可靠的寿命预测方法是亟待解决的重要科学问题。针对以上问题,开展了本文的研究工作。本文的主要研究内容如下:(1)不同加热机制中抗氧化涂层增长/挥发传热模型研究。推导电阻加热、感应加热和辐射加热机制的物理模型,建立不同加热机制的抗氧化涂层三维热传导分析模型,揭示不同加热机制下涂层增长/挥发的表面热量分布非均匀规律,数值计算不同加热机制的升温速率与涂层增长/挥发条件下表面热量分布均匀性,为热性能试验系统设计提供理论基础。(2)抗氧化涂层热性能试验方法和氧化动力学分析方法研究。研究抗氧化涂层热性能质量法测量方法,建立基于比例系数法、莱以特准则和加权递推平均滤波的数据处理方法。分析抗氧化涂层的氧化机理,建立抗氧化涂层在不同氧化阶段的质量变化、氧化速率和氧化时间等参数的氧化动力学模型,揭示抗氧化涂层在氧化、扩散和脱落阶段的氧化动力学规律,实现抗氧化涂层氧化过程准确分析。(3)研制姿控发动机涂层热性能试验系统。恒温试验装置设计不同温区的立式加热/制冷结构,解决-180～2300℃的在线恒温加热/制冷试验问题。有氧/真空热震试验装置设计快速热震加热结构,温升速率可达50℃/s,建立高真空试验环境,解决500～2300℃有氧/真空快速热震试验问题。研究目标温度值温控方法,解决试验过程中温度超调和难以精确控制问题。(4)抗氧化涂层失效机理与寿命预测方法研究。采用表征技术及热性能试验方法,分析不同试验条件下抗氧化涂层的失效因素。采用寿命特征量理论和单参数热循环寿命预测方法,基于有氧热震寿命试验数据,将涂层氧化厚度变化的因素引入单参数热循环寿命预测方法中,建立以抗氧化涂层不同氧化厚度的试样表面平均最大热应力范围值为参变量的有氧热震寿命预测模型,结果表明该方法可行,解决了抗氧化涂层的寿命预测问题。(5)热性能试验系统的试验结果和不确定度分析。采用热性能试验系统进行了恒温和有氧/真空热震试验,结果表明该系统的设计正确合理。分析恒温加热试验氧化过程,验证氧化动力学分析方法的准确性。分析该试验系统的不确定度,质量测量合成标准不确定度为0.19mg,热震试验装置温度测量合成不确定度为1.65℃,恒温试验装置温度测量合成不确定度为3.19℃。