航天器重复使用是降低天地往返运输系统的运输费用的有效途径,是未来航天领域技术发展的必然趋势。空天运载器以高超声速返回再入大气层时,气动加热会使其表面达到极高的温度。在这种情况下,防热系统既要保持良好的气动外形,又要能长期重复使用,维护方便,所以其技术难度是相当大的。因此可重复使用空天运载器的热防护问题是决定空天运载器技术计划能否成功的关键之一。本论文在注重空天飞行器防热材料的轻质、强韧的同时,针对空天飞行器的具体要求,提出以Al/Al₂O₃体系为对象,开展具有相变吸热、高温自愈合功能的半主动防热微观构型仿生探索。设计并制备了Al芯/Al₂O₃鞘自愈合泡沫陶瓷自愈合构型。在国内外首次将高分子材料的固液耦合自愈合结构形式引入陶瓷材料。研究了热氧化和微弧氧化制备含第二代自愈合材料特征的Al芯/Al₂O₃鞘自愈合泡沫陶瓷结构的方法。发现硝酸镁和拟薄水铝石在400℃反应形成尖晶石,这是固态合成镁铝尖晶石最低温度;采用微弧氧化法可以制得轻质高强的Al芯/Al₂O₃鞘鞘仿生自愈合泡沫陶瓷结构。通过1000℃以上保温,Al芯/Al₂O₃鞘结构上预制裂纹均被Al液直接氧化结痂所愈合。自愈合由Al液从裂纹内部流出和Al液直接氧化成Al₂O₃陶瓷“痂”两个动力学过程控制。据估算,Al芯/Al₂O₃鞘结构的Al芯具有可以20次以上的自愈合修复能力。采用此仿毛细血管网络自愈合泡沫陶瓷结构,本研究通过凝胶注模,以及Al/SiC/PCS先驱体制备含毛细血管网络自愈合泡沫陶瓷结构的高温陶瓷基复合材料块体。在使用凝胶注模填充泡沫陶瓷的过程中,分散剂的用量为陶瓷粉体质量的0.5wt%,pH为9,球磨时间为4小时得到的陶瓷浆料的流动性最好,粘度为179mPa·s,在此基础上进行填孔,由于坯体2%的线收缩,导致烧成体的表面存在大量裂纹。在Al/SiC/PCS先驱体体系中,在Al与PCS的体积比达到60%的时候,Al在转变为AlN的过程中的体积膨胀,能够很好的弥补PCS分解所造的体积收缩,坯体的线收缩率约为零,烧结后基体的最终产物为SiC,AlN。