一体化热防护材料是集高效隔热、维形、轻质和可重复使用等综合性能于一体的新型热防护材料,也是现阶段热防护系统中最具发展潜力的隔热材料,但该材料整体结构较为复杂,目前对其宏微观结构演化及寿命预测等方面的研究也较少。本文针对一体化材料的内外两层结构即陶瓷隔热瓦和抗烧蚀ZrB₂-MoSi₂材料分别开展重复性热载试验,探究材料的隔热性能变化情况,重点分析在不同热载次数作用下内外两单层结构材料的宏/微观结构演化规律,揭示演化机理,确定隔热性能评估变量并构建寿命预测模型,实现对一体化热防护材料的防隔热重复使用性能的寿命预测。首先,针对一体化热防护材料的内外两单层结构材料即陶瓷隔热瓦和抗烧蚀ZrB₂-MoSi₂材料,分别研究在重复热加载作用下的隔热能力,提出隔热性能表征参数,确定宏观表征方法;利用数值模拟的方法为内层材料陶瓷隔热瓦确定合理的测温方案;又根据外层材料即抗烧蚀ZrB₂-MoSi₂材料的形状、力学性能及热物性设计合理的高温夹具;针对两单层结构材料不同的服役环境设计试验加载条件,分别利用氧乙炔喷吹法与石英灯阵列加热方式开展重复性热载环境模拟试验,分析不同热载次数作用下材料的宏观变化规律。其次,通过SEM、XRD和Micro-CT材料分析手段分别研究了在重复热加载作用下一体化材料两单层结构即陶瓷隔热瓦和抗烧蚀ZrB₂-MoSi₂材料的组成以及微细观结构的演变;通过观察分析纤维的微观形貌,纤维分散性是否良好以及晶体结构的变化等,获得材料较为全面的结构信息,总结两单层结构材料的微观结构演变规律;通过分析材料微观结构演化结果,揭示材料在宏观上如Z向尺寸、密度、质量等结构演变的内在原因。最后,针对一体化热防护材料的重复使用性能寿命预测问题,引入隔热效率的概念来表征材料的寿命特征;通过材料的内外两单层结构宏/微观结构演化规律,分别选取隔热性能评估变量;利用Cubic多项式以及Logistic和Hill非线性拟合方式,分别构造陶瓷隔热瓦和抗烧蚀ZrB₂-MoSi₂材料的隔热效率与隔热性能评估变量之间的关系,得到一体化材料两单层结构的寿命预测模型,并进行试验验证,得出模型预报误差,选取合适的寿命预测模型。