SiC/PyC双层涂层C/C-HfC-SiC复合材料在超高热流环境下的长效抗烧蚀机制解析

本文推荐：该研究通过反应熔体渗透（RMI）与化学气相沉积（CVD）协同技术，制备了具有SiC/PyC双层涂层的C/C-HfC-SiC复合材料（SC-HSC），揭示了其在等离子风洞和激光烧蚀极端环境下的三阶段相变机制（HfO2/SiO2→HfSiO4→HfO2残余），线性烧蚀率低至0.41 μm/s，为高超音速飞行器热防护系统（TPS）设计提供了科学依据。

　　

Highlight

为阐明SiC/PyC双层涂层C/C-HfC-SiC复合材料（简称SC-HSC）在极端高热流条件下的长效抗烧蚀机制，该复合材料通过反应熔体渗透（RMI）和化学气相沉积（CVD）技术协同制备，其核心结构包含原位生成的HfC/HfSi₂/SiC涂层和SiC/PyC双层防护涂层。双层涂层提供高温防护，陶瓷基体则抵抗超高温烧蚀，二者协同作用使材料在等离子风洞测试中展现出0.41 μm/s的超低线性烧蚀率。

Material preparation

采用密度0.40–0.70 g/cm³的2.5D针刺毡作为预制体，通过等温化学气相渗透（ICVI）将密度提升至1.00–1.60 g/cm³，沉积参数为CH₄前驱体、900–1200°C及2–10 kPa压力。最终切割成10 mm × 10 mm × 10 mm和R20 mm × Φ20 mm × 30 mm的样品。

Phase and microstructure

SC-HSC的密度为3.16 ± 0.18 g/cm³，开孔率9.70 ± 2.35%。XRD显示表面为SiC涂层（图3b），截面形貌呈现分区特征（图3e），进一步通过SEM/EDS证实了HfC/SiC多相结构的存在。

Conclusion

RMI法制备的C/C-HfC-SiC复合材料经CVD叠加SiC/PyC涂层后，在等离子风洞和氩气环境激光烧蚀测试中分别表现出优异的抗烧蚀性能，揭示了HfO₂-SiO₂熔融相变路径，为超高温热防护材料设计奠定了科学基础。