Si-Zr(Hf)B2-SiC涂层在2300°C极端氧化与烧蚀环境下的热循环防护机制及性能研究

为解决碳基材料在高温氧化/烧蚀环境中的防护难题，研究人员通过硅气相反应制备了Si-Zr(Hf)B2-SiC复合涂层。该涂层在1600°C氧化100小时后仅增重0.80%，2300°C等离子火焰烧蚀中展现出5.57×102 mg/s的质量烧蚀率，其Zr-Hf-Si-O多元保护层通过ZrO2/HfO2抗侵蚀和SiO2自修复机制实现双重防护，为超高温防护材料设计提供新思路。

　　

在极端高温环境下，碳基材料就像裸奔的运动员，急需一件智能防护服。科学家们开发出新型Si-Zr(Hf)B₂-SiC复合铠甲，通过硅蒸气反应在石墨表面构建出致密的三维防护网。其中锆/铪双金属硼化物(Zr(Hf)B₂)如同纳米级防弹陶瓷，与碳化硅(SiC)晶粒均匀镶嵌在硅基体中。

当遭遇1600°C高温氧化考验时，最佳配比的Z4H6涂层（锆铪摩尔比4:6）展现出惊人的耐久性——20次热循环后仅增重0.8%。其奥秘在于表面形成的Zr-Hf-Si-O"三明治"保护层：顶层的ZrO₂/HfO₂高熔点氧化物像防爆盾阻挡氧入侵，中间的锆铪硅酸盐(Zr(Hf)SiO₄)作为缓冲层，底层流动的二氧化硅(SiO₂)则像智能创可贴自动修复裂缝。

面对2300°C等离子火焰的极限挑战，这套防护系统上演了更精彩的防御战：质量烧蚀速率低至5.57×10² mg/s，相当于每分钟仅损失一粒芝麻的重量。熔融的SiO₂在火焰中跳起"修复之舞"，实时填补被侵蚀的氧化层。不过随着时间推移，防护层最终在高温挥发和等离子体机械冲刷的双重打击下逐渐瓦解，就像被海浪不断拍击的沙堡。这项研究为开发下一代超高温防护材料提供了重要设计蓝图。