综述：碳基复合材料用具有增强抗氧化性能的超高温陶瓷涂层研究进展

这篇综述系统总结了超高温陶瓷(UHTC)涂层在碳基(C/C)复合材料抗氧化保护中的研究进展，重点探讨了梯度结构设计、纳米增韧技术、多元过渡金属/稀土改性策略对ZrB2-SiC基涂层体系抗氧化性能的影响机制，提出了基于自生玻璃膜动态修复和氧阻隔评价体系的新型涂层设计范式。

　　

碳基复合材料抗氧化涂层的挑战与机遇

碳基(C/C)复合材料因其轻质高强、优异的高温力学性能，在航空航天发动机、高超音速飞行器热防护系统等领域具有不可替代的作用。然而其在400°C以上易氧化的特性严重制约了应用寿命，亟需开发高效抗氧化屏障。超高温陶瓷(UHTC)涂层因其卓越的抗氧化性能成为研究热点，但裂纹扩展、玻璃膜动态消耗等问题仍是技术瓶颈。

涂层结构设计的创新路径

单层涂层通过工艺简化实现基础防护，如激光熔覆制备的ZrB₂-ZrC-SiC涂层在1600°C氧化40分钟后仅增重0.51 g/cm²。双层涂层通过引入SiC过渡层缓解热失配，HfB₂-SiC/SiC体系在1500°C静态氧化753小时失重仅0.487%。梯度涂层通过组分过渡优化应力分布，SiC-ZrB₂-MoSi₂涂层的残余应力比单层MoSi₂降低90%。纳米增韧技术利用SiC纳米线(SiC_w)的桥联效应，使HfB₂-SiC涂层在1500°C氧化468小时的失重率从4.88%降至0.88%。

制备工艺的突破性进展

包埋渗法通过化学键合实现强界面结合，ZrB₂-SiC-La₂O₃涂层在1500°C氧化550小时仅失重0.6%。浆料刷涂法经济高效，但存在致密度不足的缺陷。等离子喷涂可制备复杂形状部件，ZrB₂-SiC-Al₂O₃涂层通过氧化铝降低玻璃相粘度促进裂纹愈合。放电等离子烧结(SPS)技术实现快速致密化，MoSi₂-SiC涂层在1400°C氧化90小时增重仅9.932 mg/cm²。

组分设计的协同效应

单组元硼化物如HfB₂通过形成HfSiO₄稳定相（熔点>1750°C）提升耐温性。多元硼化物Zr_xTa_1-xB₂创造"镶嵌结构"玻璃层，在1773K氧化1480小时失重仅0.028 mg/cm²。硅化物改性通过体积膨胀修复缺陷，TaSi₂-HfB₂-SiC涂层的氧渗透率降低43.48%。稀土氧化物如Lu₂O₃通过"网络填充-断键"机制强化SiO₂结构，在1700°C氧化130小时失重仅3.8 mg/cm²。

自生玻璃膜的设计哲学

过渡金属氧化物纳米晶可提升玻璃相粘度，HfO₂在2000K的蒸汽压(1.479×10^-14 Pa)远低于SiO₂(10^-1.8 Pa)。预氧化处理在1200°C形成低损耗玻璃膜，使ZrB₂-SiC涂层的氧渗透率降低79.6%。微区自修复技术通过SHS制备的非平衡粉末实现原位愈合，HfB₂-HfSi₂-SiC涂层在氧化过程中形成流动的多相玻璃层。

评价体系的革新

相对评价法分离基体氧化干扰，揭示60ZrB₂-40SiC涂层的真实氧渗透率仅1.77%。风洞测试模拟极端工况，TaSi₂-CBCF复合材料在1400°C高焓气流中展现有效防护。热震循环实验结合有限元分析显示，MoSi₂/Cr叠层涂层的界面应力集中降低95%。

未来发展的三维突破

在材料架构方面，仿生多级界面设计可协调"强韧矛盾"；制造工艺上，激光辅助原位合成有望实现成分梯度精确调控；评价体系需建立多物理场耦合平台，整合氧化动力学与热机械载荷的瞬态响应。这些突破将推动UHTC涂层在下一代空天热防护系统中实现工程化应用。