超聲波飛機的發(fā)展是21世紀(jì)航空航天領(lǐng)域的標(biāo)志性技術(shù)之一，受到廣泛關(guān)注。火箭發(fā)動機、頭蓋、電機噴嘴、外緣等高超聲速航空航天器的關(guān)鍵熱結(jié)構(gòu)部件，承受著強烈的氣流沖刷和極端的熱環(huán)境。所以，先進的輕質(zhì)熱保護材料，能抵抗超高溫氧化和燒損，是航空界關(guān)注的焦點。CC型復(fù)合材料具有密度低、熱膨脹系數(shù)低、高溫力學(xué)性能好、強度高等優(yōu)點，使其成為熱結(jié)構(gòu)的備選部件。然而，C在400℃以上的含氧燒損環(huán)境下，/C復(fù)合材料的高氧化敏感性嚴(yán)重限制了其在航空航天領(lǐng)域的可靠應(yīng)用。所以，為了有效地隔離C/C復(fù)合材料和燒損環(huán)境，需要熱保護涂層。

ZrC是一種超高溫陶瓷（UHTC）其中一種是常見的高溫?zé)龘p涂層材料，因為它具有高熔點和優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性。但ZrC燒損環(huán)境下產(chǎn)生的ZrO2層表現(xiàn)出疏松多孔的結(jié)構(gòu)，在燒損過程中ZrO2相變化較大，造成裂紋等缺陷，加速涂層失效。

SiC的被動氧化可以形成SiO2保護液來修復(fù)多孔ZrO2框架的不足，從而防止氧氣滲入。所以一般采用SiC作為第二相來提高ZrC涂層的耐高溫?zé)龘p性能。但是，ZrC-SiC熱噴涂復(fù)合涂層仍然存在一些問題需要解決。首先，由于等離子射流中的加熱時間較短，UHTCs粒狀粉末在熱噴涂過程中沒有完全熔化，導(dǎo)致噴漆層出現(xiàn)缺陷。

另外，當(dāng)SiC燃燒超過1700℃時，SiO很容易產(chǎn)生氣態(tài)SiO，而氣態(tài)SiO則很容易逸出，而非形成保護性SiO2玻璃層。由于其粘度在2000℃以上，玻璃SiO2很容易被燒毀火炬沖刷。所以，為了改善熱噴涂ZrC-SiC鍍層系統(tǒng)，需要添加額外的成分。

為了減少SiC在熱噴涂過程中的SiC分解，西北工業(yè)大學(xué)李賀軍院士團隊提出了一個新的設(shè)計理念，在ZrC-SiHfOC造粒粉表面覆蓋MoSi2防護層，形成核殼結(jié)構(gòu)粉末，從而減少SiC在熱噴涂過程中的分解。第一，使用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）通過物理吸附和化學(xué)接枝作用，對ZrC-SiHfOC粉進行了化學(xué)改性，形成了ZrC。-SiHfOC@記錄Z2SHMoSi2(記錄@M）核殼粉末。此后，采用超音速等離子噴涂技術(shù)，在C/C復(fù)合材料表面制備ZrC-SiHfOC-記錄Z2SHMoSi2(記錄-M）復(fù)合涂層。熱流密度大約為6 MWAr-O2等離子火焰對其抗燒損性能進行了評估，對改性前后鍍層在較高含氧量的評估環(huán)境下的服務(wù)行為進行了對比研究。

結(jié)果表明，在熱噴涂過程中，引入熔化水平高、塑性變形強的MoSi2優(yōu)先進行熔化，可以有效避免SiC相的直接分解，有利于增加沉積顆粒之間的孔隙，顯著降低涂層孔隙率；另一方面，ZrC-SiHfOC-經(jīng)過360sAr-O2等離子燒損評估，MoSi2鍍層，質(zhì)量燒損率和線燒損率分別為-0.05。 mg/s和0.14 μm/s，由于新產(chǎn)生的無氧滲透率較低，ZrSiO4有效地抑制了SiO2玻璃膜的揮發(fā)，而致密的氧化層有利于抵抗氣流對涂層的沖刷，從而提高涂層的耐燒性。

以“相關(guān)研究成果”Ablation behavior of ZrC-SiHfOC-MoSi2 coating for carbon/carbon composites under Ar-O2plasma flame"問題發(fā)表于《Corrosion Science》。

圖1. ZrC- SiHfOC - 制備MoSi2涂層及等離子燒損工藝。

圖2. SEM形狀和EDS結(jié)果復(fù)合粉末

圖3. Z2SH粉末和核殼結(jié)構(gòu)Z2SH@M粉末XRD圖譜。

圖4. Z2SH、MoSi2、Z2SH-Z2SH@M粉末的APTES和核殼結(jié)構(gòu)Z2SH電位比較。

圖5. Z2SH粉，Z2SH-FTIR光譜，APTES粉末和核殼結(jié)構(gòu)Z2SH@M粉末。

圖6. Z2SH粉末和核殼結(jié)構(gòu)Z2SH@M粉末XPS光譜。

圖7. Z2SH@M粉末核殼結(jié)構(gòu)形成示意圖。

圖8. 復(fù)合粉末等離子火焰處理后掃描電子顯微鏡圖像及能譜分析結(jié)果

圖9. XRD圖案（a），Z2SH涂層表面的SEM圖像和橫截面上的孔分布（b，d，以及Z2SH-M鍍層（c，e，E1)SEM圖像和孔的分布，以及兩種涂層孔隙率的結(jié)果（f）。

圖10. (a, c) Z2SH-90 涂層光學(xué)圖像及表面三維形態(tài)；(b, d) Z2SH-M-90 涂層光學(xué)圖像及表面三維形態(tài)；(e) 鍍層的質(zhì)量和線性剝蝕速度。

圖11. Z2SH-M-360鍍層在剝蝕360 S后耐燒損性能。

原文：https://doi.org/10.1016/j.corsci.2024.111944

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原題：李賀軍院士團隊《復(fù)材資訊》：碳/碳復(fù)合材料新突破！

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