基于HfSi₂-TaSi₂双过渡金属硅化物合金化增强的ZrB₂-HfSi₂-TaSi₂涂层在1500°C下的高温阻氧性能

碳基材料(如石墨和C/C复合材料)因其轻质高强、优异的力学性能和热稳定性，已广泛应用于航空航天及高温工业领域。然而，其易氧化特性严重限制了服役寿命，亟需构筑高效抗氧化屏障以提升服役稳定性。涂层技术已被证明是提升碳基材料抗氧化性能的有效策略。ZrB₂-SiC陶瓷凭借其优异的抗热震性和高熔点，被认为是理想的抗氧化涂层材料。然而，SiC在高温环境下易发生活性氧化，限制了涂层的耐久性。因此，亟需开发新的硅源材料，以持续供给Si元素，从而维持保护性玻璃层的稳定性。

HfSi₂和TaSi₂作为抗氧化改性剂，因其优异的玻璃相生成能力和高温稳定性，被认为是替代SiC有效的候选材料。然而，传统机械混合工艺在制备异相复合粉末时常导致组元分离，削弱了异质相界面的结合强度，进而延缓了氧化过程中玻璃膜自修复的响应速度。因此，通过SHS技术实现HfSi₂-TaSi₂异相双硅化物的原位合成，不仅可以避免传统机械混合导致的组元分离问题，还能够在反应过程中生成均匀的复合物，进而提高涂层的抗氧化性能。

本文采用SHS技术原位制备了异相双硅化物(HfSi₂-TaSi₂)粉末，并在碳基体上构建了不同配比的ZrB₂-HfSi₂-TaSi₂复合涂层。研究了复合涂层在1500℃高温下的抗氧化性能及氧扩散抑制机理，为双硅化物改性ZrB₂基涂层的优化设计及其在高温抗氧化领域的应用提供了新的思路。

相关研究结果以题为“A promising high-temperature oxygen barrier of ZrB₂-HfSi₂-TaSi₂ coating for 1500°C based on HfSi₂-TaSi₂ dual-transition-metal silicide alloying enhancement”发表在国际复合材料领域顶刊《Composites Part B: Engineering》上，IF=12.7。

图1.SHS粉末和复合涂层制备过程的示意图

图2.SHS粉末的SEM图像: (a1) ZHT1, (b1) ZHT2, (c1) ZHT3, (d1) ZHT4; (a2)-(d2) (a1)-(d1)的EDS映射; (a3)-(d3) (a1)-(d1)的SHS粉末的统计尺寸

图3.氧化后涂层断面的EPMA分析结果: (a) ZHT1, (b) ZHT2, (c) ZHT3, (d) ZHT4

图4.涂层表面复相玻璃层阻氧机制示意图: (a) ZHT1, (b) ZHT3, (c) ZHT4

题目：A promising high-temperature oxygen barrier of ZrB₂-HfSi₂-TaSi₂ coating for 1500°C based on HfSi₂-TaSi₂ dual-transition-metal silicide alloying enhancement

作 者: 陈跃星, 吉祥, 王佩佩, 商智超, 纪成山, 张振钢, Philipp V. Kiryukhantsev-Korneev, Evgeny A. Levashov, 任宣儒, 冯培忠

链接: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.112384

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