● 摘要
近年来，航空航天事业飞速发展，对新材料技术提出了越来越高的要求。C/C复合材料具有低密度、高比强、高比模、低热膨胀系数等一系列优异性能，在航空航天热结构件领域具有很大的应用潜力。但是，C/C复合材料在450℃以上极易发生氧化，使其应用受到极大限制。抗氧化涂层技术利用涂层阻挡氧气与基体的接触，可以有效防止高温氧化，是C/C复合材料抗氧化的重要途径之一。
本研究提出一种利用聚硼硅氮烷-乙醇溶液作为前驱体，制备SiBCN(O)陶瓷涂层和ZrB2-SiBCN(O)陶瓷涂层的工艺。采用本研究工艺，陶瓷涂层的制备温度显著降低，仅为1300℃。制备的SiBCN(O)涂层和ZrB2-SiBCN(O)涂层致密、均匀且平整，厚度为5µm以内，涂层与基体结合良好，没有明显的裂纹和孔洞，本工艺成功提高了涂层的致密化程度。而且，涂层的制备过程中采用涂覆方法，操作简单、成本低廉。
对SiBCN(O)陶瓷涂层体系的抗氧化、抗热震性能进行研究。在1500℃下，SiBCN(O)涂层具有优异的抗氧化性能，氧化8h质量变化仅为0.6%；建立含氧涂层的抗氧化机理模型，氧化过程分为3个阶段，即失重阶段，过度阶段和相对稳定阶段；在1000℃和1500℃下，SiBCN(O)涂层具有优异的抗热震性能，其中，1000℃下热循环10次，有少量裂纹出现，但氧化形成的硼硅酸盐玻璃对裂纹形成了有效的愈合。1500℃下热循环10次，质量变化小于0.5%，热震过程中没有出现明显的裂纹。
对ZrB2-SiBCN(O)陶瓷涂层体系的抗氧化、抗热震性能进行研究。ZrB2-SiBCN(O)涂层在高温裂解的过程中，ZrB2会与SiBCN(O)中的氧发生反应，生成ZrSiO4，并作为增强颗粒，均匀分布在SiBCN(O)之中；ZrB2-SiBCN(O)涂层在1500℃下具有更优异的抗氧化性能，氧化8h的最大质量变化仅为0.39%，明显小于SiBCN(O)涂层；建立ZrB2-SiBCN(O)涂层在1500℃下的氧化模型，与SiBCN(O)涂层的氧化模型相似，但在ZrB2-SiBCN(O)涂层中，ZrSiO4可以起到抑制裂纹扩展、提高硼硅酸盐玻璃的高温稳定性的作用；相比于SiBCN(O)涂层，ZrB2-SiBCN(O)涂层在1000℃具有更优异的抗热震性能，ZrSiO4颗粒起到了钉扎的作用，缓解热应力、抑制裂纹产生。