碳纤维增强碳化硅基复合材料(Cf/SiC)具有高比强、高比模、高热导、耐磨耐腐蚀、低密度等一系列优点。相比单相SiC陶瓷，Cf/SiC复合材料独特的裂纹偏转、纤维拔出、桥联等能量耗散机制，使它表现出类似金属的非灾难性破坏特征，从而大幅提高其在工程应用领域的可靠性。因此，Cf/SiC复合材料被广泛用于高温结构部件、火箭发动机喷管和燃烧室、超高速飞行器尖锐前缘和航天器的热保护系统和空间光学领域。由于制备方法的限制，Cf/SiC复合材料的致密度相对较低，因此直接对复合材料表面光学加工难以获得高质量的光学表面，这成为Cf/SiC复合材料在空间光学领域应用面临的一个主要问题。解决这个问题的重要方法是对复合材料表面改性，在复合材料表面制备一层光学致密层。目前，表面改性技术主要分为两类:物理气相沉积硅(PVD-Si)和化学气相沉积碳化硅(CVD-SiC)。PVD-Si通常存在难以获得高致密度、与基材结合力偏低等缺点;而CVD-SiC具有较大的残余应力，容易分层、剥落。而且，这两种方法均难以制备较厚的涂层。　　本课题针对Cf/SiC复合材料光学部件应用背景，开展Cf/SiC复合材料表面致密光学涂层制备工艺及其性能研究，为Cf/SiC复合材料在空间光学领域的应用奠定基础。主要研究内容包括:首先，通过流延成型和（或）浆料涂覆工艺在Cf/C复合材料表面制备一层以SiC和C为主相、组分均匀、厚度均匀可控的陶瓷厚膜，经低温干燥、高温脱粘，形成陶瓷预涂层;然后，采用液相渗硅原位反应烧结工艺，将陶瓷预涂层转化为与复合材料底材结合良好的Si/SiC致密光学涂层。通过对浆料的优化，制备稳定悬浮的陶瓷浆料;并通过对干燥、脱粘工艺的控制获得厚度均匀可控的陶瓷预涂层;考察反应烧结温度、时间对涂层微观结构、致密度、结合强度的影响，优化烧结工艺，获得致密光学涂层。　　本文采用流延成型—液相渗硅原位反应工艺，制备Si/SiC复相陶瓷涂层。重点探讨涂层制备过程中的浆料优化、预涂层的制备和液相渗硅原位反应制备涂层工艺条件。研究发现，浆料中最佳分散剂的量为4wt.％，合适的分散剂量，空间位阻效应有助于粉体的分散，但过量的分散剂易导致分散剂之间发生聚合物桥联;最佳的烧结工艺条件为:1550℃/30 min，烧结后涂层主要由SiC和游离Si两相组成;合适的碳密度对于获得致密涂层非常关键，当素坯碳密度达到0.88 g/cm3，涂层中己开始出现未完全反应的碳和气孔;烧结后，涂层与基材之间界面存在一层～20μm的扩散反应层，虽然反应层内一些碳纤维被液硅侵蚀掉，但通过这层反应层，形成了化学结合;维氏硬度结果显示，涂层维氏硬度为16.29±0.53 GPa，断裂韧性为3.01±0.32 MPa·m1/2;复相陶瓷涂层中SiC相的纳米压痕硬度为24.5GPa，作为较软相的Si的纳米压痕硬度为13.85GPa;抛光后得到超光滑表面，粗糙度RMS仅2.16 nm。　　首次采用基于无毒无害、环境友好的水基浆料的涂覆—液相渗硅原位反应工艺，制备Si/SiC复相陶瓷涂层。重点研究用于浆料涂覆工艺用浆料的选择及优化、多孔预涂层的制备、陶瓷预涂层中碳密度、粘结剂含量等因素对Si/SiC涂层的结构及性能的影响。实验结果表明，PVP-TMAH混合分散剂体系可以有效实现碳黑和SiC在水中共分散，浆料pH为10时，体系的zeta电位绝对值最大，浆料最稳定;适合于涂刷用浆料的固含量为35vol.％，粘结剂PVA的量为6wt.％，浆料经涂刷、干燥固化、高温脱粘，得到具有一定孔径分布的多孔碳素坯，预涂层的气孔率～49％，平均孔径大小为～0.15μm;烧结后，涂层与基材之间界面存在一层～10μm的扩散反应层，涂层中，Si和SiC均匀分布，涂层没有大气孔等缺陷存在，十分致密;在涂层—界面—基体过渡时，Si元素有三个平台;通过对比扩散模型的理论计算结果，我们认为本实验硅碳界面反应受硅原子在碳化硅层中的扩散控制;维氏硬度结果表明，涂层维氏硬度平均值为15.19±0.44GPa，断裂韧性为3.04±0.31MPa·m1/2，复相陶瓷涂层中，SiC相的纳米压痕硬度为20.2GPa，作为较软相的Si的纳米压痕硬度为11.8GPa;涂层表面虽然仍有一些凹坑和凸出物，但Si、SiC两相之间的台阶很低，在5×5μm2范围内，涂层粗糙度RMS可达1.52nm，在Cf/SiC表面形成超光滑的Si/SiC涂层。