发动机尾喷管部位的雷达散射是制约飞行器全向隐身最重要的短板,尾喷管部位由于具有较高的环境温度,需要通过高温隐身实现降低RCS的目的。目前国内外在高温隐身领域的研究都以电性吸波材料为主,但电性吸波材料厚度较厚、吸波效果较差、实现难度较大,短期内难以投入应用,而将超材料设计应用到高温隐身领域则有希望解决上述问题,成为实现高温隐身的一种全新的技术途径。超材料结构中的导电图形层通常采用的金属材料无法承受尾喷管的高温环境,而只有稳定的高温导电材料才是稳定的电磁波吸收或控制源,这是实现高温吸波的最关键因素。ZrB₂基超高温陶瓷材料由于具有高熔点、高电导、高热导、较好的抗氧化和抗热震等性能,是常规金属材料的最佳替代材料。ZrB₂陶瓷材料在高温环境下暴露于有氧气氛中时仍然不可避免地会发生氧化反应,引起超材料隐身涂层的失效,这同时也是制约ZrB₂陶瓷材料在高温领域的其他方面广泛应用的重要缺陷。而掺杂等方法在提高ZrB₂陶瓷材料的抗氧化性能的同时不可避免会引起其导电性和导热性的变化,从而对RCS减缩效果产生影响。本文针对超材料高温隐身涂层的设计需求和ZrB₂超高温陶瓷材料存在的主要问题,重点开展ZrB₂基超高温陶瓷材料的高温氧化行为及机理,ZrB₂基等离子喷涂涂层制备工艺及性能和ZrB₂基超高温陶瓷材料电热传输性能及机理等方面的研究。进一步提升ZrB₂基超高温陶瓷材料的抗氧化性能,应用等离子喷涂技术实现ZrB₂基涂层的制备,并实现高温下ZrB₂基超高温陶瓷材料电性能可调,为下一代隐身飞行器的全向隐身提供材料技术支撑。本论文主要内容如下:1.通过掺杂法对ZrB₂陶瓷材料进行“响应型”保护,使其在处于高温氧化环境时可以做出响应,形成稳定的保护层,从而提升其抗氧化性能。采用放电等离子烧结工艺对ZrB₂基超高温陶瓷材料进行SiC和WC共掺杂,显著增强了其抗氧化性能。通过与SiC单掺杂和WC单掺杂的ZrB₂超高温陶瓷材料以及无压烧结工艺制备的ZrB₂超高温陶瓷材料的氧化行为进行比较分析,得出其最优的抗氧化性能来源于多重抗氧化机制的互补效应,多重抗氧化机制包括:（1）SiC的掺杂会使材料的表面在氧化过程形成一层稳定的玻璃相保护层,起到隔绝氧气的作用;（2）WC的掺杂有助于提升氧化产物ZrO₂的致密度,从而增加氧气在ZrO₂层中的扩散难度;（3）SiC和WC共掺杂会显著降低ZrB₂超高温陶瓷材料的气孔率,减少可供氧分子渗透的内部通道,从而提升其抗氧化性能。通过共掺杂实现多重抗氧化机制互补效应,显著提升ZrB₂陶瓷材料的抗氧化性能,是本论文的创新之一。2.通过包覆法对ZrB₂陶瓷材料进行“预防型”保护,在其经受高温氧化之前预先包裹一层保护层,从而提升其抗氧化性能。利用正硅酸乙酯的水解-缩聚反应,通过溶胶凝胶法在ZrB₂颗粒表面包覆一层SiO₂保护层,制备出ZrB₂@SiO₂包覆式复合粉体。利用通过化学共沉淀法在ZrB₂颗粒表面包覆不易挥发流失的氧化物保护层,制备出ZrB₂@Me_xO_y（ZrB₂@Al₂O₃、ZrB₂@Y₂O₃和ZrB₂@ZrO₂）包覆式复合粉体。首次利用原位合成法,在氟化物中原位合成ZrB₂颗粒,从而制备出ZrB₂@MeF_x（ZrB₂@YF₃、ZrB₂@CeF₃、ZrB₂@SrF₂和ZrB₂@LaF₃）包覆式复合粉体,这是本文的又一创新之处。对不同方法制备的三种包覆式陶瓷复合材料的氧化行为进行研究,其包覆层都对ZrB₂陶瓷的抗氧化性能有一定的提升作用,为提高ZrB₂陶瓷材料的抗氧化性能提供了一个可行的新方向。3.利用等离子喷涂工艺实现了涂层型ZrB₂陶瓷材料的制备,在不锈钢基底上沉积出厚度均匀、附着力高的ZrB₂涂层,验证了用于超材料隐身的ZrB₂导电图形层在尾喷管部位涂装的可行性。并对其组织结构和抗氧化性能进行研究分析,发现制备的ZrB₂等离子喷涂涂层结构疏松、孔隙率大,且抗氧化性能远不如与其材料组份相同的块体状样品的抗氧化性能。揭示了ZrB₂等离子喷涂涂层较高的孔隙率是导致其抗氧化性能下降的主要因素。4.为提升抗氧化等性能所做的改性处理会引起ZrB₂陶瓷材料微观结构的变化,进而改变其导电性和导热性,利用四探针法和闪光法对具有不同微观结构的ZrB₂超高温陶瓷材料进行电阻率和热导率测试,系统研究ZrB₂超高温陶瓷材料的电热传输性能与微观结构之间的关系。为提高ZrB₂超高温陶瓷材料抗氧化性能所掺杂的SiC对电传输来说属于绝缘相,而对热传导来说属于良导体,因此SiC的掺杂对电导率和热导率有着截然相反的影响作用。ZrB₂超高温陶瓷材料作为典型的多晶材料,其内部存在大量的界面,内部界面对于电传输和热传导都起到阻碍作用,因此界面氧化物杂质的增多和界面面积的增大都会对电热传输产生消极影响。通过调整制备工艺可以改变ZrB₂超高温陶瓷材料的微观结构,实现对其电热传输性能的人为调控,从而满足不同结构和功能的超材料的设计需求。