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碳结构材料在深空深地、航空航天等超高温极端环境应用广泛,但是其高温下易氧化极大的限制其发展,如何提高它的抗氧化性能成为研究重点。尽管硼化硅基涂层在氧化时形成一层硼硅酸盐玻璃使其展现了良好的宽温域氧化防护能力,但是鉴于涂层阻氧结构是动态变化的,其氧化产物氧化硼在高温有氧环境下的气化极易在涂层内部和表面玻璃层中形成孔洞,造成其破坏性动态衍变,削弱涂层的氧化防御能力。为了抑制硼化硅基涂层的破坏性动态演变,本课题首先采用燃烧合成法制备Mo Si2、Ta Si2以及Si B6等高活性粉体提高涂层的烧结性能,进而结合放电等离子烧结的低温热压烧结技术提升涂层致密性,增强涂层自身的结构阻氧能力。其次,采用具有优异成膜特性的过渡族金属硅化物Mo Si2、Ta Si2对Si B6涂层进行改性,通过过渡族金属氧化物与硼硅酸盐玻璃的融合形成复相玻璃层,抑制氧化硼的挥发,提升涂层在氧化过程中的动态稳定性,降低涂层的氧气渗透率。再者,为消除碳基体氧化带来的干扰,依托“标准样品-涂层样品-基体样品”数据分析模式,提出高阻氧评价模式,综合评价涂层的阻氧能力。为克服硼化硅弱放热体系特质,以高放热体系Ti+Si+Ti O2+Al为“化学炉”预热并引燃Si-B粉坯,成功采用燃烧合成法制备Si Bx化合物。Si Bx燃烧合成过程和绝热燃烧温度分析表明,Si-B化合物的燃烧合成过程在“化学炉”完成反应后进行,该反应温度为1746K。根据Si-B二元相图分析,样品经历了液态硅和β硼固溶体反应生成了Si Bx化合物。物相定量分析表明,当硅硼比达到1:6时,最终产物主衍射峰为Si B6。Mo Si2-Si B6陶瓷涂层1773K氧化试验结果表明,Mo Si2-Si B6涂层与石墨基体之间具有良好的相容性。随着Mo Si2含量的增加,Mo Si2-Si B6涂层的累计氧化防护效率呈现出先增加后降低的趋势。60%Mo Si2-40%Si B6涂层样品展现了最好的阻氧能力,其氧化防护效率从89.8%提升到98.1%,提高了9.2%,表明Mo Si2优异的惰性修饰作用。在氧化时,涂层在外表面以及涂层与碳基体结合处生成了双层玻璃层,使得60%Mo Si2-40%Si B6涂层外层玻璃层的厚度从82μm降低到31μm,呈现出最低的惰性因子(0.94×10-6 g·cm-2·s-1)。在60%Mo Si2-40%Si B6涂层自身及表面玻璃层的共同作用下,涂层的氧气渗透率从3.79%降低到1.39%,降低了63.3%;而碳损失率从2.52×10-6 g·cm-2·s-1逐渐降低到0.12×10-6 g·cm-2·s-1,降低了95%。Ta Si2-Si B6陶瓷涂层1773K氧化试验结果表明,随着Ta Si2含量从20%增加到80%,Ta Si2-Si B6涂层的累计抗氧化效率从86.1%增加到98.0%,80%Ta Si2+20%Si B6涂层样品展现了最好的阻氧能力,其氧化防护效率改善了13.8%。随着Ta Si2含量的增加,Ta Si2-Si B6涂层的结构因子从0.4%降低到0.11%,改进了72.5%,表明Ta Si2有助于提升涂层自身结构阻氧能力;惰性因子从2.12×10-6 g·cm-2·s-1降低到0.72×10-6 g·cm-2·s-1,改进了66%,说明Ta Si2有助于提升玻璃层阻氧防护能力。Ta Si2-Si B6涂层氧化后微观形貌分析表明,氧化过程中涂层在外表面生成Ta-B-Si-O复相玻璃层以及涂层与碳基体结合处生成了第二层玻璃层,使得80%Ta Si2+20%Si B6涂层外层玻璃层的厚度从16μm降低到10μm,呈现出最低的惰性因子(0.72×10-6 g·cm-2·s-1)。在80%Ta Si2+20%Si B6涂层自身及表面玻璃层的共同作用下,涂层表面形成的微孔和微裂纹逐渐减少,复相玻璃层阻氧性能越好,将涂层的氧气渗透率从4.12%降低到1.42%,降低了65.5%;而碳损失率从0.8×10-6 g·cm-2·s-1逐渐降低到0.21×10-6 g·cm-2·s-1,降低了73.8%。Mo Si2-Ta Si2-Si B6高温抗氧化涂层体系中,当Si B6含量从10%增加至30%,Mo Si2-Ta Si2-Si B6涂层的累计氧化防护效率呈现出先增加后降低的趋势。20%Si B6+20%Ta Si2+60%Mo Si2涂层样品展现了最好的阻氧能力,其氧化防护效率从90.6%提升到98.9%,提高了9.2%。阻氧评价模式中结构因子越小,涂层本身对氧扩散的抑制效果越好,涂层内部的氧扩散通道数量越少,惰性因子越小,复合玻璃层对涂层的惰性保护作用越强。在氧化时,涂层在外表面以及涂层与碳基体结合处生成了双层玻璃层,20%Si B6+20%Ta Si2+60%Mo Si2涂层试样中涂层与碳基体结合处的玻璃层的厚度从6μm降低到5μm,呈现出最低的惰性因子(1.68×10-6 g·cm-2·s-1),因此在惰性氧化阶段,20%Si B6+20%Ta Si2+60%Mo Si2氧化试样中复合玻璃层惰性防护能力最强,同时也说明此时的涂层体积变化最小（185%）,较低的体积变化说明复相玻璃层阻氧性能越好,有效的将涂层的氧气渗透率从3.98%降低到1.09%,降低了72.6%;而碳损失率从0.76×10-6 g·cm-2·s-1逐渐降低到0.18×10-6 g·cm-2·s-1,降低了76.3%。本论文针对Mo Si2和Ta Si2改良Si B6涂层的高温抗氧化性能的研究,提出新的高阻氧评价模式,准确评价了涂层的阻氧性能,该评价体系为高温抗氧化、腐蚀领域其他涂层的设计和抗氧化性能的表征提供了参考标准,同时也为硅化物-硼化硅复合涂层在高温领域的应用提供了更为科学的证明。