高超声速飞行器及其超燃冲压发动机工作于极端苛刻的热环境中，迫切需要 开发出具有优异抗氧化烧蚀性能和力学性能的耐超高温结构材料。为提高 C/C 复 合材料的抗氧化烧蚀性能，优化复合材料的微观结构，同时实现材料的高效快速 制备，本论文组合浆料浸渍（SI）、前驱体浸渍裂解（PIP）和反应熔渗工艺（RMI） 制备 C/C-SiC-ZrB2-(ZrC)复合材料，系统研究了复合材料的微观组织、物相组成、 基体形成机理、力学性能、热物理性能、静态抗氧化性能和动态抗烧蚀性能，探 讨了材料的结构和组成对性能的影响。论文主要的研究内容和结论如下： （1）组合 ZrB2 陶瓷浆料浸渍和 Si-Zr10 共晶合金反应熔渗工艺制备了密度 为 2.82 g/cm3，开孔率为 3.43vol%的 C/C-SiC-ZrB2 复合材料，其制备周期较单一 PIP 工艺制备致密度约 90%的复合材料降低了约 66%。C/C-SiC-ZrB2复合材料的 基体含 Zr 组分总量为 13.77vol%，其中 ZrB2 陶瓷含量仅为 9.51vol%。反应熔渗 过程中，ZrB2 陶瓷颗粒在高温熔体中团聚，并通过溶解-扩散-沉淀机制发生严重 粗化，部分颗粒长轴粒径超过 20 μm，同时 ZrB2-ZrSi2 基体被反应生成的 SiC 压 缩聚集，这共同导致复合材料的基体产生明显的相分离，微观组织结构不均匀。 （2）针对 C/C-SiC-ZrB2 复合材料存在的含 Zr 组分含量较低和基体的物相 分布不均匀等缺点，组合 ZrB2 浆料浸渍、ZrC-SiC 有机前驱体浸渍裂解和 Si-Zr10 合金熔渗工艺制备了密度为 3.18 g/cm3，开孔率为 2.77vol%的 C/C-SiC-ZrB2-ZrC 复合材料，其制备周期较 PIP 工艺制备致密度约 90%的复合材料降低了约 40%。 C/C-SiC-ZrB2-ZrC 复合材料的基体含 Zr 组分总量提高至 20.67vol%，其中 ZrB2和 ZrC 陶瓷总含量为 13.14vol%。反应熔渗过程中，PIP 工艺引入的纳米级 ZrC-SiC 复相陶瓷有效抑制了 ZrB2 颗粒的团聚和粗化，复合材料基体的组织结构均匀性得到优化。熔渗结束降温阶段，复合材料中残余的游离 Si 向 ZrC 陶瓷内部扩散，破坏 ZrC相的晶体结构，同时原位反应生成 SiC 和 ZrSi2，最终形成 ZrC-ZrSi2-SiC 三相混合微区。 （3）测试并对比了 C/C-SiC-ZrB2-ZrC 与 C/C-SiC-ZrB2 复合材料的常温力学 性能。二者具有相同的碳纤维含量，因此弯曲强度数值十分接近，但由于前者具 有更加连续的基体-界面-纤维结构，其断裂韧性较后者提高了 59.68%。C/C-SiC-ZrB2-ZrC 复合材料的弯曲强度、弯曲模量以及断裂韧性分别为 121.46±13.77 MPa， 21.78±5.56 GPa 和 7.01±0.96 MPa·m1/2。 （4）测试了 C/C-SiC-ZrB2-ZrC 复合材料厚度方向（平行于针刺纤维）的热 导率。C/C-SiC-ZrB2-ZrC 复合材料的热导率随温度升高而降低，室温至 1200 ℃ 的平均热导率为 22.09 W/(m·K)，约为 PIP 工艺制备的 C/C-ZrB2-ZrC-SiC 复合材料的 2 倍。分析原因，C/C-SiC-ZrB2-ZrC 复合材料中存在 ZrSi2合金相（7.53vol%）， 同时具有更低的孔隙率（2.77vol%）和更连续的基体物相分布。 （5）研究了 C/C-SiC-ZrB2-ZrC 与 C/C-SiC-ZrB2 复合材料 900 ℃和 1200 ℃ 的静态恒温抗氧化性能。相同氧化条件下，前者的失重量始终小于后者，这是因 为前者的含 Zr 组分含量更高，可氧化生成更多的ZrO2，从而抵消更多因碳基体 和碳纤维氧化所引起的失重。900 ℃氧化时，C/C-SiC-ZrB2-ZrC 复合材料的失重 量随氧化时间延长而逐渐增大，但当氧化温度升高至 1200 ℃，复合材料在氧化 40 min 后的失重量变化极小。分析原因，在 1200 ℃氧化 40 min 后，C/C-SiC-ZrB2-ZrC复合材料的基体表面形成了铺展的玻璃态富SiO2的B2O3·SiO2氧化层， 能封闭部分由氧化反应形成的微裂纹和孔隙，有效阻止氧气向材料内部的渗入。 （6）采用等离子烧蚀考核了 C/C-SiC-ZrB2-ZrC 复合材料 1800-2000 ℃的抗 烧蚀性能，探讨了其 2000 ℃的抗烧蚀机理。复合材料的线烧蚀率随烧蚀温度升 高而逐渐增大，但质量烧蚀率无明显变化。2000 ℃烧蚀 300 s 后，其质量烧蚀率 和线烧蚀率分别为 1.37×10-3g/s 和 3.43×10-3 mm/s，与 C/C-SiC-ZrB2复合材料相 比分别下降了 62.97%和 32.35%，表现出较优良的抗烧蚀性能。C/C-SiC-ZrB2-ZrC 复合材料 2000 ℃的抗烧蚀机理如下：氧化产物 SiO2 熔体剧烈挥发，带走烧蚀表 面大量热量，减缓了等离子焰流的烧蚀作用。烧蚀中心还形成了独特的双层氧化 物保护膜，表层是由烧结 ZrO2 颗粒和少量富 SiO2 的 SiO2-ZrO2 熔体构成的复合 氧化层，可抑制氧气向内部基体的扩散。底层较为致密的低热导率（1-2 W/(m·K)） ZrO2 层，既可以作为外部热量扩散的屏障，又能对氧化层起到机械支撑作用。