近日，南华大学机械工程学院田甜博士在《Advanced Powder Materials》期刊上发表了重要研究成果，论文题目为“Effect of VC content on the protective oxide layer structure and ablation resistance of C/C-HfC-VC-SiC composites above 2500℃”，该期刊最新影响因子为26.8。田甜是本文第一作者，南华大学机械工程学院为第一署名单位。该研究创新性以原位构建高性能氧化保护层为设计思路，通过碳化铪（HfC）、碳化钒（VC）和碳化硅（SiC）三元复合陶瓷协同改性技术，研制出一种新型超高温热防护材料。在2500℃以上氧乙炔烧蚀条件下，该材料具备优异的抗烧蚀与耐氧化能力。这项成果为优化超高温陶瓷改性碳/碳复合材料（C/C-UHTCs）体系、推进其工程应用提供了重要的实验依据和理论支撑。
图1. (a)宏观结构；(b)质量与线烧蚀率；(c)烧蚀温度；(d)XRD谱图；(e,f)拉曼光谱。
C/C-UHTCs复合材料兼具超高温陶瓷的高熔点、抗烧蚀和耐氧化性能，以及C/C复合材料的低密度、低热膨胀系数、高强度、高模量、高断裂韧性和高抗热震性等优点，有望广泛应用于更高服役温度、更快飞行速度的空天飞行器热防护系统。然而，单一陶瓷体系改性的C/C复合材料在长时间地超高温烧蚀过程中无法形成一层抗烧蚀、耐氧化的保护性氧化层，限制了其工程应用。
基于此，田甜基于保护性氧化层原位构筑目标，创新性地通过组分与含量的双向设计，开发了一种抗烧蚀和耐氧化性能优良的HfC-VC-SiC三元复合陶瓷协同改性C/C复合材料，探明了各陶瓷组分与含量对保护性氧化层结构、抗烧蚀与耐氧化性能的影响规律与协同增效机制，揭示了复合材料的抗烧蚀机理。在高于2500 ℃的氧乙炔烧蚀下，HfC形成了耐高温的HfO₂骨架；SiC既缓解了HfC与基体之间的热应力，又在中高温区间生成具有自愈合作用的SiO₂熔体。VC氧化后生成了高温更稳定的V₂O₃熔体，显著提升材料的自愈合效果。与此同时，部分V原子置换了SiO2四面体网络中的硅原子，形成了键长更长、柔性更强的V-O键，松弛了刚性硅氧网络，并降低了自愈合熔体的黏度。自愈合熔体黏度的降低又促进了其润湿性的改善，从而有利于氧化物间烧结成致密的保护性氧化层，最终提升了氧化层的抗烧蚀与耐氧化性能。基于HfC、VC和SiC三元复合陶瓷协同改性策略，复合材料的线烧蚀率降低了65.46%，展现出优异的抗烧蚀性能。
本研究获中南大学粉末粉末冶金全国重点实验室资助，论文链接：https://doi.org/10.1016/j.apmate.2026.100443
