航空航天系统在极端的气热和机械环境中运行，需要具有优异热稳定性、抗氧化性和机械强度的热结构材料[1,2]。先进的碳基复合材料凭借其轻质、低热膨胀系数（CTE）、高导热性以及良好的比强度和模量的独特组合，已成为有前景的候选材料[[3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10]]。然而，在高温氧化条件下，它们容易发生氧化和烧蚀损伤，严重限制了其实际应用[6,[11], [12], [13], [14], [15], [16]]。
超高温陶瓷（UHTCs，通常为ZrC和HfC）由于其高熔点（超过3000°C）和优异的高温化学稳定性[[17], [18], [19], [20], [21], [22]]，在抗烧蚀保护材料方面展现出巨大潜力。将UHTCs引入碳基体已被证明是提高碳基复合材料抗氧化和抗烧蚀性能的有效方法[[23], [24], [25], [26]]。因此，已经开发了多种改性策略，如先驱体浸渍热解（PIP）、化学气相渗透（CVI）、反应熔渗（RMI）和浆料渗透（SI）来引入UHTCs相[2,[27], [28], [29], [30]]。然而，这些方法存在固有的局限性，例如PIP和CVI工艺的处理时间较长。例如，制备(Hf-Ta-Zr)C改性的碳/碳（C/C）复合材料通常需要10–12个循环的浸渍、固化和热解过程，导致制备周期长达数周[31]。同样，用于层状C/C-SiC和C/C-SiC-ZrC复合材料的CVI-PIP组合方法也涉及大约10个循环，大大延长了整体处理时间，严重限制了其实际应用[32]。单一的SI工艺无法实现完全致密化，需要与PIP等工艺结合使用，从而增加了制备复杂性并延长了处理周期[29,33,34]。相比之下，RMI由于其简单的制备过程和相对较短的处理时间，已被广泛用于制造各种UHTCs改性的碳基复合材料，包括C/C-ZrC-SiC、C/C-SiC-ZrB2、梯度C/C-Zr0.8Ti0.2C0.74B0.26/SiC以及基于Hf/Zr的UHTCs改性的C/C复合材料[[35], [36], [37], [38], [39]]。然而，传统的RMI也存在一些挑战。首先，为实现完全熔渗所需的高制备温度（有时超过2300°C）不仅会导致高能耗，还会导致严重的纤维降解和机械性能下降[35,40,41]。其次，长时间的停留会导致陶瓷颗粒粗化，使得在烧蚀过程中难以形成连续的熔融氧化层，从而导致形成多孔且不具备保护作用的氧化层，对抗氧扩散的效果不佳[42,43]。此外，有限的熔渗动力学会导致样品表面未渗透粉末形成结壳，造成大量原材料浪费和成本增加[44,45]。因此，迫切需要开发一种可扩展的熔渗策略，以实现UHTCs改性碳基材料的快速、低温和可控制备，同时实现最小化材料浪费并提高机械强度和抗烧蚀性能。
在这项工作中，我们提出了一种熔盐辅助的火花等离子熔渗（SPMI）策略，用于快速将UHTCs相引入轻质碳预制体中。低共晶熔盐介质的引入显著提高了反应熔体的流动性，从而降低了所需的处理温度。同时，通过火花等离子烧结（SPS）系统施加的外部压力进一步加速了熔渗过程，利用了毛细力和机械驱动力的协同作用，确保了熔体的完全渗透，并促进了反应熔体的有效利用。这种集成方法在极短的处理时间（≤90分钟）和较低的温度（约1700°C）下实现了微观结构的控制，有效减轻了纤维降解。该策略为高性能UHTCs改性碳基复合材料及其他基于UHTCs的材料的快速制备提供了一条通用且高效的方法。
