随着高超音速飞行器在近空间区域的应用发展，需要先进的热防护系统来抵御日益复杂和极端的熱机械-氧耦合环境[1]、[2]、[3]。这些系统必须在极端空气动力加热、高热流和超过2000°C的腐蚀性燃烧条件下确保结构完整性[4]、[5]。现有的热防护材料，如碳/碳（C/C）复合材料和C/C-SiC复合材料，由于其低密度、高比强度和优异的抗热震性能，在航空航天等领域得到了广泛应用[6]、[7]、[8]。然而，在超过2000°C的超高温条件下，现有材料难以满足严格的性能要求，限制了它们在更恶劣环境中的应用[9]、[10]、[11]。
为了解决这些限制，将超高温陶瓷（UHTCs）引入C/C复合材料已成为一种有前景的解决方案[12]、[13]、[14]、[15]。通过将UHTCs（例如ZrC、HfC、TaC、ZrB₂、HfB₂）引入C/C基体，这些复合材料结合了C/C的优异韧性和抗热震性能以及UHTCs的优异抗氧化和抗烧蚀性能[16]、[17]、[18]、[19]、[20]。在各种制备方法中，反应熔渗（RMI）因其加工周期短、成本低和致密化效率高而特别适用于工程应用[21]、[22]、[23]。RMI过程通常涉及将熔融金属或合金（例如Zr、Si、ZrSi₂）渗透到多孔C/C预制体中，使其与碳基体反应形成原位的UHTC相[24]、[25]、[26]。
然而，RMI过程中仍存在一个关键挑战：高反应性的熔融金属会导致碳纤维严重的热化学侵蚀和机械降解，从而导致强烈的界面结合和脆性断裂[27]。目前的缓解策略主要包括通过共晶合金设计（例如Zr-Si、Zr-Cu）[28]、[29]、[30]降低熔渗温度，或施加薄层界面涂层（如热解碳（PyC）[31]、[32]、氮化硼（BN）[33]或多层（PyC-SiC）堆栈[34]、[35]作为物理屏障。然而，合金化方法限制了成分的灵活性。对于涂层策略，金属与PyC之间的原位反应会释放大量热量，可能导致界面失效[36]。因此，熔融金属仍可能对纤维造成不同程度的侵蚀。
为了解决这个问题，本研究提出了一种新的结构设计，即在PyC基体中加入一层厚厚的SiC中间层，从而在复合材料内部构建PyC-SiC-PyC“夹层”结构。在RMI过程中，最外层的PyC层作为主要的碳源，与熔融金属反应并容纳相关的放热反应；中间的SiC中间层作为稳定的热和扩散屏障，将反应前沿与内部物理分离；最内层的PyC层作为柔性缓冲层，进一步减轻应力。这种分层结构旨在更有效地保护碳纤维免受侵蚀。在本研究中，选择ZrSi₂作为多孔C/C和C/C-SiC预制体的熔渗剂，分别制备了C/C-ZrC-SiC和C/C-SiC-(ZrC-SiC)复合材料作为基线和实验材料。本研究重点关注：（1）SiC中间层对微观结构演变的影响；（2）机械性能（室温和高温下的抗弯强度）和断裂机制；（3）抗烧蚀性能和烧蚀后的机械性能。
