刘兴亮， 戴 煜,4， 王卓健， 吴 建,4,*

（1. 南昌大学, 材料科学与工程学院, 江西 南昌 330031；2. 南昌大学, 国际材料创新研究院, 江西 南昌 330031；3. 湖南顶立科技有限公司, 湖南 长沙 410118；4. 湖南中科顶立技术创新研究院有限公司, 湖南 长沙 410118）

1 前言

碳基材料，尤其是石墨、炭纤维、炭/炭（C/C）复合材料具有比强度和比模量高，较好的抗热震和抗腐蚀性能等特点，被广泛应用于航空航天、化工、能源存储等领域[1–3]。但炭材料普遍存在高温有氧环境下易氧化和不耐氨气、耐划性能较差等缺点，难以满足人们对炭材料越来越严苛的使用要求，严重制约其发展和实际应用。

超高温材料是指在2 000 ℃以上且在应力和氧化的严苛环境下依然可以正常使用的耐热材料[4–6]。其中，超高温陶瓷主要有高熔点的硼化铪（HfB2）、硼化锆（ZrB2）等硼化物陶瓷及碳化铪（HfC）、碳化锆（ZrC）、碳化钽（TaC）等碳化物陶瓷[7–10]。通过将超高温陶瓷作为涂层涂覆到碳基材料表面，可以使得炭材料具有高弹性模量、高硬度和良好抗热震和抗氧化、耐烧蚀等优异性能[11, 12]。

TaC 陶瓷熔点高达3 880 ℃，具有高硬度（莫氏硬度9～10）[13]、较大的导热系数（22 W·m−1·K−1）、较大的抗弯强度（340～400 MPa），以及较小的热膨胀系数（6.6×10−6K−1）[14]，并展现出优良的热化学稳定性和优异的物理性能，与石墨及C/C 复合材料具有良好的化学相容性和力学相容性[15,16]，因此TaC 涂层被广泛应用于航空航天热防护、单晶生长、能源电子，以及医疗器械等领域[17,18]。TaC 涂层石墨比裸石墨或SiC 涂层石墨具有更好的耐化学腐蚀性能，尤其适用于MOCVD 设备生长GaN 或AlN 单晶和PVT 设备生长SiC 单晶，所生长的单晶质量得到明显提高。……