C/C复合材料具有低密度、高比强度、高比模量、低热膨胀系数、抗热冲击、耐腐蚀和耐烧蚀等优异性能｡其在2000℃以上力学性能不降反升的特点引起人们极大的关注｡C/C复合材料广泛应用于航空航天领域，如：飞机刹车盘、火箭喉衬和火箭喷管出口锥等｡但在370℃以上的高温有氧环境中，C/C复合材料中的C会和O2发生化学反应，而且随着温度的升高，氧化速率加快，限制了其的应用范围｡
涂层防护法是采用抗氧化涂层技术将C/C复合材料基体与外界空气隔离，避免O2渗透扩散到基体表面和内部｡目前较成熟的涂层制备方法主要有：化学气相沉积法（CVD）、包埋法、溶胶-凝胶法、料浆涂刷法、热喷涂法、液相反应法和化学气相反应法等｡
随着科学技术的进步，C/C复合材料必须在更恶劣的环境中服役（大于1500℃），一方面要求所制备的涂层抗氧化性能优异；另一方面要求制备涂层的成本低、适用温域宽｡为了解决上述问题，相继开发出两种及两种以上工艺相结合制备复合涂层和梯度涂层体系的方法，如Zhang等采用浆料涂刷及包埋工艺相结合制备SiC/Si-Mo-Cr涂层，在1600℃的静态氧化气氛中有效保护C/C复合材料长达135h；Feng等采用两步包埋法在C/C复合材料表面制备SiC/MoSi2-CrSi2-Si复合陶瓷涂层体系，研究发现在1600℃的静态氧化气氛中可以保护C/C复合材料达500h｡要获得更高温度以及全温域环境下的抗氧化涂层体系，超高温结构陶瓷材料（UHTCs）具有热稳定性、耐高温性能好和热膨胀系数低等特点，可作为C/C复合材料的首选材料，且UHTCs材料本身熔点高，选用合适的涂层制备工艺是极其重要的，即能制备致密、结构均匀的涂层，又能保证C/C复合材料本身的力学性能｡等离子喷涂技术由于其能够产生高温等离子弧，可以熔化所有高熔点的陶瓷材料，为制备新材料涂层体系提供了可能性｡笔者在介绍等离子喷涂技术原理、工艺特点的基础上，重点论述该工艺制备C/C复合材料抗氧化涂层的研究进展和成果，并对其今后在C/C复合材料抗氧化涂层制备的研究方向做出了展望｡
1等离子喷涂技术原理及发展
当气体电离度大于0.1%时，正离子和电子数量增多且相等，其空间电荷为零，呈中性状态，处于这种状态下的气体称为等离子体｡等离子喷涂技术正是利用两个相距一定距离的正负电极，将流过的气体瞬间电离，通过气体压缩和爆炸产生高温电弧｡
等离子喷涂技术的原理是采用刚性非转移型等离子弧为热源，将金属或非金属颗粒加热到熔化或半熔化状态，在气流的推动下喷向基体，撞击基体表面，颗粒发生扁平化塑性变
形，快速凝固从而相互粘接，在基体表面形成片层结构｡等离子喷涂技术出现于上世纪50年代，随着等离子喷涂技术的不断完善，涂层性能要求的不断提高，等离子设备也进一步朝着高能、高速的方向发展，在大气等离子喷涂设备的基础上，已研发出超音速等离子喷涂、液料等离子喷涂、三阴极等离子喷涂、多功能集成技术、以及实时控制技术等｡其中，超音速等离子喷涂由于其自身操控简单、能够产生更高速、更高温的气体射流而得到广泛应用｡等离子喷涂技术大多数应用在金属材料加工领域，如：缺损部件的修复，制备耐磨、耐腐蚀、热障涂层等金属基的表面，以提高金属基体表面的性能｡如Fukumasa等采用等离子喷枪制备出银-石墨复合涂层，涂层的摩擦系数仅为青铜的1/5、银的1/2；王海斗等采用超音速等离子喷涂技术制备了NiCrBSi耐磨涂层，发现涂层内部均匀，具有较低的孔隙率和氧化物含量，涂层和基体的结合强度接近50MPa；张建等采用该技术，在纯铜基体上制备的Cr2O3-Ni-5%Al陶瓷耐磨涂层物质分布均匀，孔隙率为1.2%｡由于该技术成熟的应用在金属基涂层制备上，对获得C/C复合材料的抗氧化涂层提供了理论基础｡
2等离子喷涂技术制备C/C复合材料抗氧化涂层的研究进展
2.1等离子喷涂技术制备C/C复合材料抗氧化涂层单层涂层体系
碳化硅（SiC）为难熔性高温陶瓷材料，熔点为2800℃，具有优异的抗氧化性能，热膨胀系数低，与C/C复合材料的热膨胀系数匹配（αSiC=4.2×10-6/℃，αC/C=1.0×10-6/℃），SiC在高温有氧环境中，能够产生玻璃相SiO2，其在1200℃以上为黏流态能够愈合由于涂层制备工艺缺陷、涂层和基体热应力不匹配造成的裂纹和微孔，提高氧化防护能力｡Niu等在C/C基体上喷涂Si涂层后热处理使Si和基体C发生反应，研究表明，在1450℃的热处理环境下，发现有SiC致密层的生成｡虽然利用等离子喷涂制备Si涂层体系是可行的，热处理生成的SiC涂层在一定程度上能够保护C/C复合材料免受O2的侵害｡但是单层涂层体系在高温热震循环中，涂层与基体因热膨胀系数的差异容易导致贯穿性裂纹｡故这类涂层单独使用时，高温自愈合能力较薄弱，抗氧化效果非常有限｡
2.2等离子喷涂技术制备C/C复合材料抗氧化涂层复合涂层体系
陶瓷材料具有熔点高、硬度高、化学稳定性好、耐热冲击性能好和热膨胀系数低等优点而被广泛应用于制备C/C复合材料抗氧化外涂层｡主要包括：高熔点氧化物陶瓷、难熔碳化物陶瓷和难熔硼化物陶瓷｡
陶瓷抗氧化涂层的主要原理是利用陶瓷材料在高温有氧环境下，会和O2发生化学反应生成具有自愈合能力、流动性和低氧渗透性的玻璃态物质，在涂层表面形成一层阻挡O2扩散的保护膜，从而保护C/C复合材料｡黄敏等采用等离子喷涂法在C/C-SiC基体上制备了Cr-Al-Si合金涂层体系，研究表明在1500℃的静态空气气氛下保持60h，失重率为5.3%；Wu等在C/C-SiC基体上用该工艺制备MoSi陶瓷涂层，研究表明该涂层只有少量微孔和微裂纹存在，没有贯穿性裂纹，且在1500℃的空气气氛下保持500h失重率仅为1.14%；黄敏等为解决涂层间热膨胀系数不匹配的问题，在C/C-SiC基体上喷涂制备了硅酸钇梯度涂层，在1500℃的静态空气中氧化73h后，单层SiC涂层失重速率已达12×10-4g/（cm2•h），而梯度硅酸钇涂层的失重速率仅为1.01×10-4g/（cm2•h）｡Sun等在C/C-SiC基体上喷涂制备含有不同Y2O3摩尔比的硅酸锆涂层，研究结果表明在1550℃的空气气氛下静态氧化220h后，失重率仅为1.54%，能够承受1550℃-室温的25次热震循环｡可见，利用等离子喷涂技术制备的陶瓷涂层复合体系在一定程度上提高了C/C高温抗氧化持续时间｡
在等离子喷涂过程中，直接影响涂层质量的因素还包括等离子喷涂工艺参数，合理选择工艺参数是确保涂层质量的重要方法｡参数包括：喷涂电流、喷涂电压、工作气体流量、载体流量、送粉率、喷涂距离以及喷枪移动速率等｡研究人员运用统计学相关理论，运用科学计算方法和精密仪器分析参数对涂层质量和性能的影响，马建龙等用正交法对制备纳米Al2O3涂层的喷涂工艺参数进行分析，发现影响涂层质量工艺参数有主到次的顺序为：喷涂电压、主气流量、喷涂距离、喷涂电流｡陈永雄等采用热喷涂监测系统（Spray-watch-2i型）监测飞行粒子的温度、速度、密度等参数，研究表明沿着喷涂方向，飞行粒子的平均速度和温度呈现先增大后下降的趋势，粒子基本呈轴对称分布，中间粒子数量多，边缘的粒子数相对较少，进而会影响涂层均匀分布和颗粒的扁平化程度｡Wu等采用功率为50kW的超音速等离子喷涂法在C/C-SiC基体上喷涂MoSi2陶瓷涂层，涂层无裂纹气泡缺陷，且结合强度达到最大值14.5MPa，这与在金属基体上制备涂层的结合强度相比还相差甚远，因此，进一步提高涂层与涂层、涂层与基体的结合强度也是等离子喷涂技术制备C/C复合材料抗氧化涂层推广和应用的关键之一｡
3结语
等离子喷涂技术处于国际热喷涂技术的前沿，具有高温、高速和高效的独特优点，超音速等离子喷涂技术的等离子射流速度可达到音速的5~8倍，可以制备各种高密度、高质量、高熔点的难熔涂层材料，使得制备的涂层结合强度和致密度高、孔隙率低，涂层的抗氧化性能得到大幅度提高｡今后主要的研究内容包括：
（1）制备全温域段的涂层体系，制备的涂层体系主要应用在中低温区域，因此要充分利用等离子喷涂技术可以熔融任何材料的特点，寻找新的超高温涂层材料与等离子喷涂技术相结合，来实现高温域段的C/C抗氧化保护｡
（2）通过科学的方法，研究合理的喷涂工艺参数｡在等离子喷涂过程中，涂层和涂层、涂层和基体之间主要为机械结合，由于熔化颗粒在喷涂到基体上凝固速度很快，涂层间会存在少量孔隙，合理的工艺参数使涂层缺陷得以解决，提高涂层质量｡
（3）利用超音速等离子喷涂解决大型复杂C/C复合材料零部件的抗氧化问题，即通过机械手合理配置喷枪角度及位置｡
（4）将等离子喷涂再制造技术用于C/C复合材料加工中｡可以使用等离子喷涂技术修复在航空航天环境中服役后的C/C复合材料的抗氧化涂层，达到降低成本、循环利用的作用｡
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