高超声速飞行器飞行速度超5马赫，在大气层飞行或跨大气层穿越时面临极强的气动加热、高温氧化、烧蚀侵蚀等极端气动热环境，热防护系统成为其核心关键部件。针对可重复使用的高超声速飞行器，其鼻锥、气动前缘等核心部位需采用非烧蚀型热防护系统，对材料的耐高温、抗烧蚀、高力学性能等提出严苛要求。

超高温陶瓷（ultra-high temperature ceramics coatings，UHTCs）（主要为过渡金属二硼化物、碳化物，如 ZrB₂、HfB₂、ZrC、HfC 等）具有熔点超 3000℃、高温热导率高、力学性能优异、化学稳定性强等特性，是目前非烧蚀型热防护系统的核心材料。但传统单相 UHTCs 存在断裂韧性低、抗热震性差、与基体热膨胀系数（CTE）不匹配等固有缺陷，易导致涂层开裂、分层，限制了其工程应用。

随着航空航天技术发展，高超声速飞行器对 UHTCs 涂层的需求从单一热防护升级为多功能集成，包括激光烧蚀防护、减阻与热防护协同、涂层与基体高结合强度等；同时，传统制备工艺存在涂层致密度低、成分控制难等问题，亟需开发新型设计策略与制备技术。目前已有研究从成分设计、结构设计入手优化 UHTCs 涂层性能，但缺乏对其多功能设计、制备工艺及性能调控机制的系统梳理。

来自北京理工大学等的研究人员以 UHTCs 涂层的多功能设计与性能优化为核心，系统梳理了当前 UHTCs 涂层的性能调控策略、制备工艺、功能化设计方法，并分析了现存挑战与未来发展方向。相关成果于2026年1月21日以“Multi-functional design of ultra-high temperature ceramics coatings”为题的综述文章发表在《Journal of Materiomics》。

表1. 硼化物、碳化物及氮化物基 UHTC 的基本物理与力学性能

图1. 高熵金属二硼化物结构与氧化特性曲线

图2. 不同涂层制备工艺的示意图：(a) 包埋渗镀、(b) 料浆涂覆、(c) 等离子喷涂、(d) 超音速火焰热喷涂、(e) 物理气相沉积（PVD）、(f) 激光熔覆。

图3. 9阳离子多孔高熵二硼化物陶瓷样品的制备与表征。

UHTCs 涂层是极端环境热防护的理想解决方案，目前已从单一成分/结构设计发展为成分-结构-工艺协同的多功能设计；通过多层/梯度结构、高熵设计、界面优化等策略，UHTCs 涂层的力学性能、抗烧蚀性、抗氧化性已得到显著提升，激光防护、减阻等多功能集成成为研究热点。

同时指出，未来需进一步深化基础功能机制研究，结合先进计算技术和制备工艺，推动 UHTCs 涂层从实验室研究走向工程化应用，满足下一代高超声速飞行器的极端环境需求。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jmat.2025.101127