TaC-SiC复合涂层抗热震性优于单一TaC涂层，是超高温涂层领域的重要研究方向。但相关共沉积实验影响变量多，实验量巨大，通过热力学计算预测各个影响因子对共沉积过程的影响，可为实验设计提供重要理论指导，提高实验效率。武汉理工大学材料合成与加工国家重点实验室黄伟、王俊俊等研究人员通过系统的热力学计算，揭示了TaC和SiC化学气相共沉积的关键规律，为超高温陶瓷涂层的成分调控和性能优化提供了重要理论指导。这项发表在《Surface & Coatings Technology》的研究采用CALPHAD方法，对TaCl₅-SiCl₄-CH₄-H₂前驱体体系进行了全面分析，明确了沉积温度、压力以及前驱体比例对涂层成分的影响机制，为开发新一代耐超高温、抗热震的复合涂层提供了理论依据。

       研究团队使用Thermo-Calc软件模拟了800-1800°C温度范围、100-40000Pa压力范围内Ta-Si-C-H-Cl体系的热力学平衡行为。结果表明，氢气比例是影响沉积过程的关键因素：当H₂/(TaCl₅ + SiCl₄)比例大于5时，能有效促进SiCl₄分解并抑制石墨生成；比例提升至30以上时，可在900-1200°C的中温区间获得纯净的TaC+SiC两相沉积。甲烷比例同样至关重要，CH₄/(TaCl₅ + SiCl₄)维持在0.5-0.85范围内最有利于目标产物的形成，比例低于0.6会导致Ta₅Si₃C等杂质相的生成，而高于0.85则会引入多余的石墨。温度窗口的优化研究表明，1000-1400°C是实现高效共沉积的最佳区间，此时TaC含量保持稳定（约0.62摩尔分数），而SiC的沉积量达到峰值。通过调节SiCl₄/TaCl₅比例在0.25-1.5之间，可以精确控制两种碳化物的相对含量，当比例为1.5时，TaC与SiC的摩尔分数基本相当。

      该研究的理论预测对超高温涂层的工程应用具有重要指导价值。在航空航天领域，通过优化TaC-SiC复合涂层的成分梯度设计，可显著改善C/C复合材料在极端环境下的抗热震性能，解决传统TaC涂层因热膨胀系数不匹配导致的开裂问题。对于半导体工业，该研究为石墨基板表面保护涂层的制备提供了新思路，有望延长器件在腐蚀性气氛中的使用寿命。研究团队指出，未来工作需要结合实验验证热力学预测的准确性，并进一步探究非平衡条件下的沉积动力学机制。此外，拓展到其他前驱体体系（如MTS、TaBr₅等）的研究也将成为重要方向。这项工作的创新性在于首次系统建立了TaC-SiC共沉积的热力学模型，为开发性能可调的复合涂层提供了科学基础，推动超高温陶瓷材料在更苛刻环境下的应用突破。

摘要：本研究采用TaCl₅-SiCl₄-CH₄-H₂作为代表性前驱体体系，通过计算热力学方法系统分析了TaC和SiC化学气相共沉积过程。确定了共沉积TaC和SiC及调控其比例的最佳沉积窗口。结果表明：温度和压力对TaC含量影响有限，主要影响SiC和石墨的平衡摩尔分数；当CH₄/(TaCl₅ + SiCl₄)比为0.5-0.85、H₂/(TaCl₅ + SiCl₄)比>5时有利于形成TaC+SiC两相区；中等温度（1000-1400°C）最有利于TaC和SiC共沉积；当CH₄/(TaCl₅ + SiCl₄)比低于0.6时会出现其他凝聚相沉积；通过调节CH₄/(TaCl₅ + SiCl₄)和SiCl₄/TaCl₅比可以调控沉积物中TaC的摩尔分数。

图1显示不同H₂/(TaCl₅ + SiCl₄)比下的CVD相图：

·         无H₂时（图1a），体系主要生成石墨+TaC

·         H₂比例增至5-10时（图1c-d），TaC+SiC+石墨三相区显著扩大

·         H₂比例达30时（图1e），在900-1200°C出现纯净的TaC+SiC两相区