然而，碳/碳复合材料存在一个致命的弱点，即在高温氧化性气氛下极易氧化。研究发现，该材料在氧化性气氛下450℃以上就开始氧化，并且氧化速率随着温度的升高而迅速增加，致使碳材料的强度迅速降低，性能急剧退化。若无抗氧化措施，在高温氧化环境中应用将会引起灾难性后果。
防止碳/碳复合材料氧化的方法主要有两种，一是涂层技术；二是基体改性技术。
目前开发的诸多涂层技术，如多相镶嵌陶瓷、晶须增韧陶瓷、梯度复合涂层等，均具有1500～1600℃静态空气中长期防氧化的能力，部分涂层还具有优异的抗冲刷性能，但距离实际应用尚存在较大差距。从理论上说，涂层技术能够隔离含氧气氛和碳/碳复合材料，从而起到防护效果，但实际上涂层与碳/碳复合材料之间物理化学性质不相容的问题一直未能得到彻底解决，尤其在高性能发动机热端部件和航天飞行器热防护系统服役过程中的超高温、强冲刷、高频振动、高低温瞬时热震等极端苛刻环境下，涂层易发生开裂、剥落、烧蚀而失效。
基体改性技术是以材料本身抑制氧化反应为前提，即在碳/碳复合材料制备过程中就对碳纤维和基体碳进行改性处理，使材料本身具有较强的抗氧化能力，因此更有希望从根本上解决碳/碳复合材料的氧化问题。研究表明，采用SiC，ZrC，TaC，HfC，ZrB2，WC，Cu等抗氧化和抗烧蚀组元，对碳/碳复合材料的基体进行改性处理，是有效提高其高温抗氧化抗烧蚀能力的重要途径。例如，用SiC改性后的碳/碳复合材料综合了碳纤维优越的力学性能和陶瓷基体良好的热/化学稳定性，不仅保留了碳/碳复合材料低密度、高比强度/比模量、低热膨胀系数以及优异的高温力学性能外，还克服了碳/碳复合材料在空气中超过500℃会迅速氧化的缺点，成为一种将热防护、结构承载和防氧化相结合的功能一体化复合材料。德国航空中心制备出了C/C-SiC复合材料，并以此制备出了刹车盘产品，已经达到工业化水平，其技术核心就是利用熔融的Si浸渗到C/C多孔体中，使Si和C发生化学反应生成SiC。
总的来看，单独依靠涂层技术难以实现碳/碳复合材料在超高温服役环境下长寿命抗氧化抗烧蚀的目标，但通过将超高温陶瓷基体改性与涂层技术相结合，则可以实现这个目标。
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