Research Progress on High-Temperature Oxidation Behavior of SiOC Ceramics and Their Composites

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.0795

Abstract

Abstract:

Owing to the excellent properties， including high-temperature resistance， low density， low thermal conductivity and cost-effectiveness， SiOC ceramics show significant potential for applications in thermal insulation materials for aerospace. However， SiOC ceramics are prone to structural damage and performance degradation under high-temperature oxidizing conditions， making it essential to gain an in-depth understanding of their oxidation behavior and to optimize their oxidation resistance to meet increasingly demanding service requirements. This paper systematically reviews the oxidation behavior of SiOC ceramics， summarizing recent advances in three antioxidant strategies： element doping modification， composite material design， and surface coating. It reveals the relationship between microstructural evolution and macroscopic properties in high-temperature， and provides developmental recommendations for subsequent research and application of oxidation-resistant composite materials.

Key words: SiOC ceramics, composite, high-temperature oxidation, matrix modification, elemental doping, thermal protective coating

CLC Number:

TB332

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Figures/Tables 11

Fig.1 Typical applications of SiOC ceramics［5?8］

Fig.2 Structure model of SiOC ceramics

Fig.3 Oxidation kinetics of SiOC ceramics［18］

Table 1 Influencing factors of oxidation of SiOC ceramics［17?18］

因素	作用机制
温度	高温可提高扩散速率和反应速率，但可能加剧CO积聚风险
碳活性	低碳活性抑制CO积聚（被动氧化），高碳活性导致碳的直接消耗或结构重组（如石墨化），改变氧化产物的分布情况
环境气氛	氧分压、CO₂与CO的体积比通过调节碳活性间接影响氧化路径

Fig.4 Schematic diagram of evolution of SiOC ceramics microstructure with oxidation temperature［19］

Table 2 Comparison of antioxidant modification methods for SiOC ceramics［20?31］

改性策略	核心机制	使用环境
元素掺杂	改变基体化学组成与相结构，原位生成保护相	中高温（约1 200 ℃）
复合材料设计	微观/介观结构增强，多相防护	承受热-力耦合载荷的复杂构件
表面防护涂层	物理屏障，隔绝氧环境	已有基体的表面强化与功能化

Table 3 Phase separation and crystallization mechanism of element-doped SiOC ceramics［25?40］

Doping element	Phase separation	Crystallization
Fe	+	+
Ti	+	+
Zr	-	+
Hf	-	+
Al	-	+
B	+	+

Fig.5 TEM images of Fe ion-modified SiOC ceramics growing SiC nanocrystals［27］

Fig.6 Oxidation of SiOC/HfO2 ceramic bulk at different temperatures in air［35］

Fig.7 Preparation process and SEM images of in-situ grown 3D SiC whiskers［31］

Fig.8 Schematic diagram of ablation mechanism of TaSi2-based coating［34］

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