近，来自日本的科学家在非常高的温度下测试了这种复合材料的耐热性，从而提供了避免UHTC降解所需的改变的知识。他们的研究结果可能会对航天飞机轨道飞行器的制造产生巨大影响。
碳纤维增强碳（Carbon fiber-reinforced carbon，C/C）是由碳纤维在石墨或玻璃碳基体中增强而成的一种复合材料。理想情况下，它被认为是高超音速飞行器和航天飞机轨道飞行器的佳材料，这些飞行器的巡航速度超过5马赫。
自20世纪70年代以来，它也被用于一级方程式赛车的制动系统。尽管C/C复合材料在高温和惰性气氛下表现出优异的机械性能，但在这种条件下它缺乏抗氧化性，从而限制了其广泛应用。
科学家发现，包括过渡金属碳化物和二硼酸盐在内的超高温陶瓷可具有良好的抗氧化性。在早期的研究中，锆钛（Zr-Ti）合金渗透在提高碳纤维增强UHTC基复合材料（C/UHTCMC）的耐热性方面显示出令人鼓舞的结果。但是，它们在高温（>2000℃）下的使用尚未明确。
在此背景下，来自日本的一个研究团队评估了Zr-Ti合金渗透C/UHTCMC在2000℃以上温度下的可能效用。他们的研究由东京科学大学（Tokyo University of Science，TUS）的Ryo Inoue副教授领导，发表在《材料科学杂志》上，并于2022年10月27日在线发布。
研究团队由TUS的Noriatsu Koide先生和助理教授Yutaro Arai、横滨国立大学的Makoto Hasegawa教授以及国立材料科学研究所的Toshiyuki Nishimura博士组成。
说到研究的目的，该研究是陶瓷和陶瓷基复合材料研究和开发的延伸。近年来，TUS收到了几家重工业制造商关于可在2000°C以上温度下使用的材料的询问，随后开始与这些制造商合作开发新材料。
C/UHTCMC是利用熔融渗透制造的，这是制造此类材料经济的方法。为了研究材料的适用性，用三种不同的合金成分制备了三种C/UHTCMC。使用的三种合金成分改变了Zr:Ti的原子比。
为了表征耐热性，该团队使用了一种称为电弧风洞测试的技术。该技术揭示了材料在隧道内的极高焓流。这与航天器在重新进入空气时经历的情况类似。
研究小组发现，合金中Zr的含量对复合材料在所有温度下的降解都有很大影响。此外，在复合材料表面上形成的Zr和Ti氧化物避免了额外的氧化，氧化物的组成取决于渗透合金的组成。
热力学分析表明，复合材料表面上形成的氧化物由ZrO2、ZrTiO4和TiO2固溶体组成。
在超过2000℃的温度下，电弧风洞试验后，样品的厚度和重量随复合材料中Zr含量的增加而增加。此外，该团队还注意到，随着Zr含量的增加，表面氧化物的熔点会升高。
在2600℃以上的温度下，唯一形成的氧化物是液相氧化物，需要对基体组成进行热力学设计，以避免UHTC复合材料的衰退。通过利用热力学分析成功地研究了C/UHTCMC在2000℃以上的温度下的降解。
结果还表明，为了防止复合材料的退化，需要修改基体设计。该研究有助于为实现超高速客机、再入飞行器和其他高超音速飞行器做出贡献。
