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金属热防护系统是可重复使用飞行器的关键技术之一。作为未来新一代高速飞行器的主要防热部件,与陶瓷瓦相比,金属热防护系统具有高的强度、韧性、高可靠性、良好的抗热震性能及耐潮湿,且同时具备良好的工艺性能,便于制备较大尺寸的结构件等优势而成为本领域的研究热点。本文中采用电子束物理气相沉积技术成功制备出大尺寸、高强度、高韧性和具有良好焊接性能的镍基高温合金薄板。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和透射电子显微镜（TEM）以及万能拉伸实验机和高温蠕变实验机等实验设备和测试手段深入地研究了制备态和热处理态镍基合金薄板的组织结构和力学性能;研究了基板温度、转速对沉积材料组织性能和致密性的影响以及锭料蒸发速率比和靶基距对沉积薄板厚度分布和质量蒸发效率的影响,并建立了厚度分布数学模型;制备态和热处理态镍基合金薄板的高温氧化行为。研究发现基板温度700℃时（Ts/Tm=0.6）,沉积薄板组织为细小的等轴晶组织,具有很好韧性;基板温度450℃时（Ts/Tm=0.45）,沉积薄板组织为柱状晶组织,材料表现为明显的脆性。在基板温度700℃时,基板转速选择为5rpm、12rpm和30rpm,实验结果表明随基板转速增加,沉积材料的致密性有所的降低,但下降程度很小。薄板厚度分布的均匀性是决定沉积合金薄板性能的一个重要指标,均匀性的好坏将直接影响到薄板使用性能。根据真空蒸镀中小平面蒸发源理论和EB-PVD工艺特点,建立了在基板旋转时靶基距和锭料蒸发速率比与厚度分布关系的数学预测模型,厚度分布符合cosnθ规律,其中n=5.3,模型与实际厚度分布符合很好。预测模型显示,随靶基距的降低,薄板的厚度分布不均匀性增大;通过调整两个蒸发源的蒸发速率比,可以改变薄板沿半径方向厚度分布的均匀性,根据实际需要从而获得最佳的厚度分布。当靶基距一定时,随着4号坩埚锭料蒸发量占两个坩埚总蒸发量百分比的增加,质量蒸发效率线性增加;当两个坩埚蒸发量占总蒸发量的比值一定时,随着靶基距的降低,质量蒸发效率单调增加。优化沉积工艺参数后获得的制备态合金薄板为等轴晶组织,晶粒尺寸从几百纳米到12微米不等,晶粒生长没有明显的择优取向,XRD衍射分析表明合金为单一的镍基固溶体。为了获得好的高温力学性能,研究了合金薄板的后续热处理工艺,确定处理工艺为1020℃固溶0.5h,水冷;760℃时效48h,空冷。时效热处理后,合金薄板晶粒发生长大,晶粒尺寸在45μm左右,同时在晶界处有尺寸为纳米级（2050nm）细小的碳化物析出,其成分为（Cr,Fe）23C6,晶体结构为面心立方（FCC）。时效热处理后合金薄板试样的高温拉伸力学性能有了显著的提高,制备态合金薄板800℃时的抗拉强度为64MPa,而时效热处理合金薄板试样800℃时的抗拉强度达到了275MPa。制备态镍基合金薄板800℃恒温氧化结果表明,在氧化初期合金薄板表面首先生成Cr2O3氧化物,随着氧化时间的增加,内氧化物Al2O3逐渐在基体和Cr2O3界面处生成,并在横向方向上不断长大而形成准连续的内氧化层。900℃恒温氧化制备态合金薄板表面首先生成的为Cr2O3氧化物层,氧化96h后,基体和Cr2O3层内侧有内氧化现象发生,内氧化物颗粒成分为Al2O3,但在界面处没有形成连续的内氧化层。1000℃恒温氧化初期制备态合金薄板表面首先生成的氧化物为Cr2O3和TiO2颗粒。随着氧化时间的增长,处于外表面层的TiO2颗粒快速长大,氧化100h后,外层TiO2颗粒逐渐相连,近似形成连续的TiO2外氧化层。内层为Cr2O3氧化物层,同时在Cr2O3层内侧基体内,有内氧化现象发生,内氧化物为Al2O3。制备态镍基合金薄板800℃恒温氧化动力学曲线遵循立方规律。由于在氧化过程中其氧化物晶粒尺寸长大缓慢,晶界体积分数很高,因此氧化膜生长的主要方式是金属离子通过晶界扩散（短路扩散）,理论推导出其三次方规律,理论与实验结果相符合。制备态镍基合金薄板900℃和1000℃恒温氧化动力学曲线遵循抛物线规律。时效热处理试样800℃恒温氧化初期首先生成Cr2O3氧化物,随着氧化时间的增长,在氧化层内部与基体之间,发生内氧化现象,在Cr2O3氧化层与基体界面处有Al2O3氧化物生成,但界面处Al2O3氧化物没有形成连续的内氧化物层。基体内部也有少量内氧化现象发生。其恒温氧化动力学遵循抛物线规律。