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随着航空、航天技术的发展,对飞行器用热防护材料性能的要求逐渐提高,目前所用的陶瓷隔热瓦具有脆性大、密度高和抗损伤能力差等缺点,很难满足未来飞行器的发展需求。近年来,硅-氧-碳改性的碳粘结碳纤维（CBCF）复合材料及其抗氧化涂层受到越来越多的研究者的关注。它是新一代的超轻质、非烧蚀、耐高温、防隔热一体化材料,具有轻质化、强韧化、高可靠性、耐温性能突出的特点。但是当温度高于1400℃时,硅-氧-碳陶瓷会与碳纤维发生碳热还原反应,从而降低了基体的稳定性。本论文采用高熔点的ZrB2陶瓷对CBCF进行改性来提高基体的高温稳定性,并在基体表面制备抗氧化涂层。首先研究了SiC粉体改性CBCF（CBCFs）复合材料,提高了纤维表面粗糙度,促进了碳纤维对陶瓷先驱体的吸附能力。接着利用先驱体浸渍裂解技术制备了ZrB2改性的CBCFs（CBCFs/ZrB2）复合材料。为了提高材料的机械性能,研究了碳纳米管（CNTs）改性CBCFs/ZrB2（CBCFs-CNT）复合材料。最后在CBCFs/ZrB2和CBCFs-CNT复合材料表面制备了抗氧化涂层。探讨了CBCFs、CBCFs/ZrB2、CBCFs-CNT复合材料的制备工艺和CBCFs/ZrB2复合材料的微观结构,力学性能和热物理性能,研究了原位合成CNTs对复合材料力学性能和热物理性能的影响。优化了ZrB2基涂层的制备工艺,并通过氧化实验考核了不同环境下涂层包覆的复合材料的氧化烧蚀行为。采用化学分散吸附的方法,用SiC陶瓷粉体对碳纤维进行表面改性。研究了含混合粉体的水基浆料的分散行为,以及分散剂对分散性能的影响,吸附剂对水基浆料稳定性的影响。深入研究粉体的分散稳定机制,提出了一种用分散吸附来制备陶瓷粉体颗粒改性碳纤维复合材料的新方法。确定制备CBCFs复合材料的最佳分散剂聚乙烯亚胺（PEI）的用量为0.6wt.%,吸附剂聚丙烯酰胺（PAM）的用量为0.8wt.%。利用CBCFs浸渍ZrB2聚合物前驱体溶液,通过ZrB2前驱体浸渍裂解技术制备了ZrB2改性的CBCFs复合材料。详细的研究了不同温度下ZrB2前驱体的裂解行为,不同ZrB2含量对CBCFs复合材料的致密度、微观结构及力学性能的影响。研究了CBCFs/ZrB2复合材料的热物理性能。实验结果表明,随着ZrB2含量的增加,材料的z方向上和x/y方向上的压缩强度分别从0.61MPa增加到1.63MPa和从1.36MPa增加到2.83MPa。随着温度的升高,固体、气体和辐射热导率逐渐增大,使得复合材料的热导率逐渐增大。在1001.7℃时,复合材料的x/y方向上的热导率为0.883Wm-1K-1,z方向上的热导率为0.473Wm-1K-1。在67℃到400℃之间复合材料x/y方向上的热膨胀系数为0.14×10-61.19×10-6/K,z方向上的热膨胀系数为0.17×10-60.69×10-6/K。研究了CBCFs/ZrB2复合材料的氧化行为。结果表明,ZrB2的引入可以明显提高复合材料在有氧环境中的抗氧化性能。通过TG-DSC实验表明,ZrB2的引入使得复合材料起始氧化温度从517℃提高到742℃,最大失重率对应的温度从736℃提高到1025℃.静态氧化实验表明,CBCFs在800℃氧化30min后完全氧化,而ZrB2改性的CBCFs在800℃氧化60min时,CBCFs没有被完全氧化,材料中仍有残余的碳纤维存在。探索了利用ZrB2聚合物前驱体通过有机催化的方法原位生长了CNTs,得到了CNT-ZrB2-ZrO2混杂粉体。研究了CNTs的生长机理和CNT-ZrB2-ZrO2混杂结构的形成机制。并采用原位生长CNTs的方法在ZrB2改性的CBCFs基体中生长CNTs。CNTs改性后的复合材料在x/y方向上和z方向上的压缩强度分别提高了11.03%和18.12%,x/y方向上和z方向上的弯曲强度分别提高了13.3%和60.1%。在受力过程中,CNTs的拉伸断裂,在陶瓷相中的拔出提高了复合材料的力学性能。CNTs的引入提高了复合材料的导热系数和热膨胀系数,使得z方向的导热系数大于x/y方向,并降低了z方向和x/y方向上的热膨胀系数差异。论文最终采用快速微氧烧结技术在CBCFs/ZrB2和CNTs改性的CBCFs/Zr B2-ZrO2复合材料表面制备了ZrB2基抗氧化涂层。研究了涂层表面的发射率,并通过静态氧化实验,氧乙炔实验和高频等离子风洞实验研究了ZrB2基涂层包覆的复合材料的烧蚀行为。结果表明MoSi2含量提高有利于涂层发射率的提高。静态氧化实验表明,双层涂层比单层涂层具有更优异的抗氧化性能,此外基体中CNTs的存在不影响涂层的抗氧化性能。氧乙炔实验表明,随着表面烧蚀温度的增加,涂层中灰色的SiO2玻璃相逐渐减少,ZrO2逐渐增多。在1700℃烧蚀600s时,涂层被破坏,但基体中的碳纤维表面形成了一层SiO2包覆层,其阻止了基体氧化。在表面烧蚀温度为1600℃时,涂层破坏程度随着烧蚀时间的延长而增加,当烧蚀时间为800s时,涂层被破坏,基体有氧化现象。高频等离子风洞实验表明,烧蚀过程中,涂层保持完整,基体没有发生氧化,涂层具有优异的抗氧化保护性能。