碳硼烷是一类由硼、碳和氢元素组成的笼型化合物,具有良好的热稳定性、化学稳定性和电化学特性。碳硼烷结构的引入,可改善聚合物的溶解性,提高聚合物的热氧稳定性、高温残炭率和陶瓷化产率。为改善传统高性能聚合物的热氧稳定性,本文以炔基与癸硼烷反应为出发点设计合成出多种含o-碳硼烷结构的聚合物或热固性树脂单体,并探究了这些聚合物或树脂单体在热固性树脂、抗氧化涂层和高温陶瓷前驱体领域的应用。本文主要工作如下:设计合成出一种以三甲基硅基乙炔基团为交联结构基团的含碳硼烷结构热固性树脂单体(CBTMS)。通过FT-IR对固化机理进行了研究,固化机理研究表明,CBTMS树脂的固化反应主要包括Ph-C≡C与C≡C之间的Diels-Alder加成反应。采用差示扫描量热法(DSC)对CBTMS进行了非等温固化动力学研究,并通过Kissinger和Ozawa方法计算了 CBTMS树脂的固化反应活化能Ea。通过热重分析(TGA)研究了固化后树脂的热和热氧稳定性能,固化后树脂表现出良好的热和热氧稳定性能。CBTMS固化所得树脂良好的热稳定性主要源于无机元素硼和硅的引入。此外,将CBTMS固化所得树脂在空气条件下进一步加热至1000℃可得到耐高温陶瓷体。为提高热固性聚酰亚胺树脂的热和热氧稳定性,设计合成出一种含碳硼烷结构芳基乙炔树脂单体(APCB),由APCB固化所得热固性树脂具有良好的热和热氧稳定性。通过APCB与酰亚胺单体m-EFDA共固化,本文得到了碳硼烷改性的热固性聚酰亚胺树脂。树脂的流变测试结果表明,APCB的加入大大改善了 m-EFDA单体的加工流变性能。对固化后树脂的进行了动态热机械分析(DMA)测试,DMA数据表明随APCB含量的增加,样品的玻璃化转变温度逐渐升高。TGA测试结果表明,APCB的加入大大改善了酰亚胺树脂的热氧稳定性。热氧老化性能测试表明,样品APCB-50和APCB-100均具有较好的热氧老化稳定性。成功制备出高分子量含碳硼烷结构聚芳醚酮树脂(PCBEK),该树脂具有良好的热和热氧稳定性。以PCBEK和APCB为原料,经溶液涂覆、干燥和固化成功制备出含碳硼烷结构树脂基抗氧化涂层。TGA测试结果表明,涂覆有树脂涂层的碳纤维样品热氧稳定性能明显提升。XRD、FT-IR和XPS测试结果表明,树脂基涂层良好的热氧防护特性主要源于树脂涂层中碳硼烷结构在热氧条件下生成的无机硼氧保护层。为进一步提升树脂涂层的热氧防护性能,将树脂涂层在氩气氛围中进一步加热至1300℃得到陶瓷涂层,陶瓷涂层由碳化硼与石墨晶体组成。涂覆有陶瓷涂层的碳纤维样品表现出良好的热氧稳定性能。通过模型反应优化了聚合反应条件,并成功获得了中等分子量的聚(苯基-碳硼烷)树脂(PPB)。XRD测试结果表明,PPB树脂具有结晶性,PPB树脂的结晶性使PPB树脂在聚合过程中结晶析出,从而限制了树脂分子量的进一步提升。PPB树脂的DSC测试结果表明,PPB的玻璃化转变温度和熔点均高于其热分解温度(450℃)。PPB树脂的TGA测试结果表明PPB树脂具有良好的热和热氧稳定性。PPB树脂可作为碳化硼/碳陶瓷前驱体树脂,且PPB树脂的陶瓷化产率高于90%。通过TEM、XRD和Raman对陶瓷体进行了表征,由PPB树脂所得高温陶瓷体由碳化硼晶体和石墨晶体组成。