近年来,微电子器件向集成化和小型化发展,热量聚集降低器件可靠性和寿命的问题愈发凸显。综合碳纤维本征导热系数高和力学性能好等优势,碳纤维树脂基复合材料在热管理领域具有潜在应用前景。而对于原本以碳纤维树脂基复合材料为主要成分的器件而言,则需要在保持力学性能的基础上提高受力方向即面外的导热性能。两相各自的导热性能及两相间的界面连接是影响复合材料导热性能的关键因素。高模量碳纤维导热性能更高,但受限于生产技术保密性和高成本等因素,相关研究极少。基于此,以高模量碳纤维为增强相,氮化硼为主要导热成分,本文分别从基于碳纤维表面高导热层构筑和树脂填充高导热填料两方面提升碳纤维环氧树脂基复合材料导热性能,并对改性后两相的物化性质变化、两相界面连接状态及相应碳纤维增强树脂基复合材料的导热性能和层间剪切强度进行分析。开展的主要研究内容及结果如下:针对碳纤维表面高导热层构筑,自主搭建连续化设备,通过材料改性、助剂选择等方式,短时长连续共沉积氮化硼和铜,在高模量碳纤维束丝表面形成致密导热填料层,并制备碳纤维环氧树脂基复合材料,使用SEM、FTIR、XRD、XPS、EDX等研究了处理前后纤维表面结构演变规律,并分析了共沉积层对复合材料面外导热性能和层间剪切强度的影响。结果显示:电沉积前,羟基接枝处理BN可与水溶剂形成氢键,促进分散,而HNO3处理可使纤维沟槽更深,有助于纤维表面铜晶体的沉积;经过60 s共沉积,碳纤维表面均匀附着波浪状填料层,直径由4.96μm增加至9.09μm;填料层可与基体产生机械嵌合作用,并与纤维共同构成贯穿树脂基体的导热通路,导热填料层构建后复合材料的面外导热系数和层间剪切强度为2.33 W/（m·K）和77.7 MPa,分别较未改善提高了153%和8%。针对树脂填充高导热填料,以氮化硼和短切沥青基碳纤维为导热填料,采用长时间恒温机械共混方法将导热填料和树脂均匀混合,并以填充后环氧树脂为基体制备高模量碳纤维增强树脂基复合材料,使用SEM、XRD、EDX等手段研究填料分散及界面连接状态,并对填料含量和填料种类两大因素对复合材料层间剪切强度和面外导热性能的影响进行分析,进一步探索了多尺度填料在树脂及碳纤维增强复合材料中的协同效应。结果显示:高导热填料的添加能够有效提高复合材料的导热性能,其增强效果受到含量和种类的影响;随着含量增加,填料填充树脂复合材料的导热性能逐步提升,15 wt%BN和SCF时分别为0.426 W/（m·K）和0.410 W/（m·K）,碳纤维增强树脂复合材料的导热性能变化趋势则有所不同,导热增幅较填料填充树脂有所下降;多尺度填料在树脂中呈现出明显的导热协同效应,且在不同温度下导热最优的填料比例不同,而碳纤维复合材料中多尺度填料对导热具不利影响,体现为增强导热性能热稳定性。