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无纬布针刺预制体克服了2D炭布叠层材料层间缺乏纤维连接的弱点,具有成本低廉、易于工业化、适合于各种尺寸、各种形状并且具有良好力学性能等优点,已被广泛应用于扩张段、延伸锥、刹车盘等领域。为了将该类型预制体应用于较为厚壁的固体火箭发动机喷管喉衬上,本文进行了无纬布针刺C/C喉衬复合材料制备方法的研究,表征了所得材料的微观结构和热力学性能。采用小型发动机试车和全尺寸发动机试车两种方式研究了服役工况下无纬布针刺喉衬材料的烧蚀行为和烧蚀机制,为其使用可靠性提供理论依据。论文的主要研究内容和结果如下:预制体内部合适的温度场是热梯度化学气相渗透有效致密的前提,对热梯度炉内的温度场进行了数值模拟与分析,获得了沉积开始阶段和终止阶段针刺预制体内部的温度分布规律,在此基础上,结合热梯度致密化模型,设计了厚壁预制体分区致密的方案。通过温度控制方式可实现分区致密,通过对比外壁恒温控温和内壁恒温控温两种方式下的材料的致密化行为,结果发现,内壁恒温控温方式下针刺材料内部具有较高的温度和合适的温度梯度,致密化行为符合分区致密方案,能够实现厚壁C/C复合材料密度由内至外的正向增长,致密均匀,致密效率相比现有整体CVI工艺提高了73.8%。在内壁恒温控温方式下,研究了热梯度CVI致密无纬布针刺预制体的致密化行为,结果发现,无纬布针刺预制体内部Z向存在平直的孔隙,更有利于碳源气体的深入渗透,500h内密度达到了1.27g/cm3,内部密度分布比较均匀。采用CVI+树脂联合增密、CVI+沥青联合增密、纯沥青增密三种致密化方式制备了无纬布针刺C/C喉衬材料,热力学性能测试结果表明,前两种技术制备的材料性能达到了喉衬材料的指标要求,且第二种技术制备的材料具有较好综合性能,该材料的Z向室温拉伸强度和2800℃高温拉伸强度分别达到了24.7MPa和52.9MPa,明显高于广泛使用的针刺整体毡喉衬材料,同时热稳定性好,1000℃Z向热膨胀系数为1.4×10-6/℃,800℃Z向导热系数为81.9 W/（m·K）。材料的性能受预制体性能和最终热处理温度影响较大,当预制体Z向拉伸强度从0.0194MPa升至0.0628MPa,最终材料Z向拉伸强度从16.1MPa提高至31.5MPa,Z向压缩强度略有上升。经过不同温度的最终热处理,材料的力学性能均有下降趋势,并且随着处理温度的升高,性能降低越明显,但材料的热稳定性提高。通过小型发动机和全尺寸发动机表征了无纬布针刺喉衬材料在服役工况下的抗烧蚀性能。结果发现,无纬布针刺喉衬的平均线烧蚀率较低,烧蚀均匀,型面光滑。CVI+沥青联合增密的材料的平均烧蚀率仅为0.056mm/s,比CVI+树脂联合增密的材料低21%,试车后结构完整。CVI+树脂联合增密的材料氧化活性点多,烧蚀面粗糙,有细小的裂纹,抗热应力因子较低,但仍高于广泛使用的整体毡C/C喉衬材料,且制备工艺简单,生产成本低。