高超音速、轻量化、低成本化的航天飞行器设计已经成为航天领域发展的主要方向。先进热防护材料及其结构设计则是保障航天飞行器在轨服役、高速再入和安全返回的关键技术之一。通常，烧蚀热防护材料的应用范围非常广泛。然而，传统烧蚀热防护材料的密度大、热导率高，并且制备工艺复杂、成本高，已经不能满足未来航天飞行器热防护系统的需求。因此，发展新型轻质、高性能和低成本制备的热防护材料势在必行。本文以酚醛浸渍碳烧蚀体作为新型轻质热防护材料的标准，从气凝胶材料的角度出发，制备出一系列轻质烧蚀热防护材料。以酚醛树脂和六亚甲基四胺为反应物，经过常压干燥制备出轻质、高强度、低热导率的炭气凝胶，实现了气凝胶的低成本可控制各;基于气凝胶的成型条件，采用不同浓度酚醛树脂溶液浸渍碳纤维毡，制备出轻质酚醛/碳纤维复合材料，研究了其结构与性能;以有机硅树脂为增韧剂，实现了低密度酚醛/碳纤维复合材料的增韧制备;将酚醛气凝胶与莫来石纤维复合，研究了中低密度酚醛/莫来石纤维复合材料的结构与性能。　　本研究主要内容包括：⑴常压干燥制备高强度的酚醛树脂基炭气凝胶块体。以酚醛树脂(P)为前驱体，六亚甲基四胺(H)为交联剂和催化剂，经溶胶-凝胶反应、常压干燥和炭化工艺制备出炭气凝胶块体(CAMs)。酚醛树脂与乙醇具有良好的相容性，在反应中生成了较大的、连接紧密的聚合物颗粒，形成高强度的网络结构，使得凝胶可以有效地抑制常压干燥过程中的结构坍塌。整个合成反应过程可放大、易调控:通过调整反应条件，即改变酚醛树脂与HMTA的比例和酚醛树脂的浓度，可以有效地调控炭气凝胶块体的密度、孔结构以及力学强度。制备出的CAMs具有多层次大孔/微孔的孔结构，密度低至0.07 g/cm3，强度可以达到0.9～5.0 MPa，热导率也很低，其值为0.032～0.069 W/(m·K)。通过CO2进一步活化，不但可以形成丰富的微孔结构，同时能够保证其宏观整体结构的完整性。更重要的是，本体系可以制备出大尺寸的CAMs，并且能够通过后处理加工的方式得到不同大小和形状的块体结构，以满足CAMs在不同应用领域的需求。⑵轻质酚醛/碳纤维复合材料的制备及性能研究。采用不同浓度酚醛树脂溶液浸渍碳纤维毡，经溶胶-凝胶反应和常压干燥后，制备出轻质酚醛/碳纤维复合材料。作为一种多孔材料，该材料具有碳纤维增强酚醛气凝胶的复合网络结构。通过控制酚醛树脂浸渍液的浓度，可以有效地调控复合材料的结构和性能。材料的密度为0.27～0.47g/cm3，弯曲强度在2.2～16.5 MPa，室温热导率为0.056～0.062W/(m·K)，表现出优异的力学性能和隔热性能。经过1000℃的炭化后，形成的炭气凝胶/碳纤维复合材料的弯曲强度为2.0～13.5MPa，室温热导率为0.071～0.080W/(m·K)。在3000℃氧乙炔烧蚀下，低密度PF/CF-15的质量烧蚀率和线烧蚀率为0.032g/s和0.260 mm/s;在2000℃氧乙炔烧蚀下，PF/CF-15的质量烧蚀率和线烧蚀率为0.004g/s和0.015mm/s，PF/CF-15在不同热流环境下表现出优异的抗烧蚀性能。该轻质复合材料具有隔热/烧蚀一体化的功能，在航天飞行器大面积热防护系统中具有广泛的应用前景。⑶低密度酚醛/碳纤维复合材料的增韧制备及性能研究。以有机硅树脂为增韧剂在碳纤维表面上包覆形成弹性的过渡层，再浸渍低浓度酚醛树脂溶液，制备出具有一定柔韧性的低密度酚醛/碳纤维复合材料(PF/CF-S)。当密度为0.28g/cm3时，PF/CF-S1的弯曲强度和弯曲模量分别为1.8 MPa和50MPa，室温热导率为0.058 W/(m·K)，表现出优异的的力学和隔热性能。经过1000℃的炭化后，形成的CA/CF-S1是一种刚性材料。CA/CF-S1的弯曲强度和弯曲模量分别为1.9 MPa和414MPa，室温热导率为0.071W/(m·K)。此外，在3000℃的氧乙炔烧蚀下，PF/CF-S1的质量烧蚀率和线烧蚀率为0.021g/s和0.240mm/s，表现出优异的耐烧蚀性能。⑷中低密度酚醛/莫来石纤维复合材料的制备及性能研究。以莫来石纤维毡为增强体，不同浓度酚醛树脂溶液为浸渍液，经溶胶-凝胶反应和常压干燥后，得到中低密度酚醛/莫来石纤维复合材料。作为一种多孔材料，该材料具有莫来石纤维增强酚醛气凝胶的复合网络结构。通过控制酚醛浸渍液的浓度，可以有效调控复合材料的结构和性能。材料的密度为0.30～0.50g/cm3，弯曲强度在3.4～34.0MPa，室温热导率为0.036-0.040W/(m·K)，具有优异的力学性能和隔热性能。经过1000℃的炭化后，形成的炭气凝胶/莫来石纤维复合材料的弯曲强度为4.6～14.5MPa，室温热导率为0.041～0.045W/(m·K)。在2000℃氧乙炔烧蚀下，密度为0.33g/cm3的PF/MF-20的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为0.005 g/s和0.031mm/s，表现出最优异的耐烧蚀性能。