碳纤维增强碳基（C/C）和碳纤维增强碳-碳化硅基（C/C–SiC）复合材料由于具有低密度、高比强、耐高温、耐磨损以及热膨胀系数低等诸多优异性能,在航空航天、汽车、新能源等高科技领域受到广泛关注。作为关系国家安全的战略性材料,它们在不同技术领域和应用环境下的性能要求不尽相同,因此需要对其微观组织结构进行调控,来满足特定的服役环境需求,而构建多层结构是一种有效改善复合材料性能的方法。本文采用等温化学气相渗透（Isothermal Chemical Vapor Infiltration,ICVI）工艺制备了多层织构C/C复合材料和不同基体层数的C/（PyC–SiC）_n（n=1,2,4）复合材料,系统研究了不同高织构热解碳层厚度C/C复合材料的微观结构和力学性能,以及不同基体层数C/（PyC–SiC）_n复合材料的微观结构、力学性能、内耗、热物理性能和电磁性能,分析了高织构热解碳的引入和高织构热解碳层厚度对C/C复合材料力学性能的影响规律,揭示了基体层数对C/（PyC–SiC）_n复合材料力学和物理性能的影响机制。主要研究内容与成果如下:采用ICVI工艺制备了四种不同高织构热解碳层厚度的C/C复合材料,结果发现随着高织构热解碳的引入和厚度的增加（0⁹.4μm）,弯曲强度先从97.5 MPa增加到116.5 MPa,随后下降到107.3 MPa;断裂延性系数则从0%提高到19.8%。这说明多层织构的引入提高了C/C复合材料的力学性能,主要原因是不同织构碳基体间和高织构热解碳亚层间产生的裂纹偏转及界面滑移。高织构热解碳层厚度的增加能够改善C/C复合材料的塑性,同时使材料保持一定的弯曲强度。因此,通过合理控制热解碳织构类型和高织构热解碳含量,可以调节C/C复合材料的力学性能和断裂行为。采用ICVI工艺在碳纤维预制体中沉积一次PyC–SiC、两次PyC–SiC和四次PyC–SiC,分别制备了三种不同基体层数的C/（PyC–SiC）_n复合材料,即C/（PyC–SiC）₁、C/（PyC–SiC）₂和C/（PyC–SiC）₄复合材料。它们的基体分别是由PyC和β-SiC交替组成的两层、四层和八层结构。PyC层与SiC层之间因沉积顺序形成了不同的界面形貌:SiC在PyC表面沉积形成的PyC/SiC界面较为平整;PyC在SiC表面沉积形成的SiC/PyC界面则凹凸不平。通过三点弯曲实验表征了不同基体层数C/（PyC–SiC）_n复合材料的力学性能,结果显示三种C/（PyC–SiC）_n复合材料均表现出假塑性断裂特征,断裂形貌为台阶状断裂。随着PyC–SiC层数（n）从1增加到4,弯曲强度从121±17 MPa增加到193±18 MPa,断裂韧性从3.0±0.1 MPa·m^1/2增加到4.2±0.3 MPa·m^1/2,比强度从90.3 kN·m/kg增加到141.9 kN·m/kg。C/（PyC–SiC）_n复合材料力学性能上升的主要原因是裂纹在SiC/PyC界面发生偏转,基体层数的增加使得SiC/PyC界面数量增多,可供裂纹偏转和扩展的通道随之增多,导致裂纹传播路径延长,消耗了更多断裂能。探索了基体层数对C/（PyC–SiC）_n复合材料内耗行为的影响。结果表明随着PyC–SiC层数（n）的增加,C/（PyC–SiC）_n复合材料的内耗增大,这主要归因于界面数量的增多导致界面内耗增加。在热滞弹性内耗机制的作用下,C/（PyC–SiC）_n复合材料的内耗随着频率的增大而增加。温度对内耗的影响取决于碳纤维、纤维与PyC界面、PyC与SiC界面以及PyC–SiC基体彼此间的相互作用。此外,内耗对材料的微观结构缺陷非常敏感,可以作为一种有效的无损检测手段来表征C/（PyC–SiC）_n复合材料的结构演变与内部损伤。研究了C/（PyC–SiC）_n复合材料在800℃²300℃的热膨胀行为和25℃¹900℃的热导率变化规律。结果发现C/（PyC–SiC）_n复合材料的热膨胀和导热性能由碳纤维、PyC–SiC基体以及界面的叠加作用所决定。在800℃²300℃范围内,C/（PyC–SiC）₁、C/（PyC–SiC）₂和C/（PyC–SiC）₄复合材料的热膨胀系数分别为（5.4⁶.5）×10^-6/K、（4.7⁵.8）×10^-6/K和（3.6⁵.2）×10^-6/K。随着PyC–SiC层数（n）的增加,C/（PyC–SiC）_n复合材料的热膨胀系数呈下降趋势,主要原因是基体内界面增多导致界面间分层增多,分层缺陷可以为热膨胀提供一定的空间。在25℃¹900℃内,C/（PyC–SiC）₁、C/（PyC–SiC）₂和C/（PyC–SiC）₄复合材料的热导率分别为（8.7²3.9）W/（m·K）、（7.1¹7.1）W/（m·K）和（5.5¹2.5）W/（m·K）。热导率降低是由于界面数量增多导致声子-界面散射增加,不利于声子进行热传导。此外,考虑到界面热阻的影响,提出了热导率平行和串联修正模型解释了三种材料的导热机制。考察了三种C/（PyC–SiC）_n复合材料的电导率和电磁屏蔽性能。结果表明随着PyC–SiC层数（n）从1增加到4,C/（PyC–SiC）_n复合材料的电导率从8.7 S/cm增加到18.4 S/cm。电导率的增加导致反射屏蔽效能和电导损耗增加,而基体内界面的增多导致极化损耗增加。在两者的共同作用下,C/（PyC–SiC）_n复合材料在X波段的总电磁屏蔽效能从34.4 dB增加到41.7 dB,比电磁屏蔽效能从25.7 dB·cm³/g增加到30.7 dB·cm³/g。