发动机喷管用烧蚀防热材料是航天飞行器发射与服役过程的关键材料。喷管内壁在工作过程中承受了高温高压高速燃气流的冲刷,因此工作的环境十分恶劣,故更加耐烧蚀和隔热性能好的是选择其作为喷管用材料的主要因素,碳/酚醛（C/Ph）就是一种典型的碳纤维增强复合材料,其密度低,制备成本低且周期短,被大量应用于喷管的耐烧蚀层。然而,传统的C/Ph复合材料在超高温度、高压强、长时间等工况下,烧蚀性能越来越不能满足新型高性能飞行器的热防护要求,因而如何提高C/Ph复合材料烧蚀性能、隔热性能成为先进热防护材料研究的一个热点。本课题以制备烧蚀隔热一体化的改性C/Ph复合材料为目的,采用聚硼硅氮烷（PBSZ）作为可陶瓷化基体改性组分,通过树脂传递模塑（RTM）成型-碳化-液相浸渍固化结合的工艺制备三维编织C/Ph-PBSZ复合材料,系统研究了三维编织C/Ph-PBSZ复合材料的制备工艺、力学性能、热物理性能、隔热性能、烧蚀性能及烧蚀机理。主要研究内容与结果如下:（1）以三维编织碳纤维预制体为增强体,RTM工艺注入酚醛树脂,通过低温碳化开孔和液相浸渍工艺引入PBSZ,最后进行固化得到C/Ph-PBSZ复合材料,测试C/Ph-PBSZ复合材料制备过程中密度、孔隙率的变化,结合热重分析研究材料内部变化。研究结果表明,材料孔隙率及孔隙大小受酚醛树脂裂解收缩程度的影响,制备过程随着碳化温度的升高,酚醛树脂裂解收缩,材料内部孔隙率增大,引入PBSZ基体含量也随之增大。温度为450oC时PBSZ含量最高,达到9.49%,碳化温度继续升高,酚醛树脂热解速率加快使材料内部小孔数量增多,引入PBSZ含量减少至3.14%。测试C/Ph-PBSZ复合材料的压缩和剪切强度表征其力学性能,结果显示:C/Ph-PBSZ复合材料压缩强度为112 MPa～319 MPa,剪切强度为9.9 MPa～25.2 MPa,与未改性C/Ph复合材料相比有所下降,但仍保持较高强度。（2）对C/Ph-PBSZ复合材料的比热容、热扩散系数、导热系数以及热膨胀系数测试,表征了材料的热物理性能,结果表明:C/Ph-PBSZ复合材料的常温比热容为911 J·kg-1·K-1～1044 J·kg-1·K-1,热扩散系数为0.304×10-6m~2·s-1～0.520×10-6m~2·s-1,依据比热容和热扩散系数计算得到导热系数,为0.36 W·m-1·K-1～0.84 W·m-1·K-1,属于隔热性能较好的烧蚀复合材料;RT～200oC内,C/Ph-PBSZ复合材料的热膨胀系数为0.5×10-6·K-1～2.2×10-6·K-1,具有良好的高温稳定性。（3）设计了烧蚀隔热试样及试验工装,进行氧乙炔烧蚀20 s实验,根据试样烧蚀前后的厚度和质量变化考核材料的烧蚀性能,监测烧蚀过程中试样背面温度变化考核材料隔热性能。研究结果表明:PBSZ改性改善了C/Ph-PBSZ复合材料的抗烧蚀性能,PBSZ含量为9.49%时线烧蚀率和质量烧蚀率最低,分别为0.0149 mm·s-1和0.0484g·s-1,与未改性C/Ph复合材料相比分别降低了47.35%和51.11%;C/Ph-PBSZ复合材料背面温度保持在200oC以下,最高背温与未改性C/Ph复合材料相比略有上升,在159oC～191oC之间。分析C/Ph-PBSZ复合材料烧蚀机理:C/Ph碳化吸热,同时烧蚀表面温度到达1000oC以上,PBSZ裂解生成熔融陶瓷相,对烧蚀表面的裂纹、孔隙进行填充,温度继续上升,陶瓷相发生升华、蒸发带走大量热,从而减轻材料的烧蚀。