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碳纤维增强碳(Cf/C)、碳纤维增强碳化硅(Cf/SiC)等复合材料具有低密度、高比强度和比模量、耐腐蚀、高热导、低热膨胀系数、耐烧蚀等优点，被视为飞行器鼻锥、前缘和控制面板等高温部位最理想的防热材料。但是Cf/C在400℃即开始氧化，涂覆有抗氧化涂层的Cf/C的使用温度一般也不超过1650℃，而Cf/SiC在有氧环境下的较长时间使用温度极限为1650℃，均难以满足未来高超声速飞行器对防热材料提出的长时间耐高温、抗氧化、非烧蚀的使用要求。本文围绕提高材料抗氧化、抗烧蚀性能这一主题，结合不同的应用环境，通过对复合材料及其涂层的不同构筑单元进行设计，开发出了两种新型的碳纤维增强碳基-超高温陶瓷基复合材料以及两种抗氧化涂层。其主要研究内容和结果如下: 1)从陶瓷基复合材料的非烧蚀要求出发，采用快速化学气相渗透(CVI)结合前驱体浸渍裂解(PIP)工艺制备了一种三明治结构复合材料，即两侧表层约1.5mm区域为致密ZrB2-ZrC改性Cf/SiC复合材料，中心3mm区域为致密Cf/SiC复合材料。该结构有效减轻了材料的整体密度，并增加了表层超高温陶瓷的含量，从而提高了材料的超高温耐烧蚀性能，显示出很好的非烧蚀特性。对该材料的可重复使用特性和烧蚀机理进行了评价及分析，结果显示:材料循环烧蚀6次，累计烧蚀1000s的线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.415μm/s和0.0252mg/cm2，强度衰减率仅有8％，其烧蚀率主要受陶瓷氧化增重控制以及玻璃相挥发和粉末状ZrO2的机械剥蚀控制;一次烧蚀1000s后的烧蚀率为1.30μm/s和0.0335mg/cm2，强度衰减率为9-13％，其烧蚀率先受陶瓷氧化增重控制，随后受网胎层氧化物的机械剥蚀和无纬布层碳纤维的氧化交替控制。 2)从陶瓷基复合材料的多功能化要求出发，采用CVI结合浆料法(SI)工艺制备了一种皮层结构复合材料，即表层2mm区域为致密Cf/C-ZrB2-SiC，中心3mm区域为多孔Cf/C-ZrB2-SiC，另一侧1mm区域为致密Cf/C-SiC。该结构大幅降低了材料的整体密度，在保持较高强度的同时有效降低了材料Z向热导并提高了材料的抗烧蚀性能。对该材料的力学行为、热物性能和烧蚀特性进行了评价和分析，结果显示:整体密度为1.65g/cm3的皮层复合材料，其弯曲强度为260MPa，Z向热导率为3.29W/m·K，循环烧蚀10次累计烧蚀1000s后线烧蚀率为0.79μm/s。与传统结构Cf/SiC复合材料相比(2.1g/cm3)，其密度下降了21％，热导率下降了65％，而弯曲强度仅降低了16％。从而在某种程度上实现了减重、承载、隔热、抗烧蚀等多功能。 3)从各组元在不同温度下的耗氧机制出发，采用CVD结合浆料涂刷工艺制备了两种不同温度段使用的复合涂层。在中低温段，设计了一种SiC/B4C-B2O3-SiO2-Al2O3双层复合涂层。该涂层在600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃下分别可以实现对Cf/C复合材料210h、21h、250h、90h和90h的氧化防护，其中800℃下的防护时间为文献报道的最长时间。在中高温段，设计了一种SiC/UHTC/SiC复合涂层，带涂层的Cf/SiC样品在1100℃和1300℃下氧化114h失重率分别为0.12％和0.60％，在1500℃下氧化68h氧化失重率为1.1％。