多孔陶瓷由于具有耐高温、耐腐蚀、优异的化学和热学稳定性以及低密度和低热导率的特点，是目前航空航天领域常用的耐高温隔热材料。随着航天飞行器飞行速度与续航时间不断升级，气动加热所累积的热量使飞行器表面所承受的温度越来越高，传统的隔热多孔陶瓷已难以满足要求。新兴的纳米隔热材料由于其轻质和超低的热导率受到广泛关注。它们阻热的基本机制源自纳米结构中巨大的界面热阻和高体积分数的纳米孔隙。但纳米颗粒本身比表面积大，烧结活性高，其起始烧结温度比微米颗粒低很多。纳米颗粒的长大和烧结会导致纳米孔结构的坍塌以及晶界/边界热阻的减小，极大损害了隔热性能。因此，典型的纳米超级隔热材料如二氧化硅和氧化铝气凝胶最高的使用温度不超过1200℃。可见，纳米隔热材料中存在低热导率特性和较差纳米颗粒稳定性之间的本质矛盾。本文的研究正是立足于此，目标为探索轻质、耐高温、低热导率且具有良好力学强度的新型纳米隔热材料，主要内容如下:　　以Al2O3纳米颗粒为基准材料，并选取两种典型的耐高温陶瓷Si3N4和SiC的纳米颗粒作为研究对象，研究了三种纳米陶瓷颗粒堆积体的微观形貌、热导率和高温纳米稳定性。结果表明，β-SiC(～35 nm)具有最好的高温纳米稳定性，其相变温度在1800℃以上且1500℃热处理2h后晶粒尺寸仍小于100nm。同时，β-SiC纳米颗粒堆积体具有极低的热导率(0.068～0.1 W·m-1·K-1)，是一种极具潜力的新型耐高温纳米隔热陶瓷。此项工作打破了传统认为高热导率材料(如SiC)不宣作为隔热材料的观念，为研究耐高温的纳米隔热材料提供了新的概念和突破方向。　　通过部分烧结法制备了多孔纳米SiC陶瓷及其复合材料，并研究了其力学性能和热导率。结果表明，1500℃制备的多孔纳米SiC陶瓷具有良好的室温力学强度（压缩强度和孔隙率分别为26MPa和57％）和很低的热导率(2W·m-1·K-1)。通过复合的有效热导率模型，发现多孔纳米SiC陶瓷中的纳米尺度微观结构特征（包括高密度的晶界、SiO2非晶层、层错和纳米孔）是其具有低热导率的根本原因。通过加入Y2O3作为键合剂，利用原位反应烧结制得多孔纳米SiC-(y)Y2Si2O7复合陶瓷，可进一步提高材料的力学性能。　　采用造孔剂法和发泡-注凝法制备了高孔隙率的多孔纳米SiC陶瓷，并研究了其微观结构、力学性能和热导率。以石墨为造孔剂制得的样品中，骨架为纳米多孔结构且随着石墨添加量的增加，基体中片状孔隙相互桥连形成外孔结构。1500℃制备的样品具有较高的力学强度(压缩强度:46.9～1.6 MPa;孔隙率:54.0～76.3％)和极低的热导率(0.74～0.14 W·m-1·K-1);1800℃制备样品的力学强度虽有所提高，但热导率也相应上升。使用发泡-注凝法可制得具有三维网状结构骨架和高孔隙率(～90％)的多孔纳米SiC陶瓷，其独特的多级孔结构由50～260μm的大孔，30～150μm的孔窗和骨架上的纳米孔组成。多孔纳米SiC陶瓷在1350℃的高温下仍能保持高的刚性和低的热导率，拥有出色的高温力学和热学稳定性。　　本论文在研究多孔纳米陶瓷的过程中还涉及Si2N2O和y-Y2Si2O7两个伴生的化合物，它们的本征性能尚未见文献报道。为了更清晰地了解和解释非晶Si3N4以及多孔纳米SiC-(y)Y2Si2O7复合陶瓷的力学和热学性能，本工作利用第一性原理计算预测了Si2N2O和y-Y2Si2O7的力学和热学性质。结果表明，Si2N2O具有高的杨氏模量(254 GPa)和较高的本征晶格热导率(30.9 Wm-1 K-1，373 K)。因此，高温下(Ar气中)Si3N4纳米颗粒堆积体表面的SiO2被Si2N2O所取代，材料的刚性可能增加同时热导率也升高。而y-Y2Si2O7具有复杂的晶体结构特征和低的晶格热导率（3.16 Wm-1 K-1，573K），在提高多孔纳米SiC-(y)Y2Si2O7复合陶瓷强度的同时对保持其隔热性能有利。