碳纤维/碳化硅复合材料具有轻质高强、耐高温、抗热震性等优异性能,可以取代传统的高温合金作为高温结构材料应用于航空航天领域。先驱体浸渍与热解法制备碳纤维/碳化硅复合材料,由于具有近净成型而且低成本的优势,近20年来受到了广泛的关注。界面层对碳纤维/碳化硅复合材料力学性能影响很大。大量的研究工作表明热解碳层以及碳纳米管引入复合材料界面通过调整适中的界面结合强度从而有效提高复合材料的强度和韧性。热解碳层是通过化学气相浸渍法制备,其厚度可控且结构有序,但是这种方法能耗大、成本高且不易控制,因而有必要探索一种低成本的制备方法。碳纳米管的分散均匀性是保证其具有强韧化效果的关键因素,但是商用的表面活性剂很难取得良好的分散碳纳米管的效果,因此需要合成一种具有优异分散性能的表面活性剂。其次,碳纳米管对碳纤维/碳化硅复合材料改性的研究缺乏系统性。本论文主要围绕解决以上问题开展工作,主要研究内容如下。探索了以酚醛树脂为原料,通过酚醛树脂溶液浸渍与热解法在碳纤维表面制备了热解碳层,实现了低成本热解碳层的制备。然而,直接在纤维表面制备的热解碳层不均匀且不完整,对碳纤维/碳化硅复合材料性能提高有限。通过调节碳纤维氧化处理条件以及酚醛溶液的浓度,实现了热解碳层均匀性和厚度的可控。实验结果表明:均匀的热解碳层可以提高复合材料的力学性能,含~120nm热解碳层的碳纤维/碳化硅复合材料的力学性能最优,与无热解碳层的碳纤维/碳化硅复合材料相比,其拉伸强度与断裂功分别提高了26.2%和71.8%,主要原因为该复合材料具有适中的界面结合强度。开发了一种“梳型”表面活性剂,将其命名为AEP。它是由酚醛树脂经过一系列化学改性而成,可将碳纳米管分散于水中。通过调节表面活性剂的浓度、超声能量以及碳纳米管的浓度,制备了分散性优良的碳纳米管水悬浮液,在碳纳米管水悬浮液中出现了大量单根分散的碳纳米管,为碳纳米管均匀引入碳纤维/碳化硅复合材料界面做好了铺垫。紫外可见光分光光度以及扫描电镜测试结果表明AEP分散碳纳米管的能力强于常用表面活性剂十二烷基苯磺酸钠。拉曼光谱测试结果揭示了其分散的机理为AEP分子上的苯环能与碳纳米管管壁形成强的π-π相互作用。系统地研究了将碳纳米管引入碳纤维/热解碳/碳化硅丝束复合材料不同界面,其对复合材料力学性能的影响。研究结果表明,碳纳米管的界面位置对于复合材料性能影响很大。当碳纳米管存在于碳纤维/裂解碳和裂解碳/基体两种界面上时,相比不含碳纳米管的复合材料而言,复合材料的拉伸强度以及断裂功提升效果不明显。而当碳纳米管引入至热解碳/热解碳界面层时,复合材料的拉伸强度和断裂功有显著提升,分别增加了54.9%和130.3%,并揭示了机理。此工作有力地证明了纤维增强复合材料界面设计的重要性。