超高温陶瓷材料在高温氧化环境中有着卓越的综合性能,因此目前是高超声速飞行器热防护系统的重要候选材料。本论文在重点分析国内外的超高温陶瓷材料研究基础上,进一步对ZrB2基超高温陶瓷材料开展了微结构、力学行为以及力学性能预测研究,并探索了ZrB2基超高温陶瓷材料氧化机制及失效行为,以预报陶瓷材料宏观强度性能和氧化烧蚀失效状态为目标。通过有限元模拟、力学性能模拟预测以及风洞考核等方式分析不同条件下ZrB2基超高温陶瓷材料力学行为、热响应和氧化烧蚀行为的情况,为ZrB2基超高温陶瓷材料的工程化应用研究提供理论和技术支撑。采用热压烧结的方式制得ZrB2基超高温陶瓷、ZrB2-20vol.%Si C复相陶瓷以及ZrB2-Si C-G陶瓷材料。通过对ZrB2陶瓷、ZrB2-20vol.%Si C复相陶瓷以及ZrB2-Si C-G陶瓷材料力学性能及断裂模式的分析,前两者的断裂均属于典型的脆性断裂,而ZrB2-20vol.%Si C陶瓷的相对密度为99.8%,弯曲强度从ZrB2陶瓷的480 MPa提升至836±38 MPa。ZrB2-Si C-15vol.%G陶瓷材料的相对密度为99.7%,其弯曲强度达到606 MPa左右。石墨的引入能够明显缓解热残余应力,临界热冲击温差也由ZrB2-Si C的300℃提升到400℃,说明Si C陶瓷和石墨软相的加入,能够提升ZrB2超高温陶瓷的抗热冲击性能和断裂韧性。建立基于ZrB2基超高温陶瓷材料微观模型,在此基础上,通过有限元方法对所建立的模型进行求解,该模型可预测ZrB2基超高温陶瓷材料细观尺度性能计算与分析,以及其宏观尺度三点弯曲和热冲击性能,并可直观描述宏观尺度三点弯曲和热冲击性能,以及分析不同热压方向对抗热冲击性能的影响。在加入石墨片作为增强相后,其抗热冲击性能得到了很大改善,并且在高温差热冲击模拟中,其抗热冲击性能的优势更加突出。模拟弯曲强度值与实验值吻合较好,对比误差均在10%以内。本文重点考察了ZrB2基超高温陶瓷材料在风洞考核实验中不同状态下的宏观形貌变化、热响应和氧化烧蚀性能研究。结果表明ZrB2基超高温陶瓷材料的氧化烧蚀行为主要依赖于材料的成分、含量以及考核条件,同时热导率、体积比热容、催化效率、发射率和氧化特性众多因素在ZrB2基超高温陶瓷材料的热响应中发挥重要作用。此外,ZrB2基超高温陶瓷材料表面温度演变和最高表面温度与环境参数、氧化反应模式（即主动和/或被动氧化）和氧化产物的物理化学性质密切相关。ZrB2基超高温陶瓷在热流密度7.05MW/m~2、气流焓值27.7MJ/kg、驻点压力5.0KPa条件下,相比C/Si C材料显示出良好的抗氧化烧蚀行为。ZrB2基超高温陶瓷材料在2300℃以下原位生成的氧化层具有良好的物理化学稳定性。而在长时间的极高温度环境下（＞2800℃）,其原始球形结构已经转变为扁平形状,导致样品半径大幅增加,失去抗氧化保护能力。