陶瓷复合材料由陶瓷材料和其他材料组合而成,可以保持不同材料性能的优点,提高单一组成材料的综合性能。陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、质量轻、抗腐蚀等优异性能,同时也具有高脆性、易断裂等缺点,而石墨烯具有优良的力学性能和热学性能,可弥补陶瓷材料力学性能的不足。石墨烯陶瓷复合材料可广泛应用于航空航天、土工建筑、电子通信等领域,应用前景广阔。目前,石墨烯陶瓷复合材料存在成型效果不佳、制备工艺复杂、力学性能不理想等问题,限制了该类材料的进一步应用。本文基于水热合成法,利用三维石墨烯气凝胶为基底,开展了对纳米陶瓷复合材料的可控制备以及力学和热膨胀性能的研究,具体研究内容包括以下三个方面:（1）基于水热合成法,通过调整复合材料制备工艺参数,实现对三维石墨烯基纳米陶瓷复合材料的可控制备,通过微观表征分析制备参数对复合材料微观形貌影响。实验结果表明,钨酸锆（ZrW₂O₈）前驱体溶液浓度和盐酸（HCl）溶液浓度影响复合材料微观陶瓷层的生长厚度,并在不同HCl溶液浓度下会使晶体生长为颗粒状、棍棒状和针絮状。（2）通过力学性能和热膨胀性能测试,探索制备工艺参数对复合材料宏观性能的影响,实现利用制备参数来调控复合材料的力学性能以及热膨胀性能。根据实验数据可知,样品最大压应力与弹性恢复力以及热膨胀系数均与ZrW₂O₈前驱体溶液浓度和HCl溶液浓度有关。在力学方面,在一定制备参数和压应变下出现了负泊松现象;逐级循环加载实验中,通过参数控制可实现在90%应变下所能承受的最大压应力为167.9kPa,且在该应变下回弹程度接近100%的超弹性,极大增强原有材料的力学性能。在热学方面,300-375K的温度范围内,复合材料负热膨胀系数可达-15×10^-6K^-1,小于石墨烯气凝胶和ZrW₂O₈的热膨胀系数值;通过调控参数成功制备出可调控热膨胀系数的材料,可在某一温度段内发生负热、正热和零热膨胀现象。（3）利用ANSYS软件建立三维石墨烯基纳米陶瓷复合材料简化模型,并进行热膨胀响应模拟和数据统计。通过数值模拟分析,研究了材料层厚度、ZrW₂O₈层覆盖率以及单层石墨烯与ZrW₂O₈之间相互作用力γ的取值对复合材料的影响,证明了通过制备参数控制ZrW₂O₈层厚度以及分布状况来控制纳米陶瓷复合材料热膨胀系数的可能性,同时也证明在375K时,结构在各项系数取值共同影响下,结构体的热膨胀系数会由负转正。