碳的异质界面结构与性能是很多重要工程材料应用经常面对的实际问题。而碳材料与活性熔体的相互作用涉及到很多有重要应用背景材料的制备方法与性能。如C/C复合材料与Cu的连接是热核反应堆中垂直靶偏滤器的关键组成部分，而C/C-Cu(Ti)复合材料是制备电接触设备的重要材料，传统的C/C-SiC复合材料是作为重要的摩擦磨损材料。碳/异质界面是复合材料科学与工程中的核心问题之一，界面结构决定了其界面结合强度、应力传导、电子传输及热传导等性质。但是目前对于C/C复合材料与活性熔体相互作用界面的微观结构认识仍然停留在比较宏观的尺度上，在纳米原子尺度上的认识尚不清楚。基于对碳与活性熔体相互作用界面精细结构的认识不仅有助于加深理解材料的各种性能，也为材料制备工艺改进提供了理论依据。　　本文利用透射电了显微术(TEM)，包括电子衍射(ED)、高分辨成像(HR-TEM)、Z衬度成像(HAADF-STEM)、X射线能谱(EDX)及电子能量损失谱(EELS)等方法，对涉及到三种不同应用背景材料的活性熔体与C/C复合材料的相互作用界面结构进行了系统的研究。　　1.利用Ag-66.8Cu-4.5Ti wt.％合金作为填充金属，成功地将具有平直和锥形两种表面的C/C复合材料与Cu进行了焊接，对接头结构进行系统的研究。根据形貌特征可以把钎焊过渡区分为两个区域:靠近C/C复合材料侧的区域较大且形貌特征为白色和灰色相交替，定义为LayerⅠ;靠近Cu侧区域的典型特征为细小的白色相如孤岛状分布在灰色相中，此区域定义为LayerⅡ。研究表明，LayerⅠ区的微观组织结构不受C/C复合材料表面形状影响，均由初生Cu固溶体和Cu-Ag共晶组织组成。LayerⅡ区的显微组织结构略有差别:锥形表面情况下，在Ag(S.S)内部或在Cu(S.S)/Ag(S.S)晶界上形成大量Cu3Ti3O和γ-TiO;而平直表而情况下，仅由Cu(S.S)和Ag(S.S)组成，没有化合物相的生成。　　首次在纳米原子尺度下完整地给出了树脂碳与熔融的AgCuTi焊料所形成的界面扩散-反应区微观结构。发现在树脂碳表面形成了50-100 nm厚的单晶Ag层，且这层单晶Ag能够很好的润湿树脂碳。TiC优先在Ag中形核并长大，靠近树脂碳形成细晶TiC，紧邻细晶TiC层为粗TiC晶粒，整个TiC层的厚度大约为1μm。扩散反应区结构可以表示为树脂碳/Ag层/细晶TiC/粗晶TiC/Ag(S.S)/Cu(S.S)。熔融AgCuTi焊料会渗入到树脂碳的微孔隙中，形成“钉扎结构”。当孔隙尺寸达到微米级时，界面处同样形成了一层小于50 nm厚的单晶Ag层，且Ag层与树脂碳具有良好的界面结合，过渡区结构类似于钎焊区与树脂碳的界面结构。同时发现界面处Ag的密排面{111}Ag倾向于平行于石墨的(0002)片层，即{111}Ag//(0002)C(g)。Ag在树脂碳界面处的聚集，大大提高了Ti活性，从而促进了反应的进行。　　2.对在1100℃下熔融Cu-8 wt.％ Ti合金渗透C/C复合材料预制体所得的C/C-Cu(Ti)复合材料界面结构进行了系统的研究，结果表明，复合材料可以分为乱层网胎区和碳纤维束区。在乱层网胎区域，生成TiC的厚度一般为1-2μm。在热解碳与粗晶TiC之间形成了一层厚度不大于500 nm、形状不规则的Cu层，这一Cu层由取向差很小的Cu晶粒组成。在一些界面处发现细晶TiC和纳米Cu颗粒混合在一起，聚集在热解碳和粗晶TiC之间，形成了一层尺寸为几百个纳米厚的纳米颗粒混合层。界面结合的主要机制是在Cu与热解碳之间形成了一层不均匀的Cu2O。除此之外，其他的结合机制还包括:在富Cu层与热解碳之间生成约10 nm厚的TiC层。在碳纤维束区域，在热解碳/Cu界面形成了一层厚度约为50 nm的均匀Cu2O层;在一些区域界面处形成了约20 nm厚的Cu2O层。Cu与Cu2O之间主要为立方-立方取向关系，即[001]Cu//[001]Cu2O,(200)Cu//(100)Cu2O。　　3.重新阐释了利用液态Si渗透法所制备的传统C/C-SiC复合材料的微观结构。系统的精细结构表征表明，SiC与热解碳之间存在两种典型类型的界面结构:(i)在热解碳表面首先生成一层细晶SiC，紧接着生成一层致密的微米级粗晶SiC。细晶SiC的晶粒尺寸一般小于200 nm，而细晶区的厚度一般小于1μm。(ii)热解碳表面直接生成微米级的粗晶SiC。不同热解碳之间可以通过取向不同、尺寸较大的SiC晶粒相连。界面微结构研究表明，SiC晶粒与热解碳在界面处倾向于形成近似{111}SiC//(0002)C(g)的取向关系。另外，发现靠近界面处存在大量尺寸为几十纳米的SiC亚晶界，由此推测细小的SiC晶粒可能会通过再结晶的方式形成粗大的SiC晶粒。