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以高超声速飞行器、固体姿轨控动力系统和第三代远地点发动机为代表的新一代飞行器及关键部件对材料的耐高温性能提出了严峻的挑战，迫切需要开发具有良好力学性能和抗烧蚀性能的耐超高温材料。针对现有耐超高温材料的不足，本文以锆基耐超高温陶瓷复合材料为研究对象，开展低温熔渗反应工艺制备及其性能研究。首先系统分析了各种锆基耐超高温陶瓷和锆合金性能，设计了低温熔渗反应目标材料体系和浸渗剂种类。选择W-ZrC、ZrB2-ZrC、ZrB2材料分别代表金属-陶瓷、陶瓷-陶瓷和单相陶瓷三种材料体系作为目标材料；选择Zr2Cu合金作为浸渗剂实现熔渗反应低温化。该浸渗剂熔点只有1000℃左右，Zr含量较高，异质元素Cu与目标产物不浸润、不反应，可随着熔渗反应过程中的体积膨胀而从锆基复合材料中挤出，残留的少量Cu在高温条件下还能起到发汗冷却的作用。根据目标材料体系，选择预制体原料，设计预制体结构，分析了熔渗反应可行性。选择WC、B4C和B分别为W-ZrC、ZrB2-ZrC和ZrB2基复合材料的熔渗预制体原料，计算出三种预制体的理论孔隙率分别为50.1%、58.3%和49.3%，热力学计算及实验验证了它们都可以与Zr2Cu在低至1200℃反应生成目标产物。通过研究低温熔渗反应制备W-ZrC复合材料的预制体成型工艺及熔渗工艺，制备得到性能较好的W-ZrC复合材料。最佳工艺条件为：以4μmWC粉为原料，3wt%PCS作粘结剂，在20MPa压力下成型，1600℃烧成制备多孔刚性预制体，与过量Zr2Cu合金在真空条件下加热到1400℃保温5h。制备得到的W-ZrC复合材料中W相含量为35.4vol%，ZrC相含量为57.7vol%，残余合金为6.9vol%。低温熔渗反应制备的W-ZrC复合材料具有良好的力学性能、抗烧蚀性能和抗热震性能。其断裂韧性为7.0MPa·m1/2，1800℃弯曲强度是室温强度的1.2倍，实现了金属W对ZrC陶瓷的增韧以及ZrC陶瓷对金属W高温力学性能的改进；相对于文献报道的Mo-ZrC、ZrC-SiC等材料，W-ZrC复合材料具有更好的抗热震性能，其热震临界温度为450℃；W-ZrC复合材料的抗烧蚀性能优异，氧乙炔焰烧蚀30s后，其线烧蚀率仅为0.0033mm·s-1，质量烧蚀率仅为0.0012g·s-1。通过研究WC与Zr2Cu合金在不同情况下的反应产物结构，建立了WC与Zr2Cu熔体间的熔渗反应机理模型。当Zr2Cu熔体与WC接触后，受熔体影响，WC中碳原子往外扩散，逐步形成W2C相和W相，最终完全转化成W相。碳原子扩散进入熔体后，与锆原子反应生成ZrC相，弥散分布在熔体中。不饱和ZrC相中含W、Cu元素，C原子饱和后，Cu被挤出，W则在降温过程中脱熔析出。由于孔隙结构的影响，导致局部区域熔体过量或不足。在熔体过量情况下，锆原子扩散进入W晶粒内部形成W2Zr相和W-Zr固溶体。当熔体不足时，W原子扩散进入ZrC晶格形成（W,Zr）C固溶体。首次采用低温熔渗反应工艺制备ZrB2-ZrC基复合材料，系统研究了原料粒度、粘结剂含量和熔渗温度对复合材料的影响。最佳工艺条件为：150μmB4C粉为原料，15wt%的PCS作粘结剂，20MPa压力成型，1600℃烧成，然后在1200℃真空条件下熔渗过量Zr2Cu合金3h。制备得到的ZrB2-ZrC基复合材料中ZrB2含量为65.0vol%，ZrC含量为28.1vol%，残余合金含量为6.9vol%左右。低温熔渗反应制备的ZrB2-ZrC基复合材料具有优异的耐高温性能和抗烧蚀性能。其常温弯曲强度为360.3MPa，弯曲模量为200.8GPa，断裂韧性为12.1MPa·m1/2，1600℃氩气保护下高温处理1h后，复合材料弯曲强度提高了30.4%，弯曲模量提高了为26.2%，断裂韧性提高了12.4%。在氧乙炔焰条件下考核300s后，复合材料的质量烧蚀率为-0.00063g·s-1左右，线烧蚀率为-0.0033mm·s-1左右，其烧蚀机理以氧化反应为主。深入研究了B4C与Zr2Cu的反应机理，具体涉及到界面反应和溶解析出两种机制。当Zr2Cu熔体接触到预制体中B4C颗粒时，发生表面反应，B原子具有更好的反应活性，首先生成ZrB2，残余C然后反应生成ZrC相。随着熔体浸渍通过产物层，其活性由于锆原子的消耗而下降，富Cu液体残留在产物晶粒间隙处，为反应传质提供通道。同时，B原子也溶解在富Cu熔体中，Zr原子与这些溶解的B原子反应析出ZrB2晶粒，这是溶解析出机制。首次采用低温熔渗反应工艺制备了ZrB2基复合材料。具体工艺是以无定形硼粉为原料，15wt%PCS为粘结剂，100MPa压制成型，1600℃Ar保护下烧成，然后在1200℃真空条件下熔渗Zr2Cu合金3h。熔渗制备的ZrB2基复合材料主要由200nm左右的ZrB2晶粒组成。ZrB2基复合材料具有较好的力学性能及抗烧蚀性能。其弯曲强度为414.3MPa，模量为183.6GPa，断裂韧性为5.5MPa·m1/2。原料中添加SiC粉后，复合材料具有更好的抗烧蚀性能，其线烧蚀率为0.0013mm·s-1，质量烧蚀率为0.0028g·s-1，烧蚀后试样表面形成的氧化层有利于提高材料的抗烧蚀性能。最后对三种低温熔渗反应工艺及其制备的复合材料进行了总结对比，发现B4C具有较高的反应活性，制备的ZrB2-ZrC基复合材料成本最低，并且该材料具有较低的密度、优异的断裂韧性和良好的抗烧蚀性能。