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碳纤维增韧碳化硅基复合材料（Carbon fiber reinforced silicon carbide matrixcomposites，C/SiC）和碳纤维增韧碳/碳化硅双基复合材料（Carbon fiber reinforcedcarbon/silicon carbide binary matrix composites, C/C-SiC）具有低密度、高强度、耐高温、抗氧化等优异性能，故其在热防护领域和刹车领域具有广阔的应用前景。相比于多孔C/SiC，致密C/SiC基体的内部孔洞少，有助于材料表现出更好的环境使用效能，但致密C/SiC强韧性不足。MAX相（Mn+1AXnphase，式中n=1、2或3；M为过渡族金属元素，A为IIIA族或IVA族元素，X为碳或氮元素）陶瓷具有独特的价键结合和纳米层状结构，使其既能像陶瓷一样具有良好的抗氧化性能和力学性能，又能发生类似金属的塑性变形从而具有高的损伤容限和丰富的增韧机制。因此，将MAX相陶瓷引入到致密C/SiC中有望实现力学性能和环境使用效能的协同提高。迄今为止，对于MAX相与C/SiC结合所制备材料的性能尚缺乏系统研究。Ti3SiC2是MAX相陶瓷的典型代表。本论文采用浆料浸渗结合熔体渗透分别制备了C/C-SiC-Ti3SiC2、C/SiC-Ti3SiC2和C/SiC-Ti3Si(Al)C2复合材料，在研究其微结构和力学行为的基础上对改性复合材料的摩擦磨损性能、抗氧化性能和抗烧蚀性能进行了深入研究，主要研究内容和结果如下。1)研究了熔体渗透（Reactive melt infiltration，RMI）过程中Ti3SiC2和Ti3Si(Al)C2的生成机理。实验结果表明，液硅渗透过程中，TiC预制体中必须有足量的碳才能够保证Ti3SiC2的生成；碳能够同TiSi2反应生成具有较多碳空位的TiC晶粒，从而促使TiC孪晶的形成并析出Ti3SiC2。Al-Si合金渗透过程中，Al能够降低TiC晶粒间的孪晶边界能，促使TiC孪晶的形成从而析出Ti3SiC2，进而部分Al能够固溶进入Ti3SiC2的晶格形成Ti3Si(Al)C2.2)研究了Ti3SiC2的引入对C/C-SiC微结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响。实验结果表明，Ti3SiC2的引入取代了残余Si，能够实现基体的强韧化；Si本身会造成C/C-SiC刹车过程的不稳定性和高磨损率，而Ti3SiC2高温下氧化会生成自润滑氧化物，进而形成自润滑磨屑。因此，与C/C-SiC相比，C/C-SiC-Ti3SiC2不仅具有高的抗弯强度和断裂韧性，而且表现出高的刹车稳定性和低的磨损率。3)研究了Ti3SiC2的引入对C/SiC微结构、力学性能、热物理性能、抗氧化性能和抗烧蚀性能的影响。实验结果表明，Ti3SiC2的引入提高了基体的损伤容限，能够有效抑制裂纹在C/SiC-Ti3SiC2基体内部的扩展，从而在基体致密化的同时减少残余热应力对于基体的损伤。因此，与C/SiC和C/SiC-Si相比，C/SiC-Ti3SiC2表现出高的模量、层间剪切强度和热扩散系数。在1000~1200oC空气环境中，表面SiC涂层的裂纹会被氧化生成的SiO2愈合，同时C/SiC-Ti3SiC2基体内部的裂纹会被Ti3SiC2的氧化产物填充，堵塞氧气向内扩散的通道，故氧化10h后C/SiC-Ti3SiC2的剩余强度均在90%以上，表现出优异的抗氧化性能。在氧乙炔焰下考核时，C/SiC-Ti3SiC2表面会形成大量氧化物TiO2和SiO2覆盖表面，从而形成氧化膜阻挡氧气向内扩散并缓冲气流的冲刷作用，使得C/SiC-Ti3SiC2表现出好的超高温抗烧蚀性能。4)研究了Al-Si合金渗透制备Ti3Si(Al)C2改性C/SiC复合材料的微结构和力学行为。实验结果表明，Al-Si合金渗透工艺的基体致密化温度为1300oC，低于液硅渗透工艺的基体致密化温度，有利于降低所制备复合材料内部的残余热应力。C/SiC-Ti3Si(Al)C2内部Ti3Si(Al)C2的含量要明显高于C/SiC-Ti3SiC2内部Ti3SiC2的含量，能够进一步提高基体的损伤容限。C/SiC-Ti3Si(Al)C2的抗弯强度和断裂韧性分别达到556±33MPa和21.6±0.9MPa·m1/2，明显高于C/C-SiC-Ti3SiC2和C/SiC-Ti3SiC2的性能，均已达到甚至超过CVI所制备C/SiC的性能水平，显示出低温致密化工艺制备MAX相陶瓷改性C/SiC复合材料的优势。同时，采用低温致密化工艺将MAX相陶瓷引入到Al2O3纤维和SiC纤维增韧陶瓷基复合材料内部，可避免纤维在高温下的性能退化，有望大幅度提高该类复合材料的性能。