碳/碳（C/C）复合材料是由碳纤维和碳基体复合而成,具有低密度、高比强和优异的高温性能等特点,是航空航天及国防领域十分重要的超高温结构材料。近年来,航空航天领域的快速发展对C/C复合材料的结构和性能提出了愈加苛刻的要求。由于C/C复合材料的碳基体强度低、脆性大,在层间、层内、束间等存在大量未被增强的碳基体,在加工过程中纤维变短,增强效果大幅度减弱,导致材料的低应力失效。针对此问题,本文先后采用注射法和催化化学气相沉积（CCVD）法,将还原氧化石墨烯（rGO）和碳纳米管（CNT）引入碳纤维预制体中,构建一种多元、多尺度杂化的CNT-rGO-碳纤维预制体。然后,采用化学气相渗透（CVI）法进行热解碳（Py C）致密化,制备出rGO、CNT纳米增强体与碳纤维协同增强碳基体的高性能C/C复合材料。在此基础上,研究了CNT和rGO对Py C的沉积速率、微观形貌与结构的影响规律;探讨了rGO和CNT对C/C复合材料的增韧机制,以及对力学性能的影响规律。主要研究内容和结论如下:（1）rGO改性碳纤维预制体的工艺和CCVD制备CNT工艺研究。通过调节GO分散液浓度和循环注射次数,实现了rGO在碳纤维预制体中的含量控制。通过优化生长温度、时间和气流量等工艺参数,实现了CNT在碳纤维表面可控生长。研究表明,在该工艺条件下,CNT以“顶端生长”机制生长。在催化剂前驱体浓度为2 wt.%、CH4气流量为300 m L/min、生长温度为1050℃、生长时间为2 h的工艺条件下,碳纤维预制体中CNT含量为7.75 wt.%,碳纤维表面CNT分布均匀,长度达10μm以上、直径约为200 nm。最后,在碳纤维预制体中先后引入rGO和CNT,制备出CNT-rGO-碳纤维预制体。（2）CNT和rGO对基体Py C沉积速率与结构的影响规律。采用X射线衍射分析仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、偏光显微镜（PLM）和拉曼光谱等表征了复合材料的微观形貌与结构,分析了rGO和CNT对Py C的沉积速率以及微观形貌与织构的影响。研究表明,rGO和CNT的引入能加快Py C前期沉积速率,降低Py C织构。引入rGO将导致在碳纤维周围形成一层低织构Py C层。引入CNT后将增加Py C的形核数量,产生“细晶效应”,同时Py C围绕CNT沉积,形成“CNT/Py C的壳核结构”。（3）CNT和rGO对C/C复合材料的增韧机制,以及对力学性能的影响。通过对复合材料的力学性能测试和断面显微组织结构分析,提出了碳纳米材料在C/C复合材料的增韧机制。研究表明,引入rGO后,在碳纤维表面将形成一层低织构Py C,减少了碳纤维与Py C基体界面的环状裂纹。引入CNT后,CNT极大地增加了预制体的比表面积,促进Py C的形核,细化了Py C晶粒,提升C/C复合材料力学性能;CNT从纳米尺度对Py C进行了增韧,CNT诱导Py C围绕CNT沉积,形成CNT/Py C核壳结构,降低了基体中的环状裂纹,提升了力学性能。测试了复合材料的弯曲性能、压缩性能、断裂韧性和显微硬度。结果表明,与C/C复合材料相比,CNT-rGO-C/C复合材料的三点弯曲强度、面外压缩强度、面内压缩强度和断裂韧性分别提高了29.7%、37.8%、28.4%和24.6%;区域1、区域2和区域3的硬度分别提升了44.7%、19.9%和4.5%。。