制备轻质、高强、防隔热性能优异的热防护系统（Thermal Protection System,TPS）是高超声速飞行器关键部件研制的难点之一。目前热防护系统主要由分开制备的防热层、隔热层组合后使用的。虽然这样的制备方案具有较好的可设计性,但增加了组合过程的复杂性、降低了系统的可靠性、增加了整机风险性。为创新热防护系统的制备方案、进一步降低材料的整体密度、强化热防护系统的机械性能,本文研究并制备了一种轻量化的具有致密ZrB₂-SiC超高温陶瓷涂层的C_f/炭气凝胶复合材料,其有望成为候选的特种热防护材料之一,同时为研究者们提供新颖的热防护系统制备思路。在本研究中,低密度连续针刺碳纤维编织体作为增强体连接陶瓷涂层与炭气凝胶。应用溶胶-凝胶法制备了C_f/间苯二酚-甲醛有机气凝胶,再经碳化获得了C_f/炭气凝胶,最后制备表面致密的ZrB₂-SiC陶瓷涂层。通过选择间苯二酚和甲醛作为单体、六亚甲基四胺为催化剂、乙醇为溶剂,经75℃溶胶-凝胶反应制备了C_f/间苯二酚-甲醛有机气凝胶（carbon fiber reinforced resorcinol-formaldehyde organic aerogel）,碳化后获得了C_f/炭气凝胶（carbon fiber reinforced carbon aerogels,C/CAs）复合材料,并通过重复上述步骤来强化机械性能。研究发现,复合材料在不同受力方向其压缩强度和弯曲强度存在一定差异,这是由于碳纤维编织方式导致的。当重复次数为4次时,复合材料沿XY方向的压缩强度和弯曲强度较第1次分别提高了5倍和27倍,达到了10.93 MPa和30.27 MPa。此时复合材料的密度由0.22 g/cm3增加到0.40 g/cm3,仅增加了不到一倍。在压缩应变增加到50%、弯曲应变增加到20%时,该材料仍未发生破坏,这与传统的炭气凝胶材料差异明显,碳纤维在该过程中起到了较好的韧化作用。此复合材料在耐高低温测试中,当循环温度为-200℃至200℃、单次循环时间为10 min时,循环次数增加至20次的复合材料压缩强度未发生衰减。通过高浓度ZrB₂浆料涂刷,以及数轮的SiC前驱体浸渍-固化-裂解工艺弥合了表面微孔,制备了致密的陶瓷涂层。表面涂层的弯曲强度最高处达到了114.32 MPa,与纯陶瓷相比材料韧性有所改善。本研究采用有机-无机转化法制备了高强度低密度的C_f/炭气凝胶,并一体化制备了致密ZrB₂-SiC陶瓷涂层。这种制备方案可应用于多种轻量化、梯度化材料的设计与制备工作。本文所制备的复合材料具备低密度、高强度的性质,这将有望成为热防护系统的候选材料。