吸波材料是一种能够有效抑制电磁信号特征的防护材料,将电磁波的能量转化为其他形式的能量。然而现有的单一组成的吸波材料已经不能满足实际使用需求,碳/碳化硅复合材料是一种潜在的轻质复合吸波材料,具有阻抗匹配性能好,化学稳定性好等优势。但是,多尺度碳/碳化硅复合材料的形成机制及其微观结构对复合材料介电性能、吸波性能和抗氧化性能的影响规律仍有待系统地探索。因此,本文采用碳模板法制备了多尺度碳/碳化硅复合材料,包括:球形C@SiC核壳结构材料,近球形C/SiC中空材料,一维SiC/CF同轴结构材料以及中空管状SiC材料,并研究了反应原料、制备方法等参数对上述复合材料物相组成、微观结构以及形貌的影响规律,归纳总结了多尺度碳/碳化硅复合材料的形成机制。在此基础上,系统地研究和阐明了物相组成、微观结构以及尺度等参数对复合材料的电阻、介电、阻抗和电磁波衰减的作用机制,同时评估了复合材料的耐高温、表面亲水等性能。为设计高性能复合吸波材料奠定了理论基础。主要研究内容如下:首先采用水热法制备不同尺寸的球形碳模板颗粒,然后与Si颗粒进行高温固相反应制备得到球形C@SiC核壳结构材料。研究了碳模板与反应生成的SiC颗粒的尺寸差异对C/SiC复合材料微观结构的影响规律。揭示了C@SiC核壳结构材料尺寸对其吸波性能的影响机制,尺寸越小,比表面积越大,核壳结构材料与电磁波的作用面积越大,从而增强了电磁波的多次散射与反射,提高了材料的阻抗匹配性能和衰减性能。同时,小尺寸的颗粒促进了石蜡复合样品中导电网络的形成,有利于提高材料的电导损耗。当填充量为30wt%,吸波层厚度为2.5 mm时,样品的有效吸收带宽达到3.5 GHz(8.4-11.9 GHz),最小的反射损耗为-32.4 dB@10.7 GHz。为进一步增强电磁波的多重散射与反射,采用碳化后具有中空结构的米曲霉作为碳源,与硅粉反应制备近球形C/SiC中空材料。研究了碳源表面形貌对C/SiC复合材料中SiC存在形式的影响,发现表面凹凸不平的碳源由于限域效应导致SiC颗粒多以独立颗粒或短晶须的形式存在。由于独特的中空结构,近球形C/SiC中空材料的吸波性能获得进一步提高,当填充量为30wt%,吸波层厚度为1.5 mm时,有效吸收带宽可达到3.7 GHz(14.3-18 GHz),最小反射损耗为-33.8 dB@15.5 GHz。另一方面,为增强C/SiC复合材料的电导损耗能力,采用碳纤维作为模板制备一维SiC/CF同轴结构材料,构建三维导电网络。基于SiC壳层厚度的变化,研究其对复合材料介电常数、电阻、吸波性能等参数的影响规律。随着SiC壳层厚度的减小,材料的介电常数和损耗角正切逐渐升高,实现了复合材料介电常数的调控,此外,通过壳层厚度与填充率的调控,影响复合材料的电阻,实现了材料谐振频率的调控。SiC/CF同轴材料表现出优异的吸波性能,在吸波层厚度为1.1 mm,样品填充质量分数为35wt%时,其最小反射损耗为-31.6 dB@16.6 GHz,有效吸收带宽可达4.5 GHz(13-17.5 GHz)。导电网络的形成有效地提高了体系的电导损耗,SiC壳层的存在增强了界面极化损耗,二者的协同作用提高了同轴结构材料的吸波性能。此外,壳层的引入改善了复合材料的抗氧化性能和对水的润湿性。为获得温度稳定性更好的吸波材料,将SiC/CF同轴结构材料进行高温氧化去模板处理,得到中空管状SiC材料。发现中空管状SiC内层含有SiC和C,外层为无定形的SiO2层的微观结构,并揭示其形成机制,进而归纳总结了管状SiC介电性能和吸波性能随壁厚减小逐渐增强的影响规律。在此基础上,建立了嵌入C、一维管状结构、SiO2层三者协同作用增强管状SiC吸波性能的作用机制。管壁厚度约为250 nm的中空管状SiC以填充量为20wt%制备成厚度为2 mm的吸波层时,最小反射损耗为-25.7dB@14.9GHz,有效吸收带宽为5 GHz(12.9-17.9 GHz)。