碳泡沫材料由于碳源及制备工艺的多样性,表现出许多优异的物理性能,如重量轻、良好的热稳定性,导热系数低等,在航空航天领域有着良好的应用前景。对于碳泡沫的制备而言,碳源的选择至关重要。目前的实验研究中,制备碳泡沫的碳源大部分为沥青、煤、树脂等不可再生资源,并且制备过程中的中间产物对环境污染严重,同时,制备的碳泡沫材料稳定性较差、原料及制备工艺成本高、生产周期较长。针对这一研究现状,基于绿色低成本蔗糖基碳泡沫的研究,本文提出采用蔗糖为碳源、环氧稀释剂作为凝胶固碳体系、植物蛋白作为发泡剂,通过凝胶注模结合物理发泡的方法制备出孔隙均匀的碳泡沫,研究了工艺参数对其微观形貌、物理性能及力学性能的影响,探究其参数-结构-性能之间的关系。并且碳泡沫的导热系数与结构之间满足一定的规律,为了更好的掌握结构-热导率的关系,通过建立三维模型,对碳泡沫的导热性能进行有限元分析,将模拟结果与测试结果对比,验证通过计算方式预测碳泡沫热导率的可行性。通过实验制备得到了大尺寸的表面结构均匀完整的蔗糖/环氧碳泡沫材料,研究了组分含量(蔗糖及发泡剂)对其结构和性能的影响。研究结果表明:随着蔗糖含量的增加,溶液的粘度逐渐提高并趋于饱和,碳泡沫的尺寸稳定性提高,线收缩率逐渐降低;而溶液体系中发泡剂含量过低会导致材料孔隙率较低,发泡剂含量过高会降低碳泡沫材料的力学性能。当蔗糖含量为40wt.%、发泡剂含量为3wt.%时,体系具有最佳的发泡效果,碳泡沫具有最稳定均匀的尺寸及性能,平均孔径尺寸控制在258.3um,密度约低至0.13g/cm3,孔隙率高达92.26%,压缩强度为2.35MPa,导热系数约低至0.12W/(m·K)。利用随机顺序添加的方式建立碳泡沫三维随机模型,通过将碳泡沫的孔隙率控制在50%～90%范围内,平均孔径尺寸控制在100um～400um范围内,探究其孔径结构与热导率的关系。计算结果表明:当材料平均孔径尺寸一定时,随着孔隙率的增加,碳泡沫的热导率呈非线性下降的趋势,从2.23W/(m·K)下降至0.15W/(m·K)。而当其孔隙率一定时,随着平均孔径尺寸的增加,碳泡沫的热导率呈先增加后下降的趋势。将热导率随孔隙率变化的函数建立拟合方程,代入实际碳泡沫的参数,获得的热导率的预测结果与实验结果基本吻合,并且和各经验公式的结果几乎一致。表明利用随机三维模型对材料建立的有限元分析,在一定条件下可以利用模拟的方式预测碳泡沫材料的热导率。