作为新型功能性陶瓷,氮化铝（AlN）具有高导热性、高机械强度、高绝缘性及高稳定性等多项优异性能,是目前最具前景的陶瓷材料之一。然而,在实际应用中,氮化铝的高导热性无法达到理想标准,低韧性、高脆性更使其易碎断、可加工性较低。碳材料具有极高的导热系数,其理论值高出AlN数倍,可作为优异的导热填料;同时,碳系材料具有高强高模的特性,可作为极佳的增强增韧剂。因此,添加碳材料能有效改善氮化铝的导热和机械性能,从而扩大其应用范围。目前,碳材料/AlN复合材料的研究体系并不完整。碳材料具有全维度特性,即包含从零维碳球到三维金刚石等各维度碳材料;此外,碳材料还具有多尺寸、多形态特性,包含从微细的纳米纤维到碳纤维束乃至宽大的碳布织物等多形态碳材料。现下大多数研究侧重于石墨烯及碳纳米管的添加效果,对于其余各类碳材料鲜有涉及。本课题从碳材料维度、含量、尺寸及形态的角度出发,系统研究碳材料改性AlN复合材料的微观结构、导热性能及机械性能,探寻其中的变化规律和影响机理,力求建立起全面完整的研究体系,并得到以下发现:（1）碳能促进碳热还原反应,起到驱氧与减少晶界相的作用,一定情况下扩大晶粒尺寸,导热性由此而提高。添加碳材料会提高晶体内的缺陷量,有利于提高材料强韧度,同时高硬度或高韧性的碳材料会协同发挥更好的增强增韧效果。（2）碳材料与AlN维度差距越大,界面相容越差,对微观形貌的改变越显著,导热性能和韧性会逐渐下降,但机械强度、硬度却有所改善。添加维度最接近AlN的三维金刚石（Diamonds）会促进晶粒有效扩张,晶体内缺陷相对较少,导热性能有效改善,导热系数从纯样的128.85 W/m·K提升至131.38 W/m·K。同时,晶粒扩张利于平衡微观应力,晶粒间填充的Diamonds更能抑制裂变,断裂韧性也会明显优化,从纯样的2.75Mpa·m1/2提升至3.22 Mpa·m1/2。与AlN维度差异越大的碳材料添加后对晶粒生长的阻碍越强,导致晶粒缩小、缺陷激增、应力不平衡,导热性及韧性由此显著下降,但机械强度、硬度却因晶粒细化增强与缺陷增强而有所提高。（3）碳材料（Diamonds）在适当添加量下才能改善AlN的导热性及韧性,过多或过少都无法发挥有效的优化效果。当添加量为1wt.%时,过少的碳不足以发挥碳的优化效果,各项性能变化不大。但当碳添加量为5wt.%时,过多的碳又会产生较大负面影响包括杂质塞积、位错过量、微观应力不平衡等,AlN的导热性及韧性会发生恶化;然而,晶粒缩小及缺陷增加却会发挥一定的增强效果,机械强度与硬度有所提高。3 wt.%是最佳添加量,适量碳能有效去除溶氧成分并促进晶粒扩张,而且晶体内不会存在过多缺陷,微观应力更易平衡,AlN的导热性能及断裂韧性得到有效的改善。（4）各种碳纤维添加均对AlN的微观形貌产生了明显改变,晶粒生长受严重干扰,产生了较大的负面影响,表现为晶粒烧结不良、致密度下降、缺陷量激增等,导热性能显著变差。微细的碳纤维添加后对AlN发挥微观改性作用,形貌结构的变化相对较小,并能发挥一定的增强效果。然而,更大尺寸的碳纤维形态更具宏观化,逐渐与AlN形成复合材料,因缺陷尺寸效应及过大的微观应力未能实现增强。各试样内均能通过碳纤维抽拔、裂纹桥接与偏转等作用抑制裂变,从而实现有效增韧。特别的是,AlN/碳布复合材料中碳布层与陶瓷层协同增韧,使得断裂性质由脆性断裂向韧性断裂转变,此时断裂韧性最高能达到3.82 Mpa·m1/2。