碳/碳(C/C)复合材料具有低密度、高比强、耐摩擦磨损、耐腐蚀和耐高温等优异特性,被认为是航空航天等领域热防护和动力系统的主要备选材料。但是传统C/C复合材料表现出较弱的层间结合和剪切性能,严重限制了其在热结构件上的广泛应用。将一维SiC纳米线(SiCnws)引入C/C复合材料中,形成微纳多尺度强韧化,可以攻克传统C/C复合材料层间结合较弱等问题。在材料具体服役过程中,不可避免会接触到高温、热震以及疲劳等苛刻环境,这些特殊环境会影响材料的微观结构和性能特性,进而威胁其服役安全性。目前,针对SiCnws增强C/C(SiCnws-C/C)复合材料的研究仅限于纳米线生长工艺调控、静态力学表征以及抗氧化方面的研究,对于其在高温、热震和疲劳等环境下的性能演变及损伤行为尚不明确,亟需开展相关基础研究。本文采用溶胶-凝胶法在C/C复合材料中均匀引入SiC纳米线,考察SiCnws-C/C复合材料在不同服役温度、热震以及疲劳循环下的微观结构与性能变化,研究SiCnws-C/C复合材料在不同服役环境下的损伤演变及失效机理,主要研究内容和结果如下:研究了SiCnws-C/C复合材料的弯曲疲劳行为,探索了在65%应力水平下不同疲劳循环周次加载对SiCnws-C/C复合材料的微观结构和剩余力学性能的影响。结果表明:SiCnws-C/C复合材料的疲劳极限为72MPa,对应于静态强度的70%。疲劳加载引起的损伤在初始疲劳循环阶段迅速形成并扩展;随着疲劳循环增加至100万次,损伤将缓慢增加甚至达到饱和。SiCnws-C/C复合材料的剩余弯曲强度随着循环周次的增加而增大,弯曲模量随着循环周次的增加而降低。适度界面脱粘和残余热应力的释放是疲劳强化的主要原因。另外,界面脱粘、层间分层和基体开裂这些损伤的产生和累积也是导致疲劳加载后试样弯曲模量降低的诱因。研究了在70%应力水平下,弯曲疲劳加载10~5、5×10~5和10×10~5周次后SiCnws-C/C复合材料的内耗行为。结果表明:内耗与测试温度之间的关系与SiC纳米线、热解碳和疲劳加载引起缺陷的协同作用有关。随着疲劳循环周次的增加,SiCnws-C/C复合材料的内耗值增加,这是由基体开裂、界面脱粘和层间分层引起的界面滑动和摩擦的增加引起的。尽管基体热解碳层间的滑动和摩擦受到层间范德华力增加的限制,但与由界面滑动引起的内耗值增加相比,这部分基体内耗的降低可忽略不计,所以经过疲劳加载后的SiCnws-C/C复合材料表现出增大的内耗。研究了SiCnws-C/C复合材料在25℃、600℃和1200℃下的弯曲力学行为。结果表明:材料的弯曲强度随着温度的升高而增大,材料性能演变与内部热应力的变化密切相关。在1200℃下,界面压应力得到充分释放,碳纤维也受到轻微拉应力,不仅可以诱导裂纹在界面处发生偏转,碳纤维也可以发挥自身优异的力学性能,相比于其在室温下的强度,SiCnws-C/C复合材料在1200℃下表现出更优异的力学性能。研究了RT-1100℃热震环境下不同循环周次对SiCnws-C/C复合材料的力学、热膨胀以及内耗行为的影响。结果表明:经过10次热震循环后,SiCnws-C/C复合材料的弯曲强度增加了23%,经过20次热震循环后降低至原始强度的92%。经过10次热震循环后材料弯曲强度的提升归因于纤维/基体界面的适度弱化以及热解碳层间间距的增大,这些均会诱导裂纹发生偏转,使材料表现出更好的承载能力。与C/C复合材料相比,SiCnws-C/C复合材料具有更优异的抗热震性能,归因于SiC纳米线微纳尺度的强化机制,包括其自身拉出、断裂与桥连。