酚醛树脂基复合材料因其良好的烧蚀性能而广泛应用于热防护领域,传统碳/酚醛复合材料密度和热导率较大,不适用于高焓值的长时间再入环境,而采用酚醛气凝胶作为基体的新型碳/酚醛复合材料能够有效降低材料的密度和热导率,具有更为广阔的应用前景。但是,传统的酚醛气凝胶存在残炭率较低且易吸潮的不足,限制了其在热防护材料中的应用。针对以上问题,本文提出了采用有机无机杂化改性的方法向酚醛气凝胶中引入二氧化硅无机相,设计且成功制备了硅杂化改性的酚醛气凝胶(简称硅酚醛气凝胶)及其复合材料,并对其微观结构、热稳定性能、润湿性、压缩性能及热导率等进行了研究。本文以间苯二酚、糠醛、六亚甲基四胺、三氨丙基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷为原料,采用溶胶-凝胶法制备了硅杂化改性的酚醛气凝胶。结果表明,硅烷水解生成的二氧化硅三维网络结构与酚醛大分子链间能够形成化学连接,得到三维互穿网络结构。酚醛颗粒依附于优先生成的二氧化硅网络结构表面长大,形成狭缝孔或楔形孔,孔径分布较为广泛,以孔径30nm中孔为主,同时还存在一定量的微孔及大孔。相较于六亚甲基四胺和酚/醛用量比,硅烷的含量对酚醛气凝胶性能影响较大,随着硅烷与间苯二酚物质的量比值由0增大到0.6,气凝胶中颗粒粒径由200nm左右至降低到将近50nm,相同质量的气凝胶中纳米孔数量逐渐增加,且中孔所占比例增加,在氮气气氛下1000℃的残炭率由46.84%提高到了61.52%。采用上述方法制备的硅酚醛气凝胶与水的静态接触角达到80°,而经过接枝三甲基乙氧基硅烷疏水处理后,其与水的静态接触角提高到135°。与未接枝的硅酚醛气凝胶相比在氮气气氛下1000℃的残炭率提高了3.86%,起始热分解温度提高了18.5℃。采用低密度、低热导率的短切碳纤维骨架为增强相,制备了轻质碳/酚醛复合材料。硅酚醛气凝胶均匀分布于短切碳纤维骨架中,气凝胶与纤维的界面结合较好,能够均匀包裹在碳纤维表面。经过疏水处理的复合材料的静态接触角达到132°,能够满足疏水要求。随酚醛气凝胶中三氨丙基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷含量的增加,复合材料在厚度方向上的杨氏模量和屈服强度分别由18.8MPa和0.63MPa提高到了22.1MPa和1.08MPa。采用Hot disk方法测得各组分材料沿着不同方向的热导率均在0.1 W/m-1K-1左右,证明此轻质碳/酚醛复合材料具有优良的隔热性能。