本发明公开了一种碳素材料表面原位生成纳米碳化物涂层的方法，属于高强、超硬、耐磨和热管理等材料制备技术领域。该方法是利用溶胶‑凝胶法制备氧化物溶胶或凝胶，均匀涂覆到碳素材料表面后，经干燥、烧结过程后，再经真空高温处理，实现原位还原‑碳化反应，在碳素材料表面形成原位碳化物纳米涂层。本发明克服了碳素材料表面自由能低、与金属、陶瓷和高分子等粘结剂/基体之间相容性差、界面结合不好等问题，提高了金属、陶瓷和高分子等基体与碳素材料之间的结合力，降低了碳素材料与金属之间界面的热阻抗。本发明可有效提高碳素材料增强金属、陶瓷和高分子等复合材料的力学、导热、导电和耐磨等性能。