一、陶瓷纤维增强陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料是以陶瓷为基体与各种纤维复合的一类复合材料。陶瓷基体可为氧化硅、氧化铝等氧化物陶瓷以及氮化硅、碳化硅等非氧化物高温陶瓷。未进行纤维增强的特种陶瓷具有耐高温、高强度和刚度、相对重量较轻、抗腐蚀等优异性能，但是在使用中具有脆性，部分处于应力状态时，使用过程中会产生裂纹，甚至断裂导致材料失效。采用高强度、高弹性的纤维与基体复合，则是提高陶瓷韧性和可靠性的一个有效的方法。纤维能阻止裂纹的扩展，从而得到有优良韧性的纤维增强陶瓷基复合材料。
由陶瓷基体和增强纤维组成。这种材料结合了陶瓷的高强度、高硬度、高热稳定性和耐腐蚀性，以及纤维的增强作用，提高了材料的力学性能和耐久性。
在纤维增强陶瓷中，陶瓷基体通常作为基底材料，提供基本的结构和功能。而增强纤维则被添加到陶瓷基体中，以增加材料的强度、韧性和耐久性。这些纤维可以是碳纤维、玻璃纤维、金属纤维等，根据具体应用需求选择合适的纤维类型。
通过在陶瓷基体中引入增强纤维，可以改善材料的力学性能和耐久性。纤维的加入可以增加材料的韧性，提高抗冲击和抗疲劳性能。同时，纤维还可以通过阻碍裂纹扩展，提高材料的断裂强度。
此外，纤维增强陶瓷还可以通过改变纤维的体积分数、纤维的类型和尺寸等因素来调整材料的性能。可以根据具体应用需求，选择合适的纤维体积分数和纤维类型，以获得所需的力学性能和耐久性。
陶瓷基复合材料具有优异的耐高温性能，主要用作高温及耐磨制品。其最高使用温度主要取决于基体特征。陶瓷基复合材料已实用化或即将实用化的领域有刀具、滑动构件、发动机制件、能源构件等。
二、用于纤维增强陶瓷基复合材料的纤维种类
1）碳纤维
碳纤维指的是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维。它是由经环氧涂层处理和石墨压织的碳化纤维制成的。碳纤维的主要特点有：
1. 强度高：碳纤维的强度比金属还高，是铝合金的4倍以上。
2. 密度小：碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。
3. 耐高温：碳纤维的耐高温性能极好，居所有化纤之首。
4. 抗摩擦、导热及耐腐蚀：碳纤维具有耐摩擦、导热及耐腐蚀等特性。
碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。其中，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。
在航空航天领域，碳纤维增强陶瓷材料被广泛应用于制造航空发动机部件和火箭发动机喷口衬板。这种材料可以承受极高的温度和压力，具有超强的耐热性和高强度，能够满足极端环境下的使用需求，提高了航空航天器的性能和可靠性。
此外，连续纤维增强陶瓷纤维增强陶基复合材料（简称碳陶材料，CMC）也得到了广泛应用。这种材料类似于土木工程的混凝土，由钢筋与水泥组成。连续的陶瓷纤维根据设计要求形成可编制的二维、三维的网架，即混凝土中的钢筋，“水泥”则为陶瓷基体材料，两者具有良好的结合性，从而形成了1+1>2的效果。在发动机上有着广泛应用，其密度和重量只有合金的1/3，但耐高温性能却远超后者，而且无需将更多空气导入高温部件内部，并对其进行冷却。更多的空气将留在气流通道内。因此，发动机在大推力条件下的运转效率更高、能效更高、排放更低、耐用性更好。在喷气式发动机的发展史上，涡轮发动机材料的最高耐受温度每隔十年可以提升五十华氏度左右，这和“摩尔定律”相似，但是它又不像晶体管有走向尽头的危险。CMC新材料的出现，十年内提升达到一百五十华氏度。随着CMC材料在发动机中愈来愈普及的应用，发动机的推进力有望提升25%，燃油效率有望提升10%。
2）玻璃纤维
玻璃纤维按形态和长度，可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉；按玻璃成分，可分为无碱、耐化学、高碱、中碱、高强度、高弹性模量和耐碱（抗碱）玻璃纤维等。
玻璃纤维的主要原料是：石英砂、氧化铝和叶蜡石、石灰石、白云石、硼酸、纯碱、芒硝、萤石等。
生产方法大致分两类：一类是将熔融玻璃直接制成纤维；一类是将熔融玻璃先制成直径20mm的玻璃球或棒，再以多种方式加热重熔后制成直径为 3～80μm的甚细纤维。通过铂合金板以机械拉丝方法拉制的无限长的纤维，称为连续玻璃纤维，通称长纤维。通过辊筒或气流制成的非连续纤维，称为定长玻璃纤维，通称短纤维。
3）氧化硅纤维
氧化硅纤维是二氧化硅的纤维形态。
它具有高强度、高硬度、高热稳定性和良好的耐腐蚀性，以及良好的电绝缘性能。在高温环境下，氧化硅纤维能够保持稳定的性能，因此在各种高温窑炉、航空航天、电子、汽车、船舶等领域有广泛的应用前景。此外，氧化硅纤维还可以作为增强材料用于复合材料中，提高材料的强度和耐磨性。
4）氧化铝纤维
氧化铝纤维是一种主要成分为氧化铝的多晶质无机纤维，主晶形可呈γ-，δ-，θ-，α-氧化铝，通常它还含有5%左右的二氧化硅，用以稳定晶相、抑制高温下晶粒的长大。
氧化铝纤维是当今国内外最新型的超轻质高温绝热材料之一，它采用高科技的“溶胶—凝胶”法，将可溶性铝、硅盐制成具有一定粘度的胶体溶液，溶液经高速离心甩丝成纤维胚体，然后经过脱水、干燥和中高温热处理析晶等工艺，转变成Al-Si氧化铝多晶纤维，其主晶相为主要为刚玉相和少量莫来石相，化学成份是Al2O3(95%)+SiO2(5%)，纤维直径为3-7um，单丝长度为10-150mm，外观呈白色，光滑、柔软、富有弹性、尤如脱脂棉，它集晶体材料和纤维材料特性于一体，使用温度达1450℃—1600℃，熔点达1840℃，有较好的耐热稳定性，其导热率是普通耐火砖的1/6，容重只有其1/25，节能率达15—45%。
此外，氧化铝纤维强度较高、热导率低，并且具有独特的电学性能和抗腐蚀等系列特点。与其他高温陶瓷纤维相比，有高的性价比和很大的商业价值，是广泛应用于军用、民用复合材料的重要增强体品种。
5）氧化锆纤维
氧化锆纤维是一种含氧化锆多晶体的隔热耐火材料，也被称为多晶氧化锆纤维或稳定ZrO₂纤维。它具有高熔点、高强度、高热稳定性和良好的耐腐蚀性。
在耐火材料领域，氧化锆纤维可以作为隔热耐火材料使用，具有优良的耐火性能和高温稳定性。此外，氧化锆纤维还可以用于制造陶瓷复合材料，提高材料的强度和耐磨性。
6）氧化镁
一种单结晶白色极细的纤维，相对密度3.58，表观密度0.1 g/cm3。熔点2800℃。有良好的耐热性、绝缘性、热传导性、耐碱性、稳定性和补强特性。热导率是氧化铝的三倍。耐热温度1600℃，拉伸强度980MPa，热膨胀率13.5×10-6K，热导率36 w／(m·K)。常温下电阻值为1017·Ωcm以上。
用作各种复合材料的补强材料。与聚氯乙烯树脂配合使用时，可提高制品的机械强度和热稳定性。与水泥配合使用时，可提高制品的抗弯曲强度和抗冲击强度。可用作耐火砖的原料。还用作吸附剂、导热材料、吸音材料、耐腐蚀材料、阻燃材料，以及不饱和聚酯的增稠剂和补强剂。
7）氮化硅纤维
氮化硅纤维是一种耐高温、高强度的陶瓷纤维，其化学式为Si3N4。在氧化性气氛中，其最高使用温度为1300℃；在非氧化性气氛中，其最高使用温度为1800℃。拉伸强度和弹性模量分别可达到1000MPa和300GPa，热膨胀系数低，磨损抗力优良，主要用来增强金属和陶瓷。
8）碳化硅纤维
碳化硅纤维是一种高性能陶瓷材料，由有机硅化合物经纺丝、碳化或气相沉积而制得。它具有β-碳化硅的晶体结构，具有高硬度、高热稳定性、高强度和良好的耐腐蚀性。
碳化硅纤维的最高使用温度达1200℃，在最高使用温度下强度保持率在80%以上，模量为176.4～294GPa，化学稳定性也好。它还可以用作耐高温材料和增强材料，包括热屏蔽材料、耐高温输送带、过滤高温气体或熔融金属的滤布等。
此外，碳化硅纤维的结构特点与性能自20世纪80年代SiC纤维问世以来，SiC纤维已有三次明显的产品迭代，其耐热性与强度都得到了明显增强。目前，第三代碳化硅纤维的最高耐热温度达1800-1900℃，耐热性和耐氧化性均优于碳纤维，拉伸强度达2.5～4GPa，拉伸模量达290～400GPa，在最高使用温度下强度保持率在80%以上。
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