一、陶瓷纖維增強陶瓷基復合材料
陶瓷基復合材料是以陶瓷為基體與各種纖維復合的一類復合材料。陶瓷基體可為氧化硅、氧化鋁等氧化物陶瓷以及氮化硅、碳化硅等非氧化物高溫陶瓷。未進行纖維增強的特種陶瓷具有耐高溫、高強度和剛度、相對重量較輕、抗腐蝕等優異性能，但是在使用中具有脆性，部分處于應力狀態時，使用過程中會產生裂紋，甚至斷裂導致材料失效。采用高強度、高彈性的纖維與基體復合，則是提高陶瓷韌性和可靠性的一個有效的方法。纖維能阻止裂紋的擴展，從而得到有優良韌性的纖維增強陶瓷基復合材料。
由陶瓷基體和增強纖維組成。這種材料結合了陶瓷的高強度、高硬度、高熱穩定性和耐腐蝕性，以及纖維的增強作用，提高了材料的力學性能和耐久性。
在纖維增強陶瓷中，陶瓷基體通常作為基底材料，提供基本的結構和功能。而增強纖維則被添加到陶瓷基體中，以增加材料的強度、韌性和耐久性。這些纖維可以是碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維等，根據具體應用需求選擇合適的纖維類型。
通過在陶瓷基體中引入增強纖維，可以改善材料的力學性能和耐久性。纖維的加入可以增加材料的韌性，提高抗沖擊和抗疲勞性能。同時，纖維還可以通過阻礙裂紋擴展，提高材料的斷裂強度。
此外，纖維增強陶瓷還可以通過改變纖維的體積分數、纖維的類型和尺寸等因素來調整材料的性能?？梢愿鶕唧w應用需求，選擇合適的纖維體積分數和纖維類型，以獲得所需的力學性能和耐久性。
陶瓷基復合材料具有優異的耐高溫性能，主要用作高溫及耐磨制品。其最高使用溫度主要取決于基體特征。陶瓷基復合材料已實用化或即將實用化的領域有刀具、滑動構件、發動機制件、能源構件等。
二、用于纖維增強陶瓷基復合材料的纖維種類
1）碳纖維
碳纖維指的是含碳量在90%以上的高強度高模量纖維。它是由經環氧涂層處理和石墨壓織的碳化纖維制成的。碳纖維的主要特點有：
1. 強度高：碳纖維的強度比金屬還高，是鋁合金的4倍以上。
2. 密度?。禾祭w維的密度小，因此比強度和比模量高。
3. 耐高溫：碳纖維的耐高溫性能極好，居所有化纖之首。
4. 抗摩擦、導熱及耐腐蝕：碳纖維具有耐摩擦、導熱及耐腐蝕等特性。
碳纖維的主要用途是作為增強材料與樹脂、金屬、陶瓷及炭等復合，制造先進復合材料。其中，碳纖維增強環氧樹脂復合材料，其比強度及比模量在現有工程材料中是最高的。
在航空航天領域，碳纖維增強陶瓷材料被廣泛應用于制造航空發動機部件和火箭發動機噴口襯板。這種材料可以承受極高的溫度和壓力，具有超強的耐熱性和高強度，能夠滿足極端環境下的使用需求，提高了航空航天器的性能和可靠性。
此外，連續纖維增強陶瓷纖維增強陶基復合材料（簡稱碳陶材料，CMC）也得到了廣泛應用。這種材料類似于土木工程的混凝土，由鋼筋與水泥組成。連續的陶瓷纖維根據設計要求形成可編制的二維、三維的網架，即混凝土中的鋼筋，“水泥”則為陶瓷基體材料，兩者具有良好的結合性，從而形成了1+1>2的效果。在發動機上有著廣泛應用，其密度和重量只有合金的1/3，但耐高溫性能卻遠超后者，而且無需將更多空氣導入高溫部件內部，并對其進行冷卻。更多的空氣將留在氣流通道內。因此，發動機在大推力條件下的運轉效率更高、能效更高、排放更低、耐用性更好。在噴氣式發動機的發展史上，渦輪發動機材料的最高耐受溫度每隔十年可以提升五十華氏度左右，這和“摩爾定律”相似，但是它又不像晶體管有走向盡頭的危險。CMC新材料的出現，十年內提升達到一百五十華氏度。隨著CMC材料在發動機中愈來愈普及的應用，發動機的推進力有望提升25%，燃油效率有望提升10%。
2）玻璃纖維
玻璃纖維按形態和長度，可分為連續纖維、定長纖維和玻璃棉；按玻璃成分，可分為無堿、耐化學、高堿、中堿、高強度、高彈性模量和耐堿（抗堿）玻璃纖維等。
玻璃纖維的主要原料是：石英砂、氧化鋁和葉蠟石、石灰石、白云石、硼酸、純堿、芒硝、螢石等。
生產方法大致分兩類：一類是將熔融玻璃直接制成纖維；一類是將熔融玻璃先制成直徑20mm的玻璃球或棒，再以多種方式加熱重熔后制成直徑為 3～80μm的甚細纖維。通過鉑合金板以機械拉絲方法拉制的無限長的纖維，稱為連續玻璃纖維，通稱長纖維。通過輥筒或氣流制成的非連續纖維，稱為定長玻璃纖維，通稱短纖維。
3）氧化硅纖維
氧化硅纖維是二氧化硅的纖維形態。
它具有高強度、高硬度、高熱穩定性和良好的耐腐蝕性，以及良好的電絕緣性能。在高溫環境下，氧化硅纖維能夠保持穩定的性能，因此在各種高溫窯爐、航空航天、電子、汽車、船舶等領域有廣泛的應用前景。此外，氧化硅纖維還可以作為增強材料用于復合材料中，提高材料的強度和耐磨性。
4）氧化鋁纖維
氧化鋁纖維是一種主要成分為氧化鋁的多晶質無機纖維，主晶形可呈γ-，δ-，θ-，α-氧化鋁，通常它還含有5%左右的二氧化硅，用以穩定晶相、抑制高溫下晶粒的長大。
氧化鋁纖維是當今國內外最新型的超輕質高溫絕熱材料之一，它采用高科技的“溶膠—凝膠”法，將可溶性鋁、硅鹽制成具有一定粘度的膠體溶液，溶液經高速離心甩絲成纖維胚體，然后經過脫水、干燥和中高溫熱處理析晶等工藝，轉變成Al-Si氧化鋁多晶纖維，其主晶相為主要為剛玉相和少量莫來石相，化學成份是Al2O3(95%)+SiO2(5%)，纖維直徑為3-7um，單絲長度為10-150mm，外觀呈白色，光滑、柔軟、富有彈性、尤如脫脂棉，它集晶體材料和纖維材料特性于一體，使用溫度達1450℃—1600℃，熔點達1840℃，有較好的耐熱穩定性，其導熱率是普通耐火磚的1/6，容重只有其1/25，節能率達15—45%。
此外，氧化鋁纖維強度較高、熱導率低，并且具有獨特的電學性能和抗腐蝕等系列特點。與其他高溫陶瓷纖維相比，有高的性價比和很大的商業價值，是廣泛應用于軍用、民用復合材料的重要增強體品種。
5）氧化鋯纖維
氧化鋯纖維是一種含氧化鋯多晶體的隔熱耐火材料，也被稱為多晶氧化鋯纖維或穩定ZrO?纖維。它具有高熔點、高強度、高熱穩定性和良好的耐腐蝕性。
在耐火材料領域，氧化鋯纖維可以作為隔熱耐火材料使用，具有優良的耐火性能和高溫穩定性。此外，氧化鋯纖維還可以用于制造陶瓷復合材料，提高材料的強度和耐磨性。
6）氧化鎂
一種單結晶白色極細的纖維，相對密度3.58，表觀密度0.1 g/cm3。熔點2800℃。有良好的耐熱性、絕緣性、熱傳導性、耐堿性、穩定性和補強特性。熱導率是氧化鋁的三倍。耐熱溫度1600℃，拉伸強度980MPa，熱膨脹率13.5×10-6K，熱導率36 w／(m·K)。常溫下電阻值為1017·Ωcm以上。
用作各種復合材料的補強材料。與聚氯乙烯樹脂配合使用時，可提高制品的機械強度和熱穩定性。與水泥配合使用時，可提高制品的抗彎曲強度和抗沖擊強度?？捎米髂突鸫u的原料。還用作吸附劑、導熱材料、吸音材料、耐腐蝕材料、阻燃材料，以及不飽和聚酯的增稠劑和補強劑。
7）氮化硅纖維
氮化硅纖維是一種耐高溫、高強度的陶瓷纖維，其化學式為Si3N4。在氧化性氣氛中，其最高使用溫度為1300℃；在非氧化性氣氛中，其最高使用溫度為1800℃。拉伸強度和彈性模量分別可達到1000MPa和300GPa，熱膨脹系數低，磨損抗力優良，主要用來增強金屬和陶瓷。
8）碳化硅纖維
碳化硅纖維是一種高性能陶瓷材料，由有機硅化合物經紡絲、碳化或氣相沉積而制得。它具有β-碳化硅的晶體結構，具有高硬度、高熱穩定性、高強度和良好的耐腐蝕性。
碳化硅纖維的最高使用溫度達1200℃，在最高使用溫度下強度保持率在80%以上，模量為176.4～294GPa，化學穩定性也好。它還可以用作耐高溫材料和增強材料，包括熱屏蔽材料、耐高溫輸送帶、過濾高溫氣體或熔融金屬的濾布等。
此外，碳化硅纖維的結構特點與性能自20世紀80年代SiC纖維問世以來，SiC纖維已有三次明顯的產品迭代，其耐熱性與強度都得到了明顯增強。目前，第三代碳化硅纖維的最高耐熱溫度達1800-1900℃，耐熱性和耐氧化性均優于碳纖維，拉伸強度達2.5～4GPa，拉伸模量達290～400GPa，在最高使用溫度下強度保持率在80%以上。
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