1.3 陶瓷基增強復合材料的分類、性能及應用
1.3.1 陶瓷基增強復合材料的分類
陶瓷基增強復合材料是指通過在陶瓷基體中引入第二相增強材料，以實現增強、增韌為目的的多相材料，又稱為多相復合陶瓷或復相陶瓷。
下面介紹陶瓷基增強復合材料的分類方法。
1.根據基體的不同進行分類
根據基體的不同陶瓷基增強復合材料可以分為玻璃基復合材料、氧化物陶瓷基復合材料和非氧化物陶瓷基復合材料。
（1）玻璃基復合材料 玻璃基復合材料的優點是可以在較低溫度下制備，增強纖維不會受到熱損傷，因而增韌效果好；而且在制造過程中可以通過基體的黏性流動進行致密化，增韌效果好。其主要的基體有：鈣鋁硅酸鹽（CAS）、鋰鋁硅酸鹽（LAS）、鎂鋁硅酸鹽（MAS）、硼硅酸鹽（BS）等。典型的玻璃基復合材料有CP/石英玻璃、碳化硅/LAS復合材料等。玻璃基復合材料的致命缺點是由于玻璃相的存在而容易產生高溫蠕變，同時玻璃相很容易向晶態轉變而發生析晶，使性能受到損害。
（2）氧化物陶瓷基復合材料 氧化物陶瓷基復合材料主要是以MgO、Al2O3、SiO2、ZrO2以及莫來石等為基體的復合材料。這些材料都不宜在高應力和高溫環境下使用，因為Al2O3和ZrO2抗熱振性較差；SiO2易發生高溫蠕變和相變；莫來石雖然有較低的線脹系數和良好的抗蠕變性能，但是使用溫度不能超過1200℃。
（3）非氧化物陶瓷基復合材料 非氧化物陶瓷基復合材料主要有Si3N4、SiC等。由于這類非氧化物陶瓷基復合材料具有較高的強度、彈性模量和抗熱振性以及優良的高溫力學性能而受到重視。
2.以增強相的化學成分進行分類
（1）Al2O3系列（包括莫來石）纖維 這類纖維材料的優點是高溫抗氧化性能優良，有可能用于1400℃的高溫環境。但是，作為增強材料主要存在兩個問題：一是高溫下產生晶體相變、晶粒粗化，以及由于玻璃相的蠕變導致纖維的高溫強度下降；二是在高溫成型及使用過程中，氧化物纖維容易與陶瓷基體（特別是氧化物陶瓷）形成很強的結合界面，易于導致連續增強纖維的脆性破壞，喪失纖維的增強作用。
（2）SiC系列纖維 SiC系列纖維的制造有兩種方法：一類是化學氣相沉積法，這種方法制造的碳化硅系列纖維高溫性能好，但是直徑太大（大于0.1mm），不利于制造形狀復雜的工件，而且價格昂貴；二是有機聚合物先驅體轉化法，這類纖維存在有氧和游離碳等雜質，從而影響纖維的高溫性能，日本碳公司已經能夠生產含氧量低的碳化硅系列纖維，具有良好的高溫性能，其強度在1500～1600℃下變化不大。
（3）氮化硅系列纖維 它實際上是由Si、N、C和O組成的復相陶瓷纖維。這類纖維也是采用有機聚合物先驅體轉化法制造的，與同樣方法制造的SiC系列纖維存在同樣的問題，性能也相近。
（4）碳纖維 這種纖維已經有30余年的發展歷史，也是目前開發得最成功、性能最好的纖維之一，被廣泛用于復合材料的增強材料。碳纖維的高溫性能很好，在惰性氣體中，在2000℃的高溫下強度基本不變，是目前高溫性能最佳的增強纖維。其最大的缺點是高溫抗氧化性能差，在空氣中360℃以上就出現明顯的氧化，引起質量損耗和強度下降。
除了上述幾種增強纖維之外，正在開發的增強纖維還有BN、TiC、B4C等復相纖維。
3.以增強相的形態進行分類
1）纖維增強陶瓷基復合材料。常用的纖維有SiC、C及Al2O3等。它們與陶瓷基體有良好的化學相容性和物理相容性。
2）晶須增強陶瓷基復合材料。常用的晶須有SiC晶須等。
3）顆粒增強陶瓷基復合材料。顆粒有剛性（硬質）顆粒及延性顆粒兩種，均勻分散于陶瓷基體中，起到增加強度和韌性的作用。剛性（硬質）顆粒是高強度、高硬度、高熱穩定性及高化學穩定性的陶瓷顆粒，如SiC、TiC及B4C等。延性顆粒是金屬顆粒，如Cr等。金屬的高溫性能比陶瓷基體低，因此延性顆粒增強陶瓷基復合材料的高溫性能較差，但中、低溫時的韌性顯著提高。
4）原位生長陶瓷基復合材料。通過在基體原料中加入可以生成第二相的元素或化合物，在陶瓷基體致密化的過程中直接通過高溫化學反應或相變過程，原位生長出均勻分布的增強相，而形成陶瓷基復合材料。這種陶瓷基復合材料的室溫和高溫力學性能均優于同組分的其他類型復合材料。