第1章緒論1
1.1引言    1
1.2陶瓷材料    1
1.2.1陶瓷材料的彈性    1
1.2.2陶瓷材料的斷裂    2
1.2.3陶瓷材料的韌性    3
1.3陶瓷材料強韌化途徑    3
1.3.1納米晶粒增韌    4
1.3.2原位自生增韌    4
1.3.3仿生結構增韌    6
1.3.4增強體增韌    7
1.4納米增強體    8
1.4.1納米顆粒    8
1.4.2晶須    9
1.4.3納米線（管）    10
1.5小結    12
參考文獻    12

第2章納米增強體強韌化陶瓷基復合材料14
2.1引言    14
2.2納米增強體引入途徑    14
2.2.1粉體法    14
2.2.2膠體法    15
2.2.3溶膠凝膠法    16
2.3納米增強體/陶瓷基復合材料致密化工藝    17
2.3.1反應燒結    17
2.3.2前軀體浸漬熱解    17
2.3.3反應熔體浸滲    18
2.3.4化學氣相滲透    19
2.4強韌化機理與效果    20
2.5納米增強體有序組裝    21
2.5.1一維纖維    22
2.5.2二維薄膜（紙）    23
2.5.3三維網絡    24
2.6小結    25
參考文獻    25

第3章一維組裝體/陶瓷基復合材料29
3.1引言    29
3.2一維Mini-CNTs/SiC復合材料    30
3.2.1顯微結構    30
3.2.2力學性能    31
3.2.3抗氧化性能    35
3.3一維Mini-CNTs/B4C復合材料    38
3.3.1顯微結構    38
3.3.2力學性能    38
3.3.3抗氧化性能    41
3.3.4一維Mini-CNTs/B4C復合材料的PyC界面層設計    44
3.4SiC晶須改性C/SiC復合材料    47
3.4.1顯微結構    47
3.4.2彎曲性能    49
3.5Si3N4納米線改性一維C/SiC纖維束復合材料    50
3.5.1Si3N4納米線/C纖維束    50
3.5.2Si3N4納米線/C/SiC纖維束復合材料    54
3.5.3Si3N4納米線改性三維C/SiC復合材料    61
3.6電沉積CNTs改性C/SiC纖維束復合材料    73
3.6.1電沉積CNTs/C纖維束    73
3.6.2電沉積CNTs改性C/SiC纖維束復合材料    75
3.6.3電沉積CNTs改性的二維C/SiC復合材料    87
3.6.4電沉積CNTs改性的三維C/SiC復合材料    96
3.7小結    101
參考文獻    101

第4章二維組裝體/陶瓷基復合材料105
4.1引言    105
4.2巴基紙/SiC復合材料    106
4.3巴基紙/C/SiC復合材料    109
4.3.1顯微結構    109
4.3.2彎曲性能    109
4.4CNTs薄膜/SiC復合材料    112
4.4.1顯微結構    112
4.4.2拉伸性能    115
4.5CNTs薄膜/C/SiC復合材料    119
4.5.1顯微結構    119
4.5.2彎曲性能    122
4.5.3電磁屏蔽效能    123
4.6SiC晶須/SiC層狀結構陶瓷    126
4.6.1顯微結構    126
4.6.2力學性能    131
4.6.3SiC晶須/SiC層狀結構陶瓷熱處理改性    134
4.6.4SiC晶須/SiC層狀結構陶瓷致密化改性    138
4.6.5SiC晶須/SiC層狀結構陶瓷顆粒改性    144
4.7小結    154
參考文獻    154

第5章三維組裝體/陶瓷基復合材料155
5.1引言    155
5.2CNTs陣列/SiC復合材料    157
5.2.1顯微結構    157
5.2.2抗氧化性能    159
5.2.3壓縮性能    162
5.2.4納米壓痕    164
5.3CNTs泡沫/SiC復合材料    167
5.3.1顯微結構    167
5.3.2抗氧化性能    171
5.3.3壓縮性能    172
5.3.4電磁屏蔽效能    173
5.4CNTs海綿/SiC復合材料    175
5.4.1顯微結構    175
5.4.2彎曲性能    181
5.4.3電磁屏蔽效能    183
5.4.4熱物理性能    185
5.5CNTs氣凝膠/SiC復合材料    187
5.5.1顯微結構    187
5.5.2彎曲性能    198
5.5.3壓縮性能    200
5.5.4電磁屏蔽效能    204
5.5.5熱物理性能    211
5.6SiC納米線氣凝膠/SiC復合材料    214
5.6.1顯微結構    214
5.6.2力學性能    216
5.6.3電磁屏蔽性能    219
5.7小結    223
參考文獻    223

第6章納米增強體3D打印陶瓷基復合材料226
6.1引言    226
6.23D打印技術    226
6.3陶瓷材料3D打印    227
6.3.1陶瓷材料3D打印原理    227
6.3.2陶瓷材料3D打印技術特點    230
6.43D打印Al2O3多孔陶瓷    231
6.4.1顯微結構    231
6.4.2壓縮性能    235
6.4.3不同配位數結構的Al2O3/SiC多孔陶瓷    236
6.4.4不同鏤空結構的Al2O3/SiC多孔陶瓷    237
6.4.5不同旋轉角度的Al2O3/SiC多孔陶瓷    239
6.4.6微納米纖維增強的Al2O3/SiC多孔陶瓷    241
6.4.7CVD CNTs增強的Al2O3/SiC多孔陶瓷    250
6.5連續碳纖維3D打印SiOC陶瓷    259
6.5.1連續纖維3D打印陶瓷原理    259
6.5.2熱塑性陶瓷前驅體熱行為規律    259
6.5.3連續碳纖維3D打印SiOC陶瓷基復合材料    261
6.63D打印三維高比表面積催化劑載體結構    263
6.6.1顯微結構    264
6.6.2催化及力學性能    271
6.7小結    273
參考文獻    274

連續纖維增韌補強碳化硅陶瓷基復合材料（continuous fiber-reinforced SiC ceramic matrix composites，CFCC-SiC）具有耐高溫、強韌、輕質等優異特點，是發展高超聲速飛行器和高推重比航空發動機等國家戰略裝備的核心熱結構材料。20世紀80年代以來，以法國、美國為代表的發達國家通過各種國家計劃發展CFCC-SiC，並成功應用於航空、航天等領域，是其國防戰略的重要支撐。20世紀90年代至今，西北工業大學超高溫結構復合材料重點實驗室張立同院士團隊自主發展了以化學氣相滲透（chemical vapor infiltration，CVI）工藝為主的CFCC-SiC制備技術，實現了工程化應用，發展了多種強韌化理論、復合材料自愈合理論，填補了我國本領域多項研究空白。
近年來，航空航天飛行器等國家戰略裝備的快速發展對CFCC-SiC提出了更高的要求，比如抗彎能力，抗分層能力，優異的電磁波吸收、屏蔽能力，制備復雜異形件等。因此，在此基礎上利用一些納米增強體對CFCC-SiC進行二次增強、增韌、改性等成為了一大研究方向。納米增強體，如碳納米管（carbon nanotube，CNT）、SiC納米線（SiC nanowire，SiCnw）、Si3N4納米線（Si3N4 nanowire，Si3N4nw）、SiC晶須（SiC whisker，SiCw）等一維納米材料具有優異的力學與功能性能，已在諸多領域得到廣泛應用，作為增強體、改性劑引入到陶瓷、樹脂、金屬等基體中，可改善復合材料力學、電磁、熱學等性能。
筆者作為張立同院士團隊核心成員，目前仍致力於CFCC-SiC基礎研究、工程化應用、裝備考核等研究，並在此基礎上擴展至納米增強體強韌化陶瓷基復合材料領域。近十年的研究發現，傳統方法將納米增強體引入到陶瓷基體中存在諸多問題，比如體積分數低、界面結合差和不易分散等，因此開發了納米增強體有序組裝三維結構強韌化新方法，納米增強體與纖維協同的多尺度強韌化方法以及將連續纖維、短纖維、晶須、納米線等多尺度增強體3D打印引入到陶瓷基體中，從而解決輕量化復雜陶瓷結構強韌化問題。微觀上納米增強體在陶瓷基體中以3D網絡形式存在，宏觀上可以是不同形式的存在，比如纖維、薄膜（紙）以及各種3D組裝體等，除能極大改善陶瓷力學性能之外，其有序結構還可導通納米增強體，提高其功能性。
筆者在張立同院士帶領下以納米增強體有序組裝3D結構陶瓷基復合材料為對像，在國防973項目、國家傑出青年科學基金項目、國家自然科學基金重點項目等的支持下，研究了上述問題。本書是上述研究成果的總結和歸納，也是從納米增強體有序組裝3D結構角度繫統研究陶瓷基復合材料的專著。本書旨在通過多種方式將納米增強體有序組裝3D網絡引入到陶瓷基體中，研究納米增強體的組裝網絡對陶瓷基復合材料強韌性以及功能性的影響及作用機制等，解決輕量化復雜陶瓷結構強韌化問題。
全書共6章。第1章介紹陶瓷復合材料的強韌化基礎，注重介紹納米增強體。第2章介紹將納米增強體引入陶瓷基體中的幾大途徑以及致密化工藝，重點討論納米增強體強韌化機理及效果以及納米增強體的有序組裝。第3章介紹一維組裝體/陶瓷基復合材料，包括幾大一維Mini復合材料以及將此一維復合材料制備成多維陶瓷基復合材料的力學、電磁等性能，重點討論納米增強體強韌化機理。第4章介紹二維組裝體的基本形式及其陶瓷復合材料，重點討論二維復合材料以及將此二維復合材料制備成多維陶瓷基復合材料的力學、電磁等性能。第5章介紹三維組裝體的基本形式及其陶瓷復合材料，重點討論復合材料的力學、電磁、熱學等性能。第6章介紹陶瓷材料3D打印原理與技術，重點討論了打印結構、納米增強體種類、引入方式對3D打孔陶瓷的影響。
本書包含了韓道洋、肖珊珊博士論文的主要內容，還包括了李海青、孫雨堯、百強來、季天鳴、夏俊超、張卉、趙伊之、解玉鵬等學位論文的部分內容。在長期研究過程中，課題組的全體成員參加了部分試樣制備、性能測試等工作。博士研究生潘龍凱、闫嶽凱、張明剛參加了資料收集、整理和校對工作。
本書力求專業性和實用性結合，希望為陶瓷基復合材料專業師生和相關研究人員提供參考，但是，陶瓷基復合材料強韌化問題十分復雜，雖經團隊十餘年研究，一些研究成果仍在實踐檢驗過程中，一些問題還處於不斷認識階段，不當之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。

西北工業大學
梅  輝  教授
2023年1月