Vật liệu composite gốm là vật liệu composite nền gốm (ceramic), còn cốt có thể là sợi kim loại, phi kim loại hoặc sợi cacbon.
Gốm là vật liệu đƣợc đặc trƣng bởi nhiệt độ nóng chảy cao, bềnnén cả khi ở nhiệt độ cao và bền oxi hóa. Đặc tính này của gốm và trƣớc hết là của silicat trong nhiều thế kỷ đã đƣợc con ngƣời sử dụng trong các lò nung và chế tạo nhiều sản phẩm chịu lửa khác. Ngày nay, đã có rất nhiều loại gốm trên cơ sở các oxit chịu lửa nhƣ oxit thori, nhôm, berili, ziriconi, magie, vanadi đƣợc dùng trong kỹ thuật với những điều kiện khai thác khắt khe. Ở đây chúng ta lƣu ý nhiệt độ nóng chảy của các oxit nói trên rất cao. Ví dụ của oxit ziriconi, nhôm, berili, thori, magie và hafini lần lƣợt là 2973, 2273, 2873, 3473, 3073 và 3111K.
Ngoài khả năng chịu lửa cao, gốm còn có độ bền cao khi kéo, khi chịu ứng suất nhiệt và rung động. Những đặc tính nhƣ vậy thƣờng có ở một số kim loại. Ngày nay con ngƣời đã sản xuất ra kermet – một dạng composite có nền gốm độn những bột oxit kim loại. Thông thƣờng kermet có chứa trên 50% là những thành phẩm chịu lửa phi kim loại. Nhƣợc điểm của kermet là giòn, vì vậy việc ứng dụng vào thực tế của chúng bị hạn chế.
Những nghiên cứu và thực nghiệm sau này đã chứng minh, là chúng ta hoàn toàn có thể chế tạo đƣợc những composite gốm có tính chất cơ lý tốt hơn hẳn kermet nếu dùng cốt sợi nhƣ sợi kim loại, sợi cacbon và sợi gốm.
Composite gốm sợi kim loại: những sợi kim loại hay đƣợc dùng trong trƣờng hợp này là sợi vonfam, molipden, thép, niobi. Mục đích dùng sợi kim loại là để tạo ra những cốt dẻo, đảm bảo cho sự nguyên khối của gốm sau khi nứt, và giảm những xác suất có thể sớm xảy ra sự phá hủy vật liệu. Việc chế tạo những composite gốm sợi kim loại chủ yếu bằng phƣơng pháp dập nóng, hoặc đúc xỉ. Để đạt đƣợc độ bền nhiệt nhƣ kermet, chỉ cần đƣa vào nền gốm cốt sợi kim loại chỉ bằng một phần ba so với kim loại ở dạng bột. Muốn tăng độ nhớt riêng và độ bền nhiệt của composite gốm chúng ta phải tăng lƣợng các cốt sợi kim loại cho composite. Tuy nhiên, thực tế cho thấy nếu sợi cốt chiếm quá 25% thể tích, sẽ làm tăng độ rỗng của composite nền gốm, dẫn đến làm giảm độ bền của vật liệu. Việc dùng sợi kim loại cho composite gốm cũng có nhƣợc điểm là độ bền của sợi thấp do bị oxi hóa ở nhiệt độ cao.
Composite gốm cốt sợi cacbon: việc chế tạo composite nền gốm cốt sợi cacbon có rất nhiều triển vọng, bởi vì gốm tƣơng tác với sợi cacbon ở nhiệt độ cao hơn nhiều so với kim loại. Khi nhiệt độ cần phải sử dụng của chi tiết composite cao hơn 1273K., thƣờng dùng nền gốm trên cơ sở cacbua cao hơn 1273K là nền gốm trên cơ sở borua, nitrua, và nếu nhiệt độ khai thác thấp hơn thì chọn nền gốm trên cơ sở các oxit.
Điều kiện quan trọng để đảm bảo độ bền của các cốt sợi cacbon trong composite gốm là quan hệ tối ƣu giữa môdun đàn hồi của cốt sợi và nền. Nếu sợi cacbon chiếm 50 – 60% thể tích thì tỷ lệ moodun đàn hồi nền và sợi tối ƣu vào khoảng 0,1. Vì vậy, để làm cốt cho gốm chúng ta hay dùng sợi cacbon có môdun đàn hồi cao.
Để chế tạo composite gốm cốt sợi cacbon cũng hay dùng nền gốm thủy tinh (borsilicat, nhôm silicat, …). Những composite gốm nhận đƣợc có đặc tính là ổn định đặc trƣng cơ lý đến một nhiệt độ nhất định nào đó. Ví dụ: composite gốm sợi
cacbon (chiếm 60% thể tích) và nền borsilicat ở nhiệt độ 293K có giới hạn bền trƣợt là 1025MPa, và ổn định nhƣ vậy cho đến nhiệt độ 870K.
Hiện nay vật liệu composite gốm cốt sợi cacbon đƣợc nhiều hãng xe ô tô và xe máy sử dụng để chế tạo phanh gốm nhƣ các hiệu xe Ferrari, hầu hết xe Lamborghini, Porsche và Bentley do phanh đĩa bằng gốm bền hơn loại phanh bằng thép truyền thống gấp 4 lần, nhẹ hơn và hiệu quả hơn nên trong quá trình sử dụng gần nhƣ không cần phải thay thế, đĩa phanh gốm dùng sợi cacbon và các vật liệu gốm có nhiệt độ ổn định nên có ƣu thế vƣợt trội so với đĩa phanh bằng thép trong việc tản nhiệt.
Composite gốm có cốt sợi cacbua silic (nền gốm – sợi gốm): có nhiều ƣu điểm, ví dụ composite gốm sợi cacbon và composite gốm sợi cacbua silic có cùng độ bền nhƣ nhau, thì gốm sợi cacbua silic có lợi thế hơn ở chỗ có độ bền với sự oxi hóa ở nhiệt độ cao, hệ số dãn nở nhiệt thấp và có tính bất đẳng hƣớng hơn. Vật liệu nền thƣờng dùng ở đây là bột borsilicat, nhôm borsilicat hoặc hỗn hợp bột thủy tinh với những thành phần khác nhau. Sợi cacbua silic đƣợc dùng làm cốt dƣới dạng sợi đơn hoặc sợi dài liên tục với đƣờng kính sợi trung bình 10 – 12micromet.
Composite gốm cốt sợi cacbua silic thƣờng đƣợc chế tạo theo phƣơng pháp dập nóng nhiều lần những dải sợi cốt và bột thủy tinh trong môi trƣờng agon.
Vật liệu composite gốm với nền gốm – cốt gốm có rất nhiều triển vọng. Chúng đƣợc dùng để chế tạo các chi tiết có thể làm việc ở nhiệt độ lên tới 2073K. Ví dụ chế tạo các máy lực nguyên tử, các trục đệm chịu nhiệt của các cánh quạt tuabin động cơ, các cấu trúc ăngten ở mũi những vật thể bay vũ trụ cần phải thu hồi trở về Trái Đất, mũi nắn dòng tên lửa, …