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二元陶瓷ZrC和HfC具有非常优异的性能，如高的熔点、强度及模量，较高的高温强度，较好的抗热震性能，以及良好的化学稳定性。因此，它们是理想的高温结构材料。尽管如此，ZrC和HfC的本征脆性和较差的抗氧化性限制了它们在高温结构材料领域的应用。最近研究表明，在二元TiC陶瓷中加入Al形成的三元Ti-Al-C陶瓷具有较高的韧性和优异的高温抗氧化性能。本论文从Ti-Al-C陶瓷得到启示，通过在HfC中加入Al合成了三元Hf-Al-C陶瓷及其复合材料，并系统的研究了它们的微观结构、力学和热学性能。
在Hf-Al-C体系中，我们发现了一种新的三元陶瓷HfAl4C4。采用X射线衍射和高分辨透射电镜分析技术确定了HfAl4C4的晶体结构，并获得了相应的晶格参数及原子位置。以Hf粉、Al粉和C粉为原料在1900℃，用原位反应热压法合成了主要含有HfAl4C4和Hf2Al4C5的复合材料，并对其微观结构和力学性能进行了研究。Hf-Al-C陶瓷模量低于二元陶瓷HfC，但是它的韧性和强度远远优于HfC。此外，高温模量研究结果表明三元陶瓷具有更优异的高温刚性，在1400℃仍能保持其室温刚性的81％，在1550℃能保持室温刚性的79％，因此是潜在的优良高温结构材料。
采用高分辨透射电镜和Z衬度高分辨像技术对Hf-Al-C陶瓷原子尺度的微观结构进行了系统研究。HfAl4C4具有较小的晶粒尺寸和各向异性的晶粒形貌。晶粒内部存在大量的堆垛层错，并有Hf-Al-C陶瓷的多种共生现象，同时发现了Hf4Al12C13和Hf8Al20C23两个新型化合物。此外，我们首次在三元层状陶瓷中直接观测到了反相筹。高分辨像显示晶粒的晶界没有非晶相的存在。
以Hf粉、Al粉和C粉为原料，用原位反应热压法合成了Hf2Al4C5与石墨的复合材料。复合材料由细的长条状Hf2Al4C5和细条及板状石墨颗粒组成。石墨晶粒随着含量的增高趋于团聚，多呈板块状。相比于基体材料，复合材料具有相对低的硬度、强度和模量;但是断裂韧性却得提升。通过对复合材料微观结构的分析，研究了石墨作为弱第二相提高韧性的机理:石墨颗粒起到了扭折和偏转裂纹耗散应力的作用。复合材料具有很好的高温性能，如含有20vol.％石墨的复合材料在1550℃能保持其室温刚性的93.7％，是优异的高温结构材料。复合材料比单相Hf2[Al(Si)]4C5陶瓷具有更高的比热和热导率。第二相石墨的加入，有利于耗散热应力，从而改善材料抵抗冲击和断裂的能力，因此复合材料具有比基体更好的抗热震性能。
以Hf粉、铝粉、Si粉和C粉为原料，用原位反应热压法合成了Hf2Al4C5-SiC复合材料。复合材料由长条状Hf2Al4C5和SiC晶粒组成。SiC的加入抑制了Hf2Al4C5晶粒的生长。复合材料中Hf2Al4C5晶粒要比单相Hf2Al4C5陶瓷晶粒细小的多。SiC颗粒起到了颗粒增强的作用，裂纹在扩展过程中，发生了偏转和桥接，使得断裂过程中耗散了更多的能量。因此，复合材料具有比单相Hf2[Al(Si)]4C5陶瓷更高的强度和韧性。Hf2Al4C5-30vol.％SiC复合材料在1550℃能保持较高的刚性，约为其室温刚性的81.2％，是理想的高温结构材料。在1450℃以上内耗成指数式增加并且伴随着刚性的加速衰减。