在超高温应用领域的材料（局部温度可达2000℃，要高温下也能保持良好性能的结构材料）通常有难熔金属、C/C 复合材料、C/SiC复合材料和超高温陶瓷材料。难熔金属如 W、Mo 等抗热震性及加工性好，但高温抗氧化性能比较差；C/C 复合材料比强度高、膨胀系数低，耐高温烧蚀，但是在极端条件下循环工作时寿命较短；C/SiC 复合材料极大地改善了在有氧环境中材料的烧蚀性，但其长期工作温度小于2000℃，无法达到某些极端环境下长时间工作器件的使用温度，因此综合来说，碳化物在更高的温度下抗氧化性能较好，硬度高，综合性能比较优异。
单组元碳化物：
典型的单组元碳化物陶瓷有ZrC、HfC、TaC等，具有岩盐晶体结构，具有碳化物陶瓷普遍的高温性能，兼具低密度、低热膨胀、线膨胀系数和高硬度等特性。在这些碳化物中HfC 熔点最高，可达3890℃；ZrC的热传导和电传导性能较突出，适于用作涂层材料；而TaC具有较高的弹性和金属度，一般对其高温塑性研究较多。
氧化机理。以HfC为例，在高温氧化后，HfC中通常可以观察到3层氧化结构，包括完全氧化的HfO2外层、未氧化碳化物的内层和夹在二者之间的部分氧化的氧碳化物层，氧碳化物层可以作为氧扩散屏障，保护底层碳化物，使HfC在温度高于1800℃时抗氧化性较好，但低于1500℃时氧化物层易脱落。虽然碳化物陶瓷可自然形成较致密的氧化层，但仍旧无法对基体材料起到良好的保护作用，为增强单组元高温陶瓷材料的抗氧化性能，研究人员通过引入添加相制备了各种复合材料。有研究通过引入0-30%体积分数的SiC发现30% SiC–HfC材料的氧化层底层HfCxOy、SiO2和基体之间粘附性最高，抗烧蚀性能较好。
烧结。碳化物陶瓷共价键较强，烧结时较难致密化，为了获得致密的陶瓷材料，在不添加烧结助剂的情况下，烧结过程需要高压（100MPa）和极高温（2100~2600℃），限制了其工业应用。但有研究发现在TaC烧结过程中，氧化钽杂质的还原、碳的氧化、碳的升华和氧化钽的升华都可形成蒸汽，进而形成孔隙，所以应控制烧结温度在1900℃以内。同时为消除原材料中的氧杂质，且抑制高温烧结过程中氧化物的生成，需增加C的含量，但烧结后过量的碳可能会残留在晶界，导致密度和力学性能下降。为降低合成粉末中过量碳的最低含量，可将酚醛树脂热解生成的碳包覆在ZrO2颗粒上，增加反应物接触表面，用SPS手段（等离子活化烧结）在C/Zr比为3.2条件下得到了超细ZrC粉体，而后在1750℃、40MPa的环境保温15min，无烧结添加剂的情况下，得到了致密（相对密度98.9%）且晶格氧含量较低的ZrC陶瓷。
添加增韧相。碳化物超高温陶瓷强度较高，但固有的本征脆性极大地限制了其使用范围，同时高温氧化对材料基体造成破坏，也会极大降低材料的高温力学性能。对此，研究人员引入第二相来提高材料韧性，常用的添加相有 SiC、碳纤维和其他高温材料等，如钨、钛，其中 SiC强度高、硬度高、化学稳定性好、热膨胀系数低、导热系数高，细粒在晶界处富集可以阻止晶粒长大，细化组织并提高力学性能。
二组元碳化物：
为探索出高温性能更好的陶瓷材料，研究人员尝试在单组元碳化物的基础上增加过渡金属元素，在多种组合的二元碳化物中，TaC和HfC可以在927℃以上的整个成分区间内保持连续的固溶体结构，（Ta，Hf）C在二元碳化物中拥有最高的熔点和较好的抗氧化性能，是较理想的高温材料。
三元碳化物：
通过电弧熔炼法得到多晶致密（Hf–Zr–Ta）C三元化合物及其单组元和二元碳化物，对比发现含TaC的二元和三元碳化物样品都具有较强的抗氧化能力；TaC的硬度最高，维氏硬度可达34.8GPa，含TaC的二元和三元碳化物的硬度都显著提高，且（Hf，Zr）C的硬度也略高于相应的单碳化物，对于制备的（Zr1/3Nb1/3Ti1/3）C陶瓷，硬度增加，韧性变化不大，可以发现，过渡金属元素种类的添加会造成晶格畸变，导致硬度增强，但韧性的提升与否还需参考具体元素种类。
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