碳纖維表面涂層改性是指在碳纖維表面制備涂層，依靠涂層材料的高溫穩定性和抗氧化性阻止纖維表面與外界含氧氣氛直接接觸，從而達到提高碳纖維高溫抗氧化性的目的，目前常用于碳纖維的表面涂層主要有陶瓷涂層、金屬涂層、玻璃涂層、復合涂層等。

陶瓷涂層

陶瓷涂層具有良好的高溫穩定性和耐腐蝕性，且具備高強度等優勢，是迄今為止研究最多、最深入的涂層體系。常見陶瓷涂層主要有：碳化物、氮化物、氧化物涂層等。由于碳與碳化物的界面化學穩定性高，碳化物涂層常被作為碳纖維高溫抗氧化保護涂層的首選之一。此外，目前較為常見的氮化物涂層有氮化硼、氮化硅、氮化鋁等，常見的氧化物涂層有二氧化鈦、二氧化硅、氧化鋁、二氧化鋯等。

金屬涂層

金屬涂層熔點較高，能夠有效改善碳纖維的高溫抗氧化性，而在改善碳纖維與金屬鋁的潤濕性方面鎳涂層有著顯著效果。除作為高溫抗氧化材料外，金屬涂層還是良好的磁性物質，可與碳纖維結合形成同軸結構材料和具有電磁雙重吸收機制的吸波材料，在提高吸波性能方面具有傳統單一吸波材料無法比擬的優勢。

玻璃涂層

玻璃涂層是早期研發的一種高溫抗氧化涂層，玻璃涂層的種類由最初的氧化硼玻璃逐步發展到硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、以及復合玻璃涂層體系。玻璃涂層的工藝較簡單，原料容易獲取，制備成本低，但單一的玻璃涂層在溫度超過600~1100℃后流動性很大且容易揮發，大大降低涂層的使用壽命。

復合涂層

復合涂層是將幾種單一涂層進行合理復合化以形成多相復合涂層體系，從而通過各涂層之間的優勢互補實現碳纖維高溫抗氧化的多重保護作用。常見的復合涂層有氧化鋁－二氧化鋯、氧化鋁－二氧化鈦、銅－二氧化鋯涂層等。

高溫抗氧化涂層材料至少應該滿足以下要求：不與碳纖維發生化學反應，與碳纖維之間有良好的物理相容性和化學相容性。其需具備高熔點、低飽和蒸汽壓、低氧氣滲透率等特點，不能對氧化反應有催化效應。此外，還要求高溫抗氧化涂層材料的致密性盡可能高，具備高溫自愈合能力，能夠在高溫下形成流動的玻璃相，進一步填充基體表面及內部的裂紋、孔隙等缺陷，提高碳纖維的高溫抗氧化性。