常見(jiàn)的陶瓷前驅(qū)體主要包括聚合物前驅(qū)體、金屬有機(jī)前驅(qū)體和溶膠 - 凝膠前驅(qū)體等,其中聚合物前驅(qū)體包含下述幾項(xiàng):①聚碳硅烷:結(jié)構(gòu)中含有硅原子和碳原子相間成鍵,熱解后能得到 SiC 陶瓷。應(yīng)用于納米陶瓷微粉、陶瓷薄膜、涂層、多孔陶瓷等材料的制備,合成方法有脫氯和熱解重排法、開(kāi)環(huán)聚合法、縮聚合成法和硅氫加成法等。②聚硅氮烷:結(jié)構(gòu)以 Si-N 鍵為主鏈,熱解后可得到 Si?N?或 Si-C-N 陶瓷,在信息、電子、航空、航天等領(lǐng)域應(yīng)用較多。③聚硼氮烷:結(jié)構(gòu)中以 B-N 鍵為主鏈,熱解后能得到 B?N?陶瓷。氮化硼陶瓷具有密度小、熔點(diǎn)高、高溫力學(xué)性能好、介電性能優(yōu)良、具有潤(rùn)滑性等特點(diǎn),是飛行器透波結(jié)構(gòu)件的推薦材料。④元素?fù)诫s的陶瓷前驅(qū)體:含鈦、鋯、鉿、鋁、鈮、鉬等異質(zhì)元素,可解決陶瓷功能單一化的問(wèn)題,能制備出難熔金屬碳化物、硼化物和氮化物。
這種陶瓷前驅(qū)體在高溫下能夠快速裂解,轉(zhuǎn)化為具有良好力學(xué)性能的陶瓷材料。北京耐高溫陶瓷前驅(qū)體性能
聚合物前驅(qū)體法是一種制備高性能陶瓷和陶瓷復(fù)合材料的方法。其具有以下局限性:①成本較高:聚合物前驅(qū)體的合成通常需要使用較為復(fù)雜的有機(jī)合成方法和特殊的原材料,導(dǎo)致其成本相對(duì)較高。這在一定程度上限制了聚合物前驅(qū)體法在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。②裂解過(guò)程復(fù)雜:聚合物前驅(qū)體在熱分解過(guò)程中會(huì)發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化,如有機(jī)基團(tuán)的脫除、氣體的釋放、體積收縮等,容易導(dǎo)致陶瓷材料內(nèi)部產(chǎn)生孔隙、裂紋等缺陷,影響材料的性能。此外,裂解過(guò)程中的工藝參數(shù)對(duì)陶瓷材料的性能影響較大,需要精確控制。③穩(wěn)定性問(wèn)題:部分聚合物前驅(qū)體對(duì)環(huán)境條件較為敏感,如對(duì)水分、氧氣、溫度等因素敏感,容易發(fā)生變質(zhì)或反應(yīng),需要在特殊的儲(chǔ)存和處理?xiàng)l件下使用,增加了制備過(guò)程的復(fù)雜性和難度。④制備周期長(zhǎng):從聚合物前驅(qū)體的合成到陶瓷材料的制備,需要經(jīng)過(guò)多個(gè)步驟和較長(zhǎng)的時(shí)間,包括聚合物的合成、成型、固化和熱分解等過(guò)程,生產(chǎn)效率相對(duì)較低。甘肅防腐蝕陶瓷前驅(qū)體批發(fā)價(jià)國(guó)際上關(guān)于陶瓷前驅(qū)體的學(xué)術(shù)交流活動(dòng)日益頻繁,促進(jìn)了該領(lǐng)域的發(fā)展。
陶瓷前驅(qū)體在航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,主要體現(xiàn)在材料性能提升:①高溫穩(wěn)定性:隨著航天技術(shù)的發(fā)展,航天器在大氣層內(nèi)高速飛行以及進(jìn)入外層空間時(shí)會(huì)面臨極端高溫環(huán)境。陶瓷前驅(qū)體可制備出超高溫陶瓷材料,如碳化鉿、碳化鋯等,這些材料具有極高的熔點(diǎn)和優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性,能有效保護(hù)航天器在高溫下的結(jié)構(gòu)完整性。②抗氧化性能:一些陶瓷前驅(qū)體制備的陶瓷基復(fù)合材料在高溫下具有良好的抗氧化性能。如采用前驅(qū)體浸漬裂解工藝制備的 C/SiBCN 材料,比 C/SiC 具有更優(yōu)異的高溫抗氧化性能,在 1400℃下空氣中的氧化動(dòng)力學(xué)常數(shù) kp 明顯低于 SiC 陶瓷。③輕量化:陶瓷前驅(qū)體可以通過(guò)精確的分子設(shè)計(jì)和制備工藝,實(shí)現(xiàn)材料的輕量化。在航天領(lǐng)域,減輕航天器的重量對(duì)于提高其性能和降低發(fā)射成本至關(guān)重要。采用陶瓷前驅(qū)體制備的陶瓷基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度和比模量,在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí),能夠***減輕航天器的重量。
陶瓷前驅(qū)體在能源領(lǐng)域的應(yīng)用面臨諸多挑戰(zhàn):界面兼容性方面。①與其他組件的匹配和結(jié)合:在能源器件中,陶瓷前驅(qū)體材料通常需要與其他組件(如金屬電極、電解質(zhì)膜、密封材料等)配合使用。因此,需要解決陶瓷材料與其他組件之間的界面兼容性問(wèn)題,包括熱膨脹系數(shù)的匹配、化學(xué)穩(wěn)定性的匹配等。如果界面兼容性不好,會(huì)導(dǎo)致界面處產(chǎn)生應(yīng)力、脫落等問(wèn)題,影響器件的整體性能和可靠性。②界面反應(yīng)和擴(kuò)散的控制:在陶瓷前驅(qū)體與其他組件的界面處,可能會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)擴(kuò)散,這會(huì)改變界面的性質(zhì)和結(jié)構(gòu),對(duì)器件性能產(chǎn)生不利影響。例如,在固體氧化物燃料電池中,電極與電解質(zhì)之間的界面反應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致界面電阻增加,降低電池的效率。高校和科研機(jī)構(gòu)在陶瓷前驅(qū)體的研究方面取得了許多重要成果。
5G 通信技術(shù)的快速發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用,對(duì)電子元件的性能和數(shù)量提出了更高的要求。陶瓷前驅(qū)體在制備 5G 基站中的濾波器、天線等關(guān)鍵元件以及物聯(lián)網(wǎng)傳感器方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)。例如,陶瓷濾波器具有高選擇性、低損耗等優(yōu)點(diǎn),在 5G 通信中得到了廣泛應(yīng)用。消費(fèi)電子產(chǎn)品如智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等的不斷更新?lián)Q代,對(duì)電子元件的小型化、高性能化和多功能化提出了挑戰(zhàn)。陶瓷前驅(qū)體可用于制備小型化的多層陶瓷電容器、片式電感器等元件,滿足了消費(fèi)電子市場(chǎng)的需求。研究陶瓷前驅(qū)體的降解行為對(duì)于其在環(huán)境友好型材料中的應(yīng)用具有重要意義。廣東防腐蝕陶瓷前驅(qū)體纖維
石墨烯改性的陶瓷前驅(qū)體能夠顯著提高陶瓷材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。北京耐高溫陶瓷前驅(qū)體性能
研究陶瓷前驅(qū)體熱穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)方法之一:熱分析技術(shù)。①熱重分析(TGA):通過(guò)測(cè)量陶瓷前驅(qū)體在受熱過(guò)程中的質(zhì)量變化,來(lái)研究其熱分解、氧化等反應(yīng)。可以獲得前驅(qū)體的起始分解溫度、分解速率、分解產(chǎn)物以及殘留量等信息,從而評(píng)估其熱穩(wěn)定性。例如,若前驅(qū)體在較低溫度下就發(fā)生明顯的質(zhì)量損失,說(shuō)明其熱穩(wěn)定性較差。②差示掃描量熱法(DSC):測(cè)量陶瓷前驅(qū)體在加熱或冷卻過(guò)程中與參比物之間的熱量差,能夠檢測(cè)到前驅(qū)體發(fā)生的相變、結(jié)晶、熔融等熱事件,確定其熱轉(zhuǎn)變溫度和熱效應(yīng)大小。根據(jù)熱轉(zhuǎn)變溫度的高低和熱效應(yīng)的強(qiáng)弱,可以判斷前驅(qū)體的熱穩(wěn)定性。北京耐高溫陶瓷前驅(qū)體性能