研究陶瓷前驅(qū)體熱穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)方法之一:結(jié)構(gòu)分析技術(shù)。①X 射線衍射(XRD):在不同溫度下對(duì)陶瓷前驅(qū)體進(jìn)行 XRD 分析,觀察其物相組成和晶體結(jié)構(gòu)的變化。如果在高溫下前驅(qū)體的物相發(fā)生明顯變化,如出現(xiàn)新的相或原有相的峰位、峰強(qiáng)發(fā)生改變,說(shuō)明其熱穩(wěn)定性受到影響。通過(guò)對(duì)比不同溫度下的 XRD 圖譜,可以了解前驅(qū)體的熱分解過(guò)程和產(chǎn)物的結(jié)晶情況。②透射電子顯微鏡(TEM):可以觀察陶瓷前驅(qū)體在納米尺度下的微觀結(jié)構(gòu),如晶粒尺寸、形貌、晶格結(jié)構(gòu)等。在高溫處理前后,通過(guò) TEM 觀察前驅(qū)體的微觀結(jié)構(gòu)變化,判斷其熱穩(wěn)定性。例如,若高溫處理后晶粒長(zhǎng)大、晶格畸變或出現(xiàn)新的相界面,表明前驅(qū)體的熱穩(wěn)定性不佳。陶瓷前驅(qū)體的成型工藝包括模壓成型、注射成型和流延成型等多種方法。陜西船舶材料陶瓷前驅(qū)體
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。江蘇陶瓷前驅(qū)體纖維這種陶瓷前驅(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。
后處理過(guò)程中,為了提高陶瓷材料的性能,可以采用以下2種方法:①燒結(jié):根據(jù)陶瓷材料的種類和所需的性能,確定合適的燒結(jié)溫度和時(shí)間。高溫下的燒結(jié)能促進(jìn)顆粒結(jié)合和晶體生長(zhǎng),增強(qiáng)陶瓷的力學(xué)性能。通常使用惰性氣氛(如氮?dú)饣驓鍤猓﹣?lái)防止氧化和雜質(zhì)的形成,以確保陶瓷的純度和穩(wěn)定性。燒結(jié)過(guò)程需要使用專門設(shè)計(jì)的燒結(jié)爐,其具有精確的溫度控制和環(huán)境管理功能,以確保燒結(jié)過(guò)程的穩(wěn)定性和一致性。②表面處理:使用研磨工具和材料對(duì)陶瓷成品進(jìn)行研磨和拋光,去除表面的粗糙度、瑕疵和不規(guī)則性,使得陶瓷表面更加光滑和均勻,提高其耐腐蝕性和耐磨性。根據(jù)需求,對(duì)陶瓷成品進(jìn)行涂層處理。涂層可提供額外的保護(hù)、改變表面性能或增加特定功能,常見(jiàn)涂層包括陶瓷涂層、金屬涂層和有機(jī)涂層等。
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,其中金屬有機(jī)前驅(qū)體包含下述:①金屬醇鹽:如鈦酸丁酯等,是制備鈦酸鹽陶瓷的常用前驅(qū)體。在溶膠 - 凝膠法中,金屬醇鹽通過(guò)水解和縮聚反應(yīng),可形成金屬氧化物陶瓷。以鈦酸丁酯為前驅(qū)體制備二氧化鈦陶瓷時(shí),鈦酸丁酯在水和催化劑的作用下發(fā)生水解,生成氫氧化鈦,再經(jīng)過(guò)加熱脫水等過(guò)程,得到二氧化鈦陶瓷。②金屬有機(jī)框架(MOFs):具有多孔結(jié)構(gòu)和可調(diào)節(jié)的化學(xué)組成,可作為金屬氧化物或金屬陶瓷的前驅(qū)體。MOFs 在高溫下分解,能夠產(chǎn)生特定組成和形貌的金屬氧化物或金屬陶瓷材料。陶瓷前驅(qū)體的力學(xué)性能測(cè)試包括硬度、強(qiáng)度和韌性等指標(biāo)的測(cè)量。
陶瓷前驅(qū)體是制備陶瓷電容器介質(zhì)材料的重要原料。通過(guò)選擇不同的陶瓷前驅(qū)體和制備工藝,可以調(diào)控陶瓷材料的介電常數(shù)、損耗因子等性能,以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)電容器的要求。例如,鈦酸鋇(BaTiO?)陶瓷前驅(qū)體是一種常用的高介電常數(shù)材料,可用于制備大容量的陶瓷電容器。MLCC 是一種廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備中的小型化電容器,其制造過(guò)程中需要使用陶瓷前驅(qū)體。將陶瓷前驅(qū)體漿料印刷或涂覆在電極材料上,然后經(jīng)過(guò)疊層、燒結(jié)等工藝,形成多層結(jié)構(gòu)的陶瓷電容器,具有體積小、容量大、高頻特性好等優(yōu)點(diǎn)。冷凍干燥法是一種制備陶瓷前驅(qū)體的有效方法,能夠保留其原始的微觀結(jié)構(gòu)。湖北耐酸堿陶瓷前驅(qū)體應(yīng)用領(lǐng)域
陶瓷前驅(qū)體的比表面積和孔徑分布可以通過(guò)氮?dú)馕?- 脫附實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定。陜西船舶材料陶瓷前驅(qū)體
陶瓷前驅(qū)體的選擇需要考慮反應(yīng)活性、成本與可獲取性及環(huán)境健康影響:①與其他組分的反應(yīng)性:如果制備過(guò)程中涉及多種前驅(qū)體或添加劑,要考慮前驅(qū)體與它們之間的反應(yīng)活性,確保反應(yīng)能按預(yù)期進(jìn)行,形成所需的陶瓷相。②分解溫度與速率:前驅(qū)體的分解溫度和速率會(huì)影響陶瓷的制備工藝和性能。分解溫度應(yīng)適中,分解速率要可控,以保證陶瓷的形成過(guò)程均勻、穩(wěn)定。③成本因素:前驅(qū)體的成本直接影響陶瓷的生產(chǎn)成本,在滿足性能要求的前提下,應(yīng)選擇成本較低的前驅(qū)體,以提高經(jīng)濟(jì)效益。④可獲取性與供應(yīng)穩(wěn)定性:前驅(qū)體應(yīng)易于獲取,且供應(yīng)穩(wěn)定,避免因原料短缺影響生產(chǎn)。⑤毒性與安全性:選擇前驅(qū)體時(shí)要考慮其毒性和對(duì)人體健康的影響,盡量選擇低毒、安全的前驅(qū)體,以保障生產(chǎn)人員的安全和環(huán)境的友好。⑥環(huán)境友好性:前驅(qū)體的制備和使用過(guò)程應(yīng)盡量減少對(duì)環(huán)境的污染,符合環(huán)保要求。陜西船舶材料陶瓷前驅(qū)體