隨著 3D 打印技術等先進制造技術的發展,陶瓷前驅體在生物醫學領域的應用將更加注重個性化定制。根據患者的具體需求和解剖結構,利用 3D 打印技術可以精確地制造出具有個性化形狀和尺寸的植入物,提高植入物與患者組織的匹配度,減少手術創傷和并發癥的發生。未來的陶瓷前驅體材料將不局限于提供力學支撐和生物相容性,還將集成多種功能,如藥物緩釋、生物傳感、成像等。例如,將陶瓷前驅體與藥物載體相結合,實現藥物的可控釋放,提高藥物的療效;或者在陶瓷前驅體中引入傳感元件,實時監測人體的生理參數,為疾病的診斷提供依據。新型液態聚碳硅烷陶瓷前驅體的出現,為碳化硅基超高溫陶瓷及復合材料的制備提供了新的途徑。浙江船舶材料陶瓷前驅體性能
陶瓷前驅體是獲得目標陶瓷產物前的一種存在形式,大多是以有機 - 無機配合物或混合物固體存在,也有部分是以溶膠形式存在。一般先通過合成一定組成的聚合物,聚合物再經高溫裂解得到陶瓷。使用陶瓷前驅體可以制備出高硬度、高溫穩定性、化學穩定性、絕緣性、耐磨性等優異性能的先進陶瓷材料。此外,相較于先進陶瓷材料,陶瓷前驅體可以實現多種成型工藝,如注模壓制、離子蒸發沉積、噴霧干燥等,制備出多種形態的陶瓷材料,如薄膜、涂層、纖維、多孔體等,滿足不同領域的特殊需求。內蒙古陶瓷前驅體應用領域含有稀土元素的陶瓷前驅體可以改善陶瓷的光學性能,用于制造光學器件。
陶瓷前驅體種類繁多,包括超高溫陶瓷(ZrC、ZrB?、HfC、HfB?)前驅體聚合物、聚碳硅烷、聚碳氮烷、元素摻雜的聚碳硅烷、反應型含硅硼氮單源陶瓷前驅體以及其他無機或有機前驅體、混合有機前驅體等。超高溫陶瓷前驅體是指通過熱解可以生成金屬碳化物和硼化物等超高溫陶瓷的一類聚合物。聚碳硅烷是指結構中含有硅原子和碳原子相間成鍵,并且熱解后能得到 SiC 陶瓷的一類聚合物的總稱,廣泛應用于納米陶瓷微粉、陶瓷薄膜、涂層、多孔陶瓷等材料的制備。聚硅氮烷是指結構中以 Si-N 鍵為主鏈,并且熱解后能得到 Si?N?或 Si-C-N 陶瓷的一類聚合物的總稱,廣泛應用于信息、電子、航空、航天等領域。
氧化鋯、氧化鋁等陶瓷前驅體可用于制備生物相容性良好的陶瓷材料,用于制作人工關節。氧化鋯陶瓷前驅體制備的人工關節,具有高韌性和低摩擦系數等優點,能夠有效替代受損的關節組織,恢復關節功能,減少疼痛和并發癥的發生。陶瓷前驅體可用于制造全瓷牙冠、瓷貼面、人工種植牙根等牙科修復體。例如,氧化鋁陶瓷前驅體具有高硬度和良好的耐磨性,可制備出耐用且美觀的牙科修復體,有效恢復牙齒的功能和美觀。一些陶瓷前驅體可以制備成具有多孔結構的骨組織工程支架,為骨細胞的生長和組織再生提供支撐。例如,磷酸鈣陶瓷前驅體可以通過特定的工藝制備出與人體骨組織相似的多孔支架,促進骨組織的長入和愈合。未來,陶瓷前驅體有望在更多領域實現產業化應用,推動相關行業的發展。
陶瓷前驅體的選擇需要考慮化學組成與純度:①目標陶瓷的化學組成:要確保前驅體的化學組成與目標陶瓷相匹配,以保證能得到期望的陶瓷材料。如制備氧化鋁陶瓷,需選擇含鋁元素的合適前驅體。②純度要求:前驅體的純度對陶瓷性能影響明顯,高純度的前驅體可減少雜質對陶瓷性能的不良影響,如降低電導率、強度等,像電子陶瓷領域,通常要求前驅體純度極高。同時也需考慮物理性質:①形態與粒度:前驅體的形態(如粉末、溶液、膠體等)和粒度分布會影響后續加工和陶瓷的微觀結構。粉末狀前驅體的粒度細且分布均勻,有利于提高陶瓷的致密度和性能。②溶解性與分散性:在制備過程中,若需要將前驅體溶解或分散在溶劑中,其溶解性和分散性就很重要。良好的溶解性和分散性可保證前驅體在體系中均勻分布,如溶膠 - 凝膠法中,金屬醇鹽需能在溶劑中充分溶解并均勻分散。③熱穩定性:前驅體應具有一定的熱穩定性,在后續熱處理過程中不發生過早分解或其他副反應,否則會影響陶瓷的形成和性能。生物陶瓷前驅體可以用于制備人工骨骼和牙齒等生物醫學材料,具有良好的生物相容性。湖北耐酸堿陶瓷前驅體涂料
國際上關于陶瓷前驅體的學術交流活動日益頻繁,促進了該領域的發展。浙江船舶材料陶瓷前驅體性能
陶瓷前驅體的選擇需要考慮反應活性、成本與可獲取性及環境健康影響:①與其他組分的反應性:如果制備過程中涉及多種前驅體或添加劑,要考慮前驅體與它們之間的反應活性,確保反應能按預期進行,形成所需的陶瓷相。②分解溫度與速率:前驅體的分解溫度和速率會影響陶瓷的制備工藝和性能。分解溫度應適中,分解速率要可控,以保證陶瓷的形成過程均勻、穩定。③成本因素:前驅體的成本直接影響陶瓷的生產成本,在滿足性能要求的前提下,應選擇成本較低的前驅體,以提高經濟效益。④可獲取性與供應穩定性:前驅體應易于獲取,且供應穩定,避免因原料短缺影響生產。⑤毒性與安全性:選擇前驅體時要考慮其毒性和對人體健康的影響,盡量選擇低毒、安全的前驅體,以保障生產人員的安全和環境的友好。⑥環境友好性:前驅體的制備和使用過程應盡量減少對環境的污染,符合環保要求。浙江船舶材料陶瓷前驅體性能
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