從電磁屏蔽材料和復雜結構部件制造這兩個方面來說,以聚碳硅烷 / 烯丙基酚醛(PCS/APR)為聚合物陶瓷前驅體,制備的多層 SiC/CNT 復合膜,在有 50μm 的厚度下,具有高達 73dB 的電磁屏蔽效能。燒蝕實驗表明,復合膜成功克服了碳納米管膜易被燒蝕氧化的特點,且在燒蝕后,仍然具有 30dB 電磁屏蔽效能,滿足電磁屏蔽材料的屏蔽效能商用標準。陶瓷增材制造技術通常采用陶瓷前驅體為原料,通過光固化等增材制造技術得到具有復雜精細結構的陶瓷坯體,再經過脫脂、燒結等工藝,得到精密陶瓷部件。光固化陶瓷 3D 打印技術可以制造出既輕又強的部件,還能實現復雜結構的制造,為設計師提供了更大的自由度。陶瓷前驅體轉化法制備的碳化硼陶瓷具有高硬度和低密度的特點,是一種理想的防彈材料。北京防腐蝕陶瓷前驅體涂料
陶瓷前驅體在航天領域具有廣闊的應用前景,主要體現在應用領域拓展:①熱防護系統:陶瓷前驅體制備的陶瓷基復合材料可用于航天器的熱防護系統,如航天飛機的機翼前緣、鼻錐等部位。這些材料能夠承受高溫氣流的沖刷和熱輻射,保護航天器內部的結構和設備免受高溫破壞。②航空發動機:陶瓷前驅體可用于制備航空發動機的熱障涂層、渦輪葉片等部件。熱障涂層能夠有效降低發動機部件的工作溫度,提高發動機的效率和可靠性;渦輪葉片采用陶瓷基復合材料制造,可以在高溫下保持良好的力學性能,提高發動機的推力和燃油經濟性。③衛星部件:陶瓷前驅體可用于制造衛星的天線、太陽能電池板支撐結構等部件。陶瓷材料具有優異的電絕緣性能、熱穩定性和抗輻射性能,能夠保證衛星在復雜的空間環境下長期穩定工作。江蘇陶瓷樹脂陶瓷前驅體鹽霧石墨烯改性的陶瓷前驅體能夠顯著提高陶瓷材料的導電性和導熱性。
熱重分析(TGA)實驗中,升溫速率對陶瓷前驅體熱穩定性研究有以下幾方面影響:①對失重溫度的影響:較高的升溫速率會使陶瓷前驅體的失重溫度向高溫方向移動。這是因為在快速升溫過程中,樣品內部的溫度梯度較大,傳熱需要一定的時間,導致樣品表面和內部的反應不同步。②對失重速率的影響:升溫速率越快,失重速率通常也會增大。因為在快速升溫時,陶瓷前驅體內部的反應可能在較短時間內集中進行,導致失重速率加快。比如,在陶瓷前驅體的熱分解反應中,較高的升溫速率可能使分解反應在更短的時間內達到較高的分解速率。③對殘余物含量的影響:不同的升溫速率可能會導致殘余物的含量有所不同。一般來說,升溫速率較快時,可能會使某些反應不完全,從而影響殘余物的含量。④對熱重曲線形狀的影響:較大的升溫速率會使TGA曲線變得更加陡峭,而較小的升溫速率則使曲線更加平緩。這是因為較快的升溫速率使得樣品在短時間內經歷更大的溫度變化,從而加速了質量的損失。此外,升溫速率快往往不利于中間產物的檢出,使熱重曲線的拐點不明顯;升溫速率慢,則可以顯示熱重曲線的全過程。
常見的陶瓷前驅體主要包括聚合物前驅體、金屬有機前驅體和溶膠 - 凝膠前驅體等,其中溶膠 - 凝膠前驅體如下:①金屬醇鹽溶液:如硅酸乙酯、鋁酸異丙酯等的溶液,通過控制水解和聚合過程來形成固體氧化物陶瓷。在制備過程中,金屬醇鹽先與水發生水解反應,生成相應的金屬氫氧化物或羥基化合物,然后這些產物之間發生縮聚反應,形成三維網絡結構的溶膠,進一步陳化和干燥后得到凝膠,經過高溫燒結得到陶瓷材料。②螯合前驅體溶液:通過螯合劑與金屬離子形成穩定的螯合物,再經過一系列處理得到陶瓷前驅體。例如,在制備鈦酸鋇陶瓷時,可采用檸檬酸等螯合劑與鋇離子、鈦離子形成螯合前驅體溶液,這種方法可以精確控制金屬離子的比例和分布,有利于提高陶瓷的性能。陶瓷前驅體的比表面積和孔徑分布可以通過氮氣吸附 - 脫附實驗來測定。
常見的陶瓷前驅體主要包括聚合物前驅體、金屬有機前驅體和溶膠 - 凝膠前驅體等,其中金屬有機前驅體包含下述:①金屬醇鹽:如鈦酸丁酯等,是制備鈦酸鹽陶瓷的常用前驅體。在溶膠 - 凝膠法中,金屬醇鹽通過水解和縮聚反應,可形成金屬氧化物陶瓷。以鈦酸丁酯為前驅體制備二氧化鈦陶瓷時,鈦酸丁酯在水和催化劑的作用下發生水解,生成氫氧化鈦,再經過加熱脫水等過程,得到二氧化鈦陶瓷。②金屬有機框架(MOFs):具有多孔結構和可調節的化學組成,可作為金屬氧化物或金屬陶瓷的前驅體。MOFs 在高溫下分解,能夠產生特定組成和形貌的金屬氧化物或金屬陶瓷材料。陶瓷前驅體在脫脂過程中,需要控制升溫速率,以防止產生裂紋和變形。甘肅耐酸堿陶瓷前驅體性能
冷凍干燥法是一種制備陶瓷前驅體的有效方法,能夠保留其原始的微觀結構。北京防腐蝕陶瓷前驅體涂料
陶瓷前驅體的制備方法主要有溶膠 - 凝膠法、聚合物前驅體法和有機 - 無機雜化法等。溶膠 - 凝膠法是制備氧化鋯、氧化鉿納米粉體的主要技術路線,優點是大幅拓展了陶瓷產物的種類,可制備出難熔金屬碳化物、硼化物和氮化物,但也存在有效濃度低、穩定性差、易沉降和析出、不易儲存等缺點。聚合物前驅體法包括金屬有機聚合物法和金屬雜化聚合物法,優點是可以實現對聚合物分子結構的多樣化設計,具有不需要碳熱或硼熱還原就能得到無氧難熔金屬陶瓷的優越性,容易實現對無氧陶瓷組成的控制等,但也存在 M-B 鍵多為離子鍵,穩定性較差等問題。有機 - 無機雜化法是將金屬或其氧化物粉體、含金屬的化合物分散于溶液之中,經后處理、熱解制備出超高溫陶瓷,優點是原料來源易得到、成本低廉,溶劑無毒性、對環境無污染,制備工藝簡單、周期短且可控程度高,對試驗設備要求低,但也存在此法制備的前驅體為非均相體系,穩定性差,所得陶瓷元素分布不均勻等缺點。北京防腐蝕陶瓷前驅體涂料