常见的陶瓷前驱体主要包括聚合物前驱体、金属有机前驱体和溶胶 - 凝胶前驱体等,其中溶胶 - 凝胶前驱体如下:①金属醇盐溶液:如硅酸乙酯、铝酸异丙酯等的溶液,通过控制水解和聚合过程来形成固体氧化物陶瓷。在制备过程中,金属醇盐先与水发生水解反应,生成相应的金属氢氧化物或羟基化合物,然后这些产物之间发生缩聚反应,形成三维网络结构的溶胶,进一步陈化和干燥后得到凝胶,经过高温烧结得到陶瓷材料。②螯合前驱体溶液:通过螯合剂与金属离子形成稳定的螯合物,再经过一系列处理得到陶瓷前驱体。例如,在制备钛酸钡陶瓷时,可采用柠檬酸等螯合剂与钡离子、钛离子形成螯合前驱体溶液,这种方法可以精确控制金属离子的比例和分布,有利于提高陶瓷的性能。含有稀土元素的陶瓷前驱体可以改善陶瓷的光学性能,用于制造光学器件。江苏陶瓷涂料陶瓷前驱体粘接剂
溶胶 - 凝胶法是一种常用的陶瓷前驱体制备方法。如制备氧化锆陶瓷前驱体,可将锆的醇盐(如四丁氧基锆)溶解在有机溶剂(如乙醇)中,形成均匀的溶液。然后加入适量的水和催化剂(如盐酸),使锆醇盐发生水解和缩聚反应,生成氧化锆溶胶。经过陈化、干燥等处理后,得到氧化锆陶瓷前驱体粉末。以聚碳硅烷制备碳化硅陶瓷前驱体为例,首先通过硅烷(如甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷等)的水解和缩聚反应,合成含有硅 - 碳键的聚合物聚碳硅烷。然后将聚碳硅烷进行高温裂解,在裂解过程中,聚合物发生结构重排和化学键的断裂与重组,转化为碳化硅陶瓷。在这个过程中,可以通过调节原料的比例、反应条件等,控制聚碳硅烷的分子结构和性能,从而影响碳化硅陶瓷的质量和性能。
北京陶瓷涂料陶瓷前驱体应用领域金属有机陶瓷前驱体能够制备出兼具金属和陶瓷特性的复合材料,应用于航空发动机等领域。
某些陶瓷前驱体可以作为药物载体,实现药物的可控释放。例如,磷酸二氢铝陶瓷前驱体具有良好的生物相容性和一定的孔隙结构,能够负载药物并在体内缓慢释放,提高药物的疗效和靶向性。将陶瓷前驱体与药物结合制备成缓释微球,可以延长药物的作用时间,减少药物的给药频率和副作用。例如,利用生物可降解的陶瓷前驱体制备的缓释微球,能够在体内逐渐降解并释放药物,实现药物的长期缓释。陶瓷前驱体可以与生物活性分子结合,促进神经细胞的生长和分化,用于神经组织的修复和再生。例如,通过在陶瓷前驱体表面修饰神经生长因子等生物活性物质,可以制备出具有神经诱导活性的支架材料,促进神经组织的修复。一些陶瓷前驱体可以与生物材料复合,制备出具有良好生物相容性和透气性的皮肤组织工程支架,用于皮肤缺损的修复。例如,将陶瓷前驱体与胶原蛋白等生物材料结合,可以制备出能够促进皮肤细胞生长和愈合的支架材料。
后处理过程中,为了提高陶瓷材料的性能,可以采用以下2种方法:①烧结:根据陶瓷材料的种类和所需的性能,确定合适的烧结温度和时间。高温下的烧结能促进颗粒结合和晶体生长,增强陶瓷的力学性能。通常使用惰性气氛(如氮气或氩气)来防止氧化和杂质的形成,以确保陶瓷的纯度和稳定性。烧结过程需要使用专门设计的烧结炉,其具有精确的温度控制和环境管理功能,以确保烧结过程的稳定性和一致性。②表面处理:使用研磨工具和材料对陶瓷成品进行研磨和抛光,去除表面的粗糙度、瑕疵和不规则性,使得陶瓷表面更加光滑和均匀,提高其耐腐蚀性和耐磨性。根据需求,对陶瓷成品进行涂层处理。涂层可提供额外的保护、改变表面性能或增加特定功能,常见涂层包括陶瓷涂层、金属涂层和有机涂层等。以陶瓷前驱体为原料制备的陶瓷基复合材料,在汽车刹车片和航空航天结构件等方面有重要应用。
陶瓷前驱体在航天领域具有广阔的应用前景,主要体现在制备工艺改进:①快速成型:近年来,陶瓷前驱体的快速成型技术得到了发展。如北京理工大学张中伟教授团队开发的具有原位自增密的陶瓷基复合材料快速制备技术 ViSfP-TiCOP,大幅缩减了工艺周期,实现了陶瓷基复合材料的低成本、高通量及快速化制备。②复杂结构制造:陶瓷前驱体可用于制造复杂形状的航天部件。通过增材制造技术,如光固化 3D 打印等,可以直接将陶瓷前驱体转化为具有复杂内部结构和精细外形的陶瓷部件,为航天部件的设计和制造提供了更大的自由度,能够满足航天器对特殊结构和功能的需求。陶瓷前驱体在脱脂过程中,需要控制升温速率,以防止产生裂纹和变形。北京陶瓷涂料陶瓷前驱体应用领域
陶瓷前驱体的市场需求正在逐年增加,尤其是在制造业和新能源领域。江苏陶瓷涂料陶瓷前驱体粘接剂
陶瓷前驱体在航天领域具有广阔的应用前景,主要体现在材料性能提升:①高温稳定性:随着航天技术的发展,航天器在大气层内高速飞行以及进入外层空间时会面临极端高温环境。陶瓷前驱体可制备出超高温陶瓷材料,如碳化铪、碳化锆等,这些材料具有极高的熔点和优异的高温稳定性,能有效保护航天器在高温下的结构完整性。②抗氧化性能:一些陶瓷前驱体制备的陶瓷基复合材料在高温下具有良好的抗氧化性能。如采用前驱体浸渍裂解工艺制备的 C/SiBCN 材料,比 C/SiC 具有更优异的高温抗氧化性能,在 1400℃下空气中的氧化动力学常数 kp 明显低于 SiC 陶瓷。③轻量化:陶瓷前驱体可以通过精确的分子设计和制备工艺,实现材料的轻量化。在航天领域,减轻航天器的重量对于提高其性能和降低发射成本至关重要。采用陶瓷前驱体制备的陶瓷基复合材料具有高比强度和比模量,在保证结构强度的同时,能够***减轻航天器的重量。江苏陶瓷涂料陶瓷前驱体粘接剂