研究陶瓷前驱体热稳定性的实验方法之一:结构分析技术。①X 射线衍射(XRD):在不同温度下对陶瓷前驱体进行 XRD 分析,观察其物相组成和晶体结构的变化。如果在高温下前驱体的物相发生明显变化,如出现新的相或原有相的峰位、峰强发生改变,说明其热稳定性受到影响。通过对比不同温度下的 XRD 图谱,可以了解前驱体的热分解过程和产物的结晶情况。②透射电子显微镜(TEM):可以观察陶瓷前驱体在纳米尺度下的微观结构,如晶粒尺寸、形貌、晶格结构等。在高温处理前后,通过 TEM 观察前驱体的微观结构变化,判断其热稳定性。例如,若高温处理后晶粒长大、晶格畸变或出现新的相界面,表明前驱体的热稳定性不佳。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。上海耐高温陶瓷前驱体应用领域
后处理过程中,为了提高陶瓷材料的性能,可以采用以下3种方法:①热处理:烧结后的陶瓷材料内部可能存在内应力,通过适当的热处理可以消除这些内应力,提高材料的韧性和抗疲劳性能。通过控制热处理的温度和时间,可以改变陶瓷材料的微观结构,如晶粒尺寸、相组成等,从而优化材料的性能。②:增韧处理:利用某些陶瓷材料在特定条件下发生相变时产生的体积变化和应力,来阻碍裂纹的扩展,从而提高陶瓷的韧性,如氧化锆陶瓷的相变增韧。在陶瓷基体中添加纤维或颗粒状的增强相,如碳纤维、碳化硅颗粒等,通过纤维或颗粒与基体之间的界面结合和相互作用,提高陶瓷材料的强度和韧性。③化学处理:通过化学溶液处理、气相沉积等方法,在陶瓷表面引入特定的化学基团或涂层,改变陶瓷表面的化学性质,提高其耐腐蚀性、生物相容性等性能。将陶瓷材料浸泡在含有特定离子的溶液中,使陶瓷表面的离子与溶液中的离子发生交换,从而改变陶瓷表面的成分和性能。广东特种材料陶瓷前驱体复合材料研究人员通过对陶瓷前驱体的成分进行优化,成功提高了陶瓷材料的耐高温性能。
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,其中聚合物前驱体包含下述几项:①聚碳硅烷:结构中含有硅原子和碳原子相间成键,热解后能得到 SiC 陶瓷。应用于纳米陶瓷微粉、陶瓷薄膜、涂层、多孔陶瓷等材料的制备,合成方法有脱氯和热解重排法、开环聚合法、缩聚合成法和硅氢加成法等。②聚硅氮烷:结构以 Si-N 键为主链,热解后可得到 Si?N?或 Si-C-N 陶瓷,在信息、电子、航空、航天等领域应用较多。③聚硼氮烷:结构中以 B-N 键为主链,热解后能得到 B?N?陶瓷。氮化硼陶瓷具有密度小、熔点高、高温力学性能好、介电性能优良、具有润滑性等特点,是飞行器透波结构件的推荐材料。④元素掺杂的陶瓷前驱体:含钛、锆、铪、铝、铌、钼等异质元素,可解决陶瓷功能单一化的问题,能制备出难熔金属碳化物、硼化物和氮化物。
以下是一些可以辅助研究陶瓷前驱体热稳定性的分析技术:动态力学分析(DMA)。①原理:在周期性外力作用下,测量陶瓷前驱体的动态力学性能,如储能模量、损耗模量和损耗因子等随温度的变化。通过分析这些参数的变化,可以了解前驱体的玻璃化转变温度、分子链的运动状态以及材料的热稳定性。②应用:确定陶瓷前驱体的玻璃化转变温度,评估其在不同温度下的力学性能变化。例如,在陶瓷前驱体制备过程中,DMA 可以帮助优化工艺参数,以获得具有良好热稳定性和力学性能的陶瓷材料。利用静电纺丝技术结合陶瓷前驱体热解,可以制备出直径均匀、性能优异的陶瓷纤维。
目前,陶瓷前驱体的研究在国内外都受到了广泛的关注。国内技术较日本、德国等国家仍处于追赶阶段,在陶瓷前驱体的开发技术与应用领域的研究也在持续深入,还存在着研究能力较弱,研究成果产业化转化实力不足等诸多问题。未来,陶瓷前驱体的发展趋势将向更长时间、更高服役温度、更高力学强度方向发展,为此亟需开展无氧陶瓷前驱体、多元复相陶瓷前驱体等新型超高温陶瓷前驱体的开发。同时,随着科技的不断进步,陶瓷前驱体的制备方法和应用领域也将不断拓展和创新。国家出台了一系列政策支持陶瓷前驱体相关产业的发展。陕西陶瓷涂料陶瓷前驱体性能
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。上海耐高温陶瓷前驱体应用领域
陶瓷前驱体的选择需要考虑反应活性、成本与可获取性及环境健康影响:①与其他组分的反应性:如果制备过程中涉及多种前驱体或添加剂,要考虑前驱体与它们之间的反应活性,确保反应能按预期进行,形成所需的陶瓷相。②分解温度与速率:前驱体的分解温度和速率会影响陶瓷的制备工艺和性能。分解温度应适中,分解速率要可控,以保证陶瓷的形成过程均匀、稳定。③成本因素:前驱体的成本直接影响陶瓷的生产成本,在满足性能要求的前提下,应选择成本较低的前驱体,以提高经济效益。④可获取性与供应稳定性:前驱体应易于获取,且供应稳定,避免因原料短缺影响生产。⑤毒性与安全性:选择前驱体时要考虑其毒性和对人体健康的影响,尽量选择低毒、安全的前驱体,以保障生产人员的安全和环境的友好。⑥环境友好性:前驱体的制备和使用过程应尽量减少对环境的污染,符合环保要求。上海耐高温陶瓷前驱体应用领域