陶瓷前驱体的制备方法主要有溶胶 - 凝胶法、聚合物前驱体法和有机 - 无机杂化法等。溶胶 - 凝胶法是制备氧化锆、氧化铪纳米粉体的主要技术路线,优点是大幅拓展了陶瓷产物的种类,可制备出难熔金属碳化物、硼化物和氮化物,但也存在有效浓度低、稳定性差、易沉降和析出、不易储存等缺点。聚合物前驱体法包括金属有机聚合物法和金属杂化聚合物法,优点是可以实现对聚合物分子结构的多样化设计,具有不需要碳热或硼热还原就能得到无氧难熔金属陶瓷的优越性,容易实现对无氧陶瓷组成的控制等,但也存在 M-B 键多为离子键,稳定性较差等问题。有机 - 无机杂化法是将金属或其氧化物粉体、含金属的化合物分散于溶液之中,经后处理、热解制备出超高温陶瓷,优点是原料来源易得到、成本低廉,溶剂无毒性、对环境无污染,制备工艺简单、周期短且可控程度高,对试验设备要求低,但也存在此法制备的前驱体为非均相体系,稳定性差,所得陶瓷元素分布不均匀等缺点。高校和科研机构在陶瓷前驱体的研究方面取得了许多重要成果。陕西陶瓷涂料陶瓷前驱体盐雾
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。浙江船舶材料陶瓷前驱体应用领域阻抗谱分析可以研究陶瓷前驱体的电学性能和导电机制。
陶瓷前驱体是获得目标陶瓷产物前的一种存在形式,大多是以有机 - 无机配合物或混合物固体存在,也有部分是以溶胶形式存在。一般先通过合成一定组成的聚合物,聚合物再经高温裂解得到陶瓷。使用陶瓷前驱体可以制备出高硬度、高温稳定性、化学稳定性、绝缘性、耐磨性等优异性能的先进陶瓷材料。此外,相较于先进陶瓷材料,陶瓷前驱体可以实现多种成型工艺,如注模压制、离子蒸发沉积、喷雾干燥等,制备出多种形态的陶瓷材料,如薄膜、涂层、纤维、多孔体等,满足不同领域的特殊需求。
从电磁屏蔽材料和复杂结构部件制造这两个方面来说,以聚碳硅烷 / 烯丙基酚醛(PCS/APR)为聚合物陶瓷前驱体,制备的多层 SiC/CNT 复合膜,在有 50μm 的厚度下,具有高达 73dB 的电磁屏蔽效能。烧蚀实验表明,复合膜成功克服了碳纳米管膜易被烧蚀氧化的特点,且在烧蚀后,仍然具有 30dB 电磁屏蔽效能,满足电磁屏蔽材料的屏蔽效能商用标准。陶瓷增材制造技术通常采用陶瓷前驱体为原料,通过光固化等增材制造技术得到具有复杂精细结构的陶瓷坯体,再经过脱脂、烧结等工艺,得到精密陶瓷部件。光固化陶瓷 3D 打印技术可以制造出既轻又强的部件,还能实现复杂结构的制造,为设计师提供了更大的自由度。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。
陶瓷前驱体可用于制备半导体衬底。这些衬一些陶瓷前驱体具有良好的流动性和可塑性,可以通过注模压制的方法制备出各种形状复杂的陶瓷坯体。例如,将液态的陶瓷前驱体注入模具中,经过固化和高温处理,即可得到所需形状的陶瓷制品。利用离子蒸发沉积技术,可以将陶瓷前驱体蒸发成离子状态,然后在基底上沉积形成陶瓷薄膜或涂层。这种方法可以精确控制陶瓷薄膜的厚度和成分,广泛应用于电子、光学等领域。将陶瓷前驱体溶液通过喷雾干燥的方法制备成球形的陶瓷粉末,这种粉末具有良好的流动性和可压性,适合用于制备高性能的陶瓷制品。底具有优良的热导率、化学稳定性和机械性能,能够为半导体器件提供稳定的支撑和良好的电学性能,广泛应用于高频、高压、高功率电子器件。一些陶瓷前驱体可以制备成具有特定电学性能的电极材料,如氧化铟锡(ITO)陶瓷前驱体可用于制备透明导电电极,常用于液晶显示器、有机发光二极管等器件中,实现良好的导电和透光性能。陶瓷前驱体还可用于制备半导体器件中的绝缘层,如二氧化硅(SiO?)陶瓷前驱体可以通过化学气相沉积等方法在半导体表面形成高质量的绝缘层,用于隔离不同的导电区域,防止漏电和短路,提高器件的性能和稳定性。纳米级的陶瓷前驱体颗粒有助于提高陶瓷材料的致密性和强度。陕西陶瓷涂料陶瓷前驱体盐雾
在陶瓷前驱体的制备过程中,需要严格控制反应温度和时间,以确保其质量和性能。陕西陶瓷涂料陶瓷前驱体盐雾
陶瓷前驱体在能源领域的具体应用案例:一、太阳能电池领域:在钙钛矿太阳能电池中,陶瓷前驱体可以用于制备钙钛矿材料。通过溶液法或气相沉积法,将含有铅、碘、甲胺等元素的陶瓷前驱体转化为具有优异光电性能的钙钛矿薄膜。这种钙钛矿薄膜具有高吸收系数、长载流子扩散长度和合适的禁带宽度,能够有效提高太阳能电池的光电转换效率。二、催化领域:浙江大学机械 306 实验室钱森煜硕士生基于墨水直写式打印,研制了一款具有聚甲基丙烯酸甲酯微球的陶瓷前驱体打印墨水,通过打印和烧结,制备了具有二级孔隙的多孔 SiC 陶瓷,并将其运用于甲醇重整制氢载体,以提高微反应器的氢气产量。在 280°C 的温度和 30000ml?g-1?h-1 的空速下,其甲醇转化率和产氢量分别可达 90.95% 和 44.96ml/min。陕西陶瓷涂料陶瓷前驱体盐雾