研究陶瓷前驅(qū)體熱穩(wěn)定性的實驗方法之一:熱分析技術(shù)。①熱重分析(TGA):通過測量陶瓷前驅(qū)體在受熱過程中的質(zhì)量變化,來研究其熱分解、氧化等反應(yīng)??梢垣@得前驅(qū)體的起始分解溫度、分解速率、分解產(chǎn)物以及殘留量等信息,從而評估其熱穩(wěn)定性。例如,若前驅(qū)體在較低溫度下就發(fā)生明顯的質(zhì)量損失,說明其熱穩(wěn)定性較差。②差示掃描量熱法(DSC):測量陶瓷前驅(qū)體在加熱或冷卻過程中與參比物之間的熱量差,能夠檢測到前驅(qū)體發(fā)生的相變、結(jié)晶、熔融等熱事件,確定其熱轉(zhuǎn)變溫度和熱效應(yīng)大小。根據(jù)熱轉(zhuǎn)變溫度的高低和熱效應(yīng)的強弱,可以判斷前驅(qū)體的熱穩(wěn)定性。這種陶瓷前驅(qū)體可制成高性能的陶瓷涂層,提高金屬材料的耐腐蝕性和耐磨性。上海陶瓷樹脂陶瓷前驅(qū)體涂料
陶瓷前驅(qū)體在航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,主要體現(xiàn)在材料性能提升:①高溫穩(wěn)定性:隨著航天技術(shù)的發(fā)展,航天器在大氣層內(nèi)高速飛行以及進入外層空間時會面臨極端高溫環(huán)境。陶瓷前驅(qū)體可制備出超高溫陶瓷材料,如碳化鉿、碳化鋯等,這些材料具有極高的熔點和優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性,能有效保護航天器在高溫下的結(jié)構(gòu)完整性。②抗氧化性能:一些陶瓷前驅(qū)體制備的陶瓷基復(fù)合材料在高溫下具有良好的抗氧化性能。如采用前驅(qū)體浸漬裂解工藝制備的 C/SiBCN 材料,比 C/SiC 具有更優(yōu)異的高溫抗氧化性能,在 1400℃下空氣中的氧化動力學(xué)常數(shù) kp 明顯低于 SiC 陶瓷。③輕量化:陶瓷前驅(qū)體可以通過精確的分子設(shè)計和制備工藝,實現(xiàn)材料的輕量化。在航天領(lǐng)域,減輕航天器的重量對于提高其性能和降低發(fā)射成本至關(guān)重要。采用陶瓷前驅(qū)體制備的陶瓷基復(fù)合材料具有高比強度和比模量,在保證結(jié)構(gòu)強度的同時,能夠***減輕航天器的重量。浙江耐酸堿陶瓷前驅(qū)體供應(yīng)商石墨烯改性的陶瓷前驅(qū)體能夠顯著提高陶瓷材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。
陶瓷前驅(qū)體可用于制備氣體敏感陶瓷材料,如氧化錫(SnO?)、氧化鋅(ZnO)等陶瓷前驅(qū)體。這些材料在不同氣體環(huán)境中會發(fā)生表面吸附和化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致電學(xué)性能發(fā)生變化,從而實現(xiàn)對特定氣體的檢測和識別,常用于環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)安全、智能家居等領(lǐng)域。壓電陶瓷前驅(qū)體是制備壓力傳感器的關(guān)鍵材料之一。壓電陶瓷在受到壓力作用時會產(chǎn)生電荷,通過測量電荷的大小可以實現(xiàn)對壓力的測量。壓電陶瓷壓力傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于汽車電子、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
從電磁屏蔽材料和復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(qū)體,制備的多層 SiC/CNT 復(fù)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(fù)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(shù)通常采用陶瓷前驅(qū)體為原料,通過光固化等增材制造技術(shù)得到具有復(fù)雜精細結(jié)構(gòu)的陶瓷坯體,再經(jīng)過脫脂、燒結(jié)等工藝,得到精密陶瓷部件。光固化陶瓷 3D 打印技術(shù)可以制造出既輕又強的部件,還能實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造,為設(shè)計師提供了更大的自由度。陶瓷前驅(qū)體的交聯(lián)特性對陶瓷產(chǎn)品的微觀結(jié)構(gòu)和性能有重要影響。
常見的陶瓷前驅(qū)體主要包括聚合物前驅(qū)體、金屬有機前驅(qū)體和溶膠 - 凝膠前驅(qū)體等,其中金屬有機前驅(qū)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(qū)體。在溶膠 - 凝膠法中,金屬醇鹽通過水解和縮聚反應(yīng),可形成金屬氧化物陶瓷。以鈦酸丁酯為前驅(qū)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(fā)生水解,生成氫氧化鈦,再經(jīng)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(jié)構(gòu)和可調(diào)節(jié)的化學(xué)組成,可作為金屬氧化物或金屬陶瓷的前驅(qū)體。MOFs 在高溫下分解,能夠產(chǎn)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(qū)體的力學(xué)性能測試包括硬度、強度和韌性等指標的測量。上海陶瓷樹脂陶瓷前驅(qū)體涂料
研究人員通過對陶瓷前驅(qū)體的成分進行優(yōu)化,成功提高了陶瓷材料的耐高溫性能。上海陶瓷樹脂陶瓷前驅(qū)體涂料
陶瓷前驅(qū)體在航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,主要體現(xiàn)在應(yīng)用領(lǐng)域拓展:①熱防護系統(tǒng):陶瓷前驅(qū)體制備的陶瓷基復(fù)合材料可用于航天器的熱防護系統(tǒng),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(nèi)部的結(jié)構(gòu)和設(shè)備免受高溫破壞。②航空發(fā)動機:陶瓷前驅(qū)體可用于制備航空發(fā)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(fā)動機部件的工作溫度,提高發(fā)動機的效率和可靠性;渦輪葉片采用陶瓷基復(fù)合材料制造,可以在高溫下保持良好的力學(xué)性能,提高發(fā)動機的推力和燃油經(jīng)濟性。③衛(wèi)星部件:陶瓷前驅(qū)體可用于制造衛(wèi)星的天線、太陽能電池板支撐結(jié)構(gòu)等部件。陶瓷材料具有優(yōu)異的電絕緣性能、熱穩(wěn)定性和抗輻射性能,能夠保證衛(wèi)星在復(fù)雜的空間環(huán)境下長期穩(wěn)定工作。上海陶瓷樹脂陶瓷前驅(qū)體涂料