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江蘇耐酸堿陶瓷前驅(qū)體復(fù)合材料

來源: 發(fā)布時(shí)間:2025-04-03

研究陶瓷前驅(qū)體熱穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)方法之一:結(jié)構(gòu)分析技術(shù)。①X 射線衍射(XRD):在不同溫度下對陶瓷前驅(qū)體進(jìn)行 XRD 分析,觀察其物相組成和晶體結(jié)構(gòu)的變化。如果在高溫下前驅(qū)體的物相發(fā)生明顯變化,如出現(xiàn)新的相或原有相的峰位、峰強(qiáng)發(fā)生改變,說明其熱穩(wěn)定性受到影響。通過對比不同溫度下的 XRD 圖譜,可以了解前驅(qū)體的熱分解過程和產(chǎn)物的結(jié)晶情況。②透射電子顯微鏡(TEM):可以觀察陶瓷前驅(qū)體在納米尺度下的微觀結(jié)構(gòu),如晶粒尺寸、形貌、晶格結(jié)構(gòu)等。在高溫處理前后,通過 TEM 觀察前驅(qū)體的微觀結(jié)構(gòu)變化,判斷其熱穩(wěn)定性。例如,若高溫處理后晶粒長大、晶格畸變或出現(xiàn)新的相界面,表明前驅(qū)體的熱穩(wěn)定性不佳。陶瓷前驅(qū)體的力學(xué)性能測試包括硬度、強(qiáng)度和韌性等指標(biāo)的測量。江蘇耐酸堿陶瓷前驅(qū)體復(fù)合材料

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陶瓷前驅(qū)體在航天領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用,從熱防護(hù)系統(tǒng)角度來講:①陶瓷基復(fù)合材料熱結(jié)構(gòu)部件:如 C/SiC 復(fù)合材料,可用于飛行器的熱防護(hù)系統(tǒng)頭錐、迎風(fēng)面大面積部位、翼前緣和體襟翼等。通過前驅(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(dòng)力學(xué)常數(shù) kp 明顯低于 SiC 陶瓷,且 C/SiBCN 復(fù)合材料室溫下彎曲強(qiáng)度 489MPa,在 1600℃彎曲強(qiáng)度仍達(dá)到 450MPa 以上。②超高溫陶瓷防熱材料:利用陶瓷前驅(qū)體可制備超高溫納米復(fù)相陶瓷,如 (Ti,Zr,Hf) C/SiC 陶瓷。采用乙烯基聚碳硅烷與含鈦、鋯、鉿的無氧金屬配合物反應(yīng)合成的單源先驅(qū)體,經(jīng)放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備出的此類陶瓷,在 2200℃的燒蝕實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出極低的線燒蝕率,為 - 0.58μm/s。廣東陶瓷樹脂陶瓷前驅(qū)體鹽霧科學(xué)家們正在探索新型的陶瓷前驅(qū)體材料,以滿足航空航天等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅芴沾傻男枨蟆?/p>

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后處理過程中,為了提高陶瓷材料的性能,可以采用以下3種方法:①熱處理:燒結(jié)后的陶瓷材料內(nèi)部可能存在內(nèi)應(yīng)力,通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢韵@些內(nèi)應(yīng)力,提高材料的韌性和抗疲勞性能。通過控制熱處理的溫度和時(shí)間,可以改變陶瓷材料的微觀結(jié)構(gòu),如晶粒尺寸、相組成等,從而優(yōu)化材料的性能。②:增韌處理:利用某些陶瓷材料在特定條件下發(fā)生相變時(shí)產(chǎn)生的體積變化和應(yīng)力,來阻礙裂紋的擴(kuò)展,從而提高陶瓷的韌性,如氧化鋯陶瓷的相變增韌。在陶瓷基體中添加纖維或顆粒狀的增強(qiáng)相,如碳纖維、碳化硅顆粒等,通過纖維或顆粒與基體之間的界面結(jié)合和相互作用,提高陶瓷材料的強(qiáng)度和韌性。③化學(xué)處理:通過化學(xué)溶液處理、氣相沉積等方法,在陶瓷表面引入特定的化學(xué)基團(tuán)或涂層,改變陶瓷表面的化學(xué)性質(zhì),提高其耐腐蝕性、生物相容性等性能。將陶瓷材料浸泡在含有特定離子的溶液中,使陶瓷表面的離子與溶液中的離子發(fā)生交換,從而改變陶瓷表面的成分和性能。

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(huì)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(shí)現(xiàn)對特定氣體的檢測和識(shí)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(shí)會(huì)產(chǎn)生電荷,通過測量電荷的大小可以實(shí)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(diǎn),廣泛應(yīng)用于汽車電子、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。冷凍干燥法是一種制備陶瓷前驅(qū)體的有效方法,能夠保留其原始的微觀結(jié)構(gòu)。

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隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步,陶瓷前驅(qū)體的性能得到了提升。例如,通過對陶瓷前驅(qū)體的配方設(shè)計(jì)和制備工藝的優(yōu)化,可以獲得具有更高介電常數(shù)、更低損耗、更好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能的陶瓷材料,滿足了電子領(lǐng)域?qū)Ω咝阅懿牧系男枨?。如在電容器中,高介電常?shù)的陶瓷前驅(qū)體可使電容器在更小體積下實(shí)現(xiàn)更大容量。陶瓷前驅(qū)體與 3D 打印、光刻等先進(jìn)制造技術(shù)的結(jié)合日益緊密。3D 打印技術(shù)可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求快速制造出復(fù)雜形狀的陶瓷結(jié)構(gòu),為電子元件的小型化、集成化和個(gè)性化設(shè)計(jì)提供了可能。光刻技術(shù)則可實(shí)現(xiàn)陶瓷前驅(qū)體的高精度圖案化,有助于制備高性能的半導(dǎo)體器件和集成電路。水熱合成法可以制備出具有特殊形貌和性能的陶瓷前驅(qū)體。廣東陶瓷樹脂陶瓷前驅(qū)體鹽霧

生物陶瓷前驅(qū)體可以用于制備人工骨骼和牙齒等生物醫(yī)學(xué)材料,具有良好的生物相容性。江蘇耐酸堿陶瓷前驅(qū)體復(fù)合材料

如制備硅硼碳氮(SiBCN)陶瓷前驅(qū)體,將含硅、硼、碳、氮的有機(jī)化合物(如硅烷、硼烷、含氮有機(jī)物等)與無機(jī)化合物(如硼酸、硅粉等)混合,在一定的溫度和氣氛條件下進(jìn)行反應(yīng)。例如,將二甲氧基甲基乙烯基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、甲氧基三甲基硅烷等硅氧烷單體與甲基硼酸溶解于 1,4 - 二氧六環(huán)中,攪拌反應(yīng),旋蒸去除溶劑,得到中間產(chǎn)物。再將中間產(chǎn)物與三乙胺混合,在冰浴環(huán)境下滴加甲基丙烯酰氯,進(jìn)行冰浴反應(yīng),經(jīng)過濾、旋蒸去除沉淀和溶劑,得到液態(tài) SiBCN 陶瓷前驅(qū)體。江蘇耐酸堿陶瓷前驅(qū)體復(fù)合材料