陶瓷前驅體種類繁多,包括超高溫陶瓷(ZrC、ZrB?、HfC、HfB?)前驅體聚合物、聚碳硅烷、聚碳氮烷、元素摻雜的聚碳硅烷、反應型含硅硼氮單源陶瓷前驅體以及其他無機或有機前驅體、混合有機前驅體等。超高溫陶瓷前驅體是指通過熱解可以生成金屬碳化物和硼化物等超高溫陶瓷的一類聚合物。聚碳硅烷是指結構中含有硅原子和碳原子相間成鍵,并且熱解后能得到 SiC 陶瓷的一類聚合物的總稱,廣泛應用于納米陶瓷微粉、陶瓷薄膜、涂層、多孔陶瓷等材料的制備。聚硅氮烷是指結構中以 Si-N 鍵為主鏈,并且熱解后能得到 Si?N?或 Si-C-N 陶瓷的一類聚合物的總稱,廣泛應用于信息、電子、航空、航天等領域。隨著科技的不斷進步,陶瓷前驅體的制備技術和應用領域也在不斷拓展。防腐蝕陶瓷前驅體性能
陶瓷前驅體在能源領域的應用面臨諸多挑戰:材料合成與制備方面。①精確控制化學組成和微觀結構:要實現陶瓷前驅體在能源應用中的高性能,需精確控制其化學組成和微觀結構。例如,在固體氧化物燃料電池中,電解質和電極材料的離子電導率、電子電導率等性能與化學組成和微觀結構密切相關。但在實際合成過程中,難以精確控制各元素的比例和分布,以及納米級的微觀結構,這會導致材料性能的波動和不穩定。②提高制備工藝的可重復性和規模化生產能力:目前一些先進的陶瓷前驅體制備技術,如溶膠 - 凝膠法、水熱法等,雖然能夠制備出高性能的陶瓷材料,但這些方法往往工藝復雜、成本較高,且難以實現大規模的工業化生產。同時,制備過程中的微小變化可能會對材料性能產生較大影響,導致工藝的可重復性較差。耐酸堿陶瓷前驅體復合材料熱壓燒結是將陶瓷前驅體轉化為致密陶瓷材料的常用工藝之一。
陶瓷前驅體可用于制備軟磁陶瓷材料,如鐵氧體陶瓷前驅體。軟磁陶瓷材料具有高磁導率、低矯頑力和低損耗等特點,常用于制作電感器、變壓器、磁頭等電子元件,在電力電子、通信等領域有重要應用。部分陶瓷前驅體可用于制備硬磁陶瓷材料,如鋇鐵氧體(BaFe??O??)、鍶鐵氧體(SrFe??O??)等。硬磁陶瓷材料具有較高的剩磁和矯頑力,能夠長期保持磁性,常用于制造永磁電機、揚聲器、磁傳感器等器件。一些陶瓷前驅體材料具有溫度敏感特性,可用于制備溫度傳感器。例如,熱敏陶瓷前驅體可以通過測量其電阻隨溫度的變化來實現對溫度的精確測量和控制,廣泛應用于工業自動化、家電、汽車等領域。
常見的陶瓷前驅體主要包括聚合物前驅體、金屬有機前驅體和溶膠 - 凝膠前驅體等,其中溶膠 - 凝膠前驅體如下:①金屬醇鹽溶液:如硅酸乙酯、鋁酸異丙酯等的溶液,通過控制水解和聚合過程來形成固體氧化物陶瓷。在制備過程中,金屬醇鹽先與水發生水解反應,生成相應的金屬氫氧化物或羥基化合物,然后這些產物之間發生縮聚反應,形成三維網絡結構的溶膠,進一步陳化和干燥后得到凝膠,經過高溫燒結得到陶瓷材料。②螯合前驅體溶液:通過螯合劑與金屬離子形成穩定的螯合物,再經過一系列處理得到陶瓷前驅體。例如,在制備鈦酸鋇陶瓷時,可采用檸檬酸等螯合劑與鋇離子、鈦離子形成螯合前驅體溶液,這種方法可以精確控制金屬離子的比例和分布,有利于提高陶瓷的性能。陶瓷前驅體制備的多孔陶瓷材料具有高比表面積和良好的吸附性能,可用于廢水處理和氣體凈化。
常見的陶瓷前驅體主要包括聚合物前驅體、金屬有機前驅體和溶膠 - 凝膠前驅體等,其中金屬有機前驅體包含下述:①金屬醇鹽:如鈦酸丁酯等,是制備鈦酸鹽陶瓷的常用前驅體。在溶膠 - 凝膠法中,金屬醇鹽通過水解和縮聚反應,可形成金屬氧化物陶瓷。以鈦酸丁酯為前驅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生水解,生成氫氧化鈦,再經過加熱脫水等過程,得到二氧化鈦陶瓷。②金屬有機框架(MOFs):具有多孔結構和可調節的化學組成,可作為金屬氧化物或金屬陶瓷的前驅體。MOFs 在高溫下分解,能夠產生特定組成和形貌的金屬氧化物或金屬陶瓷材料。陶瓷前驅體的比表面積和孔徑分布可以通過氮氣吸附 - 脫附實驗來測定。耐酸堿陶瓷前驅體復合材料
了解陶瓷前驅體的特性和制備工藝,對于從事材料科學研究和生產的人員來說至關重要。防腐蝕陶瓷前驅體性能
以下是一些可以輔助研究陶瓷前驅體熱穩定性的分析技術:動態力學分析(DMA)。①原理:在周期性外力作用下,測量陶瓷前驅體的動態力學性能,如儲能模量、損耗模量和損耗因子等隨溫度的變化。通過分析這些參數的變化,可以了解前驅體的玻璃化轉變溫度、分子鏈的運動狀態以及材料的熱穩定性。②應用:確定陶瓷前驅體的玻璃化轉變溫度,評估其在不同溫度下的力學性能變化。例如,在陶瓷前驅體制備過程中,DMA 可以幫助優化工藝參數,以獲得具有良好熱穩定性和力學性能的陶瓷材料。防腐蝕陶瓷前驅體性能