目前,陶瓷前驅體的研究在國內外都受到了廣泛的關注。國內技術較日本、德國等國家仍處于追趕階段,在陶瓷前驅體的開發技術與應用領域的研究也在持續深入,還存在著研究能力較弱,研究成果產業化轉化實力不足等諸多問題。未來,陶瓷前驅體的發展趨勢將向更長時間、更高服役溫度、更高力學強度方向發展,為此亟需開展無氧陶瓷前驅體、多元復相陶瓷前驅體等新型超高溫陶瓷前驅體的開發。同時,隨著科技的不斷進步,陶瓷前驅體的制備方法和應用領域也將不斷拓展和創新。陶瓷前驅體的市場需求正在逐年增加,尤其是在制造業和新能源領域。江蘇特種材料陶瓷前驅體涂料
陶瓷前驅體在航天領域有廣泛的應用,從熱防護系統角度來講:①陶瓷基復合材料熱結構部件:如 C/SiC 復合材料,可用于飛行器的熱防護系統頭錐、迎風面大面積部位、翼前緣和體襟翼等。通過前驅體浸漬裂解工藝制備的 C/SiBCN 材料,比 C/SiC 具有更優異的高溫抗氧化性能。在 1400℃下空氣中的氧化動力學常數 kp 明顯低于 SiC 陶瓷,且 C/SiBCN 復合材料室溫下彎曲強度 489MPa,在 1600℃彎曲強度仍達到 450MPa 以上。②超高溫陶瓷防熱材料:利用陶瓷前驅體可制備超高溫納米復相陶瓷,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合成的單源先驅體,經放電等離子燒結技術制備出的此類陶瓷,在 2200℃的燒蝕實驗中表現出極低的線燒蝕率,為 - 0.58μm/s。山西陶瓷樹脂陶瓷前驅體復合材料國家出臺了一系列政策支持陶瓷前驅體相關產業的發展。
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:熱機械分析(TMA)。①原理:在程序控溫下,測量陶瓷前驅體在受熱過程中尺寸或形變隨溫度的變化。通過記錄樣品的膨脹、收縮或其他尺寸變化,可以了解其在不同溫度下的熱膨脹行為和結構變化。②應用:確定陶瓷前驅體的熱膨脹系數,判斷其在加熱過程中是否發生相變、燒結等引起尺寸突變的現象。例如,在陶瓷前驅體的燒結過程中,TMA 可以監測其收縮行為,確定較適合燒結溫度范圍。
人工智能和大數據的發展離不開高性能的計算芯片和存儲設備。陶瓷前驅體在制備高性能的半導體材料和封裝材料方面具有重要作用,有助于提高計算芯片的性能和存儲設備的可靠性,為人工智能和大數據的發展提供支持。新能源汽車的快速發展,對電子元件的耐高溫、耐腐蝕、高可靠性等性能提出了更高要求。陶瓷前驅體可用于制備新能源汽車中的電池管理系統、電機驅動系統等關鍵部件的電子元件,具有廣闊的應用前景。陶瓷前驅體的制備過程較為復雜,成本相對較高,這在一定程度上限制了其大規模應用。通過優化制備工藝、提高生產效率、降低原材料消耗等方式,可以有效降低陶瓷前驅體的成本。目前,陶瓷前驅體在電子領域的應用還缺乏統一的標準和規范,這給產品的質量控制和市場推廣帶來了一定的困難。相關行業組織和企業應加強合作,共同制定陶瓷前驅體的標準和規范,促進市場的健康發展。陶瓷前驅體轉化法制備的碳化硼陶瓷具有高硬度和低密度的特點,是一種理想的防彈材料。
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。國際上關于陶瓷前驅體的學術交流活動日益頻繁,促進了該領域的發展。山西陶瓷樹脂陶瓷前驅體復合材料
熱重分析可以確定陶瓷前驅體的熱分解溫度和陶瓷化產率。江蘇特種材料陶瓷前驅體涂料
從電磁屏蔽材料和復雜結構部件制造這兩個方面來說,以聚碳硅烷 / 烯丙基酚醛(PCS/APR)為聚合物陶瓷前驅體,制備的多層 SiC/CNT 復合膜,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。陶瓷增材制造技術通常采用陶瓷前驅體為原料,通過光固化等增材制造技術得到具有復雜精細結構的陶瓷坯體,再經過脫脂、燒結等工藝,得到精密陶瓷部件。光固化陶瓷 3D 打印技術可以制造出既輕又強的部件,還能實現復雜結構的制造,為設計師提供了更大的自由度。江蘇特種材料陶瓷前驅體涂料