研究陶瓷前驅(qū)體熱穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)方法之一:熱分析技術(shù)。①熱重分析(TGA):通過測(cè)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(píng)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(cè)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(cè)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(qiáng)弱,可以判斷前驅(qū)體的熱穩(wěn)定性。這種陶瓷前驅(qū)體在高溫下能夠快速裂解,轉(zhuǎn)化為具有良好力學(xué)性能的陶瓷材料。上海特種材料陶瓷前驅(qū)體應(yīng)用領(lǐng)域
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。浙江陶瓷前驅(qū)體纖維陶瓷前驅(qū)體在脫脂過程中,需要控制升溫速率,以防止產(chǎn)生裂紋和變形。
陶瓷前驅(qū)體在組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用將不斷拓展。通過與生物活性因子、細(xì)胞等相結(jié)合,陶瓷前驅(qū)體可以構(gòu)建出具有生物活性的組織工程支架,促進(jìn)組織的再生和修復(fù)。例如,利用陶瓷前驅(qū)體制備的骨組織工程支架,可以引導(dǎo)骨細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化,加速骨缺損的愈合。陶瓷前驅(qū)體將與其他材料如金屬、高分子材料等進(jìn)行復(fù)合應(yīng)用,以充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)勢(shì),彌補(bǔ)單一材料的不足。例如,將陶瓷前驅(qū)體與金屬材料復(fù)合,可以提高植入物的強(qiáng)度和韌性;與高分子材料復(fù)合,可以改善材料的柔韌性和加工性能。隨著陶瓷前驅(qū)體材料研究的不斷深入和技術(shù)的不斷成熟,其在臨床應(yīng)用中的范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。除了現(xiàn)有的骨科、牙科等領(lǐng)域,還將在心血管、神經(jīng)、眼科等其他醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到更多的應(yīng)用。
陶瓷前驅(qū)體可用于制備半導(dǎo)體襯底。這些襯一些陶瓷前驅(qū)體具有良好的流動(dòng)性和可塑性,可以通過注模壓制的方法制備出各種形狀復(fù)雜的陶瓷坯體。例如,將液態(tài)的陶瓷前驅(qū)體注入模具中,經(jīng)過固化和高溫處理,即可得到所需形狀的陶瓷制品。利用離子蒸發(fā)沉積技術(shù),可以將陶瓷前驅(qū)體蒸發(fā)成離子狀態(tài),然后在基底上沉積形成陶瓷薄膜或涂層。這種方法可以精確控制陶瓷薄膜的厚度和成分,廣泛應(yīng)用于電子、光學(xué)等領(lǐng)域。將陶瓷前驅(qū)體溶液通過噴霧干燥的方法制備成球形的陶瓷粉末,這種粉末具有良好的流動(dòng)性和可壓性,適合用于制備高性能的陶瓷制品。底具有優(yōu)良的熱導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能,能夠?yàn)榘雽?dǎo)體器件提供穩(wěn)定的支撐和良好的電學(xué)性能,廣泛應(yīng)用于高頻、高壓、高功率電子器件。一些陶瓷前驅(qū)體可以制備成具有特定電學(xué)性能的電極材料,如氧化銦錫(ITO)陶瓷前驅(qū)體可用于制備透明導(dǎo)電電極,常用于液晶顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管等器件中,實(shí)現(xiàn)良好的導(dǎo)電和透光性能。陶瓷前驅(qū)體還可用于制備半導(dǎo)體器件中的絕緣層,如二氧化硅(SiO?)陶瓷前驅(qū)體可以通過化學(xué)氣相沉積等方法在半導(dǎo)體表面形成高質(zhì)量的絕緣層,用于隔離不同的導(dǎo)電區(qū)域,防止漏電和短路,提高器件的性能和穩(wěn)定性。熱壓燒結(jié)是將陶瓷前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為致密陶瓷材料的常用工藝之一。
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。企業(yè)正在加大對(duì)陶瓷前驅(qū)體研發(fā)的投入,以提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。浙江船舶材料陶瓷前驅(qū)體
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。上海特種材料陶瓷前驅(qū)體應(yīng)用領(lǐng)域
陶瓷前驅(qū)體可用于制備軟磁陶瓷材料,如鐵氧體陶瓷前驅(qū)體。軟磁陶瓷材料具有高磁導(dǎo)率、低矯頑力和低損耗等特點(diǎn),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(lǐng)域有重要應(yīng)用。部分陶瓷前驅(qū)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(zhǎng)期保持磁性,常用于制造永磁電機(jī)、揚(yáng)聲器、磁傳感器等器件。一些陶瓷前驅(qū)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(qū)體可以通過測(cè)量其電阻隨溫度的變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精確測(cè)量和控制,廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、家電、汽車等領(lǐng)域。上海特種材料陶瓷前驅(qū)體應(yīng)用領(lǐng)域