常見的陶瓷前驅(qū)體主要包括聚合物前驅(qū)體、金屬有機(jī)前驅(qū)體和溶膠 - 凝膠前驅(qū)體等,,其中溶膠 - 凝膠前驅(qū)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(fā)生水解反應(yīng),,生成相應(yīng)的金屬氫氧化物或羥基化合物,,然后這些產(chǎn)物之間發(fā)生縮聚反應(yīng),形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的溶膠,,進(jìn)一步陳化和干燥后得到凝膠,,經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)得到陶瓷材料。②螯合前驅(qū)體溶液:通過螯合劑與金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物,,再經(jīng)過一系列處理得到陶瓷前驅(qū)體,。例如,在制備鈦酸鋇陶瓷時(shí),,可采用檸檬酸等螯合劑與鋇離子,、鈦離子形成螯合前驅(qū)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,。含有稀土元素的陶瓷前驅(qū)體可以改善陶瓷的光學(xué)性能,用于制造光學(xué)器件,。江蘇陶瓷涂料陶瓷前驅(qū)體粘接劑
溶膠 - 凝膠法是一種常用的陶瓷前驅(qū)體制備方法,。如制備氧化鋯陶瓷前驅(qū)體,可將鋯的醇鹽(如四丁氧基鋯)溶解在有機(jī)溶劑(如乙醇)中,,形成均勻的溶液,。然后加入適量的水和催化劑(如鹽酸),使鋯醇鹽發(fā)生水解和縮聚反應(yīng),,生成氧化鋯溶膠,。經(jīng)過陳化、干燥等處理后,,得到氧化鋯陶瓷前驅(qū)體粉末,。以聚碳硅烷制備碳化硅陶瓷前驅(qū)體為例,首先通過硅烷(如甲基三氯硅烷,、二甲基二氯硅烷等)的水解和縮聚反應(yīng),,合成含有硅 - 碳鍵的聚合物聚碳硅烷。然后將聚碳硅烷進(jìn)行高溫裂解,在裂解過程中,,聚合物發(fā)生結(jié)構(gòu)重排和化學(xué)鍵的斷裂與重組,,轉(zhuǎn)化為碳化硅陶瓷。在這個(gè)過程中,,可以通過調(diào)節(jié)原料的比例,、反應(yīng)條件等,控制聚碳硅烷的分子結(jié)構(gòu)和性能,,從而影響碳化硅陶瓷的質(zhì)量和性能,。
北京陶瓷涂料陶瓷前驅(qū)體應(yīng)用領(lǐng)域金屬有機(jī)陶瓷前驅(qū)體能夠制備出兼具金屬和陶瓷特性的復(fù)合材料,應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域,。
某些陶瓷前驅(qū)體可以作為藥物載體,,實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放。例如,,磷酸二氫鋁陶瓷前驅(qū)體具有良好的生物相容性和一定的孔隙結(jié)構(gòu),,能夠負(fù)載藥物并在體內(nèi)緩慢釋放,提高藥物的療效和靶向性,。將陶瓷前驅(qū)體與藥物結(jié)合制備成緩釋微球,,可以延長藥物的作用時(shí)間,減少藥物的給藥頻率和副作用,。例如,,利用生物可降解的陶瓷前驅(qū)體制備的緩釋微球,能夠在體內(nèi)逐漸降解并釋放藥物,,實(shí)現(xiàn)藥物的長期緩釋,。陶瓷前驅(qū)體可以與生物活性分子結(jié)合,促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的生長和分化,,用于神經(jīng)組織的修復(fù)和再生,。例如,通過在陶瓷前驅(qū)體表面修飾神經(jīng)生長因子等生物活性物質(zhì),,可以制備出具有神經(jīng)誘導(dǎo)活性的支架材料,,促進(jìn)神經(jīng)組織的修復(fù)。一些陶瓷前驅(qū)體可以與生物材料復(fù)合,,制備出具有良好生物相容性和透氣性的皮膚組織工程支架,,用于皮膚缺損的修復(fù)。例如,,將陶瓷前驅(qū)體與膠原蛋白等生物材料結(jié)合,,可以制備出能夠促進(jìn)皮膚細(xì)胞生長和愈合的支架材料。
后處理過程中,,為了提高陶瓷材料的性能,,可以采用以下2種方法:①燒結(jié):根據(jù)陶瓷材料的種類和所需的性能,,確定合適的燒結(jié)溫度和時(shí)間。高溫下的燒結(jié)能促進(jìn)顆粒結(jié)合和晶體生長,,增強(qiáng)陶瓷的力學(xué)性能,。通常使用惰性氣氛(如氮?dú)饣驓鍤猓﹣矸乐寡趸碗s質(zhì)的形成,以確保陶瓷的純度和穩(wěn)定性,。燒結(jié)過程需要使用專門設(shè)計(jì)的燒結(jié)爐,,其具有精確的溫度控制和環(huán)境管理功能,以確保燒結(jié)過程的穩(wěn)定性和一致性,。②表面處理:使用研磨工具和材料對陶瓷成品進(jìn)行研磨和拋光,,去除表面的粗糙度、瑕疵和不規(guī)則性,,使得陶瓷表面更加光滑和均勻,,提高其耐腐蝕性和耐磨性,。根據(jù)需求,,對陶瓷成品進(jìn)行涂層處理。涂層可提供額外的保護(hù),、改變表面性能或增加特定功能,,常見涂層包括陶瓷涂層、金屬涂層和有機(jī)涂層等,。以陶瓷前驅(qū)體為原料制備的陶瓷基復(fù)合材料,,在汽車剎車片和航空航天結(jié)構(gòu)件等方面有重要應(yīng)用。
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)在制備工藝改進(jìn):①快速成型:近年來,,陶瓷前驅(qū)體的快速成型技術(shù)得到了發(fā)展。如北京理工大學(xué)張中偉教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)的具有原位自增密的陶瓷基復(fù)合材料快速制備技術(shù) ViSfP-TiCOP,,大幅縮減了工藝周期,,實(shí)現(xiàn)了陶瓷基復(fù)合材料的低成本、高通量及快速化制備,。②復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造:陶瓷前驅(qū)體可用于制造復(fù)雜形狀的航天部件,。通過增材制造技術(shù),如光固化 3D 打印等,,可以直接將陶瓷前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)和精細(xì)外形的陶瓷部件,,為航天部件的設(shè)計(jì)和制造提供了更大的自由度,能夠滿足航天器對特殊結(jié)構(gòu)和功能的需求,。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,。北京陶瓷涂料陶瓷前驅(qū)體應(yīng)用領(lǐng)域
陶瓷前驅(qū)體的市場需求正在逐年增加,,尤其是在制造業(yè)和新能源領(lǐng)域,。江蘇陶瓷涂料陶瓷前驅(qū)體粘接劑
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(jìn)入外層空間時(shí)會(huì)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(diǎn)和優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性,能有效保護(hù)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(dòng)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(jì)和制備工藝,實(shí)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(qiáng)度和比模量,,在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的同時(shí),,能夠***減輕航天器的重量。江蘇陶瓷涂料陶瓷前驅(qū)體粘接劑