如制備硅硼碳氮(SiBCN)陶瓷前驅體,將含硅、硼、碳、氮的有機化合物(如硅烷、硼烷、含氮有機物等)與無機化合物(如硼酸、硅粉等)混合,在一定的溫度和氣氛條件下進行反應。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 - 二氧六環中,攪拌反應,旋蒸去除溶劑,得到中間產物。再將中間產物與三乙胺混合,在冰浴環境下滴加甲基丙烯酰氯,進行冰浴反應,經過濾、旋蒸去除沉淀和溶劑,得到液態 SiBCN 陶瓷前驅體。陶瓷前驅體的成型工藝包括模壓成型、注射成型和流延成型等多種方法。耐高溫陶瓷前驅體纖維
聚合物前驅體法是一種制備高性能陶瓷和陶瓷復合材料的方法。其具有以下局限性:①成本較高:聚合物前驅體的合成通常需要使用較為復雜的有機合成方法和特殊的原材料,導致其成本相對較高。這在一定程度上限制了聚合物前驅體法在大規模工業生產中的應用。②裂解過程復雜:聚合物前驅體在熱分解過程中會發生復雜的物理和化學變化,如有機基團的脫除、氣體的釋放、體積收縮等,容易導致陶瓷材料內部產生孔隙、裂紋等缺陷,影響材料的性能。此外,裂解過程中的工藝參數對陶瓷材料的性能影響較大,需要精確控制。③穩定性問題:部分聚合物前驅體對環境條件較為敏感,如對水分、氧氣、溫度等因素敏感,容易發生變質或反應,需要在特殊的儲存和處理條件下使用,增加了制備過程的復雜性和難度。④制備周期長:從聚合物前驅體的合成到陶瓷材料的制備,需要經過多個步驟和較長的時間,包括聚合物的合成、成型、固化和熱分解等過程,生產效率相對較低。陜西防腐蝕陶瓷前驅體涂料金屬有機陶瓷前驅體能夠制備出兼具金屬和陶瓷特性的復合材料,應用于航空發動機等領域。
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。
氧化鋯、氧化鋁等陶瓷前驅體可用于制備生物相容性良好的陶瓷材料,用于制作人工關節。氧化鋯陶瓷前驅體制備的人工關節,具有高韌性和低摩擦系數等優點,能夠有效替代受損的關節組織,恢復關節功能,減少疼痛和并發癥的發生。陶瓷前驅體可用于制造全瓷牙冠、瓷貼面、人工種植牙根等牙科修復體。例如,氧化鋁陶瓷前驅體具有高硬度和良好的耐磨性,可制備出耐用且美觀的牙科修復體,有效恢復牙齒的功能和美觀。一些陶瓷前驅體可以制備成具有多孔結構的骨組織工程支架,為骨細胞的生長和組織再生提供支撐。例如,磷酸鈣陶瓷前驅體可以通過特定的工藝制備出與人體骨組織相似的多孔支架,促進骨組織的長入和愈合。新型液態聚碳硅烷陶瓷前驅體的出現,為碳化硅基超高溫陶瓷及復合材料的制備提供了新的途徑。
陶瓷前驅體的選擇需要考慮化學組成與純度:①目標陶瓷的化學組成:要確保前驅體的化學組成與目標陶瓷相匹配,以保證能得到期望的陶瓷材料。如制備氧化鋁陶瓷,需選擇含鋁元素的合適前驅體。②純度要求:前驅體的純度對陶瓷性能影響明顯,高純度的前驅體可減少雜質對陶瓷性能的不良影響,如降低電導率、強度等,像電子陶瓷領域,通常要求前驅體純度極高。同時也需考慮物理性質:①形態與粒度:前驅體的形態(如粉末、溶液、膠體等)和粒度分布會影響后續加工和陶瓷的微觀結構。粉末狀前驅體的粒度細且分布均勻,有利于提高陶瓷的致密度和性能。②溶解性與分散性:在制備過程中,若需要將前驅體溶解或分散在溶劑中,其溶解性和分散性就很重要。良好的溶解性和分散性可保證前驅體在體系中均勻分布,如溶膠 - 凝膠法中,金屬醇鹽需能在溶劑中充分溶解并均勻分散。③熱穩定性:前驅體應具有一定的熱穩定性,在后續熱處理過程中不發生過早分解或其他副反應,否則會影響陶瓷的形成和性能。對陶瓷前驅體的元素組成進行分析,可以采用能量色散 X 射線光譜等技術。山西耐酸堿陶瓷前驅體供應商
以陶瓷前驅體為原料制備的陶瓷基復合材料,在汽車剎車片和航空航天結構件等方面有重要應用。耐高溫陶瓷前驅體纖維
陶瓷前驅體的選擇需要考慮反應活性、成本與可獲取性及環境健康影響:①與其他組分的反應性:如果制備過程中涉及多種前驅體或添加劑,要考慮前驅體與它們之間的反應活性,確保反應能按預期進行,形成所需的陶瓷相。②分解溫度與速率:前驅體的分解溫度和速率會影響陶瓷的制備工藝和性能。分解溫度應適中,分解速率要可控,以保證陶瓷的形成過程均勻、穩定。③成本因素:前驅體的成本直接影響陶瓷的生產成本,在滿足性能要求的前提下,應選擇成本較低的前驅體,以提高經濟效益。④可獲取性與供應穩定性:前驅體應易于獲取,且供應穩定,避免因原料短缺影響生產。⑤毒性與安全性:選擇前驅體時要考慮其毒性和對人體健康的影響,盡量選擇低毒、安全的前驅體,以保障生產人員的安全和環境的友好。⑥環境友好性:前驅體的制備和使用過程應盡量減少對環境的污染,符合環保要求。耐高溫陶瓷前驅體纖維