研究陶瓷前驅體熱穩定性的實驗方法之一:光譜分析技術。①傅里葉變換紅外光譜(FT-IR):用于分析陶瓷前驅體的化學鍵和官能團結構。通過比較不同溫度下的 FT-IR 光譜,觀察化學鍵的振動吸收峰的變化,了解前驅體在受熱過程中化學鍵的斷裂和重組情況,從而評估其熱穩定性。例如,某些化學鍵的吸收峰在高溫下減弱或消失,可能意味著這些化學鍵發生了斷裂,前驅體的結構發生了變化。②拉曼光譜:與 FT-IR 類似,拉曼光譜也可以提供關于陶瓷前驅體化學鍵和結構的信息。通過分析拉曼光譜中特征峰的位置、強度和寬度等變化,研究前驅體在高溫下的結構演變,判斷其熱穩定性。采用 3D 打印技術與陶瓷前驅體相結合,可以制造出復雜形狀的陶瓷構件。浙江耐酸堿陶瓷前驅體應用領域
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。江蘇防腐蝕陶瓷前驅體應用領域選擇合適的陶瓷前驅體是制備高性能陶瓷的關鍵步驟之一。
陶瓷前驅體在能源領域的具體應用案例:一、太陽能電池領域:在鈣鈦礦太陽能電池中,陶瓷前驅體可以用于制備鈣鈦礦材料。通過溶液法或氣相沉積法,將含有鉛、碘、甲胺等元素的陶瓷前驅體轉化為具有優異光電性能的鈣鈦礦薄膜。這種鈣鈦礦薄膜具有高吸收系數、長載流子擴散長度和合適的禁帶寬度,能夠有效提高太陽能電池的光電轉換效率。二、催化領域:浙江大學機械 306 實驗室錢森煜碩士生基于墨水直寫式打印,研制了一款具有聚甲基丙烯酸甲酯微球的陶瓷前驅體打印墨水,通過打印和燒結,制備了具有二級孔隙的多孔 SiC 陶瓷,并將其運用于甲醇重整制氫載體,以提高微反應器的氫氣產量。在 280°C 的溫度和 30000ml?g-1?h-1 的空速下,其甲醇轉化率和產氫量分別可達 90.95% 和 44.96ml/min。
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。掃描電子顯微鏡可以觀察陶瓷前驅體的微觀形貌和顆粒大小。
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,其中聚合物前驅體包含下述幾項:①聚碳硅烷:結構中含有硅原子和碳原子相間成鍵,熱解后能得到 SiC 陶瓷。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,合成方法有脫氯和熱解重排法、開環聚合法、縮聚合成法和硅氫加成法等。②聚硅氮烷:結構以 Si-N 鍵為主鏈,熱解后可得到 Si?N?或 Si-C-N 陶瓷,在信息、電子、航空、航天等領域應用較多。③聚硼氮烷:結構中以 B-N 鍵為主鏈,熱解后能得到 B?N?陶瓷。氮化硼陶瓷具有密度小、熔點高、高溫力學性能好、介電性能優良、具有潤滑性等特點,是飛行器透波結構件的推薦材料。④元素摻雜的陶瓷前驅體:含鈦、鋯、鉿、鋁、鈮、鉬等異質元素,可解決陶瓷功能單一化的問題,能制備出難熔金屬碳化物、硼化物和氮化物。
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。浙江耐酸堿陶瓷前驅體應用領域
在陶瓷前驅體的制備過程中,需要嚴格控制反應溫度和時間,以確保其質量和性能。浙江耐酸堿陶瓷前驅體應用領域
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。浙江耐酸堿陶瓷前驅體應用領域