陶瓷前驅(qū)體是獲得目標陶瓷產(chǎn)物前的一種存在形式,大多是以有機 - 無機配合物或混合物固體存在,也有部分是以溶膠形式存在。一般先通過合成一定組成的聚合物,聚合物再經(jīng)高溫裂解得到陶瓷。使用陶瓷前驅(qū)體可以制備出高硬度、高溫穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、絕緣性、耐磨性等優(yōu)異性能的先進陶瓷材料。此外,相較于先進陶瓷材料,陶瓷前驅(qū)體可以實現(xiàn)多種成型工藝,如注模壓制、離子蒸發(fā)沉積、噴霧干燥等,制備出多種形態(tài)的陶瓷材料,如薄膜、涂層、纖維、多孔體等,滿足不同領域的特殊需求。利用放電等離子燒結(jié)技術可以制備出具有納米晶結(jié)構(gòu)的陶瓷材料,其陶瓷前驅(qū)體的選擇至關重要。內(nèi)蒙古耐酸堿陶瓷前驅(qū)體價格
氧化鋯、氧化鋁等陶瓷前驅(qū)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(jié)。氧化鋯陶瓷前驅(qū)體制備的人工關節(jié),具有高韌性和低摩擦系數(shù)等優(yōu)點,能夠有效替代受損的關節(jié)組織,恢復關節(jié)功能,減少疼痛和并發(fā)癥的發(fā)生。陶瓷前驅(qū)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(qū)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(qū)體可以制備成具有多孔結(jié)構(gòu)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(qū)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。廣東陶瓷前驅(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電性和導熱性。
陶瓷前驅(qū)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(qū)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(qū)體轉(zhuǎn)化為具有優(yōu)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(shù)、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(zhuǎn)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(qū)體打印墨水,通過打印和燒結(jié),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(chǎn)量。在 280°C 的溫度和 30000ml?g-1?h-1 的空速下,其甲醇轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)氫量分別可達 90.95% 和 44.96ml/min。
陶瓷前驅(qū)體在航天領域有廣泛的應用,從熱防護系統(tǒng)角度來講:①陶瓷基復合材料熱結(jié)構(gòu)部件:如 C/SiC 復合材料,可用于飛行器的熱防護系統(tǒng)頭錐、迎風面大面積部位、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℃下空氣中的氧化動力學常數(shù) 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(qū)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(qū)體,經(jīng)放電等離子燒結(jié)技術制備出的此類陶瓷,在 2200℃的燒蝕實驗中表現(xiàn)出極低的線燒蝕率,為 - 0.58μm/s。磁性陶瓷前驅(qū)體可用于制備高性能的磁性陶瓷材料,應用于電子通訊和電力領域。
以下是一些可以輔助研究陶瓷前驅(qū)體熱穩(wěn)定性的分析技術:氣相色譜 - 質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)。①原理:將氣相色譜的高效分離能力與質(zhì)譜的定性和定量分析能力相結(jié)合,對陶瓷前驅(qū)體在熱分解過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物進行分析。通過鑒定和定量這些揮發(fā)性產(chǎn)物,可以了解前驅(qū)體的熱分解機制和反應路徑。②應用:確定陶瓷前驅(qū)體熱分解過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性產(chǎn)物的種類和含量,推斷其熱分解反應的機理。例如,在研究含有機成分的陶瓷前驅(qū)體時,GC-MS 可以分析其熱分解產(chǎn)生的有機氣體,從而了解有機成分的分解情況。利用傅里葉變換紅外光譜可以分析陶瓷前驅(qū)體的化學結(jié)構(gòu)和官能團。上海特種材料陶瓷前驅(qū)體哪家好
對陶瓷前驅(qū)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。內(nèi)蒙古耐酸堿陶瓷前驅(qū)體價格
陶瓷前驅(qū)體在能源領域的應用面臨諸多挑戰(zhàn):界面兼容性方面。①與其他組件的匹配和結(jié)合:在能源器件中,陶瓷前驅(qū)體材料通常需要與其他組件(如金屬電極、電解質(zhì)膜、密封材料等)配合使用。因此,需要解決陶瓷材料與其他組件之間的界面兼容性問題,包括熱膨脹系數(shù)的匹配、化學穩(wěn)定性的匹配等。如果界面兼容性不好,會導致界面處產(chǎn)生應力、脫落等問題,影響器件的整體性能和可靠性。②界面反應和擴散的控制:在陶瓷前驅(qū)體與其他組件的界面處,可能會發(fā)生化學反應和物質(zhì)擴散,這會改變界面的性質(zhì)和結(jié)構(gòu),對器件性能產(chǎn)生不利影響。例如,在固體氧化物燃料電池中,電極與電解質(zhì)之間的界面反應可能會導致界面電阻增加,降低電池的效率。內(nèi)蒙古耐酸堿陶瓷前驅(qū)體價格