甘肅防腐蝕陶瓷前驅(qū)體復(fù)合材料

陶瓷前驅(qū)體種類(lèi)繁多，包括超高溫陶瓷（ZrC、ZrB?、HfC、HfB?）前驅(qū)體聚合物、聚碳硅烷、聚碳氮烷、元素?fù)诫s的聚碳硅烷、反應(yīng)型含硅硼氮單源陶瓷前驅(qū)體以及其他無(wú)機(jī)或有機(jī)前驅(qū)體、混合有機(jī)前驅(qū)體等。超高溫陶瓷前驅(qū)體是指通過(guò)熱解可以生成金屬碳化物和硼化物等超高溫陶瓷的一類(lèi)聚合物。聚碳硅烷是指結(jié)構(gòu)中含有硅原子和碳原子相間成鍵，并且熱解后能得到 SiC 陶瓷的一類(lèi)聚合物的總稱(chēng)，廣泛應(yīng)用于納米陶瓷微粉、陶瓷薄膜、涂層、多孔陶瓷等材料的制備。聚硅氮烷是指結(jié)構(gòu)中以 Si-N 鍵為主鏈，并且熱解后能得到 Si?N?或 Si-C-N 陶瓷的一類(lèi)聚合物的總稱(chēng)，廣泛應(yīng)用于信息、電子、航空、航天等領(lǐng)域。陶瓷前驅(qū)體轉(zhuǎn)化法制備的碳化硼陶瓷具有高硬度和低密度的特點(diǎn)，是一種理想的防彈材料。甘肅防腐蝕陶瓷前驅(qū)體復(fù)合材料

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(guò)測(cè)量陶瓷前驅(qū)體在受熱過(guò)程中的質(zhì)量變化，來(lái)研究其熱分解、氧化等反應(yīng)。可以獲得前驅(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(shuō)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(guò)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。上海陶瓷前驅(qū)體供應(yīng)商熱重分析可以確定陶瓷前驅(qū)體的熱分解溫度和陶瓷化產(chǎn)率。

常見(jiàn)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，其中金屬有機(jī)前驅(qū)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(qū)體。在溶膠 - 凝膠法中，金屬醇鹽通過(guò)水解和縮聚反應(yīng)，可形成金屬氧化物陶瓷。以鈦酸丁酯為前驅(qū)體制備二氧化鈦陶瓷時(shí)，鈦酸丁酯在水和催化劑的作用下發(fā)生水解，生成氫氧化鈦，再經(jīng)過(guò)加熱脫水等過(guò)程，得到二氧化鈦陶瓷。②金屬有機(jī)框架（MOFs）：具有多孔結(jié)構(gòu)和可調(diào)節(jié)的化學(xué)組成，可作為金屬氧化物或金屬陶瓷的前驅(qū)體。MOFs 在高溫下分解，能夠產(chǎn)生特定組成和形貌的金屬氧化物或金屬陶瓷材料。

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(lái)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(guò)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(wú)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(lèi)陶瓷，在 2200℃的燒蝕實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出極低的線(xiàn)燒蝕率，為 - 0.58μm/s。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。

陶瓷前驅(qū)體燃料電池領(lǐng)域的應(yīng)用案例如下：①陶瓷質(zhì)子膜燃料電池：清華大學(xué)助理教授董巖皓與合作者提出界面反應(yīng)燒結(jié)概念，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了可控表面酸處理和共燒技術(shù)，讓氧氣電極層和電解質(zhì)層之間實(shí)現(xiàn)活性鍵合，改善了陶瓷質(zhì)子膜燃料電池的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性。該器件在低至 350 攝氏度時(shí)仍具有鮮明的性能，在 600 攝氏度、450 攝氏度和 350 攝氏度的條件下，分別實(shí)現(xiàn)每平方厘米 1.6 瓦、每平方厘米 650 毫瓦和每平方厘米 300 毫瓦的峰值功率密度。②固體氧化物燃料電池：采用金屬醇鹽、金屬酸鹽或金屬鹵化物等作為陶瓷前驅(qū)體，通過(guò)溶膠 - 凝膠法、水熱法等制備技術(shù)，可以合成具有特定微觀結(jié)構(gòu)和性能的陶瓷電解質(zhì)和電極材料。例如，以釔穩(wěn)定的氧化鋯（YSZ）陶瓷前驅(qū)體制備的電解質(zhì)，具有良好的氧離子導(dǎo)電性，能夠在高溫下實(shí)現(xiàn)高效的氧離子傳導(dǎo)，提高燃料電池的性能。③鋰離子電池領(lǐng)域-正極材料：董巖皓與合作者提出滲鑭均勻包覆和陶瓷粉體行星式離心解團(tuán)等多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，闡述了應(yīng)力腐蝕斷裂主導(dǎo)的衰減機(jī)理，并修正傳統(tǒng)理論框架下的脆性機(jī)械斷裂認(rèn)知。他們以鋰離子電池中常用的正極材料氧化鋰鈷為例，展示了有效的表面鈍化、抑制表面退化，以及改善的電化學(xué)性能，證明其高電壓穩(wěn)定循環(huán)較大可達(dá)到 4.8 伏以陶瓷前驅(qū)體為原料制備的陶瓷基復(fù)合材料，在汽車(chē)剎車(chē)片和航空航天結(jié)構(gòu)件等方面有重要應(yīng)用。陶瓷涂料陶瓷前驅(qū)體鹽霧

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。甘肅防腐蝕陶瓷前驅(qū)體復(fù)合材料

常見(jiàn)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，其中聚合物前驅(qū)體包含下述幾項(xiàng)：①聚碳硅烷：結(jié)構(gòu)中含有硅原子和碳原子相間成鍵，熱解后能得到 SiC 陶瓷。應(yīng)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(kāi)環(huán)聚合法、縮聚合成法和硅氫加成法等。②聚硅氮烷：結(jié)構(gòu)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(lǐng)域應(yīng)用較多。③聚硼氮烷：結(jié)構(gòu)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(diǎn)高、高溫力學(xué)性能好、介電性能優(yōu)良、具有潤(rùn)滑性等特點(diǎn)，是飛行器透波結(jié)構(gòu)件的推薦材料。④元素?fù)诫s的陶瓷前驅(qū)體：含鈦、鋯、鉿、鋁、鈮、鉬等異質(zhì)元素，可解決陶瓷功能單一化的問(wèn)題，能制備出難熔金屬碳化物、硼化物和氮化物。
甘肅防腐蝕陶瓷前驅(qū)體復(fù)合材料