上海耐高溫陶瓷前驅體

通過選擇和設計合適的前驅體，可以精確控制陶瓷材料的化學成分和微觀結構。例如，在制備碳化硅（SiC）陶瓷時，聚碳硅烷（PCS）是一種常用的陶瓷前驅體。通過調整 PCS 的分子結構和組成，可以實現對 SiC 陶瓷中硅碳比的精確控制，從而獲得具有特定性能的 SiC 陶瓷。陶瓷前驅體可以制備出高硬度、高溫穩定性、化學穩定性、絕緣性、耐磨性等優異性能的先進陶瓷材料。如利用陶瓷前驅體制備的氮化硼陶瓷，具有密度小、熔點高、高溫力學性能好、介電性能優良等特點。陶瓷前驅體在高溫裂解過程中，能夠形成均勻的陶瓷相，減少陶瓷中的缺陷和雜質，提高陶瓷的致密度和均勻性。例如，在溶膠 - 凝膠法制備陶瓷中，金屬醇鹽等前驅體通過水解和縮聚反應，形成均勻的溶膠或凝膠，再經過高溫燒結，可得到微觀結構均勻的陶瓷材料。高校和科研機構在陶瓷前驅體的研究方面取得了許多重要成果。上海耐高溫陶瓷前驅體

以下是一些可以輔助研究陶瓷前驅體熱穩定性的分析技術：氣相色譜 - 質譜聯用（GC-MS）。①原理：將氣相色譜的高效分離能力與質譜的定性和定量分析能力相結合，對陶瓷前驅體在熱分解過程中產生的揮發性產物進行分析。通過鑒定和定量這些揮發性產物，可以了解前驅體的熱分解機制和反應路徑。②應用：確定陶瓷前驅體熱分解過程中產生的揮發性產物的種類和含量，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體時，GC-MS 可以分析其熱分解產生的有機氣體，從而了解有機成分的分解情況。上海耐高溫陶瓷前驅體陶瓷前驅體的比表面積和孔徑分布可以通過氮氣吸附 - 脫附實驗來測定。

陶瓷前驅體燃料電池領域的應用案例如下：①陶瓷質子膜燃料電池：清華大學助理教授董巖皓與合作者提出界面反應燒結概念，設計開發了可控表面酸處理和共燒技術，讓氧氣電極層和電解質層之間實現活性鍵合，改善了陶瓷質子膜燃料電池的電化學性能和穩定性。該器件在低至 350 攝氏度時仍具有鮮明的性能，在 600 攝氏度、450 攝氏度和 350 攝氏度的條件下，分別實現每平方厘米 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體，通過溶膠 - 凝膠法、水熱法等制備技術，可以合成具有特定微觀結構和性能的陶瓷電解質和電極材料。例如，以釔穩定的氧化鋯（YSZ）陶瓷前驅體制備的電解質，具有良好的氧離子導電性，能夠在高溫下實現高效的氧離子傳導，提高燃料電池的性能。③鋰離子電池領域-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等多項創新技術，闡述了應力腐蝕斷裂主導的衰減機理，并修正傳統理論框架下的脆性機械斷裂認知。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，以及改善的電化學性能，證明其高電壓穩定循環較大可達到 4.8 伏

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。陶瓷前驅體的力學性能測試包括硬度、強度和韌性等指標的測量。

陶瓷前驅體的制備方法主要有溶膠 - 凝膠法、聚合物前驅體法和有機 - 無機雜化法等。溶膠 - 凝膠法是制備氧化鋯、氧化鉿納米粉體的主要技術路線，優點是大幅拓展了陶瓷產物的種類，可制備出難熔金屬碳化物、硼化物和氮化物，但也存在有效濃度低、穩定性差、易沉降和析出、不易儲存等缺點。聚合物前驅體法包括金屬有機聚合物法和金屬雜化聚合物法，優點是可以實現對聚合物分子結構的多樣化設計，具有不需要碳熱或硼熱還原就能得到無氧難熔金屬陶瓷的優越性，容易實現對無氧陶瓷組成的控制等，但也存在 M-B 鍵多為離子鍵，穩定性較差等問題。有機 - 無機雜化法是將金屬或其氧化物粉體、含金屬的化合物分散于溶液之中，經后處理、熱解制備出超高溫陶瓷，優點是原料來源易得到、成本低廉，溶劑無毒性、對環境無污染，制備工藝簡單、周期短且可控程度高，對試驗設備要求低，但也存在此法制備的前驅體為非均相體系，穩定性差，所得陶瓷元素分布不均勻等缺點。這種陶瓷前驅體可制成高性能的陶瓷涂層，提高金屬材料的耐腐蝕性和耐磨性。廣東陶瓷涂料陶瓷前驅體涂料

了解陶瓷前驅體的特性和制備工藝，對于從事材料科學研究和生產的人員來說至關重要。上海耐高溫陶瓷前驅體

陶瓷前驅體在航天領域有廣泛的應用，從熱防護系統角度來講：①陶瓷基復合材料熱結構部件：如 C/SiC 復合材料，可用于飛行器的熱防護系統頭錐、迎風面大面積部位、翼前緣和體襟翼等。通過前驅體浸漬裂解工藝制備的 C/SiBCN 材料，比 C/SiC 具有更優異的高溫抗氧化性能。在 1400℃下空氣中的氧化動力學常數 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體，經放電等離子燒結技術制備出的此類陶瓷，在 2200℃的燒蝕實驗中表現出極低的線燒蝕率，為 - 0.58μm/s。上海耐高溫陶瓷前驅體