常见的陶瓷前驱体主要包括聚合物前驱体、金属有机前驱体和溶胶 - 凝胶前驱体等,其中溶胶 - 凝胶前驱体如下:①金属醇盐溶液:如硅酸乙酯、铝酸异丙酯等的溶液,通过控制水解和聚合过程来形成固体氧化物陶瓷。在制备过程中,金属醇盐先与水发生水解反应,生成相应的金属氢氧化物或羟基化合物,然后这些产物之间发生缩聚反应,形成三维网络结构的溶胶,进一步陈化和干燥后得到凝胶,经过高温烧结得到陶瓷材料。②螯合前驱体溶液:通过螯合剂与金属离子形成稳定的螯合物,再经过一系列处理得到陶瓷前驱体。例如,在制备钛酸钡陶瓷时,可采用柠檬酸等螯合剂与钡离子、钛离子形成螯合前驱体溶液,这种方法可以精确控制金属离子的比例和分布,有利于提高陶瓷的性能。采用喷雾干燥技术可以将陶瓷前驱体粉末制成球形颗粒,提高其流动性和成型性。北京耐高温陶瓷前驱体盐雾
研究陶瓷前驱体热稳定性的实验方法之一:光谱分析技术。①傅里叶变换红外光谱(FT-IR):用于分析陶瓷前驱体的化学键和官能团结构。通过比较不同温度下的 FT-IR 光谱,观察化学键的振动吸收峰的变化,了解前驱体在受热过程中化学键的断裂和重组情况,从而评估其热稳定性。例如,某些化学键的吸收峰在高温下减弱或消失,可能意味着这些化学键发生了断裂,前驱体的结构发生了变化。②拉曼光谱:与 FT-IR 类似,拉曼光谱也可以提供关于陶瓷前驱体化学键和结构的信息。通过分析拉曼光谱中特征峰的位置、强度和宽度等变化,研究前驱体在高温下的结构演变,判断其热稳定性。甘肃耐酸碱陶瓷前驱体粘接剂陶瓷前驱体转化法制备的碳化硼陶瓷具有高硬度和低密度的特点,是一种理想的防弹材料。
研究陶瓷前驱体热稳定性的实验方法之一:热分析技术。①热重分析(TGA):通过测量陶瓷前驱体在受热过程中的质量变化,来研究其热分解、氧化等反应。可以获得前驱体的起始分解温度、分解速率、分解产物以及残留量等信息,从而评估其热稳定性。例如,若前驱体在较低温度下就发生明显的质量损失,说明其热稳定性较差。②差示扫描量热法(DSC):测量陶瓷前驱体在加热或冷却过程中与参比物之间的热量差,能够检测到前驱体发生的相变、结晶、熔融等热事件,确定其热转变温度和热效应大小。根据热转变温度的高低和热效应的强弱,可以判断前驱体的热稳定性。
陶瓷前驱体的选择需要考虑化学组成与纯度:①目标陶瓷的化学组成:要确保前驱体的化学组成与目标陶瓷相匹配,以保证能得到期望的陶瓷材料。如制备氧化铝陶瓷,需选择含铝元素的合适前驱体。②纯度要求:前驱体的纯度对陶瓷性能影响明显,高纯度的前驱体可减少杂质对陶瓷性能的不良影响,如降低电导率、强度等,像电子陶瓷领域,通常要求前驱体纯度极高。同时也需考虑物理性质:①形态与粒度:前驱体的形态(如粉末、溶液、胶体等)和粒度分布会影响后续加工和陶瓷的微观结构。粉末状前驱体的粒度细且分布均匀,有利于提高陶瓷的致密度和性能。②溶解性与分散性:在制备过程中,若需要将前驱体溶解或分散在溶剂中,其溶解性和分散性就很重要。良好的溶解性和分散性可保证前驱体在体系中均匀分布,如溶胶 - 凝胶法中,金属醇盐需能在溶剂中充分溶解并均匀分散。③热稳定性:前驱体应具有一定的热稳定性,在后续热处理过程中不发生过早分解或其他副反应,否则会影响陶瓷的形成和性能。在陶瓷前驱体的烧结过程中,添加适量的烧结助剂可以降低烧结温度,提高陶瓷的致密度。
以下是一些可以辅助研究陶瓷前驱体热稳定性的分析技术:气相色谱 - 质谱联用(GC-MS)。①原理:将气相色谱的高效分离能力与质谱的定性和定量分析能力相结合,对陶瓷前驱体在热分解过程中产生的挥发性产物进行分析。通过鉴定和定量这些挥发性产物,可以了解前驱体的热分解机制和反应路径。②应用:确定陶瓷前驱体热分解过程中产生的挥发性产物的种类和含量,推断其热分解反应的机理。例如,在研究含有机成分的陶瓷前驱体时,GC-MS 可以分析其热分解产生的有机气体,从而了解有机成分的分解情况。差示扫描量热法可以研究陶瓷前驱体的热稳定性和反应活性。浙江耐酸碱陶瓷前驱体
以陶瓷前驱体为原料制备的陶瓷基复合材料,在汽车刹车片和航空航天结构件等方面有重要应用。北京耐高温陶瓷前驱体盐雾
陶瓷前驱体可用于制备半导体材料中的衬底、电极和绝缘层等。例如,氮化铝(AlN)陶瓷前驱体可以制备出具有高导热性和绝缘性的 AlN 陶瓷,广泛应用于电子封装领域。陶瓷前驱体可用于制备高温结构材料中的陶瓷基复合材料、氧化锆等。例如,碳化硅(SiC)陶瓷前驱体可以制备出具有高硬度和耐高温性能的 SiC 陶瓷基复合材料,用于航空发动机的热端部件。一些陶瓷前驱体具有良好的生物相容性和生物活性,可以用于制备生物材料,如人工关节、牙科修复体等。例如,氧化锆(ZrO₂)陶瓷前驱体可以制备出具有韧性的 ZrO₂陶瓷,用于制造人工牙齿和关节。北京耐高温陶瓷前驱体盐雾