陶瓷前驅(qū)體在航天領域具有廣闊的應用前景,主要體現(xiàn)在應用領域拓展:①熱防護系統(tǒng):陶瓷前驅(qū)體制備的陶瓷基復合材料可用于航天器的熱防護系統(tǒng),如航天飛機的機翼前緣、鼻錐等部位。這些材料能夠承受高溫氣流的沖刷和熱輻射,保護航天器內(nèi)部的結構和設備免受高溫破壞。②航空發(fā)動機:陶瓷前驅(qū)體可用于制備航空發(fā)動機的熱障涂層、渦輪葉片等部件。熱障涂層能夠有效降低發(fā)動機部件的工作溫度,提高發(fā)動機的效率和可靠性;渦輪葉片采用陶瓷基復合材料制造,可以在高溫下保持良好的力學性能,提高發(fā)動機的推力和燃油經(jīng)濟性。③衛(wèi)星部件:陶瓷前驅(qū)體可用于制造衛(wèi)星的天線、太陽能電池板支撐結構等部件。陶瓷材料具有優(yōu)異的電絕緣性能、熱穩(wěn)定性和抗輻射性能,能夠保證衛(wèi)星在復雜的空間環(huán)境下長期穩(wěn)定工作。利用放電等離子燒結技術可以制備出具有納米晶結構的陶瓷材料,其陶瓷前驅(qū)體的選擇至關重要。江蘇防腐蝕陶瓷前驅(qū)體涂料
研究陶瓷前驅(qū)體熱穩(wěn)定性的實驗方法之一:熱分析技術。①熱重分析(TGA):通過測量陶瓷前驅(qū)體在受熱過程中的質(zhì)量變化,來研究其熱分解、氧化等反應??梢垣@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,說明其熱穩(wěn)定性較差。②差示掃描量熱法(DSC):測量陶瓷前驅(qū)體在加熱或冷卻過程中與參比物之間的熱量差,能夠檢測到前驅(qū)體發(fā)生的相變、結晶、熔融等熱事件,確定其熱轉(zhuǎn)變溫度和熱效應大小。根據(jù)熱轉(zhuǎn)變溫度的高低和熱效應的強弱,可以判斷前驅(qū)體的熱穩(wěn)定性。浙江防腐蝕陶瓷前驅(qū)體應用領域熱壓燒結是將陶瓷前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為致密陶瓷材料的常用工藝之一。
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,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。
目前,陶瓷前驅(qū)體的研究在國內(nèi)外都受到了廣泛的關注。國內(nèi)技術較日本、德國等國家仍處于追趕階段,在陶瓷前驅(qū)體的開發(fā)技術與應用領域的研究也在持續(xù)深入,還存在著研究能力較弱,研究成果產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化實力不足等諸多問題。未來,陶瓷前驅(qū)體的發(fā)展趨勢將向更長時間、更高服役溫度、更高力學強度方向發(fā)展,為此亟需開展無氧陶瓷前驅(qū)體、多元復相陶瓷前驅(qū)體等新型超高溫陶瓷前驅(qū)體的開發(fā)。同時,隨著科技的不斷進步,陶瓷前驅(qū)體的制備方法和應用領域也將不斷拓展和創(chuàng)新。水熱合成法可以制備出具有特殊形貌和性能的陶瓷前驅(qū)體。
溶膠 - 凝膠法是一種常用的陶瓷前驅(qū)體制備方法。如制備氧化鋯陶瓷前驅(qū)體,可將鋯的醇鹽(如四丁氧基鋯)溶解在有機溶劑(如乙醇)中,形成均勻的溶液。然后加入適量的水和催化劑(如鹽酸),使鋯醇鹽發(fā)生水解和縮聚反應,生成氧化鋯溶膠。經(jīng)過陳化、干燥等處理后,得到氧化鋯陶瓷前驅(qū)體粉末。以聚碳硅烷制備碳化硅陶瓷前驅(qū)體為例,首先通過硅烷(如甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷等)的水解和縮聚反應,合成含有硅 - 碳鍵的聚合物聚碳硅烷。然后將聚碳硅烷進行高溫裂解,在裂解過程中,聚合物發(fā)生結構重排和化學鍵的斷裂與重組,轉(zhuǎn)化為碳化硅陶瓷。在這個過程中,可以通過調(diào)節(jié)原料的比例、反應條件等,控制聚碳硅烷的分子結構和性能,從而影響碳化硅陶瓷的質(zhì)量和性能。
選擇合適的陶瓷前驅(qū)體是制備高性能陶瓷的關鍵步驟之一。浙江防腐蝕陶瓷前驅(qū)體應用領域
陶瓷前驅(qū)體的力學性能測試包括硬度、強度和韌性等指標的測量。江蘇防腐蝕陶瓷前驅(qū)體涂料
陶瓷前驅(qū)體在能源領域的應用面臨諸多挑戰(zhàn):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(xiàn)陶瓷前驅(qū)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(zhì)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(wěn)定。②提高制備工藝的可重復性和規(guī)?;a(chǎn)能力:目前一些先進的陶瓷前驅(qū)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(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。同時,制備過程中的微小變化可能會對材料性能產(chǎn)生較大影響,導致工藝的可重復性較差。江蘇防腐蝕陶瓷前驅(qū)體涂料