后處理過程中,為了提高陶瓷材料的性能,可以采用以下3種方法:①熱處理:燒結(jié)后的陶瓷材料內(nèi)部可能存在內(nèi)應(yīng)力,通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢韵@些內(nèi)應(yīng)力,提高材料的韌性和抗疲勞性能。通過控制熱處理的溫度和時(shí)間,可以改變陶瓷材料的微觀結(jié)構(gòu),如晶粒尺寸、相組成等,從而優(yōu)化材料的性能。②:增韌處理:利用某些陶瓷材料在特定條件下發(fā)生相變時(shí)產(chǎn)生的體積變化和應(yīng)力,來阻礙裂紋的擴(kuò)展,從而提高陶瓷的韌性,如氧化鋯陶瓷的相變?cè)鲰g。在陶瓷基體中添加纖維或顆粒狀的增強(qiáng)相,如碳纖維、碳化硅顆粒等,通過纖維或顆粒與基體之間的界面結(jié)合和相互作用,提高陶瓷材料的強(qiáng)度和韌性。③化學(xué)處理:通過化學(xué)溶液處理、氣相沉積等方法,在陶瓷表面引入特定的化學(xué)基團(tuán)或涂層,改變陶瓷表面的化學(xué)性質(zhì),提高其耐腐蝕性、生物相容性等性能。將陶瓷材料浸泡在含有特定離子的溶液中,使陶瓷表面的離子與溶液中的離子發(fā)生交換,從而改變陶瓷表面的成分和性能。未來,陶瓷前驅(qū)體有望在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。廣東陶瓷樹脂陶瓷前驅(qū)體鹽霧
通過選擇和設(shè)計(jì)合適的前驅(qū)體,可以精確控制陶瓷材料的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)。例如,在制備碳化硅(SiC)陶瓷時(shí),聚碳硅烷(PCS)是一種常用的陶瓷前驅(qū)體。通過調(diào)整 PCS 的分子結(jié)構(gòu)和組成,可以實(shí)現(xiàn)對(duì) 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(qū)體可以制備出高硬度、高溫穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、絕緣性、耐磨性等優(yōu)異性能的先進(jìn)陶瓷材料。如利用陶瓷前驅(qū)體制備的氮化硼陶瓷,具有密度小、熔點(diǎn)高、高溫力學(xué)性能好、介電性能優(yōu)良等特點(diǎn)。陶瓷前驅(qū)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(zhì),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(qū)體通過水解和縮聚反應(yīng),形成均勻的溶膠或凝膠,再經(jīng)過高溫?zé)Y(jié),可得到微觀結(jié)構(gòu)均勻的陶瓷材料。廣東陶瓷樹脂陶瓷前驅(qū)體應(yīng)用領(lǐng)域石墨烯改性的陶瓷前驅(qū)體能夠顯著提高陶瓷材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。
陶瓷前驅(qū)體的制備方法主要有溶膠 - 凝膠法、聚合物前驅(qū)體法和有機(jī) - 無機(jī)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(shù)路線,優(yōu)點(diǎn)是大幅拓展了陶瓷產(chǎn)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(wěn)定性差、易沉降和析出、不易儲(chǔ)存等缺點(diǎn)。聚合物前驅(qū)體法包括金屬有機(jī)聚合物法和金屬雜化聚合物法,優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)聚合物分子結(jié)構(gòu)的多樣化設(shè)計(jì),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(yōu)越性,容易實(shí)現(xiàn)對(duì)無氧陶瓷組成的控制等,但也存在 M-B 鍵多為離子鍵,穩(wěn)定性較差等問題。有機(jī) - 無機(jī)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(jīng)后處理、熱解制備出超高溫陶瓷,優(yōu)點(diǎn)是原料來源易得到、成本低廉,溶劑無毒性、對(duì)環(huán)境無污染,制備工藝簡(jiǎn)單、周期短且可控程度高,對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求低,但也存在此法制備的前驅(qū)體為非均相體系,穩(wěn)定性差,所得陶瓷元素分布不均勻等缺點(diǎn)。
常見的陶瓷前驅(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,其中溶膠 - 凝膠前驅(qū)體如下:①金屬醇鹽溶液:如硅酸乙酯、鋁酸異丙酯等的溶液,通過控制水解和聚合過程來形成固體氧化物陶瓷。在制備過程中,金屬醇鹽先與水發(fā)生水解反應(yīng),生成相應(yīng)的金屬氫氧化物或羥基化合物,然后這些產(chǎn)物之間發(fā)生縮聚反應(yīng),形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的溶膠,進(jìn)一步陳化和干燥后得到凝膠,經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)得到陶瓷材料。②螯合前驅(qū)體溶液:通過螯合劑與金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物,再經(jīng)過一系列處理得到陶瓷前驅(qū)體。例如,在制備鈦酸鋇陶瓷時(shí),可采用檸檬酸等螯合劑與鋇離子、鈦離子形成螯合前驅(qū)體溶液,這種方法可以精確控制金屬離子的比例和分布,有利于提高陶瓷的性能。采用 3D 打印技術(shù)與陶瓷前驅(qū)體相結(jié)合,可以制造出復(fù)雜形狀的陶瓷構(gòu)件。
隨著 3D 打印技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展,陶瓷前驅(qū)體在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用將更加注重個(gè)性化定制。根據(jù)患者的具體需求和解剖結(jié)構(gòu),利用 3D 打印技術(shù)可以精確地制造出具有個(gè)性化形狀和尺寸的植入物,提高植入物與患者組織的匹配度,減少手術(shù)創(chuàng)傷和并發(fā)癥的發(fā)生。未來的陶瓷前驅(qū)體材料將不局限于提供力學(xué)支撐和生物相容性,還將集成多種功能,如藥物緩釋、生物傳感、成像等。例如,將陶瓷前驅(qū)體與藥物載體相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)藥物的可控釋放,提高藥物的療效;或者在陶瓷前驅(qū)體中引入傳感元件,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體的生理參數(shù),為疾病的診斷提供依據(jù)。選擇合適的陶瓷前驅(qū)體是制備高性能陶瓷的關(guān)鍵步驟之一。廣東陶瓷樹脂陶瓷前驅(qū)體應(yīng)用領(lǐng)域
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。廣東陶瓷樹脂陶瓷前驅(qū)體鹽霧
陶瓷前驅(qū)體的選擇需要考慮化學(xué)組成與純度:①目標(biāo)陶瓷的化學(xué)組成:要確保前驅(qū)體的化學(xué)組成與目標(biāo)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(qū)體。②純度要求:前驅(qū)體的純度對(duì)陶瓷性能影響明顯,高純度的前驅(qū)體可減少雜質(zhì)對(duì)陶瓷性能的不良影響,如降低電導(dǎo)率、強(qiáng)度等,像電子陶瓷領(lǐng)域,通常要求前驅(qū)體純度極高。同時(shí)也需考慮物理性質(zhì):①形態(tài)與粒度:前驅(qū)體的形態(tài)(如粉末、溶液、膠體等)和粒度分布會(huì)影響后續(xù)加工和陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)。粉末狀前驅(qū)體的粒度細(xì)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(qū)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(qū)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(wěn)定性:前驅(qū)體應(yīng)具有一定的熱穩(wěn)定性,在后續(xù)熱處理過程中不發(fā)生過早分解或其他副反應(yīng),否則會(huì)影響陶瓷的形成和性能。廣東陶瓷樹脂陶瓷前驅(qū)體鹽霧