從電磁屏蔽材料和復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件制造這兩個(gè)方面來說,以聚碳硅烷 / 烯丙基酚醛(PCS/APR)為聚合物陶瓷前驅(qū)體,制備的多層 SiC/CNT 復(fù)合膜,在有 50μm 的厚度下,具有高達(dá) 73dB 的電磁屏蔽效能。燒蝕實(shí)驗(yàn)表明,復(fù)合膜成功克服了碳納米管膜易被燒蝕氧化的特點(diǎn),且在燒蝕后,仍然具有 30dB 電磁屏蔽效能,滿足電磁屏蔽材料的屏蔽效能商用標(biāo)準(zhǔn)。陶瓷增材制造技術(shù)通常采用陶瓷前驅(qū)體為原料,通過光固化等增材制造技術(shù)得到具有復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)的陶瓷坯體,再經(jīng)過脫脂、燒結(jié)等工藝,得到精密陶瓷部件。光固化陶瓷 3D 打印技術(shù)可以制造出既輕又強(qiáng)的部件,還能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的制造,為設(shè)計(jì)師提供了更大的自由度。陶瓷前驅(qū)體的流變性能對(duì)其成型工藝和產(chǎn)品的質(zhì)量有重要影響。山西防腐蝕陶瓷前驅(qū)體復(fù)合材料
目前,陶瓷前驅(qū)體的研究在國內(nèi)外都受到了廣泛的關(guān)注。國內(nèi)技術(shù)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(shù)與應(yīng)用領(lǐng)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(shí)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(shí)間、更高服役溫度、更高力學(xué)強(qiáng)度方向發(fā)展,為此亟需開展無氧陶瓷前驅(qū)體、多元復(fù)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(shí),隨著科技的不斷進(jìn)步,陶瓷前驅(qū)體的制備方法和應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷拓展和創(chuàng)新。廣東耐酸堿陶瓷前驅(qū)體纖維生物陶瓷前驅(qū)體可以用于制備人工骨骼和牙齒等生物醫(yī)學(xué)材料,具有良好的生物相容性。
陶瓷前驅(qū)體在組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用將不斷拓展。通過與生物活性因子、細(xì)胞等相結(jié)合,陶瓷前驅(qū)體可以構(gòu)建出具有生物活性的組織工程支架,促進(jìn)組織的再生和修復(fù)。例如,利用陶瓷前驅(qū)體制備的骨組織工程支架,可以引導(dǎo)骨細(xì)胞的生長和分化,加速骨缺損的愈合。陶瓷前驅(qū)體將與其他材料如金屬、高分子材料等進(jìn)行復(fù)合應(yīng)用,以充分發(fā)揮各種材料的優(yōu)勢,彌補(bǔ)單一材料的不足。例如,將陶瓷前驅(qū)體與金屬材料復(fù)合,可以提高植入物的強(qiáng)度和韌性;與高分子材料復(fù)合,可以改善材料的柔韌性和加工性能。隨著陶瓷前驅(qū)體材料研究的不斷深入和技術(shù)的不斷成熟,其在臨床應(yīng)用中的范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。除了現(xiàn)有的骨科、牙科等領(lǐng)域,還將在心血管、神經(jīng)、眼科等其他醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到更多的應(yīng)用。
陶瓷前驅(qū)體在航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景,主要體現(xiàn)在制備工藝改進(jìn):①快速成型:近年來,陶瓷前驅(qū)體的快速成型技術(shù)得到了發(fā)展。如北京理工大學(xué)張中偉教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)的具有原位自增密的陶瓷基復(fù)合材料快速制備技術(shù) ViSfP-TiCOP,大幅縮減了工藝周期,實(shí)現(xiàn)了陶瓷基復(fù)合材料的低成本、高通量及快速化制備。②復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造:陶瓷前驅(qū)體可用于制造復(fù)雜形狀的航天部件。通過增材制造技術(shù),如光固化 3D 打印等,可以直接將陶瓷前驅(qū)體轉(zhuǎn)化為具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)和精細(xì)外形的陶瓷部件,為航天部件的設(shè)計(jì)和制造提供了更大的自由度,能夠滿足航天器對(duì)特殊結(jié)構(gòu)和功能的需求。在陶瓷前驅(qū)體的燒結(jié)過程中,添加適量的燒結(jié)助劑可以降低燒結(jié)溫度,提高陶瓷的致密度。
陶瓷前驅(qū)體在能源領(lǐng)域的應(yīng)用面臨諸多挑戰(zhàn):成本與環(huán)境方面。①降低成本:目前,一些高性能的陶瓷前驅(qū)體材料的制備成本較高,這限制了其在能源領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。例如,某些稀土元素?fù)诫s的陶瓷材料,由于稀土元素的稀缺性和高成本,使得材料的整體成本居高不下。要實(shí)現(xiàn)陶瓷前驅(qū)體在能源領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,需要開發(fā)低成本的制備工藝和原材料,降低生產(chǎn)成本。②環(huán)境友好性:在陶瓷前驅(qū)體的制備過程中,可能會(huì)使用一些有毒有害的化學(xué)試劑,產(chǎn)生廢水、廢氣等污染物,對(duì)環(huán)境造成一定的影響。因此,需要關(guān)注陶瓷前驅(qū)體制備過程的環(huán)境友好性,開發(fā)綠色制備工藝,減少對(duì)環(huán)境的污染。陶瓷前驅(qū)體制備的多孔陶瓷材料具有高比表面積和良好的吸附性能,可用于廢水處理和氣體凈化。廣東耐酸堿陶瓷前驅(qū)體纖維
微波燒結(jié)技術(shù)能夠快速加熱陶瓷前驅(qū)體,縮短燒結(jié)時(shí)間,提高生產(chǎn)效率。山西防腐蝕陶瓷前驅(qū)體復(fù)合材料
陶瓷前驅(qū)體的選擇需要考慮反應(yīng)活性、成本與可獲取性及環(huán)境健康影響:①與其他組分的反應(yīng)性:如果制備過程中涉及多種前驅(qū)體或添加劑,要考慮前驅(qū)體與它們之間的反應(yīng)活性,確保反應(yīng)能按預(yù)期進(jìn)行,形成所需的陶瓷相。②分解溫度與速率:前驅(qū)體的分解溫度和速率會(huì)影響陶瓷的制備工藝和性能。分解溫度應(yīng)適中,分解速率要可控,以保證陶瓷的形成過程均勻、穩(wěn)定。③成本因素:前驅(qū)體的成本直接影響陶瓷的生產(chǎn)成本,在滿足性能要求的前提下,應(yīng)選擇成本較低的前驅(qū)體,以提高經(jīng)濟(jì)效益。④可獲取性與供應(yīng)穩(wěn)定性:前驅(qū)體應(yīng)易于獲取,且供應(yīng)穩(wěn)定,避免因原料短缺影響生產(chǎn)。⑤毒性與安全性:選擇前驅(qū)體時(shí)要考慮其毒性和對(duì)人體健康的影響,盡量選擇低毒、安全的前驅(qū)體,以保障生產(chǎn)人員的安全和環(huán)境的友好。⑥環(huán)境友好性:前驅(qū)體的制備和使用過程應(yīng)盡量減少對(duì)環(huán)境的污染,符合環(huán)保要求。山西防腐蝕陶瓷前驅(qū)體復(fù)合材料