北京陶瓷树脂陶瓷前驱体复合材料

陶瓷前驱体的选择需要考虑反应活性、成本与可获取性及环境健康影响：①与其他组分的反应性：如果制备过程中涉及多种前驱体或添加剂，要考虑前驱体与它们之间的反应活性，确保反应能按预期进行，形成所需的陶瓷相。②分解温度与速率：前驱体的分解温度和速率会影响陶瓷的制备工艺和性能。分解温度应适中，分解速率要可控，以保证陶瓷的形成过程均匀、稳定。③成本因素：前驱体的成本直接影响陶瓷的生产成本，在满足性能要求的前提下，应选择成本较低的前驱体，以提高经济效益。④可获取性与供应稳定性：前驱体应易于获取，且供应稳定，避免因原料短缺影响生产。⑤毒性与安全性：选择前驱体时要考虑其毒性和对人体健康的影响，尽量选择低毒、安全的前驱体，以保障生产人员的安全和环境的友好。⑥环境友好性：前驱体的制备和使用过程应尽量减少对环境的污染，符合环保要求。随着科技的不断进步，陶瓷前驱体的制备技术和应用领域也在不断拓展。北京陶瓷树脂陶瓷前驱体复合材料

陶瓷前驱体种类繁多，包括超高温陶瓷（ZrC、ZrB₂、HfC、HfB₂）前驱体聚合物、聚碳硅烷、聚碳氮烷、元素掺杂的聚碳硅烷、反应型含硅硼氮单源陶瓷前驱体以及其他无机或有机前驱体、混合有机前驱体等。超高温陶瓷前驱体是指通过热解可以生成金属碳化物和硼化物等超高温陶瓷的一类聚合物。聚碳硅烷是指结构中含有硅原子和碳原子相间成键，并且热解后能得到 SiC 陶瓷的一类聚合物的总称，广泛应用于纳米陶瓷微粉、陶瓷薄膜、涂层、多孔陶瓷等材料的制备。聚硅氮烷是指结构中以 Si-N 键为主链，并且热解后能得到 Si₃N₄或 Si-C-N 陶瓷的一类聚合物的总称，广泛应用于信息、电子、航空、航天等领域。北京陶瓷树脂陶瓷前驱体复合材料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。

许多陶瓷前驱体具有优异的生物相容性，如氧化锆、氧化铝等陶瓷前驱体，它们在与人体组织接触时，不会引起明显的免疫反应或毒性作用，能够与周围组织形成良好的结合，为长期植入提供了可能。陶瓷前驱体制备的生物医学材料具有高硬度、高耐磨性和良好的韧性等力学性能，能够满足人体在生理活动中的力学需求，如人工关节、牙科修复体等需要承受较大的压力和摩擦力，陶瓷前驱体材料可以提供可靠的力学支撑。通过对陶瓷前驱体的组成、结构和制备工艺的调控，可以实现对材料性能的精确设计和优化，以满足不同生物医学应用的需求。例如，可以调整陶瓷前驱体的孔隙率、孔径分布和表面形貌等，促进细胞的黏附、增殖和组织的长入，还可以引入生物活性物质，如生长因子、药物等，赋予材料特定的生物功能。陶瓷前驱体材料具有良好的化学稳定性，不易在人体环境中被腐蚀或降解，能够长期保持其结构和性能的稳定，从而保证了植入物的使用寿命和安全性。

从电磁屏蔽材料和复杂结构部件制造这两个方面来说，以聚碳硅烷 / 烯丙基酚醛（PCS/APR）为聚合物陶瓷前驱体，制备的多层 SiC/CNT 复合膜，在有 50μm 的厚度下，具有高达 73dB 的电磁屏蔽效能。烧蚀实验表明，复合膜成功克服了碳纳米管膜易被烧蚀氧化的特点，且在烧蚀后，仍然具有 30dB 电磁屏蔽效能，满足电磁屏蔽材料的屏蔽效能商用标准。陶瓷增材制造技术通常采用陶瓷前驱体为原料，通过光固化等增材制造技术得到具有复杂精细结构的陶瓷坯体，再经过脱脂、烧结等工艺，得到精密陶瓷部件。光固化陶瓷 3D 打印技术可以制造出既轻又强的部件，还能实现复杂结构的制造，为设计师提供了更大的自由度。科学家们正在探索新型的陶瓷前驱体材料，以满足航空航天等领域对高性能陶瓷的需求。

陶瓷前驱体在航天领域具有广阔的应用前景，主要体现在制备工艺改进：①快速成型：近年来，陶瓷前驱体的快速成型技术得到了发展。如北京理工大学张中伟教授团队开发的具有原位自增密的陶瓷基复合材料快速制备技术 ViSfP-TiCOP，大幅缩减了工艺周期，实现了陶瓷基复合材料的低成本、高通量及快速化制备。②复杂结构制造：陶瓷前驱体可用于制造复杂形状的航天部件。通过增材制造技术，如光固化 3D 打印等，可以直接将陶瓷前驱体转化为具有复杂内部结构和精细外形的陶瓷部件，为航天部件的设计和制造提供了更大的自由度，能够满足航天器对特殊结构和功能的需求。金属有机陶瓷前驱体能够制备出兼具金属和陶瓷特性的复合材料，应用于航空发动机等领域。北京陶瓷树脂陶瓷前驱体复合材料

研究人员通过对陶瓷前驱体的成分进行优化，成功提高了陶瓷材料的耐高温性能。北京陶瓷树脂陶瓷前驱体复合材料

陶瓷前驱体在航天领域有广泛的应用，从热防护系统角度来讲：①陶瓷基复合材料热结构部件：如 C/SiC 复合材料，可用于飞行器的热防护系统头锥、迎风面大面积部位、翼前缘和体襟翼等。通过前驱体浸渍裂解工艺制备的 C/SiBCN 材料，比 C/SiC 具有更优异的高温抗氧化性能。在 1400℃下空气中的氧化动力学常数 kp 明显低于 SiC 陶瓷，且 C/SiBCN 复合材料室温下弯曲强度 489MPa，在 1600℃弯曲强度仍达到 450MPa 以上。②超高温陶瓷防热材料：利用陶瓷前驱体可制备超高温纳米复相陶瓷，如 (Ti,Zr,Hf) C/SiC 陶瓷。采用乙烯基聚碳硅烷与含钛、锆、铪的无氧金属配合物反应合成的单源先驱体，经放电等离子烧结技术制备出的此类陶瓷，在 2200℃的烧蚀实验中表现出极低的线烧蚀率，为 - 0.58μm/s。北京陶瓷树脂陶瓷前驱体复合材料