陶瓷坯体成型后,性能提升主要依靠两道后处理工序。第一步是高温烧结:根据材料体系与目标性能,在**气氛烧结炉内设定温度曲线,常用氮气或氩气隔绝氧气,防止二次氧化与杂质析出;精控升温速率、保温时间及冷却梯度,可促使颗粒充分扩散、晶粒有序长大,从而显著提高密度、抗弯强度与热稳定性。第二步是表面精整:先用金刚石砂轮或等离子抛光去除划痕、微裂纹,获得镜面级光洁度;再按功能需求施加额外涂层,如等离子喷涂Al₂O₃陶瓷层提升耐磨,磁控溅射TiN金属层增强硬度,或浸渍氟硅聚合物赋予疏水、耐蚀特性。通过“烧结致密化+表面功能化”组合,陶瓷部件可在极端工况下长期可靠服役。纳米级的陶瓷前驱体颗粒有助于提高陶瓷材料的致密性和强度。浙江陶瓷树脂陶瓷前驱体粘接剂
聚合物前驱体按化学组成可归纳为四大类:①主链含硅的聚硅氧烷、聚碳硅烷与聚硅氮烷,可在惰性气氛下1000–1400 ℃裂解生成SiC、Si₃N₄或SiCN陶瓷,其交联密度由Si–H与乙烯基加成反应调控,决定陶瓷产率(65–85 %)及孔隙率;②以金属-氧簇为**的聚钛氧烷、聚锆氧烷,通过溶胶-凝胶水解-缩聚形成M–O–M网络,在≤600 ℃即可晶化为高折射率TiO₂、ZrO₂薄膜,适用于光催化与高温涂层;③含硼的聚硼氮烷、聚硼硅氮烷,热解后得到BN或Si–B–C–N超高温陶瓷,其硼含量可调节抗氧化阈值至1700 ℃;④高碳产率酚醛、聚酰亚胺等有机聚合物,用作碳基前驱体,经碳化-石墨化后制备多孔碳或C/C复合材料。四类前驱体均可通过分子设计引入Al、Fe等功能元素,实现多相陶瓷的原子级均匀分布,为固态电解质与热防护系统提供可扩展的化学定制平台。浙江陶瓷树脂陶瓷前驱体粘接剂利用傅里叶变换红外光谱可以分析陶瓷前驱体的化学结构和官能团。
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。
为解析陶瓷前驱体在服役温区内的结构演变,需耦合多尺度原位分析技术。同步辐射高温X射线衍射(HT-XRD)可在30–1500 ℃、10⁴ K s⁻¹升降温条件下捕捉晶相转变与热膨胀系数突变,时间分辨达毫秒级,适用于追踪钙钛矿氧空位有序-无序转变。搭配环境透射电镜(ETEM),在1 Pa可控氧分压中直接观察前驱体颗粒烧结颈形成与晶界迁移,空间分辨率<0.1 nm,可量化界面能变化。热重-质谱联用(TG-MS)同步检测质量损失与挥发物(如CO₂、H₂O、S₂),解析有机配体裂解路径;中子衍射则利用对轻元素敏感的优势,原位测定氢化物前驱体中的氢占位及脱氢动力学。介电热分析(DEA)通过10 kHz-1 MHz频段介电损耗峰位移,关联玻璃化转变与离子迁移活化能。多模态数据经机器学习协同拟合,可建立“温度-气氛-结构-性能”四维图,为设计具有自愈晶界或梯度热障涂层的下一代前驱体提供定量依据。热重分析可以确定陶瓷前驱体的热分解温度和陶瓷化产率。
聚合物前驱体法尽管可低温成型、分子级可设计,但仍存四重局限。其一,陶瓷化产率受交联网络完整性限制,SiCN体系实际产率*55–75 %,大量挥发分逸出导致孔隙率>20 %,需冗长后浸渍-再热解循环,工艺时间倍增。其二,热解收缩-挥发耦合应力易在毫米级以上部件产生裂纹,厚壁管径向收缩可达8 %,远超树脂基复合材料的2 %,成品合格率<60 %。其三,先驱体分子昂贵:聚硼硅氮烷单体成本约€300 kg⁻¹,占SiC_f/SiCN复合材料总成本40 %,且需高纯惰性气氛,进一步推高能耗。其四,杂原子(B、N、Al)分布受限于先驱体官能团统计分布,高温下易发生偏析,使介电损耗角正切在1200 ℃后陡增两个数量级,难以满足5G天线窗或核包壳的均质要求。溶胶 - 凝胶法制备陶瓷前驱体具有工艺简单、成本低廉等优点。浙江陶瓷树脂陶瓷前驱体粘接剂
陶瓷前驱体的成型工艺包括模压成型、注射成型和流延成型等多种方法。浙江陶瓷树脂陶瓷前驱体粘接剂
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。浙江陶瓷树脂陶瓷前驱体粘接剂