先驱体制备陶瓷的问题及解决办法

1.先驱体转化法存在的问题

由先驱体裂解过程分析可知，先驱体裂解过程中有大量的小分子气体逸出，在陶瓷产物内部留下大量的气孔。这些气体大部分通过扩散作用从基体中逸出，从而在烧成产物中形成孔隙；还有一部分以气泡的形式留存在材料中，成为材料中封闭的孔洞（二者统称为气孔），它们降低了材料的密度，影响了材料的力学性能。

2.克服先驱体裂解过程体积收缩的主要方法

1）对先驱体改性或者直接合成高陶瓷产率的先驱体。通过对先驱体进行交联、引入活性基团等方法，提高先驱体裂解陶瓷产率。目前已经合成了多种成型性能较好、陶瓷产率较高的陶瓷先驱体。

2）在先驱体中加入惰性填料。加入惰性填料可减少生坯中先驱体的体积分数，常见的惰性填料有SiC、Si₃N₄、BN、AlN、Al₂O₃等。由于惰性填料在先驱体裂解过程中质量和体积都不发生变化，在一定程度上可以抑制烧成产物的体积收缩。当填料含量增大到一定值时，先驱体在裂解过程中有可能使产品的体积不发生收缩，但仍然有气孔存在。

3）在先驱体中加入活性填料。活性填料与惰性填料不同，在先驱体裂解过程中它将参与一系列的化学变化，如果裂解在反应性气氛（如N₂、NH₃）中进行时，活性填料还将与气氛反应，导致裂解产物的质量增加和体积膨胀，从而达到控制收缩和降低气孔的目的。部分活性填料在完全碳化和氮化后的理论体积变化率见表1-5^[21]。(www.xing528.com)

表1-5部分活性填料在完全碳化和氮化后的理论体积变化率（%）^[21]

活性填料应选择元素周期表中的IVB～VIB族，电负性数值在1.4～1.8之间的金属或非金属用作活性填料是比较合适的；对于化合物填料，则应在先驱体裂解过程中可分解，并能与裂解产物发生有效的化学反应，而在低于先驱体裂解温度时具有稳定性。在选择活性填料时，应同时考虑活性填料的物理性质（如粒度、密度、熔点等）。

活性填料参加的先驱体裂解生成的碳化物、氮化物在高温下的稳定性应良好，不发生分解、氧化等反应，防止因挥发而引起材料内部结构和体积变化；生成的碳化物等应能抑制基体的晶粒增长，提高材料的耐高温性能；原位生成的碳化物、氮化物等微米或纳米级粒子，与基体构成复相陶瓷，能发挥裂纹钉扎和颗粒强化作用，改善增强相与基体的界面结合，提高材料的强度与断裂韧度；生成的碳化物、氮化物与基体之间的热匹配性能良好，避免因热失配产生裂纹而降低材料的性能。