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宁波材料所碳化硅先驱体研究领域取得突破性进展

日期:2020-01-07 09:47:02   来源:   浏览:
         近日,中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进能源材料工程实验室在碳化硅陶瓷先驱体研究领域取得突破性进展。他们在固态聚碳硅烷和液态聚碳硅烷的结构设计与合成工艺方面进行深入研究,并在小试成功的基础上,自主设计并成功搭建了固态聚碳硅烷和液态聚碳硅烷两个中试平台。
  先驱体转化陶瓷可引入增强相且可通过分子设计对先驱体化学组成与结构进行调控进而实现对陶瓷组成、结构与性能的优化,是制备高性能陶瓷材料的一项变革性技术。该实验室经过规划论证,将“高性能先驱体分子结构设计与陶瓷转化”作为重点学科发展方向之一,在中科院和宁波市“3315计划”A类的支持下,着重对先驱体的定制化、高效转化和工程化开展攻关并取得阶段性进展。
  通过碳化硅陶瓷先驱体的定制化,该实验室在固态聚碳硅烷和液态聚碳硅烷的结构设计与合成工艺方面进行了深入研究,合成的液态聚碳硅烷具有陶瓷产率高(1000℃下陶瓷产率可达78%)、存储时间长(>6个月)、氧含量低(~0.1wt%)、流动性好(复数黏度~0.01Pa·S)等特点,且通过结构设计结合交联工艺可实现液态聚碳硅烷瞬间或数分钟内交联固化成型;合成的固态聚碳硅烷具有支化度低、可纺性好等特性,能够满足纤维等成型要求。结合先驱体结构定制化和良好的可熔可溶性质成型,该实验室可将碳化硅先驱体高效转化为中空碳化硅纤维、低热导多孔碳化硅泡沫、复杂3D打印碳化硅构件、静电纺丝碳化硅纤维、高强度复合材料等,实现了功能多样化、产品差异化,对相关领域起到促进推动作用。在前期小试的基础上,该实验室自主设计并成功搭建了固态聚碳硅烷和液态聚碳硅烷两个中试平台,为后续工程化和应用研究奠定了坚实的基础。其中,液态先驱体中试平台已通过运行调试,成功合成出千克级聚碳硅烷目标产物。
  碳化硅陶瓷综合性能优异,在能源安全领域扮演着重要的角色。目前,陶瓷材料的成型主要采用传统的粉末方法,即从微粉制备、成型、烧结到加工这一过程。近30年来,陶瓷材料粉末成型新工艺层出不穷,在各个环节上都有所突破,但仍存在这一传统方法难以超越的局限性,主要包括难以获得均匀的化学成分、可精加工性差、不易制造复杂构件、难以解决陶瓷材料本征脆性等。

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