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邹(zou)小姐：13326633089 -
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碳化(hua)硅（SiC）陶(tao)瓷(ci)(ci)具有(you)耐高温、耐腐蚀、耐磨损(sun)、耐辐照、强度(du)(du)大、硬度(du)(du)高、热(re)膨胀率(lv)小等(deng)优(you)异的(de)(de)(de)综合(he)性(xing)(xing)能，在能源安全领域(yu)扮(ban)演着重(zhong)要的(de)(de)(de)角色。目前陶(tao)瓷(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)包(bao)括SiC陶(tao)瓷(ci)(ci)的(de)(de)(de)成(cheng)(cheng)型主要采(cai)用传(chuan)(chuan)(chuan)统的(de)(de)(de)粉(fen)末方(fang)(fang)法，即从微粉(fen)制备、成(cheng)(cheng)型（包(bao)括压延、挤塑、干压、等(deng)静(jing)压、浇注(zhu)、注(zhu)射等(deng)方(fang)(fang)式）、烧结(jie)到(dao)加工(gong)(gong)(gong)这(zhei)一(yi)(yi)过程(cheng)。近30年来(lai)，陶(tao)瓷(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)粉(fen)末成(cheng)(cheng)型新工(gong)(gong)(gong)艺层出不穷，在各(ge)个环节上都有(you)所突破(po)，但仍存在这(zhei)一(yi)(yi)传(chuan)(chuan)(chuan)统方(fang)(fang)法难以超越的(de)(de)(de)局限性(xing)(xing)，主要包(bao)括难以获(huo)得(de)均匀的(de)(de)(de)化(hua)学成(cheng)(cheng)分、可精加工(gong)(gong)(gong)性(xing)(xing)差、不易制造(zao)复杂构件、难以解决陶(tao)瓷(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)本征脆(cui)性(xing)(xing)等(deng)。陶(tao)瓷(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)在加工(gong)(gong)(gong)成(cheng)(cheng)型方(fang)(fang)面的(de)(de)(de)短(duan)板已影响到(dao)其应用领域(yu)的(de)(de)(de)拓(tuo)展。因此，在优(you)化(hua)陶(tao)瓷(ci)(ci)传(chuan)(chuan)(chuan)统成(cheng)(cheng)型工(gong)(gong)(gong)艺的(de)(de)(de)同(tong)时研(yan)究(jiu)陶(tao)瓷(ci)(ci)新型成(cheng)(cheng)型技术已成(cheng)(cheng)为陶(tao)瓷(ci)(ci)材(cai)(cai)料(liao)(liao)重(zhong)要的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)方(fang)(fang)向之(zhi)一(yi)(yi)。
先(xian)驱体(ti)转(zhuan)化(hua)(hua)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)是(shi)含(han)硅、硼、碳、氮、氧等(deng)(deng)元素的(de)(de)有(you)机物通过裂解转(zhuan)化(hua)(hua)形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)材料(liao)。其具有(you)易(yi)加工成(cheng)(cheng)型(xing)、陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)化(hua)(hua)温度低、陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)组(zu)成(cheng)(cheng)均(jun)一(yi)、可引(yin)入增强(qiang)相(xiang)且(qie)可通过分子设(she)计对先(xian)驱体(ti)化(hua)(hua)学组(zu)成(cheng)(cheng)与结构(gou)进行调控(kong)进而实(shi)现对陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)组(zu)成(cheng)(cheng)、结构(gou)与性能的(de)(de)优化(hua)(hua)等(deng)(deng)优点，是(shi)制备(bei)高性能陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)材料(liao)的(de)(de)一(yi)项变革性技(ji)术。先(xian)驱体(ti)转(zhuan)化(hua)(hua)陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)对先(xian)驱体(ti)分子结构(gou)设(she)计、元素组(zu)成(cheng)(cheng)控(kong)制、陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)转(zhuan)化(hua)(hua)过程的(de)(de)物理(li)化(hua)(hua)学行为以及共价键陶(tao)(tao)瓷(ci)(ci)(ci)的(de)(de)晶形(xing)相(xiang)变等(deng)(deng)都提出(chu)了挑战。
中国科学院宁(ning)波材(cai)料(liao)技术与工(gong)程研究所先(xian)进(jin)能源材(cai)料(liao)工(gong)程实验室(shi)经过规(gui)划论证，将(jiang)“高性能先驱(qu)体(ti)(ti)分子结构设(she)计(ji)与陶瓷转(zhuan)化”作(zuo)为重点学科(ke)发展方向之一(yi)，在中科(ke)院和宁波市(shi)“3315计(ji)划”A类的支持下(xia)，着(zhe)重对先驱(qu)体(ti)(ti)的定制(zhi)化、高效转(zhuan)化和工程化开(kai)展攻关，在2019年已(yi)取得(de)以下(xia)阶段性进展。
通过SiC陶瓷先驱体的(de)定制(zhi)化，实(shi)验(yan)室在固态(tai)聚(ju)碳硅烷和(he)液(ye)态(tai)聚(ju)碳硅烷的(de)结构(gou)设计(ji)与合成(cheng)工艺方面进行(xing)了深入(ru)研(yan)究，所合成(cheng)的(de)液(ye)态(tai)聚(ju)碳硅烷具(ju)有(you)陶瓷产(chan)率(lv)高（1000℃下陶瓷产(chan)率(lv)可(ke)达78%）、存储时间长（>6个月）、氧含量低（～0.1wt%）、流(liu)动性好(hao)（复数(shu)粘度～0.01Pa·S）的(de)特点，且通过结构(gou)设计(ji)结合交联(lian)工艺可(ke)实(shi)现(xian)液(ye)态(tai)聚(ju)碳硅烷瞬(shun)间或(huo)数(shu)分钟内(nei)交联(lian)固化成(cheng)型。固态(tai)聚(ju)碳硅烷具(ju)有(you)支化度低、可(ke)纺(fang)性好(hao)等特性，能够满足纤维等成(cheng)型要求(qiu)（Appl. Organomet. Chem., 2019;33(2):e4720；Ceram. Int., 2019, 45(13):16380–16386；J. Am. Ceram. Soc., 2019, 102(3):1041–1048；申请(qing)专利：CN201910430199.4、CN201911016657.6、CN201911016637.9）。
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结合先(xian)驱(qu)体结构定制(zhi)化和良好的可(ke)熔可(ke)溶性质成型，实验(yan)室实现了(le)SiC先驱体高(gao)效转化(hua)为(wei)中空SiC纤维、低(di)热导多孔SiC泡(pao)沫、复杂3D打印SiC构(gou)件、静电纺丝SiC纤维、高(gao)强(qiang)度复合材(cai)料等。使SiC陶瓷从“单一应(ying)用(yong)(yong)型(xing)”向“综(zong)合服务型(xing)”转变(bian)，实(shi)现价(jia)值最大化(hua)、功能多样化(hua)、产品差异化(hua)，对相关领(ling)域起到促进推(tui)动作用(yong)(yong)（Ceram. Int., 2019, 45(18): 24007–24013；J. Eur. Ceram. Soc., 2019, 39(6):2028–2035；Adv. Appl. Ceram., 2019, 10.1080/17436753.2019.1707413；申请专利(li)：CN201910090356.1）。
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近期，先(xian)进能源工程实验(yan)室(shi)在(zai)前(qian)期实验(yan)室(shi)小试(shi)的基础上，自(zi)主设(she)计(ji)并成(cheng)功搭建了固(gu)态聚(ju)碳硅烷(wan)和液(ye)态聚(ju)碳硅烷(wan)两个中试(shi)平台，这为后续工程化和应用(yong)研(yan)究奠定了坚实的基础。其中液(ye)态先(xian)驱(qu)体(ti)中试(shi)平台已(yi)通过运行调试(shi)，成(cheng)功合成(cheng)出公斤级聚(ju)碳硅烷(wan)目标产物(wu)。
上述工作获(huo)得宁波市“3315”创新团(tuan)队项(xiang)目(mu)、中科院战略性先导科技(ji)专项(xiang)、中科院重(zhong)点部署项(xiang)目(mu)等的(de)支持(chi)。
来源(yuan)：宁波材料所(suo)
