碳化硅（SiC）陶瓷具有高溫穩(wěn)定性好，耐腐蝕、耐高溫氧化，強(qiáng)度、硬度高，熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)良特性，不僅在傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，而且在先進(jìn)能源及空間技術(shù)等高科技領(lǐng)域中的應(yīng)用也在不斷拓展。傳統(tǒng)SiC陶瓷的制備方法是將SiC微粉與燒結(jié)助劑球磨混合后成型燒結(jié)而成，燒結(jié)方式包括常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、反應(yīng)燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)、重結(jié)晶燒結(jié)等。先驅(qū)體轉(zhuǎn)化陶瓷（PDCs）方法是將聚碳硅烷（PCS）等先驅(qū)體通過(guò)交聯(lián)固化和高溫陶瓷化形成目標(biāo)產(chǎn)品，具有分子設(shè)計(jì)性強(qiáng)、合成溫度低、復(fù)雜陶瓷結(jié)構(gòu)成型容易等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是陶瓷領(lǐng)域變革性技術(shù)之一。

固態(tài)PCS材料因具有易熔易溶、硅碳化學(xué)計(jì)量比可調(diào)、元素組分豐富等特點(diǎn)，成為先進(jìn)陶瓷基復(fù)合材料最常用的先驅(qū)體之一，但也存在諸多挑戰(zhàn)。一方面PCS采用空氣不熔化交聯(lián)時(shí)需要引入較多的氧，影響最終SiC陶瓷的耐溫性；另一方面PCS較低的陶瓷產(chǎn)率（一般在60%左右）會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料體積密度低、裂解過(guò)程產(chǎn)生大量微裂紋、浸漬周期長(zhǎng)等問(wèn)題。中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所先進(jìn)能源材料工程實(shí)驗(yàn)室科研人員通過(guò)探索催化體系，使通常不易進(jìn)行硅氫化反應(yīng)的丙烯腈（AN）與PCS發(fā)生反應(yīng)，合成出新型先驅(qū)體含氰基聚碳硅烷（PCSCN）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PCSCN保持了易溶可熔特性，分子量和化學(xué)組成可定制，陶瓷產(chǎn)率大幅提高至80%以上。此外，含有氰基PCSCN繼承了PCS優(yōu)良的可紡行為（如圖），可以作為連續(xù)SiC纖維的替代材料。相關(guān)成果發(fā)表在陶瓷領(lǐng)域高水平期刊J. Eur. Ceram. Soc.（2020，40,5226-5237）上，并申請(qǐng)了中國(guó)專(zhuān)利（CN201811355027.7，CN201811354984.8）。

固態(tài)聚鋁碳硅烷（PACS）由于高溫下流變性能優(yōu)異而成為碳化硅纖維合成最重要的先驅(qū)體之一。然而，常規(guī)高溫常壓合成PACS會(huì)伴生較多的環(huán)狀和支化結(jié)構(gòu)，降低先驅(qū)體線(xiàn)性分子的含量，進(jìn)而影響先驅(qū)體的紡絲乃至最終產(chǎn)品的性能。寧波材料所先進(jìn)能源材料工程實(shí)驗(yàn)室研究人員發(fā)展了利用液態(tài)的聚硅碳硅烷（PSCS）與含鋁化合物高溫高壓合成PACS的方法，有效降低了合成溫度。研究結(jié)果表明，在近似條件下，高溫高壓法研制的PACS相比高溫常壓法制備的PACS具有更低的支化度、較高的Si-H含量和更高的陶瓷產(chǎn)率，顯著提高了PACS紡絲能力。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際專(zhuān)業(yè)期刊Appl. Organometal. Chem.（2019, 33, e4720）和Ceram. Int.（2019, 45, 16380-16386）上，并申請(qǐng)了中國(guó)專(zhuān)利（CN201910160345.6，CN2019110438617）。在中科院院長(zhǎng)基金的支持下，實(shí)驗(yàn)室科研人員基于小型高溫高壓合成PACS工藝流程，自主設(shè)計(jì)了先驅(qū)體合成的工程化裝備，并初步實(shí)現(xiàn)了固態(tài)先驅(qū)體的高溫高壓法工程化制備。

以上工作得到了中科院院長(zhǎng)基金、國(guó)家自然科學(xué)基金、寧波市“3315”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)A類(lèi)項(xiàng)目和廣東省實(shí)驗(yàn)室的大力支持。

圖 PCS與PCSCN纖維生絲（左）和陶瓷化的SiC纖維照片（右）