先驱体转化法制备的硅硼碳氮(SiBCN)陶瓷,具有优异的高温结构稳定性、抗氧化性、抗蠕变性及特殊的电学性能,可制备成陶瓷纤维、复合材料、多孔陶瓷、涂层及微器件等,成为航空航天、能源、微电子等产业的备选材料。近年来,研究者们致力于发展先驱体的新型合成方法,开展陶瓷微结构及高温性能的表征研究,并探索将SiBCN陶瓷的特殊性质应用于高温传感器、碳纳米管或碳纳米纤维的抗氧化涂层、碳化硅陶瓷的烧结助剂等领域。本文将对先驱体法制备SiBCN陶瓷的工艺(包括先驱体的合成、热裂解及加工成型)、SiBCN陶瓷微结构和性质,以及其高温性能等最新研究进展进行详细的综述,在此基础上总结该领域目前存在的主要问题,并提出未来的发展方向。
[1] Zhang P, Jia D, Yang Z, Duan X, Zhou Y. J. Adv. Ceram., 2012, 1:157.
[2] Jansen M, Jaschke B, Jaschke T. Struct. Bond, 2002, 101:137.
[3] Bill J, Kamphowe T W, Muller A, Wichmann T, Zern A, Jalowieki A, Mayer J, Weinmann M, Schuhmacher J, Muller K, Peng J Q, Seifert H J, Aldinger F. Appl. Organomet. Chem., 2001, 15:777.
[4] Colombo P, Mera G, Riedel R, Soraru G D. J. Am. Ceram. Soc., 2010, 93:1805.
[5] Petrman V, Houska J, Kos S, Calta P, Vlcek J. Acta Mater., 2011, 59:2341.
[6] Yu Z J, Zhou C, Li R, Yang L, Li S W, Xia H P. Ceram. Int., 2012, 38:4635.
[7] 梁斌(Liang B), 杨治华(Yang Z H), 贾德昌(Jia D C), 段小明(Duan X M), 周玉(Zhou Y). 科学通报(Chinese Science Bulletin), 2015, 60:236.
[8] Riedel R, Kienzle A, Dressler W, Ruwisch L, Bill J, Aldinger F. Nature, 1996, 382:796.
[9] Baldus P, Jansen M, Sporn D. Science, 1999, 285:699.
[10] Weinmann M, Schuhmacher J, Kummer H, Prinz S, Peng J Q, Seifert H J, Christ M, Muller K, Bill J, Aldinger F. Chem. Mater., 2000, 12:623.
[11] Weinmann M, Kroschel M, Jaeschke T, Nuss J, Jansen M, Kolios G, Morillo A, Tellaeche C, Nieken U. J. Mater. Chem., 2008, 18:1810.
[12] Li W H, Wang J, Xie Z F, Wang H. Ceram. Int., 2012, 38:6321.
[13] Weinmann M, Haug R, Bill J, Aldinger F, Schuhmacher J, Muller K. J. Organomet. Chem., 1997, 541:345.
[14] Gao Y, Mera G, Nguyen H, Morita K, Kleebe H J, Riedel R. J. Eur. Ceram. Soc., 2012, 32:1857.
[15] 孔杰(Kong J),张国彬(Zhang G B),刘勤(Liu Q).化学进展(Progress in Chemistry), 2007, 19:1791.
[16] Aldinger F, Weinmann M, Bill J. Pure Appl. Chem., 1998, 70:439.
[17] Muller A, Gerstel P, Weinmann M, Bill J, Aldinger F. J. Eur. Ceram. Soc., 2000, 20:2655.
[18] Muller A, Gerstel P, Weinmann M, Bill J, Aldinger F. J. Eur. Ceram. Soc., 2001, 21:2171.
[19] Sarkar S, Gan Z H, An L N, Zhai L. J. Phys. Chem. C, 2011, 115:24993.
[20] Gao Y, Widgeon S J, Tran T B, Tavakoli A H, Mera G, Sen S, Riedel R, Navrotsky A. Scripta. Mater., 2013, 69:347.
[21] Weinmann M, Kamphowe T W, Schuhmacher J, Muller K, Aldinger F. Chem. Mater., 2000, 12:2112.
[22] Su K, Remsen E E, Zank G A, Sneddon L G. Chem. Mater., 1993, 5:547.
[23] Wang Z C, Aldinger F, Riedel R. J. Am. Ceram. Soc., 2001, 84:2179.
[24] Sujith R, Kumar R. J. Eur. Ceram. Soc., 2013, 33:2399.
[25] Riedel R, Ruswisch L M, An L N, Raj R. J. Am. Ceram. Soc., 1998, 81:3341.
[26] Bernard S, Weinmann M, Cornu D, Miele P, Aldinger F. J. Am. Ceram. Soc., 2005, 25:251.
[27] Lee J S, Butt D P, Baney R H, Bowers C R, Tulenko J S. J. Non-Cryst. Solids, 2005, 351:2995.
[28] Zhang Z B, Zeng F, Han J J, Luo Y M, Xu C H. J. Mater. Sci., 2011, 46:5940.
[29] Weinmann M, Haug R, Bill J, de Guire M, Aldinger F. Appl. Organomet. Chem., 1998, 12:725.
[30] Riedel R, Kroke E, Greiner A, Gabriel A O, Ruwisch L, Nicolich J, Kroll P. Chem. Mater., 1998, 10:2964.
[31] Baufeld B, Gu H, Bill J, Wakai F, Aldinger F. J. Am. Ceram. Soc., 1999, 19:2797.
[32] Haug R, Weinmann M, Bill J, Aldinger F. J. Am. Ceram. Soc., 1999, 19:1.
[33] Weinmann M, Horz M, Berger F, Muller A, Muller K, Aldinger F. J. Organomet. Chem., 2002, 659:29.
[34] Gottardo L, Bernard S, Gervais C, Weinmann M, Miele P. J. Mater. Chem., 2012, 22:17923.
[35] Zhou C, Min H, Yang L, Chen M Y, Wen Q B, Yu Z J. J. Am. Ceram. Soc., 2014, 34:3579.
[36] Yang H, Deschatelets P, Brittain S T, Whitesides G M. Adv. Mater., 2001, 13:54.
[37] Majoulet O, Alauzun J G, Gottardo L, Gervais C, Schuster M E, Bernard S, Miele P. Micropor. Mesopor. Mater., 2011, 140:40.
[38] Bernard S, Miele P. J. Ceram. Sci. Tech., 2013, 4:113.
[39] Majoulet O, Sandra F, Bechelany M C, Bonnefont G, Fantozzi G, Joly-Pottuz L, Malchere A, Bernard S, Miele P. J. Mater. Chem. A, 2013, 1:10991.
[40] Bhandavat R, Singh G. J. Am. Ceram. Soc., 2012, 95:1536.
[41] Ge K K, Ye L, Han W J, Han Y, Xu C H, Zhao T S. Mater. Lett., 2013, 112:124.
[42] Zhang Y J, Yin X W, Ye F, Kong L. J. Eur. Ceram. Soc., 2014, 34:1053.
[43] Yang L J, Cheng X, Zhang Y, Liu J. Key Eng. Mater., 2011, 492:441.
[44] Schuhmacher J, Berger F, Weinmann M, Bill J, Aldinger F, Muller K. Appl. Organomet. Chem., 2001, 15:809.
[45] Berger F, Muller A, Aldinger F, Muller K. Z. Anorg. Allg. Chem. 2005, 631:355.
[46] Muller A, Zern A, Gerstel P, Bill J, Aldinger F. J. Eur. Ceram. Soc., 2002, 22:1631.
[47] Widgeon S, Mera G, Gao Y, Sen S, Navrotsky A, Riedel R. J. Am. Ceram. Soc., 2013, 96:1651.
[48] Gervais C, Babonneau F, Ruwisch L, Hauser R, Riedel R. Can. J. Chem., 2003, 81:1359.
[49] Ye F, Zhang L T, Yin X W, Zhang Y J, Kong L, Li Q, Liu Y S, Cheng L F. J. Eur. Ceram. Soc., 2013, 33:1469.
[50] Chen Y H, Yang X P, Cao Y J, An L A. J. Eur. Ceram. Soc., 2014, 34:2163.
[51] Butchereit E, Nickel K G, Muller A. J. Am. Ceram. Soc. 2001, 84:2184.
[52] Kumar N V R, Mager R, Cai Y, Zimmermann A, Aldinger F. Scripta. Mater., 2004, 51:65.
[53] Kumar N V R, Prinz S, Cai Y, Zimmermann A, Aldinger F, Berger F, Muller K. Acta Mater., 2005, 53:4567.
[54] Kumar R, Phillipp F, Aldinger F. Mat. Sci. Eng. A-Struct., 2007, 445:251.
[55] Cheng H T, Ren X H, Ebadi S, Chen Y H, An L N, Gong X. IEEE Sens. J., 2015, 15:1453.