聚苯乙烯 (PS) 球体充当瞬时物理模板，有效地作为“占位符”，在陶瓷材料凝固前定义其内部结构。通过占据碳氮化硅 (SiCN) 前驱体基质中的特定体积，它们保留了将成为均匀孔隙网络的空间。
PS 球体的核心功能是通过“负空间”方法来决定陶瓷的几何形状。它们在硬化阶段保持结构的形状，并通过加热被有效消除，留下与原始排列完全相同的精确、充满空隙的框架。
孔隙形成机制
模板的作用
该过程首先排列聚苯乙烯球体以创建结构基础。这些球体不与陶瓷材料发生化学反应；相反，它们严格充当物理屏障。
浸渍和固化
一旦球体就位，就会引入 SiCN 前驱体溶液。该溶液浸渍球体之间的空间，有效地将它们包围起来。
锁定网络
在去除球体之前，前驱体经过交联。这会将液体溶液转化为固体网络，将球体牢固地固定在刚性结构中。陶瓷框架现在已经成型，完美地模塑在球形模板周围。
热分解和去除
热解阶段
为了从复合材料过渡到多孔陶瓷，系统会经历高温热解。该过程在 900 至 1100 °C 的温度范围内进行。
“牺牲”球体
在这些极端温度下，聚苯乙烯无法存活。球体经历热分解，发生化学分解。
最终孔隙形成
随着 PS 材料分解，它完全从系统中排出。由于 SiCN 框架已经硬化，它不会坍塌。结果是在球体曾经所在的位置形成了均匀的纳米或微米级孔隙。
理解权衡
高温要求
依赖热分解意味着制造过程是能源密集型的。您必须具备达到并维持 900 至 1100 °C 温度的能力，以确保球体被完全去除。
依赖球体均匀性
最终陶瓷的质量与 PS 球体的质量密不可分。牺牲球体尺寸或形状的任何不规则性都将被永久复制为陶瓷孔隙结构中的不规则性。
为您的目标做出正确选择
在使用聚苯乙烯球体进行陶瓷合成时，请考虑您的具体结构要求。
- 如果您的主要关注点是孔隙均匀性：确保您的 PS 球体是单分散的（尺寸相同），因为陶瓷将作为初始模板的完美负模具。
- 如果您的主要关注点是结构稳定性：平衡球体的密度与前驱体的体积；过多的球体可能导致陶瓷壁太薄，无法在热解后支撑框架。
通过严格控制 900 至 1100 °C 的热解范围，您可以将临时的聚合物结构转化为永久的、高度工程化的陶瓷特性。
总结表：
| 阶段 | 工艺作用 | 关键结果 |
|---|---|---|
| 模板排列 | 物理屏障 | 定义内部“负空间”结构。 |
| 浸渍 | 前驱体填充 | SiCN 溶液填充 PS 球体之间的空间。 |
| 交联 | 结构锁定 | 将框架固定在球形模板周围。 |
| 热解 (900-1100°C) | 热分解 | 牺牲 PS 球体，留下均匀的孔隙。 |
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参考文献
- Shibu G. Pillai. Microphase Separation Technique Mediated SiCN Ceramics: A Method for Mesostructuring of Polymer Derived SiCN Ceramics. DOI: 10.56975/ijrti.v10i7.205421
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
