碳化矽（SiC）陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、耐輻照、強度大、硬度高、熱膨脹率小等優(you) 異的綜合性能，在能源安全領域扮演著重要的角色。目前陶瓷材料包括SiC陶瓷的成型主要采用傳(chuan) 統的粉末方法，即從(cong) 微粉製備、成型（包括壓延、擠塑、幹壓、等靜壓、澆注、注射等方式）、燒結到加工這一過程。近30年來，陶瓷材料粉末成型新工藝層出不窮，在各個(ge) 環節上都有所突破，但仍存在這一傳(chuan) 統方法難以超越的局限性，主要包括難以獲得均勻的化學成分、可精加工性差、不易製造複雜構件、難以解決(jue) 陶瓷材料本征脆性等。陶瓷材料在加工成型方麵的短板已影響到其應用領域的拓展。因此，在優(you) 化陶瓷傳(chuan) 統成型工藝的同時研究陶瓷新型成型技術已成為(wei) 陶瓷材料重要的研究方向之一。

　　先驅體(ti) 轉化陶瓷是含矽、硼、碳、氮、氧等元素的有機物通過裂解轉化形成的陶瓷材料。其具有易加工成型、陶瓷化溫度低、陶瓷組成均一、可引入增強相且可通過分子設計對先驅體(ti) 化學組成與(yu) 結構進行調控進而實現對陶瓷組成、結構與(yu) 性能的優(you) 化等優(you) 點，是製備高性能陶瓷材料的一項變革性技術。先驅體(ti) 轉化陶瓷對先驅體(ti) 分子結構設計、元素組成控製、陶瓷轉化過程的物理化學行為(wei) 以及共價(jia) 鍵陶瓷的晶形相變等都提出了挑戰。中國科學院寧波材料技術與(yu) 工程研究所先進能源材料工程實驗室經過規劃論證，將“高性能先驅體(ti) 分子結構設計與(yu) 陶瓷轉化”作為(wei) 重點學科發展方向之一，在中科院和寧波市“3315計劃”A類的支持下，著重對先驅體(ti) 的定製化、高效轉化和工程化開展攻關(guan) ，在2019年已取得以下階段性進展。

　　通過SiC陶瓷先驅體(ti) 的定製化，實驗室在固態聚碳矽烷和液態聚碳矽烷的結構設計與(yu) 合成工藝方麵進行了深入研究，所合成的液態聚碳矽烷具有陶瓷產(chan) 率高（1000℃下陶瓷產(chan) 率可達78%）、存儲(chu) 時間長（>6個(ge) 月）、氧含量低（～0.1wt%）、流動性好（複數粘度～0.01Pa·S）的特點，且通過結構設計結合交聯工藝可實現液態聚碳矽烷瞬間或數分鍾內(nei) 交聯固化成型。固態聚碳矽烷具有支化度低、可紡性好等特性，能夠滿足纖維等成型要求（Appl. Organomet. Chem., 2019;33(2):e4720；Ceram. Int., 2019, 45(13):16380–16386；J. Am. Ceram. Soc., 2019, 102(3):1041–1048；申請專(zhuan) 利：CN201910430199.4、CN201911016657.6、CN201911016637.9）。

　　結合先驅體(ti) 結構定製化和良好的可熔可溶性質成型，實驗室實現了SiC先驅體(ti) 高效轉化為(wei) 中空SiC纖維、低熱導多孔SiC泡沫、複雜3D打印SiC構件、靜電紡絲(si) SiC纖維、高強度複合材料等。使SiC陶瓷從(cong) “單一應用型”向“綜合服務型”轉變，實現價(jia) 值最大化、功能多樣化、產(chan) 品差異化，對相關(guan) 領域起到促進推動作用（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；申請專(zhuan) 利：CN201910090356.1）。

　　近期，先進能源工程實驗室在前期實驗室小試的基礎上，自主設計並成功搭建了固態聚碳矽烷和液態聚碳矽烷兩(liang) 個(ge) 中試平台，這為(wei) 後續工程化和應用研究奠定了堅實的基礎。其中液態先驅體(ti) 中試平台已通過運行調試，成功合成出公斤級聚碳矽烷目標產(chan) 物。

　　上述工作獲得寧波市“3315”創新團隊項目、中科院戰略性先導科技專(zhuan) 項、中科院重點部署項目等的支持。

圖1 基於(yu) 先驅體(ti) 轉化製備SiC材料：(a)靜電紡絲(si) SiC纖維；(b)中空SiC纖維；(c)3D打印SiC先驅體(ti) ；(d)3D打印SiC先驅體(ti) 轉化陶瓷；(e)多孔SiC泡沫；(f)多孔中空SiC纖維

圖2 實驗室成功搭建液態聚碳矽烷中試裝置，製備出公斤級產(chan) 品