先驅體轉化碳化硅陶瓷(ci)基復(fu)合(he)材(cai)(cai)料（CMCs）主要應(ying)用(yong)(yong)于制備具(ju)有耐高(gao)溫、抗氧化(hua)(hua)、耐磨(mo)性(xing)好(hao)、熱(re)(re)膨脹率小、導電導熱(re)(re)性(xing)好(hao)、硬度高(gao)和耐腐(fu)蝕(shi)等(deng)(deng)優異性(xing)能的，并可近凈尺寸成(cheng)型(xing)的高(gao)性(xing)能陶瓷(ci)材(cai)(cai)料和纖維增強陶瓷(ci)基復(fu)合(he)材(cai)(cai)料；目前(qian)已被廣泛應(ying)用(yong)(yong)于高(gao)端科技(ji)與國防軍(jun)事領(ling)(ling)域(yu)，如(ru)空間遙感成(cheng)像光學系(xi)(xi)統(tong)(tong)輕(qing)量化(hua)(hua)支撐結構(gou)件(jian)、航空航天發動(dong)機熱(re)(re)端部(bu)件(jian)、可重復(fu)使(shi)用(yong)(yong)的航天運載器熱(re)(re)防護材(cai)(cai)料、高(gao)超(chao)音速運輸(shu)推(tui)進系(xi)(xi)統(tong)(tong)等(deng)(deng)。在民(min)用(yong)(yong)領(ling)(ling)域(yu)，先(xian)驅體(ti)轉化(hua)(hua)結構(gou)材(cai)(cai)料也逐步體(ti)現其(qi)巨(ju)大經(jing)濟(ji)價值和不(bu)可替代的作用(yong)(yong)，如(ru)飛機、高(gao)鐵、汽車(che)等(deng)(deng)現代運輸(shu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)剎(cha)車(che)盤、高(gao)溫燃汽輪(lun)機熱(re)(re)端部(bu)件(jian)、高(gao)溫氣體(ti)余(yu)熱(re)(re)回收、工業粉塵過(guo)濾(lv)、耐腐(fu)蝕(shi)可再生催化(hua)(hua)劑載體(ti)、大型(xing)高(gao)溫系(xi)(xi)統(tong)(tong)加熱(re)(re)部(bu)件(jian)、冶金(jin)高(gao)溫爐用(yong)(yong)碳套(tao)等(deng)(deng)。隨(sui)著軍(jun)民(min)融合(he)工作的深入(ru)推(tui)進，先(xian)驅體(ti)轉化(hua)(hua)高(gao)性(xing)能結構(gou)陶瓷(ci)材(cai)(cai)料制備技(ji)術(shu)將會更趨綠色化(hua)(hua)、低(di)成(cheng)本化(hua)(hua)，其(qi)產品將會更加廣泛滲透到經(jing)濟(ji)社會體(ti)系(xi)(xi)的各(ge)個方面，對經(jing)濟(ji)發展的推(tui)動(dong)作用(yong)(yong)將越來(lai)越大。

　　制備CMCs基體的先驅體至關重要，從工藝流程看出，理想的先驅體應兼具“三低”（低粘度、低溫交聯、低收縮），“二無”（無雜質、無發泡），“一高”（高陶瓷收率）的特點。目前，CMCs中以Cf/SiC和SiCf/SiC體系發展最快，國內主要以固態聚碳硅烷（PCS）作為SiC的先驅體，存在的不足是：需要溶解于有機溶劑，降低了浸漬效率，帶來了污染；PCS本身不能交聯，熱解后發泡；PCS陶瓷收率不高，約55%；價格較為昂貴，3000～4000元/公斤。同時，SiC基復合材料的最佳服役溫度在1600℃左右，對于服役溫度為1000～1300℃的構件，材料雖然能很好地滿足使用要求，但會造成性能冗余。過高的制備成本限制了其應用范圍的拓展和批量生產，例如高溫結構、防熱部件、高溫化學泵、閥門應用等領域，急需找到高性價比的替代品。通過LC3計劃，美國最先開展了CMCs低成本化的研究，確定了適用于1300℃以下的SiOC基體系，并開發了適用于PIP工藝的先驅體產品。

　　中國科學院寧波材料技術與工程研究所核能材料工程實驗室在“十二五”期間承擔了中科院核能先導專項任務，并對高性能碳化硅先驅體材料開展了深入研究。在制備前期聚碳硅烷的研究工作中，發現常規合成過程中會產生大量的小分子液態副產物。近日，在綠色制造和低成本化研究思路的指導下，團隊對上述液態副產物開展再利用的研究。在該研究中，實驗室科研人員對液態副產物的組成結構進行分析，確定其為重均分子量在200～800之間、主鏈為Si-C結構的液態低分子量PCS。進一步，向其中引入“C=C”活性基團，制備了可轉化為SiOC陶瓷的液態先驅體（LC-PCS）。LC-PCS具有如下特征：①室溫粘度約30mPa·s；②在400℃以下可充分交聯；③陶瓷收率大于70%。最后，分別以LC-PCS和PCS為先驅體，通過PIP工藝制備CMCs。結果表明，得到致密樣品所需的“浸漬-裂解”周期從14個降低到10個。可見，新的合成路徑從先驅體本身和復材制備過程兩個環節降低了CMCs的成本，制備了可在1000～1300℃服役的高性價比CMCs。液態副產物的再利用也實現了PCS的綠色合成，體現了環境效益。該項研究成果對于軍用和核用高端材料進入民用領域鋪平了道路。

　　寧波材料所對該綠色低成本化技術已經進行了專利保護（201810433805.3），并積極推進下游產品的對接。以上工作得到了國家自然科學基金（91426304）以及中科院戰略先導科技專項（XDA03010305）的資助支持。

圖1（a）LC-PCS；（b）交聯固化產(chan)物(wu)；（c）1200℃裂解產(chan)物(wu)；（d）PCS和LC-PCS的TG曲(qu)線(xian) 

圖2（a）LC-PCS和PCS溶液浸(jin)漬周期-增重曲線；（b）LC-PCS為先驅體所制得2D Cf/SiOC