中科院宁波材料技术与工程研究所（宁波材料所）先进核能材料实验室长期从事聚碳硅烷合成、交联成型及SiC陶瓷与SiC陶瓷基复合材料的转化。日前，该所整理了发表在国际学术期刊上应对富余碳的相关研究成果，可分别提升陶瓷热导率、电导率以及产率。

先驱体聚碳硅烷制备SiC陶瓷具有诸多优点，如可通过对有机先驱体进行结构设计调控SiC陶瓷的组分与功能、可利用现有的高分子加工技术获得不同形态的SiC陶瓷材料（包括纤维、涂层、多孔结构等）、可采用先驱体浸渍-裂解工艺（PIP）制备纤维增韧的SiC陶瓷基复合材料等，已成为继传统的粉末成型工艺后制备SiC陶瓷的重要方法之一。但是聚碳硅烷结构中含有富碳的基团，所以由其转化的SiC陶瓷将富余碳，其分布在SiC晶粒周围并独立存在，又被称为“自由碳”，会严重影响陶瓷结晶性、耐高温氧化性、机械性能、导电性能、电磁性能等。目前先驱体聚碳硅烷制备SiC陶瓷的碳含量调控方法主要包括聚碳硅烷结构调控和气相热解法，结构调控会导致陶瓷产率降低，气相热解受限于气体的扩散和渗入，主要适用于纤维、微粉等细微材料。

 (a) 聚碳硅烷转化SiC (b) 聚碳硅烷+纳米Si转化SiC

采用聚碳硅烷与纳米Si复合，随着石墨层状结构的减少或消失，SiC晶粒尺寸增大，能相应提高转化的SiC的热导率，而且纳米Si还能捕捉聚碳硅烷裂解的气体小分子，从而提高陶瓷产率。

(a) 镍系化合物催化聚碳硅烷中自由碳转化碳纳米管 (b) 碳纳米管形成机理

通过向聚碳硅烷中引入镍，在热解阶段，金属Ni转化为Ni₂Si，从而催化了碳纳米管CNT的形成，这有利于提高SiC陶瓷的电导率和热导率。

相关论文：Silicon, 2025, https://doi.org/10.1007/s12633-025-03245-3

编译整理 YUXI