从理论上讲,可以加入高含量无机填料并保持较好加工性能和机械性能的聚合物均可用作可陶瓷化耐极限高温热老化高分子材料的基体材料,包括塑料如聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯等,橡胶或弹性体如天然橡胶、乙丙橡胶、EVA弹性体、POE弹性体和硅橡胶等。考虑到成瓷稳定性以及基体高温分解时要少烟无毒,基体材料优选热固性交联聚合物,或者是具有高熔点和/或在其熔点附近分解而形成炭的聚合物,目前应用最多的基体是硅橡胶。硅橡胶主链由Si-O-Si键组成,是一类主链上不含碳原子的大分子弹性体,具有优良的耐高温与耐寒性,良好的耐老化性、电气绝缘性和化学稳定性。同时硅橡胶还具有燃烧时少烟无毒、燃烧热值低、火焰传播速度慢等特点。硅橡胶作为可陶瓷化耐极限高温热老化高分子材料基体材料的另一优势是:当它分解后,会产生大量的微细SiO2颗粒,为陶瓷化转变提供物质基础,有助于陶瓷的生成。
可陶瓷化耐极限高温热老化高分子材料主要依靠在高温过程中各种组分的分解、化合与熔融等物理化学反应而快速生成陶瓷,其陶瓷化机理较为复杂,主要包括化学反应成瓷、低温烧结成瓷和共晶反应成瓷3种陶瓷化转变机理如下。
(1)添加的反应性填料或高温条件下原位生成的反应性填料之间发生化学反应,生成具有一定强度的无机材料类目标物,从而固化并强化聚合物基体分解所产生气相捕集形成的孔周围的壁,最终形成多孔陶瓷状物质。
(2)低软化点助熔剂与接触反应性无机粒子之间的界面处生成低共熔物,可以对其他无机粒子起到“桥接”作用,并可降低生成相对坚固陶瓷材料所需的温度,促进粘聚性陶瓷产物的烧结生成。