Methode zur Synthese organischer Vorläufer kombiniert mit 3D-Druck

Siliziumkarbid (SiC)-Keramik hat einen enormen Anwendungsbereich in Bereichen wie Halbleiter, Energie, Luft- und Raumfahrt, Katalysatoren usw. Unter ihnen weisen poröse SiC-Keramik mit hoher Porosität aufgrund ihrer einzigartigen Struktur ein geringeres Gewicht, eine größere spezifische Oberfläche und eine höhere Porosität auf . Aufgrund dieser hervorragenden Eigenschaften spielen sie auch in vielen Bereichen eine wichtige Rolle, beispielsweise bei der Isolierung, Gastrennung, Hochtemperaturreaktoren, elektromagnetischen Abschirmungen und Katalysatorträgern.

Allerdings stoßen herkömmliche Fertigungstechnologien wie Trockenpressen, Spritzgießen und Bandgießen bei der Herstellung komplex geformter SiC-Keramik oft auf enorme Schwierigkeiten – nicht nur der Prozess ist komplex, zeitaufwändig und der Vorbereitungszyklus lang, sondern auch das Rohmaterial Material- und Herstellungskosten sind hoch. Darüber hinaus erschweren Defekte wie Poren, Risse und Unebenheiten während des Umformprozesses die Vermeidung von Sprödbrüchen bei Keramikgeräten, was die volle Nutzung ihrer mechanischen Eigenschaften erheblich einschränkt und unsere Fähigkeit einschränkt, die hervorragenden Eigenschaften von SiC-Materialien wie z sowie hohe Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Ausgehend von den organischen Vorläufern von SiC-Keramik und der Nutzung der neuesten 3D-Druckkeramiktechnologie können nicht nur die Schwierigkeiten bei der Herstellung komplexer Keramikbauteile mit SiC-Pulver überwunden werden, sondern auch die Fehler, die während des Keramikmaterialbildungsprozesses auftreten, behoben werden. Seine Entstehung hat einen neuen Weg für die Anwendung von SiC-Materialien eröffnet.

Unter „Organic Precursor Conversion Ceramic“ (PDC), auch als Polymerkeramik bekannt, versteht man das Keramikmaterial, das durch Nutzung der einfachen Verarbeitungseigenschaften organischer Polymervorläufer zur Erzielung der gewünschten Form und anschließender Hochtemperaturumwandlung zum gewünschten Keramikmaterial gewonnen wird . Das Verfahren zur Umwandlung organischer Vorläufer kann in vier Schritte unterteilt werden, darunter Formen, Vernetzung, Pyrolyse und Kristallisation. Das Polymer wird zunächst durch 3D-Druck, Photohärtung, Vernetzung und schließlich Pyrolyse gebildet. Durch ein festgelegtes Heizprogramm spaltet sich der Vorläufer nach und nach und erzeugt Keramik. Während des Pyrolyseprozesses werden einige flüchtige Verbindungen freigesetzt und die organischen Teile werden zu anorganischen Materialien zersetzt.

Durch Vorläuferumwandlung hergestellte SiC-Keramikmaterialien können in vielen High-End-Technologie- und Verteidigungs-Militärbereichen mit breiten Anwendungsaussichten eingesetzt werden, z. B. in Flugzeugtriebwerken, Flugzeugwärmeschutzsystemen, Waffen und Ausrüstung, Trägern von Weltraumspiegeln und anderen verwendeten SiC-Verbundmaterialien in extremen Umgebungen; Poröses SiC mit Schlagfestigkeits-, Trenn-, Isolations-, Adsorptions- oder Katalysatorbeladungseigenschaften; Verbindung oder Rissreparatur zwischen Keramik und Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen usw.