วิธีการสังเคราะห์สารตั้งต้นอินทรีย์รวมกับการพิมพ์ 3 มิติ

เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) มีพื้นที่การใช้งานมหาศาลในสาขาต่างๆ เช่น เซมิคอนดักเตอร์ พลังงาน การบินและอวกาศ ตัวเร่งปฏิกิริยา ฯลฯ เซรามิกที่มีรูพรุน SiC มีความพรุนสูงมีน้ำหนักเบากว่า พื้นที่ผิวจำเพาะที่ใหญ่กว่า และความพรุนสูงกว่าเนื่องจากโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ . คุณลักษณะที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้ยังทำให้พวกมันมีคุณค่าในการใช้งานที่สำคัญในหลาย ๆ ด้าน เช่น ฉนวน การแยกก๊าซ เครื่องปฏิกรณ์อุณหภูมิสูง การป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้า และตัวพาตัวเร่งปฏิกิริยา

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีการผลิตแบบดั้งเดิม เช่น การอัดแห้ง การฉีดขึ้นรูป และการหล่อแบบแถบ มักจะเผชิญกับความยากลำบากอย่างมากสำหรับการผลิตเซรามิก SiC ที่มีรูปทรงซับซ้อน ไม่เพียงแต่กระบวนการจะซับซ้อน ใช้เวลานาน และวงจรการเตรียมการที่ยาวนานเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวัตถุดิบด้วย วัสดุและต้นทุนการผลิตสูง นอกจากนี้ ข้อบกพร่อง เช่น รูพรุน รอยแตก และความไม่สม่ำเสมอในระหว่างกระบวนการขึ้นรูปทำให้ยากต่อการหลีกเลี่ยงการแตกหักง่ายของอุปกรณ์เซรามิก โดยจำกัดการใช้คุณสมบัติทางกลอย่างเต็มที่อย่างจริงจัง และจำกัดความสามารถของเราในการใช้คุณสมบัติที่ดีเยี่ยมของวัสดุ SiC ได้อย่างเต็มที่ เช่น ทนต่ออุณหภูมิสูงและทนต่อการกัดกร่อน

เริ่มต้นจากสารตั้งต้นอินทรีย์ของเซรามิก SiC และการใช้เทคโนโลยีเซรามิกการพิมพ์ 3D ล่าสุด ไม่เพียงแต่สามารถเอาชนะความยากลำบากในการเตรียมอุปกรณ์เซรามิกที่ซับซ้อนโดยใช้ผง SiC เท่านั้น แต่ยังสามารถแก้ไขข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการขึ้นรูปวัสดุเซรามิกได้อีกด้วย การเกิดขึ้นนี้ได้เปิดเส้นทางใหม่สำหรับการประยุกต์ใช้วัสดุ SiC

เซรามิกการแปลงสารตั้งต้นอินทรีย์ (PDC) หรือที่เรียกว่าเซรามิกที่ได้จากโพลีเมอร์หมายถึงวัสดุเซรามิกที่ได้จากการใช้คุณสมบัติการประมวลผลที่ง่ายดายของสารตั้งต้นโพลีเมอร์อินทรีย์เพื่อให้ได้รูปร่างที่ต้องการ จากนั้นจึงทำการแปลงที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้ได้วัสดุเซรามิกที่ต้องการ . วิธีการแปลงสารตั้งต้นอินทรีย์สามารถแบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอน ซึ่งรวมถึงการขึ้นรูป การเชื่อมขวาง ไพโรไลซิส และการตกผลึก โพลีเมอร์ถูกสร้างขึ้นครั้งแรกโดยการพิมพ์ 3 มิติ การถ่ายภาพ การเชื่อมโยงข้าม และสุดท้ายคือไพโรไลซิส ด้วยโปรแกรมการให้ความร้อนที่ตั้งไว้ สารตั้งต้นจะค่อยๆ แยกตัวและสร้างเซรามิก ในระหว่างกระบวนการไพโรไลซิส สารประกอบระเหยบางชนิดจะถูกปล่อยออกมา และชิ้นส่วนอินทรีย์จะถูกสลายตัวเป็นวัสดุอนินทรีย์

วัสดุเซรามิก SiC ที่เตรียมโดยการแปลงสารตั้งต้นสามารถนำไปใช้ในเทคโนโลยีระดับไฮเอนด์และการป้องกันทางทหาร โดยมีแนวโน้มการใช้งานในวงกว้าง เช่น เครื่องยนต์การบิน ระบบป้องกันความร้อนของเครื่องบิน อาวุธและอุปกรณ์ การรองรับกระจกอวกาศ และวัสดุคอมโพสิต SiC อื่นๆ ที่ใช้ ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง SiC ที่มีรูพรุนพร้อมคุณสมบัติต้านทานแรงกระแทก การแยกตัว ฉนวน การดูดซับ หรือการโหลดตัวเร่งปฏิกิริยา การเชื่อมต่อหรือการซ่อมแซมรอยแตกร้าวระหว่างเซรามิกและเซรามิกเมทริกซ์คอมโพสิต ฯลฯ