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数字光处理技术(DLP)制备聚硅氧烷陶瓷前驱体

数字光处理技术(DLP)制备聚硅氧烷陶瓷前驱体

供稿人:孟佳丽 连芩   发布日期:2018-07-20
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2018年意大利帕多瓦大学提出利用可固化的陶瓷前驱体与不可固化的陶瓷前驱体之间简单物理混合物制造处致密、无裂纹、无空隙的SiOC陶瓷结构的新方法。其中可固化的陶瓷前驱体具有光敏的丙烯酸基,在光照下可以发生聚合反应成形结构,再经烧制后可实现低含量的丙烯酸基的陶瓷前驱体产生高含量的陶瓷。

研究中使用的陶瓷先驱体聚合物是具有专利组合物的液体光固化硅氧烷(TEGO RC 711,Evonik Industries,德国)和两种高陶瓷产量的硅树脂(Silres 601和H44,Wacker Chemie A.G.,德国)。此外还有光引发剂(Irgacure 819, Ciba Specialty Chemicals, 瑞士)、光吸收剂(E133, Squires Kitchen, 英国)、清洗剂和甲苯溶剂。使用DLP打印机(3DLPrinter-HD 2.0,Robofactory,意大利)打印混合均匀的陶瓷前驱体浆料,并通过一系列的实验确定了光固化硅氧烷(RC711)与硅树脂(Silres 601\H44)的质量混合比例为3:7,选取依据如图1所示;最佳光引发剂用量为2wt%;最佳光吸收剂含量为0.75wt%;最佳曝光时间为3.5s。

图1理论陶瓷产量的区域,上下线取决于是否完全去除残留溶剂、打印结构和实验测量值

打印完成之后用清洗液出去未固化的浆料,部分固化的结构在UV炉(365nm,Robofactory,意大利)中照射15分钟,以完成丙烯酸聚合物的形成。完全固化的结构在60℃下的干燥箱中干燥整夜。然后在氮气(99.99%)中以1000℃的氧化铝管炉(Lindberg,Riverside,MI)以2℃/ min的加热速率热解1小时。整个零件制备流程自此完成。最终含量低至24wt%的液体光固化硅氧烷获得了60.2wt%的陶瓷含量。图2为使用该方法打印出的卡尔文单元,其精巧的结构证明了该方法的可行性。

图2卡尔文结构;(A)、(B) 为热解前,(C)、(D)为热解后

参考文献:

  1. Johanna Schmidt, Paolo Colombo Digital light processing of ceramic components from polysiloxanes[J]. Journal of the European Ceramic Society.2018.38: 57-56