用于3D打印预陶瓷聚合物的具有活性功能添加剂的配制品和3D打印该配制品的方法技术

本发明专利技术提供了可以用于3D打印和热解以生产陶瓷基质复合材料的树脂配制品。这些树脂配制品含有固相填料，以便在最终陶瓷材料中提供高的热稳定性和机械强度(例如，断裂韧性)。本发明专利技术提供了负载有固相填料的预陶瓷聚合物的直接、自由形式3D打印，接着将该预陶瓷聚合物转化为具有潜在地复杂3D形状或呈大零件形式的3D打印的陶瓷基质复合材料。其他变型提供了作为固相填料的活性固相功能添加剂，以便在陶瓷结构形成时在该陶瓷结构内并且在最终结构中执行或增强至少一种化学、物理、机械、或电功能。固相功能添加剂通过在热解或其他热处理期间由这些添加剂有效地诱导的一种或多种变化来有效地改善最终陶瓷结构。

Preparations with active functional additives for 3D printing of pre-ceramic polymers and methods for 3D printing of the preparations

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于3D打印预陶瓷聚合物的具有活性功能添加剂的配制品和3D打印该配制品的方法优先权数据本国际专利申请要求于2016年11月30日提交的美国临时专利申请号62/428,203；2016年11月30日提交的美国临时专利申请号62/428,207；2016年11月30日提交的美国临时专利申请号62/428,213；2017年9月9日提交的美国临时专利申请号62/556,388；以及2017年11月26日提交的美国专利申请号15/822,203的优先权，这些专利中的每一个特此通过引用结合在此。
本专利技术总体上涉及适用于制备可以转化为陶瓷基质复合材料和其他陶瓷结构的预陶瓷聚合物的单体配制品。
技术介绍
陶瓷基质复合材料(CMC)克服了常规陶瓷的许多缺点，诸如脆性破坏、低断裂韧性、和有限的耐热冲击性。陶瓷基质复合材料的应用包括需要高温下的可靠性(超过金属或聚合物的能力)和对于腐蚀和磨损的耐性的那些应用。在包括以下项的领域中还存在对于增材制造(3D打印)的陶瓷的高商业需求：工业过滤(熔融金属过滤器、流动分离器)；金属加工(铸造模具/坯件)；植入式牙科和医疗装置；以及半导体加工。陶瓷材料的增材制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印组合物，所述3D打印组合物包含：(a)从约10体积％至约99体积％的一种或多种预陶瓷、UV可固化的单体；以及(b)从约1体积％至约70体积％的固相功能添加剂，其中所述功能添加剂具有至少一个从约5纳米至约50微米的平均尺寸，并且其中所述功能添加剂的特征在于当加热时，所述功能添加剂反应以引起所述组合物的体积增加。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.30 US 62/428,203;2016.11.30 US 62/428,207;1.一种3D打印组合物，所述3D打印组合物包含：(a)从约10体积％至约99体积％的一种或多种预陶瓷、UV可固化的单体；以及(b)从约1体积％至约70体积％的固相功能添加剂，其中所述功能添加剂具有至少一个从约5纳米至约50微米的平均尺寸，并且其中所述功能添加剂的特征在于当加热时，所述功能添加剂反应以引起所述组合物的体积增加。2.如权利要求1所述的组合物，其中，所述预陶瓷、UV可固化的单体选自不饱和的醚、乙烯基化合物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、环醚(环氧物或氧杂环丁烷)、硫醇、或其组合。3.如权利要求1所述的组合物，其中，所述预陶瓷、UV可固化的单体选自硅氮烷、硅氧烷、硅烷、碳硅烷、或其组合。4.如权利要求1所述的组合物，其中，所述预陶瓷、UV可固化的单体含有(i)非碳原子，所述非碳原子选自下组，该组由以下各项组成：Si、B、Al、Ti、Zn、P、S、Ge、以及其组合，和(ii)两种或更多种官能团，所述官能团选自下组，该组由以下各项组成：脂族醚、环醚、乙烯基醚、环氧化物、环脂族环氧化物、氧杂环丁烷、以及其组合、类似物、或衍生物。5.如权利要求1所述的组合物，其中，所述预陶瓷、UV可固化的单体含有(i)非碳原子，所述非碳原子选自下组，该组由以下各项组成：Si、B、Al、Ti、Zn、P、S、Ge、N、O、以及其组合，和(ii)两个或更多个C＝X双键、两个或更多个C≡X三键、或至少一个C＝X双键和至少一个C≡X三键，其中X选自C、S、N、O、或其组合。6.如权利要求1所述的组合物，其中，所述功能添加剂选自下组，该组由以下各项组成：钪、钇、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铁、钴、镍、锌、硼、铝、镓、硅、锗、磷、以及其组合或合金。7.如权利要求1所述的组合物，其中，所述功能添加剂选自下组，该组由以下各项组成：硅化钛、硅化铬、硅化镁、硅化锆、硅化钼、以及其组合或硅酸盐。8.如权利要求1所述的组合物，其中，所述功能添加剂选自下组，该组由以下各项组成：铝、钛、锆、硅化钛、硅化铬、硅化镁、硅化锆、以及其组合。9.如权利要求1所述的组合物，其中，所述功能添加剂的特征在于当加热时，所述功能添加剂与所述单体反应。10.如权利要求1所述的组合物，其中，所述功能添加剂的特征在于当在加热气氛下被加热时，所述功能添加剂与所述加热气氛中含有的一种或多种气体反应。11.一种3D打印组合物，所述3D打印组合物包含：(a)从约10体积％至约99体积％的一种或多种预陶瓷、UV可固化的单体，其中所述预陶瓷、UV可固化的单体中的至少一些含有硫醇基团；以及(b)从约1体积％至约70体积％的固相功能添加剂，其中所述功能添加剂具有至少一个从约5纳米至约50微米的平均尺寸，并且其中所述功能添加剂的特征在于当加热时，所述功能添加剂反应性地与所述单体的所述硫醇基团中含有的硫结合。12.如权利要求11所述的组合物，其中，所述功能添加剂选自下组，该组由以下各项组成：钪、钇、钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、铁、钴、镍、锌、硼、铝、镓、硅、锗、磷、以及其组合、合金、氧化物、碳化物、或氮化物。13.如权利要求11所述的组合物，其中，所述功能添加剂选自下组，该组由以下各项组成：钛、锆、铪、硅、铝、铬、铌、硅化铬、硅化钛、以及其组合。14.一种陶瓷结构，所述陶瓷结构包含如权利要求11所述的3D打印的、UV固化的组合物的经热解的形式。15.如权利要求14所述的陶瓷结构，其中，所述陶瓷结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：扎克·埃克尔，托拜厄斯·舍德勒，约翰·马丁，肯尼思·坎特，
申请(专利权)人：HRL实验室有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US