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用于3D打印的光敏树脂先驱体制备及其陶瓷化研究

徐小波  
【摘要】:本文以有机光敏树脂作为液态先驱体,采用先驱体转化技术,结合数字光处理(DLP)对先驱体树脂配方3D打印成型。打印出的先驱体聚合物在特定的温度程序下裂解,成功地合成了SiOC陶瓷。所设计的树脂配方具有优异的流动性(可加工粘度0.068 Pa?s),适合进行3D打印成型并可实现陶瓷化,便于制备具有复杂形状的陶瓷材料。配方中不含溶剂,避免了溶剂挥发造成的陶瓷开裂和环境污染。通过研究光敏树脂先驱体的最佳配方组成、光固化后处理最佳时长以及裂解的最佳温度程序,制备出的复杂结构SiOC陶瓷材料,其表面平整,没有明显可见裂缝。所制备的SiOC陶瓷通过FT-IR、XRD、拉曼光谱、SEM等检测方法,分析了结构成分和物理性能。制备的陶瓷样品在长、宽、高三个方向上的平均体积收缩率为50.68%,陶瓷产率为16.19%,密度为1.33 g/cm~3,孔隙率为47.37%,硬度为1.85 GPa和导热率为1.431 W/m K,是一种性能良好的多孔陶瓷材料。论文将功能性填料BN掺入上述有机光敏树脂先驱体,制备了SiOC/BN复合陶瓷。考察了BN作为填料加入先驱体树脂配方后对3D打印成型的影响,以及对先驱体聚合物收缩率和产率的影响。由于填料的体积效应,BN的加入有效抑制了陶瓷的收缩,增加了陶瓷的产率,减小了陶瓷内部的孔隙率并且增大了陶瓷的密度。所制备出的SiOC/BN陶瓷材料通过热重分析、FT-IR、XRD、SEM等检测方法分析SiOC/BN陶瓷的结构成分和物理性能。所制备的SiOC/BN陶瓷在长宽高三个方向上的平均收缩率降为37.65%,陶瓷产率达21.71%,密度达1.75 g/cm~3,孔隙率降为42.71%,导热率为1.793 W/m K。由此可见,填料BN的加入,有效抑制了先驱体聚合物的收缩,增加了陶瓷产率,并且提高了陶瓷的导热率,赋予了陶瓷更优异的性能。


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