Оксидная и оксинитридная керамика и композиты из гомогенных металлорганических прекурсоров, сформованных стереолитографической 3D-печатьюНИР

Oxide and oxonitride ceramics and composites derived from metal-containing pre-ceramic polymers, formed by stereolithography 3D-printing

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 15 января 2019 г.-25 декабря 2019 г. Оксидная и оксинитридная керамика и композиты из гомогенных металлорганических прекурсоров, сформованных стереолитографической 3D-печатью
Результаты этапа: Настоящий проект направлен на создание аддитивной технологии производства керамических изделий с высокой точностью воспроизведения формы компьютерной модели за счет объединения идеи фотополимеризуемого гомогенного элементоорганического прекурсора и стереолитографического метода 3D-печати. Текущий этап выполнения проекта был направлен на апробацию различных прекерамических прекурсоров для их формования методом фотополимеризации для последующего изготовления керамики на основе оксида алюминия. Исследования включали в себя 1) выбор фотоинициатора радикальной фотополимеризации; 2) выбор акрилатных мономеров и диакрилатных сшивающих агентов; 2) поиск алюмосодержащего прекурсора, способного к полимеризации или сополимеризации с выбранными акрилатными мономерами. Апробированы различные варианты синтеза акрилатов алюминия, в том числе замещенных гидроксоакрилатов, а также аддукта изопропилата алюминия с аллиламином с целью разработки смеси, которую возможно формовать методом фотополимеризации, с последующим отжигом с сохранением формы керамики, имея в виду дальнейшее формование с помощью стереолитографической 3D-печати. Все проделанные синтезы были оценены именно с такой точки зрения. Апробированы синтезы в выбранных мономерах – бутилметакрилате, лаурилметакрилате и 1,6-гександиолдиакрилате. 1. Фотополимеризацией полимерного прекурсора на основе акрилатной суспензии синтезированного in situ алюмоксана типа Al(OH)2(ОAcryl) впервые изготовлена корундовая керамика заданной формы. Негомогенность полимерного прекурсора не является препятствием для его использования в технологии стереолитографической 3D-печати. 2. Значительный процент потери массы при термообработке полимерного прекурсора предполагает изменение принципа его использования - в качестве фотополимеризуемой связки при наполнении его дисперсным порошком оксида алюминия. 3. Наиболее сильная усадка керамического изделия происходит в диапазоне 200-400°С; требуется разработка специальной программы нагревания изделия до температуры спекания с целью минимизировать последствия сильной усадки. При термообработке сформованного изделия в инертной атмосфере усадка меньше, чем при отжиге на воздухе, поскольку при пиролизе остается большое количество аморфного углерода. Отжиг такой керамики с аморфным углеродом в атмосфере азота перспективен для проведения процесса карбонитридизации при получении нитрида и оксинитрида алюминия.
2 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Оксидная и оксинитридная керамика и композиты из гомогенных металлорганических прекурсоров, сформованных стереолитографической 3D-печатью
Результаты этапа: За второй год реализации проекта получены следующие результаты: (1) разработана методика синтеза акрилатного алюмоксанового прекурсора в акрилатных мономерах по схеме Al2O3 + Acryl OH +H2O → 2 Al(OH)2(ОAcryl), при добавлении в мономер стехиометрических количеств акриловой кислоты, воды и стехиометрического (или избытка) количество мелкодисперсного оксида алюминия; (2) апробирована схема получения алюмоксанов с неполимеризуемым анионом меньшей молекулярной массы (ацетат, формиат): Al2O3 + А OH +H2O → 2 Al(OH)2(ОA), где А=СН3СО, НСО (3) методами ТГ/ДТА и РФА исследован процесс карбонитридизация пиролизованного в инертной атмосфере алюмоксанового прекурсора (по пп.1,2) (4) апробирован схема получения иминных прекурсоров для синтеза нитридной керамики по реакции диалкилалюмогидрида с непредельными нитрилами (акрилонитрилом или бутенилнитрилом); проведена корректировка дизайна имнного прекурсора (5) определены зависимости глубины полимеризации от приложенной дозы УФ-облучения для акрилатных (или ацетатных, формиатных) и иминных прекурсоров (6) изучена зависимость глубины полимеризации от приложенной дозы УФ-облучения прекурсоров, наполненных керамическими корундовыми частицами. (7) на основании ТГ/ДТА предложены режимы термической обработки (пиролиза и спекания) отпечатанных композитов для получения керамики с заданной геометрией
3 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Оксидная и оксинитридная керамика и композиты из гомогенных металлорганических прекурсоров, сформованных стереолитографической 3D-печатью
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".