[發(fā)明專利]用于3D打印陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料的配制品和方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201780073237.4
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN110023270A
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 托拜厄斯·舍德勒;扎克·埃克爾;斯科特·比斯波爾;肯尼思·坎特
• 申請（專利權(quán)）人: HRL實驗室有限責(zé)任公司
• 主分類號: C04B35/56
• 分類號: C04B35/56;C08G77/20;C04B35/628;C04B35/622;C04B35/634;C04B35/64;B33Y70/00;B29C64/129;B29C71/02
• 代理公司: 北京安信方達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11262
• 代理人: 孫琳琳;武晶晶

本發(fā)明提供了可以用于3D打印和熱解以生產(chǎn)陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料的樹脂配制品。這些樹脂配制品含有固相填料，以便在最終陶瓷材料中提供高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度(例如，斷裂韌性)。本發(fā)明提供了負(fù)載有固相填料的預(yù)陶瓷聚合物的直接、自由形式3D打印，接著將該預(yù)陶瓷聚合物轉(zhuǎn)化為具有潛在地復(fù)雜3D形狀或呈大零件形式的3D打印的陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料。其他變型提供了作為固相填料的活性固相功能添加劑，以便在陶瓷結(jié)構(gòu)形成時在該陶瓷結(jié)構(gòu)內(nèi)并且在最終結(jié)構(gòu)中執(zhí)行或增強(qiáng)至少一種化學(xué)、物理、機(jī)械、或電功能。固相功能添加劑通過在熱解或其他熱處理期間由這些添加劑有效地誘導(dǎo)的一種或多種變化來有效地改善最終陶瓷結(jié)構(gòu)。

優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)

本國際專利申請要求于2016年11月30日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/428,203；2016年11月30日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/428,207；2016年11月30日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/428,213；2017年9月9日提交的美國臨時專利申請?zhí)?2/556,388；以及2017年11月26日提交的美國專利申請?zhí)?5/822,197的優(yōu)先權(quán)，這些專利中的每一個特此通過引用結(jié)合在此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總體上涉及適用于制備可以轉(zhuǎn)化為陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料和其他陶瓷結(jié)構(gòu)的預(yù)陶瓷聚合物的單體配制品。

背景技術(shù)

陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料(CMC)克服了常規(guī)陶瓷的許多缺點(diǎn)，諸如脆性破壞、低斷裂韌性、和有限的耐熱沖擊性。陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料的應(yīng)用包括需要高溫下的可靠性(超過金屬或聚合物的能力)和對于腐蝕和磨損的耐性的那些應(yīng)用。

在包括以下項的領(lǐng)域中還存在對于增材制造(3D打印)的陶瓷的高商業(yè)需求：工業(yè)過濾(熔融金屬過濾器、流動分離器)；金屬加工(鑄造模具/坯件)；植入式牙科和醫(yī)療裝置；以及半導(dǎo)體加工。陶瓷材料的增材制造對于例如推進(jìn)部件、熱保護(hù)系統(tǒng)、多孔燃燒器、微機(jī)電系統(tǒng)、以及電子裝置包裝也是感興趣的。

不存在用于3D打印陶瓷基質(zhì)復(fù)合材料的成熟方法。當(dāng)前，CMC材料限于手動鋪疊、模制、或熱成形。還存在用于燒結(jié)陶瓷顆粒或在粘合劑中使用打印的陶瓷顆粒的已知技術(shù)，兩者均典型地產(chǎn)生具有比母體材料更低的強(qiáng)度的多孔陶瓷。陶瓷結(jié)構(gòu)典型地?zé)Y(jié)為壓實的多孔材料，從而極大地限制可制造的幾何形狀。

已描述了用于產(chǎn)生陶瓷材料的配制品，這些陶瓷材料可以用各種方法諸如立體光刻技術(shù)和激光燒結(jié)打印(增材制造)。這些典型地是不含有第二相并且受制于低斷裂韌性的非強(qiáng)化陶瓷。這些方法描述于Zocca等人，“Additive Manufacturing of Ceramics：Issues，Potentialities，and Opportunities[陶瓷的增材制造：問題，潛力和機(jī)會]”，J.Am.Ceram.Soc.[美國陶瓷協(xié)會雜志]，98[7]1983-2001(2015)。

另外，已描述了可以產(chǎn)生1D或2D陶瓷或非常小的3D結(jié)構(gòu)的配制品。參見授予Lutz等人的1989年3月28日發(fā)表的美國專利號4,816,497；授予Bruck等人的1997年12月16日發(fā)表的美國專利號5,698,485；授予Hanemann等人的2003年6月3日發(fā)表的美國專利號6,573,020；授予Arney等人的2009年9月1日發(fā)表的美國專利號7,582,685；以及授予Bowman等人的2006年3月30日公布的美國專利申請公開號US2006/0069176A1。