[發(fā)明專利]制備玻璃和陶瓷的增材制造相分離組合物

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• 申請日: 2019-08-28
• 公開（公告）號: CN112638834A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設計）人: 大衛(wèi)·穆爾;洛倫佐·巴爾貝拉;庫納爾·馬薩尼亞;安德烈·斯圖達特
• 申請（專利權）人: 蘇黎世聯(lián)邦理工學院
• 主分類號: C03C1/00
• 分類號: C03C1/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;蘇虹

本發(fā)明提供了增材制造組合物，在增材制造領域中也被稱為“墨”，其可以通過改變光聚合光源的強度而在孔隙率方面進行微調，并且其可以進一步用于從玻璃、陶瓷、或玻璃?陶瓷及其各自的合金中獲得目標物。

技術領域

本發(fā)明涉及可流動的增材制造組合物，其特別適用于立體光刻型工藝，并且所述組合物在用光照射時能夠相分離成雙相雙連續(xù)結構(biphasic bi-continousstructure)。

背景技術

3D打印技術的出現(xiàn)為在完全數(shù)字化制造過程中制造復雜形狀的目標物開啟了有吸引力的新的可能性。在玻璃和/或陶瓷的情況下，3D打印可以潛在地將通過現(xiàn)代工業(yè)過程提供的自動化與手工藝術工作者可以實現(xiàn)的復雜幾何形狀相結合。在該方向的最新發(fā)展已經(jīng)能夠通過直接擠出處于熔融狀態(tài)的玻璃材料或通過在室溫下將顆粒懸浮墨立體光刻圖案化(SLA)來實現(xiàn)玻璃目標物的3D打印。

熔融玻璃材料的直接擠出是這樣的技術：其避免了常規(guī)的基于粉末的工藝的高收縮，因此使與不均勻粉末致密化相關的缺陷最小化，但是仍然是昂貴的高能耗應用，其中制造的目標物的幾何復雜性和尺寸由于大的長絲直徑而仍然受到限制。克服由熔融玻璃擠出造成的限制的策略是使用基于顆粒的墨進行澆鑄，特別是直接墨書寫。然而，使用這種墨的增材制造的主要限制為：i)高度使用溶劑限制了墨強度，以及ii)因為僅一小部分的打印結構包含交聯(lián)樹脂，特征尺寸受到限制。使用納米顆粒墨的立體光刻是實現(xiàn)具有較高幾何復雜性的部件的一種成本有效的替代方法，但至今僅使用SiO₂納米顆粒進行了證明，這限制了可用的化學品。相比之下，商業(yè)玻璃的實例，例如用于骨再生的生物活性玻璃、用于顯示器的高強度Gorilla玻璃和用于光通信的玻璃纖維，說明了令人關注的功能特性通常需要包含多于一種的氧化物的組合物。因此，開發(fā)拓寬打印成分設計空間并提高分辨率的技術是發(fā)展此類材料的關鍵。

WO2018/065093 A1公開了能夠用于立體光刻工藝以獲得石英玻璃目標物的組合物，其中將石英玻璃顆粒分散在可聚合的有機聚合物前體中，形成可以被燒制以獲得石英玻璃目標物的生坯。組合物表現(xiàn)出高的顆粒負載、2.82Pas的高粘度，因此提供了低分辨率。

US2018/0036945 A1公開了能夠用于立體光刻工藝以獲得目標物的組合物，其中將無機材料粉末分散在可光固化的有機聚合物前體中并且對該組合物進行脫氣以避免在燒制的目標物中形成空隙。這種方法依賴于從懸浮體和漿料打印的目標物中除去氣泡，但沒有解決諸如粘度、脫粘(debinding)和燒結的設計挑戰(zhàn)。

Ido Cooperstein、Efrat Shukrun、Ofir Press、Alexander Kamyshny和ShlomoMagdassi的“Additive Manufacturing of Transparent Silica Glass fromSolutions”，ACS Applied MaterialsInterfaces 2018 10(22)，18879-18885公開了能夠進行3D打印并燒制成二氧化硅玻璃的水性的可光聚合的溶膠-凝膠組合物。用該方法，必須將陶瓷前體丙烯酸酯化，因此限于選擇很少的醇鹽，例如原硅酸四乙酯。Cooperstein中公開的單相溶膠-凝膠墨在照射時不能形成為雙連續(xù)雙相結構。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了增材制造組合物，在增材制造領域中也被稱為“墨”，其可以方便地用于經(jīng)由增材制造來制造目標物，可以通過改變光聚合光源的強度來在相分離和隨后的孔隙率方面進行微調，并且其可以用于從玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷及其各自的合金中獲得目標物。

本發(fā)明的一個目的是提供組合物，特別是增材制造組合物，所述組合物包含能夠光誘導相分離成雙連續(xù)雙相結構的連續(xù)液相，所述連續(xù)液相至少包含：一種或更多種無機前體化合物，特別是烷氧基化無機前體化合物，所述無機前體化合物優(yōu)選為不可光聚合的；以及一種或更多種可光聚合的有機聚合物前體化合物。

本發(fā)明的另一些實施方案在從屬權利要求中給出。

附圖說明