Additive Fertigung von modifizierten SiCN-Keramiken hergestellt aus präkeramischen Polymeren = Additive manufacturing of modified SiCN ceramics derived by preceramic polymers

Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer neuartigen Tinte bestehend aus dem präkeramischen Polymer Poly-silazan und dem Reaktivverdünner Divinylbenzol. Die Tinte wurde speziell für den InkJet Drucker entwickelt und besitzt daher eine niedrige Viskosität von 7 mPa∙s und ein Newton’sches Fließverhalten bei hohen Scherraten. Außerdem hat sie eine Oberflächenspannung von 25 mN/m2.Nach dem Drucken von Dünnschichten konnte die Tinte mit UV-Polymerisa-tion ausgehärtet werden und anschließend in eine amorphe Keramik durch Pyrolyse bei 1100 °C unter Stickstoff Atmo-sphäre überführt werden. ... mehrDas Vernetzungsverhalten wurde mithilfe von FTIR-Spektren untersucht. Das nach der radika-lischen Polymerisation aufgenommene FTIR-Spektrum zeigt, dass die Vinylgruppen umgesetzt wurden und somit vor-wiegend für die Aushärtung verantwortlich sind. Nach der Pyrolyse zeigt das FTIR-Spektrum eindeutige Banden, die der Keramik Siliziumcarbonitrid (SiCN) zuzuordnen sind. Das Zersetzungsverhalten wurde mittels thermogravimetrischer Analyse bestimmt. Die organisch-anorganische Umwandlung des Duroplasts ist ab 800 °C abgeschlossen und es resultiert eine keramische Ausbeute von 61 %. Die aus der Tinte gegossenen Scheiben (Dicke: 1 mm) sind nach der Pyrolyse elektrisch leitfähig. Die Leitfähigkeit ist auf den sogenannten „freien Kohlenstoff“ zurückzuführen. Dieser bildet sich bei der Pyrolyse aus Divinylbenzol und es entstehen Kohlenstoff Domänen in der amorphen Keramik. Der Tintenstrahldruck einer einfachen geschlossenen Dünnschicht mit einer Auflösung von 450x450 dpi auf einem Siliziumwafer konnte mit einem vielversprechendem Druckergebnis realisiert werden.

The aim of this work was the development of an ink composed of the preceramic polymer polysilazane and the reactive diluent divinylbenzene specifically for inkjet printing. Therefore, the ink possesses a low viscosity of 7 mPa∙s and New-tonian behaviour at high shear rates. Additionally, it exhibits a surface tension of 25 mN/m2. After printing, thin films were cured by UV light and then converted into an amorphous ceramic by pyrolysis at 1100 °C under nitrogen atmos-phere. The crosslinking behaviour was investigated using FTIR spectroscopy. The FTIR spectrum recorded after the radical polymerization shows that the vinyl groups have been fully converted and thus are predominantly responsible for the curing. ... mehrAfter pyrolysis, the FTIR spectrum reveals clear bands that can be assigned to the ceramic silicon carbonitride (SiCN). The decomposition behaviour was determined by thermogravimetric analysis. The organic-inorganic transfor-mation of the thermoset is terminated at 800 °C, resulting in a ceramic yield of 61 %. Once pyrolyzed, the discs cast from the ink (thickness: 1 mm) become electrically conductive. The conductivity is due to the so-called "free carbon", which forms during pyrolysis from divinylbenzene. The printing of a single closed thin film with a resolution of 450x450 dpi on a silicon wafer has been achieved successfully and the results are quite promising