[发明专利]用于3D打印预陶瓷聚合物的单体配制品和方法

说明书

本发明提供了适用于制备可以转化为陶瓷基质复合材料和其他陶瓷结构的预陶瓷聚合物的单体配制品。这些单体配制品用于3D打印并且包含(a)单体分子，该单体分子含有(i)非碳原子和(ii)两种或更多种官能团，这些官能团选自下组，该组由以下各项组成：脂族醚、环醚、乙烯基醚、环氧化物、环脂族环氧化物、氧杂环丁烷、以及其组合、类似物、或衍生物；(b)阳离子光引发剂或光酸产生剂；以及(c)3D打印分辨率剂，所述3D打印分辨率剂选自下组，该组由以下各项组成：UV吸收剂、荧光分子、光学增白剂、以及其组合。

优先权数据

本国际专利申请要求于2016年11月30日提交的美国临时专利申请号62/428,203；2016年11月30日提交的美国临时专利申请号62/428,207；2016年11月30日提交的美国临时专利申请号62/428,213；2017年9月9日提交的美国临时专利申请号62/556,388；以及2017年11月26日提交的美国专利申请号15/822,199的优先权，这些专利中的每一个特此通过引用结合在此。

技术领域

本发明总体上涉及适用于制备可以转化为陶瓷基质复合材料和其他陶瓷结构的预陶瓷聚合物的单体配制品。

背景技术

陶瓷基质复合材料(CMC)克服了常规陶瓷的许多缺点，诸如脆性破坏、低断裂韧性、和有限的耐热冲击性。陶瓷基质复合材料的应用包括需要高温下的可靠性(超过金属或聚合物的能力)和对于腐蚀和磨损的耐性的那些应用。

在包括以下项的领域中还存在对于增材制造(3D打印)的陶瓷的高商业需求：工业过滤(熔融金属过滤器、流动分离器)；金属加工(铸造模具/坯件)；植入式牙科和医疗装置；以及半导体加工。陶瓷材料的增材制造对于例如推进部件、热保护系统、多孔燃烧器、微机电系统、以及电子装置包装也是感兴趣的。

不存在用于3D打印陶瓷基质复合材料的成熟方法。当前，CMC材料限于手动铺叠、模制、或热成形。还存在用于烧结陶瓷颗粒或在粘合剂中使用打印的陶瓷颗粒的已知技术，两者均典型地产生具有比母体材料更低的强度的多孔陶瓷。陶瓷结构典型地烧结为压实的多孔材料，从而极大地限制可制造的几何形状。

已描述了用于产生陶瓷材料的配制品，这些陶瓷材料可以用各种方法诸如立体光刻技术和激光烧结打印(增材制造)。这些典型地是不含有第二相并且受制于低断裂韧性的非强化陶瓷。这些方法描述于Zocca等人,“Additive Manufacturing of Ceramics:Issues,Potentialities,and Opportunities[陶瓷的增材制造：问题，潜力和机会]”,J.Am.Ceram.Soc.[美国陶瓷协会杂志],98[7]1983–2001(2015)。

另外，已描述了可以产生1D或2D陶瓷或非常小的3D结构的配制品。参见授予Lutz等人的1989年3月28日发表的美国专利号4,816,497；授予Bruck等人的1997年12月16日发表的美国专利号5,698,485；授予Hanemann等人的2003年6月3日发表的美国专利号6,573,020；授予Arney等人的2009年9月1日发表的美国专利号7,582,685；以及授予Bowman等人的2006年3月30日公布的美国专利申请公开号US2006/0069176A1。