Stereolithographic Fabrication of Alumina Ceramics from Aluminum Chloride-Containing Polymerizable Precursors

D. S. Larionov; Ларионов Д. С.; P. V. Evdokimov; Евдокимов П. В.; A. V. Garshev; Гаршев А. В.; D. A. Kozlov; Козлов Д. А.; V. I. Putlyaev; Путляев В. И.

doi:10.31857/S0002337X23020100

Стереолитографическое формирование алюмооксидной керамики из полимеризуемых прекурсоров, содержащих хлориды алюминия

Авторы: Ларионов Д.С.¹, Евдокимов П.В.¹^,2, Гаршев А.В.¹^,3, Козлов Д.А.¹, Путляев В.И.¹^,3
Учреждения:
1. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Факультет наук о материалах
2. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Химический факультет
3. Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Химический факультет
Выпуск: Том 59, № 2 (2023)
Страницы: 216-226
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0002-337X/article/view/140138
DOI: https://doi.org/10.31857/S0002337X23020100
EDN: https://elibrary.ru/YDPISK
ID: 140138

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Предложен подход к созданию полимеризуемых прекурсоров корундовой и оксинитридной керамики и их использованию в стереолитографическом формировании алюмосодержащей керамики. Исходя из однородности (оптической прозрачности) и легкости фотополимеризации, процента потери массы при термолизе отобраны три прекурсора на основе хлоридов алюминия (безводного и гексагидрата), а также основного хлорида алюминия. Охарактеризовано поведение прекурсоров при обжиге в атмосфере аммиака для синтеза оксинитридной керамики и при обжиге на воздухе для изготовления корундовой керамики из гомогенных прекурсоров. Апробирована стереолитографическая 3D-печать корундовой керамики, в т. ч. с использованием разработанных прекурсоров в виде фотополимеризуемых связок, позволяющих повысить долю оксида алюминия в фотосуспензии.

Ключевые слова

керамика, оксид алюминия, оксинитриды алюминия, полимеризуемый прекурсор, алюмоксаны, стереолитографическая 3D-печать

Список литературы

Zocca A., Colombo P., Gomes C.M., Günster J. Additive Manufacturing of Ceramics: Issues, Potentialities, and Opportunities // J. Am. Ceram. Soc. 2015. V. 98. № 7. P. 1983–2001. https://doi.org/10.1111/jace.13700
Ievlev V.M., Putlyaev V.I., Safronova T.V., Evdokimov P.V. Additive Technologies for Making Highly Permeable Inorganic Materials with Tailored Morphological Architectonics for Medicine // Inorg. Mater. 2015. V. 51. № 13. P. 1295–1313. https://doi.org/10.1134/S0020168515130038
Colombo P., Mera G., Riedel R., Sorarù G.D. Polymer-Derived Ceramics: 40 Years of Research and Innovation in Advanced Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 2010. V. 93. № 7. P. 1805–1837. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2010.03876.x
Liew L.A., Liu Y., Luo R., Cross T., An L., Bright V.M., Dunn M.L., Daily J.W., Raj R. Fabrication of SiCN MEMS by Photopolymerization of Preceramic Polymer // Sens. Actuators, A. 2002. V. 95. № 2–3. P. 120–134. https://doi.org/10.1109/MEMSYS.2002.984340
Heimann R.B. Silicon Nitride, a Close to Ideal Ceramic Material for Medical Application // Ceramics. 2021. V. 4. P. 208–223. https://doi.org/10.3390/ceramics4020016
Rey C., Combes C., Drouet C. Bioinert Ceramics: State-of-the-Art // Key Eng. Mater. 2017. V. 758. P. 3–13. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/KEM.758.3' target='_blank'>www.scientific.net/KEM.758.3
Eckel Z.C., Zhou C., Martin J.H., Jacobsen A.J., Carter W.B., Schaedler T.A. Additive Manufacturing Of Polymer-Derived Ceramics // Science. 2016. V. 351. № 6268. P. 58–62. https://doi.org/10.1126/science.aad2688
De Hazan Y., Penner D. SiC and SiOC Ceramic Articles Produced by Stereolithography of Acrylate Modified Polycarbosilane Systems // J. Eur. Ceram. Soc. 2017. V. 37. № 16. P. 5205–5212. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2017.03.021
Новаков И.А., Радченко Ф.С. Наноразмерные алюмоксановые частицы-прекурсоры органо-неорганических гибридных полимерных композиций // Изв. ВолгГТУ. 2013. № 4 (107). С. 5–20.
Стороженко П.А., Щербакова Г.И., Цирлин А.М., Муркина А.С., Варфоломеев М.С., Кузнецова М.Г., Полякова М.В., Трохаченкова О.П. Органоалкоксиалюмосиликаты и бескремнеземное связующее на их основе // Неорган. материалы. 2007. Т. 43. № 3. С. 373–382. https://doi.org/10.1134/S0002337X19100130
He J., Avnir D., Zhang L. Sol–Gel Derived Alumina Glass: Mechanistic Study of Its Structural Evolution // Acta Mater. 2019. V. 174 P. 418–426. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.05.062
Baixia L., Yinkui L., Yi. L. Preparation of Aluminium Nitride from Organometallic/Polymeric Precursors // J. Mater. Chem. 1993. V. 3. № 2. P. 117–127. https://doi.org/10.1039/JM9930300117
Jensen J.A. Organoaluminum Precursor Polymers for Aluminum Nitride Ceramics // Inorganic and Organometallic Polymers II. ACS Symposium Series, Ch. 32. Washington, DC: Am. Chem. Soc., 1994. P. 428–439. https://doi.org/10.1021/bk-1994-0572.ch032
Naderi-beni B., Alizadeh A. Preparation of Single Phase AlON Powders Aided by the Nitridation of Sol-Gel-Derived Nanoparticles // Ceram. Int. 2019. V. 45. P. 7537–7543. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.01.047
Ивичева С.Н., Овсянников Н.А., Лысенков А.С., Климашин А.А., Каргин Ю.Ф. Синтез оксонитридоалюмосиликатов золь-гель методом // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 12. С. 1614–1625. https://doi.org/10.1134/S0036023620120050
Орлов Н.К., Евдокимов П.В., Милькин П.А., Тихонов А.А., Тихонова С.А., Климашина Е.С., Зуев Д.М., Капитанова О.О., Путляев В.И. Синтез прекерамического прекурсора на основе органических солей алюминия для стереолитографической 3D-печати корундовой керамики // Перспективные материалы. 2021. № 4. С. 67–80. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2021-4-67-80
Chase M.W. NIST–JANAF Thermochemical Tables, Fourth Edition // J. Phys. Chem. Ref. Data. Monograph 9. 1998. P. 1–1951.
Willems H.X., Hendrix M.M.R.M., Metselaar R., de With G. Thermodynamics of Alon I: Stability at Lower Temperatures // J. Eur. Ceram. Soc. 1992. V. 10. P. 327–337. https://doi.org/10.1016/0955-2219(92)90088-U
Corbin N.D. Aluminum Oxynitride Spinel: a Review // J. Eur. Ceram. Soc. 1989. V. 5. P. 143–154. https://doi.org/10.1016/0955-2219(89)90030-7
Kaufman L. Calculation of Quasibinary and Quasiternary Oxynitride Systems – III // Calphad. 1979. V. 3. P. 275–291.
Валеев Д.В., Лайнер Ю.А., Самохин А.В., Синайский М.А., Михайлова А.Б., Куцев С.В., Гольдберг М.А. Физико-химические исследования процесса термогидролиза хлорида алюминия // Перспективные материалы. 2016. № 1. С. 64–73. https://doi.org/10.1134/S2075113316050269
Tabary P., Servant C. Thermodynamic Reassessment of the AlN-A12O3 System // Calphad. 1999. V. 22. № 2. P. 179–201. https://doi.org/10.1016/S0364-5916(98)00023-6
Becher P. Microstructural Design of Toughened Ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 1991. V. 74. № 2. P. 255–269. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1991.tb06872.x