
2016 年,Zanchetta 他们第一次用立体光刻(SL)3D 打印做出了一些形状复杂的三维结构的前驱体转化 SiOC 陶瓷,支撑尺寸有 200 毫米,这给研究陶瓷打印的人带来了新灵感、新思路和新方法。同一年,Eckel 这些人在《Science》杂志上发表文章说,他们用立体光刻(SL)做出了有晶格点阵结构的 SiOC,结果发现这种陶瓷在 1700℃的空气中热稳定性很好,比强度和密度比其他陶瓷都高,这就证明了用基于光敏聚合原理的增材制造技术来做前驱体转化陶瓷是可行的。de Hazan 和 Penner 开发出了一种新的多功能光固化聚碳硅烷,能在 1300℃做出有复杂结构、富含 SiC 纳米晶的陶瓷零部件。

Schmidt 和 Colombo 通过调整两种有机硅源的比例,做出了三种聚硅氧烷前驱体,分别得到了多孔或者致密结构的 SiOC 陶瓷。Wang 和 Schmidt 这些人用硫醇 - 烯键化点击化学反应法,得到了三种不同的有机硅前驱体聚合物配方,分别热解转化成了 SiOC、SiC、SiCN 这三类陶瓷。Brigo 这些人用双光子聚合(TTP)法做出了微/纳米前驱体结构,热解后得到的 SiOC 线性收缩率特别高,能达到 90%,而且结构上没有缺陷。最近,Wang 和 Xie 这些人用聚硅氮酮烷当前驱体聚合物,进行 DLP 光固化 3D 打印,热解后得到了 Si3N4 组分,证明这个办法是行得通的。

虽然一直以来,大家都想通过立体光刻(SL)或者数字光固化(DLP)做出能在特别高的温度环境下用的、又轻又结实的前驱体转化 SiOC 多孔陶瓷,但是到现在,适合这两种工艺的有机硅预陶瓷聚合物配方却很少有被报道出来的。而且现在已经有的那些性能好的晶格点阵结构也非常少。所以这两个问题就限制了增材制造轻质高强前驱体转化 SiOC 陶瓷的进一步发展。怎么提高热解前后聚合物/陶瓷体系的物理和化学性能,就成了迫切需要解决的问题。基于前驱体转化的多孔陶瓷在力学性能和高温稳定性方面还有提升的空间,这就是咱们这次实验重点要解决的研究内容。现在已经报道出来的前驱体体系,大多是用化学合成的方法做出来的,像用溶胶凝胶法合成的有机硅预陶瓷聚合物树脂,需要很复杂的处理步骤、很长的合成过程和很严格的反应环境,而且最后得到的体系稳定性还很低。