Additive Fertigung von modifizierten SiCN-Keramiken hergestellt aus präkeramischen Polymeren

Abstract:
Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer neuartigen Tinte bestehend aus dem präkeramischen Polymer Polysilazan 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-Polymerisation ausgehärtet werden und anschließend in eine amorphe Keramik durch Pyrolyse bei 1100 °C unter Stickstoff Atmosphäre überführt werden. Das 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.