Additive Fertigung von nano- und mikrostrukturierten Keramiken

• Antragsteller: Dr.-Ing. Xifan Wang
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 429413034

Ziel des Antrages ist die additive Fertigung von nano- und mikrostrukturierten Keramiken mit einer Auflösung im Submikrometerbereich. Dieses Ziel wird durch die Entwicklung von Silizium-basierten präkeramischen Polymerharzen und funktionalisierten, lichtaushärtenden Metal-Oxocluster, welche an die jeweilige Herstellungsmethode – hochauflösendes DLP und Multiphotonen-Lithografie – in Bezug auf deren Vernetzbarkeit in einem bestimmten Wellenlängenbereich und einer Dauer, angepasst sind, erreicht. Hierfür werden photopolymerisierbare Harze aus dem Silizum-basierten präkeramischen Polymer mit Vinyl-/Allyl-Seitengruppen und verschiedene gezielt funktionalisierte Metal-Oxocluster mit lichtaushärtenden Gruppen unter Belichtung vernetzt. Es wird eine grundlegende Charakterisierung der Polymerisations-Mechanismen und Anwendbarkeit der Harze für die Verarbeitung mit stereolithografischen additiven Fertigungsmethoden durchgeführt werden. Die präkeramischen Harze für konventionelles DLP, hochauflösendes DLP und Multiphotonen-Lithografie werden die Herstellung verschiedener komplexer Duroplast Geometrien mit einer Auflösung im Submikrometerbereich ermöglichen. Anschließend werden die vernetzten präkeramischen Polymere in eine Keramik mit gezielter Zusammensetzung durch kontrollierte Wärmebehandlung (Heizrate, Temperatur, Atmosphäre) überführt. Die Geometrie der keramischen Nanokomposite wird gezielt eingestellt, um die benötigten mechanischen Eigenschaften und eine Optimierung des Masse- und Wärmetransportes zu ermöglichen. Vor allem können Geometrien (z.B. mechanische Metamaterialien) und deren Eigenschaften erzielt werden, welche in konventionellen Strukturen nicht möglich wären.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen