[发明专利]用于生产含碳化硅结构的方法、组合物和设备

说明书

本发明涉及一种用于生产含碳化硅的结构的方法，尤其是涉及通过增材制造，用于制造含碳化硅的结构的液体组合物，以及用于实施该方法的设备。

技术领域

本发明涉及生成制造方法，特别是增材制造的技术领域。

特别地，本发明涉及一种用于生产包含碳化硅的结构，特别是含碳化硅的三维物体的方法。

此外，本发明涉及一种组合物，特别是SiC前体溶胶，其用于通过增材制造来生产含碳化硅的结构，并且涉及一种液体组合物在生产含碳化硅结构中的用途。

最后，本发明涉及一种用于由液体溶液或分散体、特别是前体溶胶生产三维含碳化硅物体的装置。

背景技术

生成制造方法(也称为增材制造(AM))是用于从无形材料(如液体、凝胶、糊剂或粉末)快速生产模型、样品、工具和产品的方法。

最初，生成制造方法(尤其是增材制造)通常被称为3D打印或快速原型设计；然而，与此同时，这些术语仅指代生成制造方法的特殊形式。生成制造方法既用于由无机材料，尤其是陶瓷生产物体，也用于由有机材料(尤其是热塑性或热固性聚合物)生产物体。

优选地，将诸如选择性激光熔化，电子束熔炼或沉积焊接之类的高能量方法用于由无机材料生产物体，因为所使用的反应物或前体仅在较高的能量输入下进行反应或熔化。

原则上，增材制造可以快速生产高度复杂的组件，但是特别是由无机材料生产组件时，对反应物和产物材料都提出了许多要求：例如，反应物只能在能量的作用下以预定的方式反应；尤其要排除干扰性副反应。此外，在能量作用下，不会发生产物的分离或产物的相分离或分解。

对于陶瓷材料和半导体应用而言，一种极为令人关注且用途广泛的材料是碳化硅，也称为金刚砂。化学式为SiC的碳化硅具有极高的硬度和高的熔点，并经常在高温反应器中用作研磨剂或绝缘体。碳化硅还与许多元素和化合物，合金或类合金化合物一起使用，即使在高温下，碳化硅也具有多种有利的材料特性，例如高硬度、高电阻、低重量和低氧化敏感性。

含碳化硅的材料通常在高温下烧结，导致相对多孔的主体仅适用于有限的应用。

通过烧结产生的多孔碳化硅材料的性能不与致密结晶碳化硅的性能相对应，从而不能充分利用碳化硅的有利性能。

另外，碳化硅在2300℃至2700℃之间的范围内在高温下(取决于晶体类型)不会熔化而是升华，即，其从固态聚集体变为气态聚集体。这使得碳化硅特别不适用于增材制造工艺，例如激光熔化。

由于碳化硅及其化合物的多功能性，仍尝试使用生成制造方法来加工碳化硅。

例如，德国专利申请DE10 2015 105 085 A1描述了一种由碳化硅晶体生产物体的方法，其中，碳化硅特别是通过从合适的含碳和含硅的前体化合物进行激光辐射而获得的。当施加激光束时，前体化合物选择性地分解并且形成碳化硅而碳化硅不升华。

然而，这种粉末床工艺的缺点在于，为了在粉末床中逐层生产三维物体，总是必须提供大量的起始粉末，即总是使用大量的材料，这需要存储，从而增加了工艺成本。

此外，特别是在反应过程中，即目标化合物首先通过能量或化学反应的作用从前体反应成所需目标化合物的过程中，存在粉末床部分被污染的风险，然后必须费力地清洁或处置。这意味着所使用的材料无法完全转化为目标化合物，由于材料使用量增加，这也显著增加了工艺成本。