Photoinduced thiol-ene click chemistry assisted additive manufacturing and freeze casting of polymer-derived ceramics

Book excerpt: Polymer-derived ceramics possess great advantages in the view of cellular ceramic processing compared to traditional powder-based technologies, as the polymeric nature of ceramic precursors allows the utilization of various shaping approaches. Amongst them, Additive Manufacturing and Freeze Casting are two novel shaping methods, which are capable of producing three-dimensional complex architectures and foams with well-controlled pore morphology, respectively. In this thesis, photoinduced thiol-ene polymerization of vinyl containing preceramic polymers with thiol monomers is systematically investigated, both from the energetic view and from the kinetic view. Subsequently, a novel stereolithographic approach is developed and applied to the additive manufacturing of complex-shaped polymer-derived ceramics. In addition, photopolymerization-assisted freeze casting is successfully developed to freeze cast liquid preceramic polymer and yields porous ceramics with well-controlled pore morphology. Polymerabgeleitete Keramiken besitzen große Vorteile im Hinblick auf den Verarbeitungsprozess von zellularen Keramiken im Vergleich zu traditionellen pulverbasierten Technologien, da der polymere Ursprung der Ausgangsstoffe für die Keramik die Nutzung verschiedener Formgebungsmethoden ermöglicht. Additive Fertigung und Gefriergießen sind zwei neuartige Formgebungsverfahren, die jeweils in der Lage sind, komplexe dreidimensionale Geometrien sowie Schäume mit einer kontrollierten Porenmorphologie zu produzieren. In dieser Arbeit wird die photoinduzierte Thiol-En-Polymerisation von prekeramischen Polymeren, die Vinyl und Thiol-Monomere enthalten, systematisch und sowohl aus energetischer als auch aus kinetischer Hinsicht untersucht. Im Folgenden wird ein neuartiger stereolithografischer Ansatz entwickelt und auf die additive Fertigung von polymerabgeleiteten Keramiken komplexer Gestalt angewendet. Zusätzlich wird photopolymerisierungsunterstütztes Gefriergießen erfolgreich entwickelt, um flüssige prekeramische Polymere gefrierzugießen und poröse Keramiken mit einer definierten Porenmorphologie zu erzeugen.