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G. Mikl:
"Photopolymerization-assisted freeze-templating of polymer-derived ceramics";
Supervisor: T. Konegger, R. Haubner; Institut für chemische Technologien und Analytik, 2018; final examination: 12-18-2018.

Makroporöse polymerabgeleitete Keramiken wurden unter der Entwicklung und Verwendung einer Methode, genannt photopolymerisationsunterstützter Gefrierguss polymerabgeleiteter Keramiken (photopolymerization-assisted solidification templating = PASST), hergestellt. Der Fokus lag darin, ein strukturgebendes Lösungsmittel zu finden, welches eine unidirektionale tubuläre Porosität in der fertigen Keramik erzeugen würde. Polyvinylsilazan wurde als präkeramisches Polymer und Tetrathiol als quervernetzendes Agens eingesetzt. Zwei verschiedene Photoinitiatoren, Campherchinon und Ethyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phenylphosphinat, wurden auf ihre Eignung im Prozess getestet. Der letztgenannte war in der Geschwindigkeit überlegen und wurde deshalb in die finale Methode implementiert.
Unter Beachtung aller notwendigen Voraussetzungen, die das strukturgebende Agens mitbringen musste, wurden vier verschiedene Lösungsmittel identifiziert und untersucht. Diese waren Camphen, p-Xylol, Dimethylcarbonat und Bornylacetat. Camphen erzeugte dendritische Poren, während die anderen drei vorwiegend lamellare Porosität hervorbrachten. Hohe Direktionalität mit Kanälen, die die ganze Keramik durchzogen, konnte beobachtet werden. Verschiedene Keimbildner wurden verwendet, um eine Verfeinerung oder Veränderung der Mikrostruktur zu bewirken. Si3N4 agierte sehr effizient darin, die Porengröße und Porenmorphologie von Keramiken zu verkleinern beziehungsweise zu verändern, wenn sie mit Bornylacetat als Strukturgeber hergestellt worden waren. Die Präsenz des ebengenannten Keimbildners bewirkte eine Änderung der Porenstruktur von lamellar zu spiralförmig, mit tubulärem Anteil. Ein spezieller Fokus wurde daher auf Bornylacetat gelegt. Die Monomerbeladung wurde variiert, um ihren Einfluss auf verschiedene Eigenschaften der Keramik zu untersuchen.
Der Einfluss von Strukturgeber und Keimbildner auf Permeationsverhalten, Porengröße, Porosität, Dichte, Druckfestigkeit und Mikrostruktur wurde studiert. Quecksilberporosimetrie, Raster-elektronenmikroskopie und das Immersionsverfahren wurden verwendet, um ebengenannte Eigenschaften zu bestimmen. Für die Permeabilitätsmessungen wurde ein spezieller Versuchsaufbau entwickelt, um eine Messung der sehr empfindlichen Proben zu ermöglichen. Die gemessenen Darcy-Permeabilitätswerte befanden sich in einem Intervall von 2.56 · 10-13 bis 1.17 · 10-10 m2, die Non-Darcy-Permeabilitätswerte zwischen 2.21 · 10-08 und 2.82 · 10-5 m. Der Median für den Porenöffnungs-durchmesser betrug zwischen 6.7 und 72.1 μm. Die scheinbare Porosität bewegte sich in einem Bereich von 53.7 bis 77.8 %. Abhängig vom Strukturgeber wurden Druckfestigkeiten zwischen 0.69 und 50.76 MPa erreicht.

Keramik