氧化铝陶瓷注凝成共19页
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• 吴镇江等研究了Al2O3凝胶注模成型添加TiO2 助陶瓷烧烧剂结的温影度响，，1加3入00T℃iO常25压%烧时结大密大度降可低达A9l27O%3
• Chang-Gi Ha等研究了颗粒尺寸对Al2O3凝胶 注模成型工艺及坯体性能的影响，采用的凝胶 体系为：有机单体AM、交联剂MBAM、引发 剂APS、催化剂TEMED、分散剂Duramax D3019。颗粒尺寸小，比表面积大，吸附分散剂 多，对气孔尺寸、分布、微结构及强度有较大 的影响，但对收缩率和密度影响不大
8
• 赵雷等研究了微量离子对注凝成型丙烯酸聚合 体系凝胶点的影响。Fe2+、Cu2+、Al3+、Ca2+ 等无机离子常以微量杂质的形式存在于陶瓷粉 末中，微量Fe2+、Cu2+对凝胶体系聚合有明显 加速作用，使凝胶时间变短，Al3+也会使聚合 加速，但效果不明显，Ca2+对体系有阻聚作用
9
选题依据及技术难度
应用：此法已被用来成型从单组分体系到多组
分复合体系，形状从块状到板状、管状、叶片、 齿轮、涡轮转子等多种陶瓷。原料除陶瓷粉末 外，还可用金属粉末如不锈钢粉末等
5
• Al2O3陶瓷凝胶注模成型中凝胶体系分为单分 子聚合和高分子凝胶体系。K. Prabhakaram 研究了单分子聚合体系尿素-甲醛凝胶成型的 三个方面：制备高浓度的浆料，控制methylol urea单体缩聚反应使其凝胶成型，丙烯酸共聚
• 采用工业级原料，探讨注凝成型工艺的稳定性和 工业化小试的可行性
• 研究各添加剂如氧化钛、氧化铬稀土氧化物等对 氧化铝陶瓷低温烧成的影响，探讨进一步降低氧 化铝陶瓷烧结温度的可行性
12
课题研究工作安排及预期成果
• 2019.7-2019.12 查阅文献，了解国内外发展概况 和研究趋势，撰写文献综述，准备开题
主要内容
• 一.文献综述 • 二.选题依据及技术难度 • 三.研究内容和拟解决的关键问题 • 四.设计方法、技术路线、实验方
案的可行性分析 • 五.课题研究工作安排及预期成果 • 六.参考文献
1
文献综述
氧化铝陶瓷(刚玉瓷)
化学性质稳定：坩埚、理化器皿、炉管、炉
芯、热电偶保护管、耐酸泵叶轮、泵体、泵盖、 轴套、输送酸管的内衬和阀门
• 冷等静压成型：常温下成型密封于柔性模具中
的粉料，但设备投资大，生产工艺复杂、工序繁 多、 产品易变形开裂
• 挤压成型：适宜成型管状、柱状和端面规则的
产品，也用来挤制片状膜、蜂窝状和筛格式穿孔制 品，但挤嘴结构复杂，加工精度要求高，坯体干燥 与烧成收缩大
• 注射成型：主要用于生产纺织机用陶瓷配件，
• 传统注浆成型：适宜大型、形状复杂、薄壁产
品，但石膏消耗量大，浆料性能调整困难，生坯强 度低，无法机械加工，难以保证制品的规整度，烧 成后冷加工量大、成本高，劳动强度大，占地面积 多，生产周期长，产品质量、产量低
• 模压成型：工程陶瓷生产常用，但模具加工复杂、
寿命短、成本高，坯体易产生开裂和分层
3
作用提高坯体的强度和加工性能。烧结后产品 密度可达到理论密度的97%
• 高分子凝胶体系，谢志鹏研究了“琼脂糖凝胶
注模成型陶瓷部件”，利用天然水溶性琼脂糖
高分子在水溶液中加热时溶解、冷却时凝固具
有一定强度的特性，成型形状复杂的陶瓷部件，
并烧结出均匀致密来自百度文库内部无明显缺陷的涡轮转
子
6
• Marsha A. Huha等研究了聚合物对A12O3-PVA 凝浇注模悬浮体化学流变性能及干燥的影响， 在通过Ti离子络合交联剂形成的A12O3-PVA悬 浮体体系中，PVA体积分数和交联剂浓度不变 的情况下，悬浮体的化学流变性能与聚合物 PVA的水解程度及分子量密切相关，增加PVA 的水解程度和分子量，弹性模量相应增加，同 时凝胶时间减小。当PVA体积分数不变时，凝 胶时间随交联剂浓度、温度和固相体积分数的 增大而减小。干燥过程中，PVA水解程度大的 所形成的最大应力和残余应力也大
• 存在主要技术问题：①如何获得低烧成收缩、高规 整度、高生坯强度的氧化铝陶瓷坯体，实现机械化 半成品加工；②实现浆料凝胶化时间、固相含量、 料浆的流动性的可控和最优化；③利用工业级原料 实现产业化生产；④进一步降低氧化铝陶瓷烧成温 度
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研究内容和拟解决的关键问题
• 以氧化铝陶瓷为体系，研究注凝成型工艺 各参数对生坯抗弯强度、固相含量、浆料 流变性、注浆时间（胶凝时间）等的影响， 同时考察实现工业化生产的可行性，重点 研究注凝原料由分析纯改为工业纯后，注 凝工艺参数的变化。
但成型温度难以精确控制，坯体强度低，易开裂变 形
4
凝胶注模成型的研究概况及发展趋势
凝胶注模成型的起源：上世纪90年代初，
美国橡树岭国家实验室发明的一种全新的陶瓷 材料湿法成型技术，该工艺与传统成型工艺相 比，具有设备简单、成型坯体组分均匀、缺陷 少、不需脱脂、不易变形、可成型复杂形状零 件及实用性强等突出优点。
• 拟解决的关键问题：获得高固相含量、低 浆料粘度的浆体；研究采用工业纯原料对 注凝成型工艺的影响；探讨工业化小试的 可行性。
11
设计方法、技术路线、实验方案的 可行性分析
• 制备高固相含量、低粘度氧化铝陶瓷浆料：以丙 烯酰胺(MA)、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)为 研究体系，以浆料粘度、固含量、生坯的抗弯强 度为主要表征手段，详细探讨单体、分散剂、交 联剂、水相对含量、浆料的pH值的影响
机械强度高：
陶瓷刀具，机械中的耐磨零件，耐磨工具
优异光透过性、电性能：微波电解质，雷
达天线罩，超高频大功率电子管支架、窗口、管 壳、晶体管底座、集成电路基板和元件
2
传统氧化铝陶瓷成型工艺
• 热压铸成型：用于制造形状复杂，精度和尺寸
要求较高的产品，但其制造工序复杂，耗能大，工 期长，污染严重，不适宜大型薄壁制品
• 凝胶注模成型与传统成型工艺相比，有设备简单、 成型坯体组分均匀、缺陷少、不需脱脂、不易变形、 可成型复杂形状零件等突出优点以及半成品机械加 工强度高、加工余量少等后续加工优势，可实现近 净尺寸成型，具有很强的实用性。另外，胶凝成型 远未实现产业化，还有较多技术问题未得到解决， 因此研究该技术的工业化具有较大的价值。
• 吴镇江等研究了Al2O3凝胶注模成型添加TiO2 助陶瓷烧烧剂结的温影度响，，1加3入00T℃iO常25压%烧时结大密大度降可低达A9l27O%3
• Chang-Gi Ha等研究了颗粒尺寸对Al2O3凝胶 注模成型工艺及坯体性能的影响，采用的凝胶 体系为：有机单体AM、交联剂MBAM、引发 剂APS、催化剂TEMED、分散剂Duramax D3019。颗粒尺寸小，比表面积大，吸附分散剂 多，对气孔尺寸、分布、微结构及强度有较大 的影响，但对收缩率和密度影响不大
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• 赵雷等研究了微量离子对注凝成型丙烯酸聚合 体系凝胶点的影响。Fe2+、Cu2+、Al3+、Ca2+ 等无机离子常以微量杂质的形式存在于陶瓷粉 末中，微量Fe2+、Cu2+对凝胶体系聚合有明显 加速作用，使凝胶时间变短，Al3+也会使聚合 加速，但效果不明显，Ca2+对体系有阻聚作用
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选题依据及技术难度
应用：此法已被用来成型从单组分体系到多组
分复合体系，形状从块状到板状、管状、叶片、 齿轮、涡轮转子等多种陶瓷。原料除陶瓷粉末 外，还可用金属粉末如不锈钢粉末等
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• Al2O3陶瓷凝胶注模成型中凝胶体系分为单分 子聚合和高分子凝胶体系。K. Prabhakaram 研究了单分子聚合体系尿素-甲醛凝胶成型的 三个方面：制备高浓度的浆料，控制methylol urea单体缩聚反应使其凝胶成型，丙烯酸共聚
• 采用工业级原料，探讨注凝成型工艺的稳定性和 工业化小试的可行性
• 研究各添加剂如氧化钛、氧化铬稀土氧化物等对 氧化铝陶瓷低温烧成的影响，探讨进一步降低氧 化铝陶瓷烧结温度的可行性
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课题研究工作安排及预期成果
• 2019.7-2019.12 查阅文献，了解国内外发展概况 和研究趋势，撰写文献综述，准备开题
主要内容
• 一.文献综述 • 二.选题依据及技术难度 • 三.研究内容和拟解决的关键问题 • 四.设计方法、技术路线、实验方
案的可行性分析 • 五.课题研究工作安排及预期成果 • 六.参考文献
1
文献综述
氧化铝陶瓷(刚玉瓷)
化学性质稳定：坩埚、理化器皿、炉管、炉
芯、热电偶保护管、耐酸泵叶轮、泵体、泵盖、 轴套、输送酸管的内衬和阀门
• 冷等静压成型：常温下成型密封于柔性模具中
的粉料，但设备投资大，生产工艺复杂、工序繁 多、 产品易变形开裂
• 挤压成型：适宜成型管状、柱状和端面规则的
产品，也用来挤制片状膜、蜂窝状和筛格式穿孔制 品，但挤嘴结构复杂，加工精度要求高，坯体干燥 与烧成收缩大
• 注射成型：主要用于生产纺织机用陶瓷配件，
• 传统注浆成型：适宜大型、形状复杂、薄壁产
品，但石膏消耗量大，浆料性能调整困难，生坯强 度低，无法机械加工，难以保证制品的规整度，烧 成后冷加工量大、成本高，劳动强度大，占地面积 多，生产周期长，产品质量、产量低
• 模压成型：工程陶瓷生产常用，但模具加工复杂、
寿命短、成本高，坯体易产生开裂和分层
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作用提高坯体的强度和加工性能。烧结后产品 密度可达到理论密度的97%
• 高分子凝胶体系，谢志鹏研究了“琼脂糖凝胶
注模成型陶瓷部件”，利用天然水溶性琼脂糖
高分子在水溶液中加热时溶解、冷却时凝固具
有一定强度的特性，成型形状复杂的陶瓷部件，
并烧结出均匀致密来自百度文库内部无明显缺陷的涡轮转
子
6
• Marsha A. Huha等研究了聚合物对A12O3-PVA 凝浇注模悬浮体化学流变性能及干燥的影响， 在通过Ti离子络合交联剂形成的A12O3-PVA悬 浮体体系中，PVA体积分数和交联剂浓度不变 的情况下，悬浮体的化学流变性能与聚合物 PVA的水解程度及分子量密切相关，增加PVA 的水解程度和分子量，弹性模量相应增加，同 时凝胶时间减小。当PVA体积分数不变时，凝 胶时间随交联剂浓度、温度和固相体积分数的 增大而减小。干燥过程中，PVA水解程度大的 所形成的最大应力和残余应力也大
• 存在主要技术问题：①如何获得低烧成收缩、高规 整度、高生坯强度的氧化铝陶瓷坯体，实现机械化 半成品加工；②实现浆料凝胶化时间、固相含量、 料浆的流动性的可控和最优化；③利用工业级原料 实现产业化生产；④进一步降低氧化铝陶瓷烧成温 度
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研究内容和拟解决的关键问题
• 以氧化铝陶瓷为体系，研究注凝成型工艺 各参数对生坯抗弯强度、固相含量、浆料 流变性、注浆时间（胶凝时间）等的影响， 同时考察实现工业化生产的可行性，重点 研究注凝原料由分析纯改为工业纯后，注 凝工艺参数的变化。
但成型温度难以精确控制，坯体强度低，易开裂变 形
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凝胶注模成型的研究概况及发展趋势
凝胶注模成型的起源：上世纪90年代初，
美国橡树岭国家实验室发明的一种全新的陶瓷 材料湿法成型技术，该工艺与传统成型工艺相 比，具有设备简单、成型坯体组分均匀、缺陷 少、不需脱脂、不易变形、可成型复杂形状零 件及实用性强等突出优点。
• 拟解决的关键问题：获得高固相含量、低 浆料粘度的浆体；研究采用工业纯原料对 注凝成型工艺的影响；探讨工业化小试的 可行性。
11
设计方法、技术路线、实验方案的 可行性分析
• 制备高固相含量、低粘度氧化铝陶瓷浆料：以丙 烯酰胺(MA)、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)为 研究体系，以浆料粘度、固含量、生坯的抗弯强 度为主要表征手段，详细探讨单体、分散剂、交 联剂、水相对含量、浆料的pH值的影响
机械强度高：
陶瓷刀具，机械中的耐磨零件，耐磨工具
优异光透过性、电性能：微波电解质，雷
达天线罩，超高频大功率电子管支架、窗口、管 壳、晶体管底座、集成电路基板和元件
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传统氧化铝陶瓷成型工艺
• 热压铸成型：用于制造形状复杂，精度和尺寸
要求较高的产品，但其制造工序复杂，耗能大，工 期长，污染严重，不适宜大型薄壁制品
• 凝胶注模成型与传统成型工艺相比，有设备简单、 成型坯体组分均匀、缺陷少、不需脱脂、不易变形、 可成型复杂形状零件等突出优点以及半成品机械加 工强度高、加工余量少等后续加工优势，可实现近 净尺寸成型，具有很强的实用性。另外，胶凝成型 远未实现产业化，还有较多技术问题未得到解决， 因此研究该技术的工业化具有较大的价值。