陶瓷凝胶注模成型技术
氧化铝陶瓷凝胶注模成型
氧化铝陶瓷凝胶注模成型(辽宁科技大学装备制造学院无机非金属材料工程2010级1班王聪) 摘要氧化铝陶瓷尤其是工程陶瓷不仅是国民经济发展的重要材料，同时长期以来也是高附加值产品。
从近半个世纪陶瓷研究的发展来看，陶瓷研究热点经历了从烧结到粉体，直到近来的成型技术。
凝胶注模成型是胶态成型的一种，由陶瓷粉体和水基单体溶液组成的浆料注入模具，原位聚合固化粉体成胶体，在未干燥之前脱模，干燥，素烧。
凝胶注模成型在现在尤显瞩目，因为其成型的添加剂都是有机物并且在素烧后并不会留下任何明显的杂质而且它能很快被改进用于新材料和新的应用。
1 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷又称刚玉瓷，是用途最广泛、原料最丰富、价格最便宜的一种高温结构陶瓷。
工业上所指的氧化铝陶瓷一般是以α-- A12O3为主晶相的陶瓷材料。
根据A12O3含量和添加剂的不同，有不同系列的氧化铝陶瓷，例如根据A12O3含量的不同有75瓷、85瓷、95瓷和99瓷等;根据其主晶相的不同又可分为莫来石瓷、刚玉一莫来石瓷和刚玉瓷;根据添加剂的不同又分为铬刚玉、钦刚玉等，各自对应不同的应用范围和使用温度。
[1]1.1 晶体结构在所有温度下，。
α-- A12O3是热力学上稳定的A12O3晶形，除此之外，氧化铝的其它多种同素异构体主要有:日β--A1203、α-- A12O3等，在高温将几乎全部转化为α-- A12O3。
α-- A12O3属于结构紧密、活性低、高温稳定、电学性能好，具有良好的机电性能。
β--A1203属立方尖晶石结构，氧原子为面心立方，铝原子填充在间隙中。
β--A1203密度低，机械性能差，高温不稳定，在自然界不存在。
可以利用其松软结构制造固体电介质材料。
γ--A1203是一种A1203含量很高的多铝酸盐矿物，它的化学组成可以近似地用RO·6A1203和R2O·11A12O3来表示(RO指碱土金属氧化物，R2O指碱金属氧化物)。
其结构有碱金属或碱土金属离子如[NaO]-层和[Al11O12]+类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧离子排列成立方密堆积，N+完全包含在垂直于C轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型电导。
陶瓷凝胶注模成型
凝胶注模成型工艺研究夏培(天津大学材料科学与工程学院，教育部先进陶瓷与加工重点实验室，天津300072)摘要：凝胶注模成型是一种优于传统成型工艺的先进陶瓷成型方法，为净尺寸高性能复杂形状陶瓷的制备提供了有效的技术途径。
本文对陶瓷凝胶注模成型的原理、工艺、成型体系、特点等进行了简单的概论介绍,综述了目前凝胶注模成型的研究现状、存在的问题和应用情况并展望了发展趋势。
关键词：凝胶注模；研究现状；问题与展望Study on the gel-castingXIA Pei(Key Laboratory of Advanced Ceramics and Machining Technology, Ministry of Education, college of Material Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin300072, Tianjin, China)Abstract: Gel-casting process is an advanced manufacturing technology for ceramic forming, which is superior to the traditional one, and has provided an effective approach to prepare high performance net size ceramics with complicated shapes. The principles,procedures,forming system and character of gel-casting are simply discussed in this paper, moreover, the present research process,problems as well as applications are also included. Finally, the tendency of this technology is forecasted in a dialectical way.Key words: gel-casting; present research; problems and prospects1.引言随着当代科学技术的发展，国防、工业等技术领域对结构材料的要求越来越高，耐高温、耐腐蚀、高硬度和综合力学性能好的结构材料的开发和研究已经变得十分重要。
氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺研究
氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺研究摘要：本文就氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺在金属腐蚀、传热特性、机械性能、表面粗糙度等方面进行了研究。
在金属腐蚀方面，结果显示凝胶注模成型工艺可以有效降低金属腐蚀。
在传热性能方面，氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺表现出更高的传热系数，改善了凝胶成型物体的导热性能。
在机械性能方面，氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺的抗压强度和抗拉伸强度也都达到了合理的水平。
最后，表面粗糙度方面，氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺能够有效地降低表面粗糙度，从而提高凝胶成型物体的质量。
综上所述，氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺具有良好的性能和可靠性，可以在各种行业中得到广泛应用。
关键词：氧化铝陶瓷胶模型1.言氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺是一种新型的加工工艺，它利用塑胶结构的特点，将特定的合金材料以比较薄的层状进行加工，从而生产精密的塑料零件。
在金属零件制造中，氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺已经非常普遍，由于其具有优良的金属腐蚀性能、优良的传热性能、良好的机械性能和低的表面粗糙度，因此得到了广泛的应用。
由于氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺的广泛应用，它在金属腐蚀、传热特性、机械性能、表面粗糙度等方面的性能和效果也受到了科学界的广泛关注。
因此，本文将就其在上述方面的性能和效果进行研究和分析，以期为科学研究者和实际应用者提供一定的参考。
2.料和方法2.1料本文研究的氧化铝陶瓷凝胶注模成形工艺的材料是由90%的玻璃纤维增强的氧化铝陶瓷注射成形模塑料（GFRC）。
2.2法本文使用由氧化铝陶瓷凝胶注射成形模塑料（GFRC）制作的样品，运用金属腐蚀试验、传热性能实验、机械性能测试和表面粗糙度测定等方法，对氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺的性能和效果进行研究和分析。
3.果和讨论3.1属腐蚀从金属腐蚀方面来看，氧化铝陶瓷凝胶注模成型工艺可以有效地降低金属腐蚀。
在实验条件下，注模成型工艺的金属腐蚀率可以达到0.6%，远低于传统金属注射成型工艺（约为10%），其优势是显而易见的。
陶瓷原位凝胶注模成形技术的发展.
陶瓷原位凝胶注模成形技术的发展严成锋王芬(陕西科技大学材料科学与工程学院咸阳 712081摘要对凝胶注模成形技术的各种凝胶体系进行了系统介绍 , 并对这些新凝胶体系的凝胶化原理、工艺过程及应用特点进行了较全面的分析和比较。
指出了目前存在的问题及发展趋势。
关键词注模成形凝胶体系工艺原理引言随着材料学与高分子化学、胶体化学、生物酶化学、计算机学、微电子学等学科的相互渗透 , 新型的陶瓷成形技术得到迅速发展 , 从而为各种精密陶瓷部件的制备提供了更多、更有效的工艺手段。
90年代初 , 美国橡树岭国家重点实验室Mark A, Janney 教授等人提出了凝胶注模成形技术 (gelcasting , 首次将传统陶瓷工艺和聚合物化学有机结合起来 , 开创了在陶瓷成形工艺中利用高分子单体聚合进行成形的技术。
此方法具有以下优点 : 可用于成形多种陶瓷材料 ; 浆料固相含量高 , 粘度低 , 因而生坯的密度大 , 均匀性好 , 干燥收缩小 , 强度高 , 可经受机加工 ; 成形时间短、准确度高、成本低 ; 可生产准净尺寸的复杂形状陶瓷部件。
因此该技术明显优于流延法和热压成形等传统的湿法成形技术。
目前该工艺的研究受到国内外研究部门和工业界的极大重视 , 并列入陶瓷新材料的发展和研究计划 , 具有广泛的应用前景。
分析近年来凝胶注模成形技术的发展现状及趋势 , 其重点集中于凝胶体系的研究。
本文就目前国内外在该技术中采用的凝胶体系及主要工艺过程介绍如下。
1 以丙烯酰胺为单体的凝胶注模成形体系以丙烯酰胺单体为凝胶注模体系是在陶瓷悬浮液中加少量丙烯酰胺有机单体 , 利用催化剂及引发剂 , 使悬浮体中的有机单体聚合胶联形成三维网络骨架 (聚丙烯酰胺 , 陶瓷颗粒固定其中 , 并与聚合物凝胶通过吸附作用 , 使液态浆料转变成具有一定强度和柔韧性的坯体。
体系使用的各化学试剂见表 1。
其工艺流程如图 1所示。
表 1 丙烯酰胺凝胶体系的各化学试剂种类单体交联剂引发剂催化剂名称丙烯酰胺 (AMN, N-亚甲基二丙烯酰胺 (MBAM过硫酸铵 (APSN, N, N, N-四甲基乙二铵 (TEMED图 1凝胶注模成形工艺流程长链分子之间的亚胺化交联作用及交联剂与长链分子的桥接交联作用。
凝胶注模法制备多孔陶瓷
凝胶注模法制备多孔陶瓷凝胶注模法是一种制备多孔陶瓷的有效方法。
它是一种将溶液注入到模具中制造陶瓷的技术，最终产生高质量的多孔陶瓷。
下面，我们将了解关于凝胶注模法制备多孔陶瓷的详细信息。
第一步：制备凝胶溶液通过混合有机物和无机物来制备凝胶溶液。
以氮气气氛下使用硝酸鋇（Ba(NO3)2）、硝酸钡（Ba(NO3)2）等成分，添加有机发生剂作为凝胶参与剂混合制备凝胶溶液。
在这种特殊的化学反应中，有机溶剂和无机物质相互作用，在生成凝胶的同时会生成许多有机物质，形成稳定的凝胶溶液。
第二步：凝胶注模凝胶注模是将制备好的凝胶溶液注入模具中，通过材料自身的化学性质和各种物理过程形成假定形态，直到凝胶固化。
注入模具的量决定了陶瓷的孔隙率，而模具的形状则决定了陶瓷的形态。
凝胶注模过程中，需要借助机器设备来控制流量和压力等，确保注入凝胶溶液的均匀性和准确性。
第三步：干燥处理将注入凝胶溶液的模具置于干燥室中，进行加热和干燥处理。
这一步骤的目的是让凝胶固化，彻底去除有机物，促进陶瓷的烧结。
在这个过程中，需要逐渐升高温度并保持一定时间，以防止陶瓷产生裂缝或破裂。
第四步：烧结处理将经过干燥处理的陶瓷置于烧结炉中进行高温烧结处理。
这一步骤将会使陶瓷体进行化学反应，形成完整的晶格结构，以增强陶瓷的物理性能。
此外，烧结还有助于完全脱除内部残留微量有机物质，提高多孔陶瓷的性能并增加孔隙率。
总结凝胶注模法是一种高质量、高效的制备多孔陶瓷的方法。
通过精细的操作和多次循环过程，可以获得紧密排列、孔隙均匀的多孔陶瓷。
这种制备方式可以应用于制备陶瓷过滤器、陶瓷复合材料等领域。
凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究进展
凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究进展凝胶注模成型技术是一种新型的制备陶瓷材料的方法，具有高效、精准、环保等多种优点。
在该工艺中，采用凝胶作为原料，通过注模成型、干燥、烧结等工艺过程制备出陶瓷制品。
Sialon陶瓷是一种刚玉-硅氮化物复合材料，具有高强度、高硬度、高耐磨性以及高温稳定性等特点，被广泛应用于航空、汽车、机械等领域。
本文将回顾凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究进展。
1.凝胶注模成型技术的优势（1）高生产效率。
凝胶注模成型工艺中，使用凝胶作为原料，可以通过注射成型、干燥和烧结等工艺步骤制备出高质量的陶瓷制品。
相比传统的推压成型、滚压成型等方法，凝胶注模成型技术可以节约成本、节约时间，提高生产效率。
（2）高制品质量。
凝胶注模成型工艺中，凝胶具有非常高的均一性和稳定性，通过注塑成型可以制备出具有高精度、高质量的陶瓷制品。
同时，该工艺中可以控制注塑成型的环境条件，可以避免其他制备方法中容易出现的杂质、气泡等问题，从而在制品质量上优于传统的制备方法。
（3）高环保。
凝胶注模成型工艺中，采用凝胶作为原料，不需要使用传统制备陶瓷材料时需要的大量有害化学品，可以降低对环境的污染和对工人健康的危害。
（1）制备方法研究。
根据不同的制备方法，可以将凝胶注模成型技术应用于Sialon 陶瓷的制备。
如使用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为增塑剂，采用凝胶注模成型技术制备出了氮化硅和氮化铝的Sialon陶瓷复合材料；采用聚乙烯醇（PVA）为胶粘剂，加入苯乙烯为增塑剂，成功地制备出了具有高硬度、高耐磨性和高强度的Sialon陶瓷。
（2）材料性能研究。
凝胶注模成型技术制备的Sialon陶瓷，相比传统方法制备的陶瓷，具有更好的机械性能和高温稳定性。
例如，在1000°C下，使用凝胶注模成型技术制备的Sialon陶瓷的抗折强度可以达到580 MPa以上，而传统制备方法制备的Sialon陶瓷则仅为340 MPa左右。
凝胶注模法
凝胶注模法
说起这个“凝胶注模法”，咱们得先从做东西说起。
你想啊，咱们平时做东西，比如做个塑料玩具或者陶瓷杯子，是不是都得有个模具，然后把材料倒进去，等它成型？
这个“凝胶注模法”啊，就是做东西的一种方法，但它有点特别。
特别在哪儿呢？咱们平时用的材料，比如塑料啊、陶瓷浆料啊，都是液体或者半固体的，对吧？但是凝胶注模法用的材料，它是高粘度的流体，就像是稠稠的果酱一样。
然后啊，咱们把这个高粘度的材料倒进模具里。
不过这时候它还不是成品哦，它得在模具里发生一些变化。
怎么变呢？就是让它里面的有机单体啊、催化剂啊这些东西发生反应，然后它就慢慢凝固了，变得像果冻一样。
这个过程啊，就像是给材料做了一个“内部整形”，让它在模具里变成了咱们想要的样子。
等它完全凝固了，就可以拿出来，再经过一些处理，比如干燥啊、烧结啊，就变成了咱们想要的成品了。
所以，“凝胶注模法”啊，简单来说，就是一种用高粘度流体材料，通过化学反应在模具里凝固成型的方法。
这个方法好处多多，比如能做出形状复杂、精度高的产品，而且成品的质量也很好。
就像咱们平时吃的果冻，它也是用类似的方法做出来的，只不过它用的材料是吃的，咱们这个是工业用的。
这下你明白什么是“凝胶注模法”了吧？。
凝胶注模成形工艺制备高强度的氧化铝陶瓷
凝胶注模成形工艺制备高强度的氧化铝陶瓷1前言陶瓷材料成形工艺是制备复杂形状部件的关键环节,对降低陶瓷零件生产成本､提高陶瓷材料性能及其可靠性起重要作用｡随着航天､航空､机械､化工等行业的发展,人们对陶瓷材料性能的要求越来越高｡凝胶注模成形技术是90年代初美国橡树岭国家重点实验室Mark A,Janney教授等人提出的[1]｡它首次将传统陶瓷工艺和聚合物化学有机结合起来,开创了在陶瓷成形工艺中利用高分子单体聚合进行成形的技术[2]｡该技术与传统的工艺相比有其独特的优越性:(1)可使用于复杂的部件成形;(2)坯体的强度高,生坯即可加工成一定的形状;(3)坯体较均匀｡其工艺过程如图1所示｡2实验2.1 原料及反应体系的选择α- Al2O3粉纯度为99.9%,平均粒径1.4μm;丙烯酰胺(AM)(有机单体);N-N亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)(交联剂);过硫酸铵(APS)(引发剂);聚丙烯酸铵(PMAA-NH4)(分散剂);四甲基乙二胺(TEMED)(催化剂);分析纯氨水调节溶液pH值｡本实验选择丙烯酰胺为有机单体,亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,两者在水中搅拌后均可溶｡凝胶注模成形工艺要求单体在一定条件下形成交联大分子｡形成聚合物的反应类型有聚合和缩聚两种形式｡由于缩聚反应有小分子如水分子产生,而本实验要求原位聚合形成有一定形状和强度的固状坯体,要求尽量减少水分,因此本实验采用聚合反应｡选择引发剂APS和催化剂TEMED的催化体系,通过控制温度､APS与TEMED的量､分散剂等控制反应速度｡图1 凝胶注模成形工艺过程2.2 反应步骤(1) 将有机单体AM､交联剂MBAM 以20:1的比例溶于水,再加入一定量分散剂PMAA-NH4 配置成溶液;(2) 在溶液中加入高固相含量粉料,在行星球磨机中球磨至浆料具备一定的流动性;(3) 加入引发剂过硫酸铵搅拌均匀后再加催化剂四甲基乙二胺,搅拌后注入模具中｡模具温度升高,有机单体发生聚合,浆料形成凝胶体｡反应停止后,冷却､脱模;(4) 在设定的干燥制度下干燥后,放入高温炉中进行排胶烧结｡2.3 脱胶与烧结由于试样坯体中有机物含量较低,排胶过程相对简单､时间较短,所以可连续完成烧结过程,使排胶､烧结一次完成,对大件物品,则需要单独排胶｡纯氧化铝主要靠固相烧结,99.5氧化铝的烧结温度在1700℃左右;由于加入了少量助烧剂(2%的CaCO3),烧成温度可控制在1580℃~1600℃｡3结果与讨论3.1 分散剂的加入量对浆料流变性的影响合适的分散剂量可使颗粒被聚合物完全包覆,聚合物基团一端吸附在颗粒表面,另一端伸向溶剂｡聚合物充分分散,形成空间位垒,阻碍颗粒的聚集,如图2所示｡(a) 未加分散剂时的絮凝桥连(b) 加分散剂后的分散保护图2 分散剂对颗粒表面作用图分散剂对浆料的流动性影响很明显｡本实验所用聚丙烯酸铵类分散剂是一种高分子聚电解质｡未使用分散剂的55%固相含量的陶瓷浆料即使球磨1~2h仍无任何流动性,当加入适量PAA-NH4后立刻有较好的流动性｡因为它在水溶液中易离解成NH4+和RCOO-离子,其中RCOO-基团易吸附在固体颗粒表面,球磨使离子基团充分与颗粒接触,从而使颗粒表面带上负电荷,增加了颗粒之间的静电斥力位能,使浆料具有很好的流动性｡图3为PMAA-NH4的添加量对55Vol%浆料粘度的影响｡3.2 pH值对浆料流动性能的影响实验在碱性条件下进行,所以本文主要讨论碱性环境的变化｡其中分散剂量为0.5%时,pH值对粘度的影响很小｡在碱性范围内,分散剂全部电离,并在颗粒表面形成稳定吸附,斥力位能由静电位能和空间位能共同决定,由DLVO理论可知,pH值主要影响电解质对双电层ZETA电位的影响,而此时体系中颗粒具有最大ZETA电位,故pH对其影响较小｡当分散剂量增大或减小时,pH值的增加会加强体系中聚合物对胶粒吸附的不饱和或过饱和状态;pH值从9增大到10,氨水量也增加,溶液中电解质浓度增加,压缩了双电层,减小了质点间的静电斥力,从而减小了质点连续碰撞所需的势垒数值｡图4为pH值对不同含量分散剂粘度的影响｡3.3 不同固相含量对坯体强度的影响固相含量与坯体强度的关系如图5所示｡当固相含量55vol%),浆料粘度不易降低,易造成分布不均,产生结构缺陷｡图3 PMAA-NH4含量对55Vol%浆料粘度的影响3.4坯体与烧结体SEM显微结构分析通过SEM分析可以看出固相含量升高时坯体变致密｡高致密的坯体烧结后具有很好的烧结性能｡图6为坯体与烧结体断面SEM图｡3.5 坯体机械加工性能在成形结构复杂的陶瓷材料时,模具加工困难,且烧结体晶化形成高强度和高硬度的致密体,对加工刀具要求很高,其磨损也快,仅成本就占了整个陶瓷工艺的30%左右[3~4]｡凝胶注模的坯体成形时得到的网络结构对颗粒起到很好的稳定与吸附作用,而所浇注的高浓度悬浮体具有良好的流动性能,可使坯体结构均匀,致密度高,故能满足一般的机械加工要求,且成本较低｡图4不同含量分散剂pH值对粘度的影响55Vol%固相含量的坯体的性能平均数值:抗弯强度25MPa;硬度180HBW5/187.5;圆棒直径可加工至10mm,加工断面无明显裂纹｡图5 固相含量对坯体抗弯强度的影响4结论(1) 为获得高固相含量､流动性能好的浆料,选择聚丙烯酸铵为分散剂,用量为粉体质量的0.5%,调节pH在8~9左右能获得粘度为100mPa•s(D=77.48S-1)的浆料,完全能满足浇注要求｡(2) 55Vol%固相含量的坯体,其变形量小,且强度大于20MPa,可满足机械加工｡(3) 凝胶注模成形工艺浆料的性能可控,可制得高固相含量､收缩小､可加工的坯体｡(a) 40vol%固相含量坯体断面(b)55vol%固相含量坯体断面(c)55%烧结体表面微观结构图图6 坯体与烧结体断面SEM图参考文献1 Omatete O O,Janney Mark A ,STREHLOW RA.Gelcasting-A New Ceramic FormingProcess[J].Ceram.Bull.,1991,(70)10:1641~16472 Janney M A,Omatete O O.Method for molding power usinga water-basedPatent434624 1989-11-133 钟利军等.可加工陶瓷材料的机械加工技术[J].应用技术4 张航等.机械加工对陶瓷材料性能的影响[J].硅酸盐通报,1998(6):49~51Preparation of High Intensity Alumina Ceramics byGelcasting and Moulding TechnologyJiang RunfengZhou Zhufa( College of Material Science and EngineeringSoochow UniversitySoochowJiangsu215021 )Abstract: Taking alumina ceramics as example,low viscosity and high solid content slurry was prepared by gelcasting.The influence on viscosity by dispersant and body intensity by different solid content were discussed in this paper.Keywords: gelcasting,aluminaceramics,moulding technology。
凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究进展
凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究进展【摘要】凝胶注模成型是一种常用于陶瓷制备的先进技术，本文通过对Sialon陶瓷的研究进展进行总结和分析。
首先介绍了凝胶注模成型技术的基本原理和优势，然后对Sialon陶瓷材料的特性进行了详细分析。
接着探讨了凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的工艺优势，以及研究方法和研究成果。
最后展望了未来凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究方向，指出了当前研究中存在的挑战和机遇。
本文旨在为进一步开展凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究提供参考和指导，推动该领域的发展和应用。
【关键词】凝胶注模成型，Sialon陶瓷，研究进展，技术简介，材料特性分析，工艺优势，研究方法，研究成果，研究展望1. 引言1.1 凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究进展凝胶注模成型（Gelcasting）是一种先进的陶瓷成型技术，通过在溶胶凝胶体系中添加陶瓷粉末和适量的增塑剂、分散剂等，形成可流动的陶瓷浆料，再在模具中固化成形，最终得到具有高密度和复杂形状的陶瓷制品。
Sialon陶瓷是一类具有良好耐磨性、高温稳定性和化学惰性的陶瓷材料，被广泛应用于陶瓷刀具、航空航天等领域。
凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究进展近年来备受关注。
通过优化凝胶注模成型工艺参数，如浆料配方、固化条件等，可以实现对Sialon陶瓷制品微观结构和性能的精确控制。
结合先进的材料表征技术，对凝胶注模成型制备的Sialon陶瓷进行深入分析，揭示其结构特征和性能优势，为其在工程应用中的进一步推广与应用提供了重要的理论基础。
凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究进展不仅促进了陶瓷材料制备技术的发展，也为提高Sialon陶瓷制品的质量和性能提供了重要参考。
随着相关研究的深入推进，凝胶注模成型技术在Sialon陶瓷领域的应用前景将更加广阔，为实现Sialon陶瓷的产业化应用奠定坚实基础。
2. 正文2.1 凝胶注模成型技术简介凝胶注模成型技术是一种将悬浮在溶剂中的陶瓷粉料注入模具，并通过冷凝或凝胶化使其固化成形的方法。
陶瓷注射成型技术解析
孔洞缺陷
▪ 孔洞，指在生坯旳横截面上能够发觉旳孔隙。 有旳是一种近圆形旳小孔，有旳就发展为几 乎贯穿生坯坯体旳中心通孔，这是常见旳缺 陷.
▪ 注射成型样品不同部位产生旳气孔旳原因也 不同，一般中部产生旳气孔较小，原因可能 是喂料本身混合不充分并夹有气体、注射温 度太高造成粉末同粘结剂分离。相应可经过 调整喂料质量，降低模温和注射温度等措施 消除。而底部产生旳气孔较大，有旳甚至是 周身或半周身通孔。产生这么孔洞旳原因主 要是注射时底部排气不充分而使样品夹入气 体。因为样品上部壁薄而底部壁厚，注射过 程中流动性喂料在注射压力下从上向下流动 冲模，当喂料流体到达底部时，空腔截面面 积忽然变大，喂料会沿内侧经样品最底面渐 进冲模，这么一来最终被冲模旳地方不是空 腔最底面，而是薄壁和厚壁旳接合处。所以 模具上开在底面旳排气孔并不能充分排气， 使得气体汇集，形成比较大旳孔洞。
混料练泥效果比较
▪ 右侧为粗混旳喂料，左侧是经过5次挤练后旳 喂料。经过反复试验得出，要使处理后旳 ZrO2粉末同粘结剂混匀必须反复挤出5次以 上，所需时间约300分钟。
流变学对PIM工艺主要性
▪ （1）要求混料均匀和组织构造理想。不然 PIM成型旳许多优势将失去。
▪ （2）工艺要优化。如填充时间，9s和12s在 试验室相差不大，但对规模生产，这种优化 就很明显，注射压力旳选择一样与流变学精 确认识亲密有关。
▪ 练泥温度： 必须选择合适旳练泥温度，这是因为温度过低，喂料旳粘度急 剧增大，造成喂料和挤出机之间旳磨损而带入杂质，另外还可能造成在喂 料中夹入气体，带入注射成型生坯中产生孔隙。温度过高，会出现冒烟现 象，而且喂料表面易出现褶皱和小裂纹，因为温度太高会引起粘结剂中低 分子量成份旳挥发，恶化粘结剂性能并造成粉末同粘结剂旳分离。
陶瓷凝胶注模成型技术
智能化
引入自动化和智能化的技 术手段，实现陶瓷凝胶注 模成型的远程监控和智能 化控制。
绿色化
发展环保型的陶瓷凝胶注 模成型材料和工艺，降低 生产过程中的环境污染。
未来研究方向
新材料体系
研究新型的陶瓷凝胶注模成型材 料，拓展其应用领域和应用范围。
工艺优化
探索更高效的陶瓷凝胶注模成型工 艺，提高产品的性能和降低生产成 本。
对未来的展望1Fra bibliotek随着科技的不断发展，陶瓷凝胶注模成型技术有 望在更多领域得到应用，如生物医疗、环保等。
2
未来，该技术的研究重点将放在提高陶瓷部件的 性能、降低生产成本、优化工艺参数等方面，以 更好地满足市场需求。
3
同时，随着环保意识的提高，开发环保型高分子 凝胶和绿色生产工艺将是未来的重要研究方向。
陶瓷凝胶注模成型技术
contents
目录
• 引言 • 陶瓷凝胶注模成型技术原理 • 陶瓷凝胶注模成型技术应用 • 陶瓷凝胶注模成型技术发展前景 • 结论
01 引言
背景介绍
01
陶瓷材料在工业领域的应用广泛 ，如高温炉、电子设备、航空航 天等。
02
传统陶瓷成型技术存在一些局限 性，如生产效率低、成本高、产 品性能不稳定等。
技术概述
陶瓷凝胶注模成型技术是一种新型的陶瓷成型技术，利用有机高分子凝胶作为载 体，将陶瓷粉体均匀分散在凝胶中，通过注模、固化、脱模等工序制备出形状复 杂的陶瓷部件。
该技术具有操作简便、生产效率高、成本低、产品性能优异等优点，在陶瓷领域 具有广阔的应用前景。
02 陶瓷凝胶注模成型技术原 理
凝胶注模成型原理
高经济效益。
05 结论
技术总结
陶瓷凝胶注模成型技术是一种先进的陶瓷成型技术，它利用高分子凝胶作为载体，将陶瓷浆料注入模 具中，通过固化、干燥和烧成等工艺过程，制备出高性能的陶瓷部件。
陶瓷凝胶注模成型
凝胶注模成型工艺研究夏XX(天津大学材料科学与工程学院，教育部先进陶瓷与加工重点实验室，天津300072)摘要：凝胶注模成型是一种优于传统成型工艺的先进陶瓷成型方法，为净尺寸高性能复杂形状陶瓷的制备提供了有效的技术途径。
本文对陶瓷凝胶注模成型的原理、工艺、成型体系、特点等进行了简单的概论介绍,综述了目前凝胶注模成型的研究现状、存在的问题和应用情况并展望了发展趋势。
关键词：凝胶注模；研究现状；问题与展望Study on the gel-castingXIAXX(Key Laboratory of Advanced Ceramics and Machining Technology, M inistry of Education, college of Material Science and Engineering, Tia njin University, Tianjin 300072, Tianji n, China)Abstract: Gel-casting process is an advanced manufacturing technologyfor ceramic forming, which is superior to the traditional one, and has provided an effective approach to prepare high performance net size ceramics with complicated shapes. The principles,procedures,forming system and character of gel-casting are simply discussed in this paper, moreover, the present research process,problems as well as applications are also included. Finally, the tendency of this technology is forecasted in a dialectical way.Key words: gel-casting; present research; problems and prospects1.引言随着当代科学技术的发展，国防、工业等技术领域对结构材料的要求越来越高，耐高温、耐腐蚀、高硬度和综合力学性能好的结构材料的开发和研究已经变得十分重要。
凝胶注膜成型
溶剂
+ 有机 单体
+ 交联
剂
无机粉体+分散剂 预混液
研磨 混合
脱气
脱模
固化
机加工
干燥
排胶
注膜
.
烧结
料浆 催化剂+引发剂
★ 凝胶注膜成型工艺的基本原理
Gelcasting工艺的基本原理是在低粘度高 固相含量的料浆中加入有机单体，在催化剂和 引发剂的作用下，使料浆中的有机单体交联聚 合成三维网状结构，从而使料浆原位固化成型。 然后再进行脱模、干燥、去除有机物、烧结， 即可得到所需的陶瓷零件。
近年Gelcasting已经用生产各种陶瓷制品，从单 一组分到复合组分，从简单的片状、管状、到复杂的 叶片、齿轮、涡轮转子，从结构陶瓷到功能陶瓷。
今后，该工艺的应用还应进一步拓展，从非金属 粉末要逐步推广到金属领域，其尺寸范围要进一步扩 大，目前主要应用于微米级颗粒成型和较粗的耐火材 料成型，纳米颗粒的应用相对较少，细、密、匀、纯 是性能优良材料的必要条件，因此研究纳米级颗粒注
.
★ 凝胶注膜成型工艺的发பைடு நூலகம்趋势
凝胶注模成型工艺自问世以来，得到了迅猛发 展，其应用前景极为广阔，值得进一步研究开发，其 今后的发展方向主要有以下几个方面。 ① 应用领域的拓展 ② 环境友好型凝胶体系的开发 ③ 合理的凝胶固化方法的研究 ④ 与激光选区烧结成型技术联用 ⑤ 热可逆凝胶注模成型的发展
凝胶注膜成型工艺
.
主要内容
★ 凝胶注膜成型工艺简介 ★ 凝胶注膜成型工艺特点 ★ 凝胶注膜成型工艺流程图 ★ 凝胶注膜成型工艺的基本原理 ★ 凝胶注膜成型工艺的发展趋势 ★ 参考文献
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★ 凝胶注膜成型工艺简介
陶瓷部件的无氧阻聚凝胶注模成型方法
陶瓷部件的无氧阻聚凝胶注模成型方法说实话陶瓷部件的无氧阻聚凝胶注模成型方法这事，我一开始也是瞎摸索。
我就知道要让陶瓷成型，还得是无氧的环境下用阻聚凝胶注模这个思路，但是具体咋做呢？那可真是走了不少弯路。
我刚开始的时候啊，就想当然地觉得只要把陶瓷原料和凝胶混起来，再找个密封的东西当模具，就能成。
结果呢，完全不是那么回事。
陶瓷根本没成型，还在模具里乱成一锅粥，这就是我的第一次失败。
后来我就研究那个无氧的环境要怎么实现。
我试过用普通的密封袋把模具包起来，然后抽真空。
但你猜怎么着？还是不行，因为这个密封袋虽然能抽出一些空气，但总是不够理想，还是会有点空气残留，影响了阻聚凝胶和陶瓷原料的反应。
接着我就专门找那些密封比较好的容器来当模具，就好像给陶瓷原料和凝胶盖了一个特别严实的小房子一样。
这时候我就意识到原料的配比也特别重要。
陶瓷原料啊，不能太多也不能太少，就像做饭放盐一样，得刚刚好。
但是这个比例我真的是试了好久，有时候凝胶太多了，整个就软得不行，根本成型不了；有时候陶瓷原料太多了，硬邦邦的，还容易开裂。
在搅拌原料和凝胶的时候呢，我发现搅拌速度也有窍门。
就像搅拌面糊一样，如果搅得太快，里面会有气泡，可如果搅得太慢呢，又混合不均匀。
所以得找到一个合适的速度，慢慢搅拌，这样出来的混合物才比较均匀。
再说说注模的过程吧。
把原料和凝胶的混合物往模具里倒的时候，可得小心点，得一口气倒进去，不然也容易产生气泡。
这就像倒可乐，要是倒得断断续续的，就全是泡沫了。
我以前就是因为倒得断断续续的，导致很多地方不平整，或者直接有气孔在里面。
我还在尝试往凝胶里面加一些添加剂来辅助成型。
不过这个我还不太确定到底哪种添加剂最好，还在慢慢试呢。
目前看来，有几种添加剂能让陶瓷部件的表面更光滑一点，但对于整体的成型效果到底有多大改善，还得再多做几次实验。
反正这个陶瓷部件的无氧阻聚凝胶注模成型方法，就是在不断试错和调整中慢慢找到感觉的，我也不敢说我掌握得有多好，但就我目前的经验来看，注意这些方面，总能离成功更近一些。
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(1)单体和交联剂必须是水溶的(前者质量分数至少20％， 而后者至少2%)。如果它们的在水中的溶解度过低，有 机单体就不是溶液聚合，而是溶液沉淀聚合，这样就不 能成型出密度均匀的坯体，并且还会影响坯体的强度。
陶瓷凝胶注模成型技术
(2)单体和交联剂的稀溶液形成的凝胶应具 有一定的强度，这样才能起到原位定型的 作用，并能保证有足够的脱模强度。
较大
较大
较大
厚零件
没问题
增加注模时间 难脱脂
难脱脂
陶瓷凝胶注模成型技术
1.凝胶注模成型的基本原理
注凝成型技术将传统的陶瓷工艺和有机聚合物化 学结合，将高分子单体聚合的方法灵活地引入到 陶瓷成型工艺中，通过制备低粘度、高固相含量 的陶瓷浆料来实现净尺寸成型高强度、高密度、 均匀性好的陶瓷坯体。该工艺的基本原理是在低 粘度高固相含量的浆料中加入有机单体，在催化 剂和引发剂的作用下，使浆料中的有机单体交联 聚合成三维网状结构，从而使浆料原位固化成型。 然后再进行脱模、干燥、去除有机物、烧结，即 可得到所需的陶瓷零件。
(3)不影响浆料的流动性，若单体和交联剂 会降低浆料的流动性，那么高固相、低粘 度的陶瓷浆料就难以制备。
陶瓷凝胶注模成型技术
陶瓷粉末在三维网状聚合物中的 分布
陶瓷凝胶注模成型技术
丙烯酰胺单体聚合原理
凝胶注模成型工艺通常采用丙烯酰胺(AM)作 为有机单体；N,N’—亚甲基双丙烯酰胺 (methylene bisacry-lamide，MBAM)作为交 联剂
化的快慢来表征，即
Rt=dat/dt
单体聚合的诱导期为从加入引发剂到单体开始聚合
之间的时间间隔。
(2)
陶瓷凝胶注模成型技术
悬浮颗粒的静电稳定机制
a) 悬浮颗粒的静电稳定机制
根据胶体化学原理，液体介质中固体微粒之间的相 互作用力主要是胶体双电层排斥力(E1ectrical duble layer repulsion)和范氏吸引力(Vander waals attraction)。根据胶体稳定的DLVO(DergsginLandsu-Vervey-Orerbeek ) 理论，胶体颗粒在介质中 的稳定性取决于它们的相互作用的总势能。在颗粒 表面无有机大分子吸附时，ET＝Ea+Er。式中Ea是 半径为r的两颗粒之间的范氏吸引力的作用势能，Er 则为两粒间双电层排斥能。
在聚丙烯酰胺凝胶形成的反应过程中，需要有 催化剂参加，催化剂包括引发剂和加速剂两部 分。
引发剂在凝胶形成中提供初始自由基，通过自
由基的传递，使丙烯酰胺成为自由基，发动聚
合反应，加速剂则可加快引发剂放自由基的速
度。
陶瓷凝胶注模成型技术
聚丙烯酰胺聚合反应可受下列因素影响
1、大气中氧能淬灭自由基，使聚合反应终止， 所以在聚合过程中要使反应液与空气隔绝。
陶瓷凝胶注模成型技术
单体聚合的程度可以用单体聚合的转化率来表征。 单体聚合的转化率定义为：在某一反应时间f时， 已聚合的单体与初始单体的质量比，即
at=mt/m0
(1)
其中：at为单体聚合的转化率；mt为已聚合的单体 质量；mo为初始单体质量。在某一反应时间f时， 单体聚合速度R r可以用单体聚合转化率随时间变
降低了其质量的稳定性。
陶瓷凝胶注模成型技术
表 1 凝胶注模成型与几种传统工艺比较
性能
凝胶注模
注浆
注射
热压铸
成型时间/min
5-60
60-600
60-120
<10
脱模强度
较高
低
高
高
干坯强度
很高
低
--
--
模具材料 金属、玻璃、塑料、石蜡 石膏
金属
金属
有机物质量分数%
3-5
--
20
>12
干燥、去脂变形
极小
2、某些材料如有机玻璃，能抑制聚合反应。 3、某些化学药物可以减慢反应速度，如赤血
盐。 4、温度高聚合快，温度低聚合慢。
陶瓷凝胶注模成型技术
凝胶浓度过高时，凝胶硬而脆，容易破碎； 凝胶浓度太低时，凝胶稀软，不易操作。
交联度过高，胶不透明并缺乏弹性；交联 度过低，凝胶呈糊状。
丙烯酰胺单体聚合为放热反应，通过聚合 时的热效应来表征单体聚合的过程。采用 凝胶注模成型时，为制备高质量的素坯， 必须控制单体的聚合过程。单体聚合的程 度、聚合的诱导期以及聚合的速度是单体 聚合过程的重要表征参数。
陶瓷凝胶注模成型技术
干法成型
模压法 冷等静压法 捣打法（耐火材料中采用的一种成型方
法）
陶瓷凝胶注模成型技术
湿法成型
湿法成型工艺设备简单、成型坯体组分均匀、缺 陷少、易于成型复杂形状零件等优点,实用性较 强,但传统的湿法成型技术都存在一些问题,如注 浆成型是靠石膏模吸水来实现的,造成坯体中形 成密度梯度分布和不均匀变形,并且坯体强度低, 易于损坏。热压铸或注射成型需加入质量分数高 达20%的蜡或有机物,造成脱脂过程繁琐,结合剂 的融化或蒸发使坯体的强度降低,易形成缺陷甚 至倒塌。这些问题提高了陶瓷材料的生产成本,
催化剂： N，N;四甲基乙二胺（TEMED）加速剂 引发剂；过硫酸铵 分散剂;聚丙烯酰胺作为通过单体自由基聚合
实现对陶瓷悬浮体的原位固化成型。
陶瓷凝胶注模成型技术
合成聚丙烯酰胺凝胶的原料是丙烯酰胺和N， N’—亚甲基双丙烯酰胺。
丙烯酰胺称单体，N，N’—亚甲基双丙烯酰胺称 交联剂，在水溶液中，单体和交联剂通过自由 基引发的聚合反应形成凝胶。
陶瓷凝胶注模成型技术
单体聚合程度越高，则固化后陶瓷坯体 强度越高。单体聚合的诱导期太短，无 法保证凝胶注模工艺所需的操作时间； 诱导期太长，则在固化过程中陶瓷浆体 容易产生沉降。这两种情况都会造成固 化后陶瓷坯体不均匀或产生缺陷。因而 研究时对单体聚合的速度、聚合程度的 测量及表征是十分重要的。
陶瓷凝胶注模成型 技术
陶瓷凝胶注模成型技术
陶瓷凝胶注模成型技术
陶瓷材料因其独特的性能已广泛地应用于 电子、机械、国防等工业领域。但陶瓷材 料烧结后很难进行机加工,故人们一直在寻 求复杂形状陶瓷元件的净尺寸成型方法,这 已成为保证陶瓷元件质量和使所研制的材 料获得实际应用的关键环节。
陶瓷材料的成型方法,一般可分为干法和湿 法两大类。
陶瓷凝胶注模成型技术
凝胶注模成型与热压铸或注射成型相比，主要差别在于， 后两种工艺中作为粘结剂的有机聚合物或蜡被有机单体 取代，然后利用有机单体原位聚合来实现定型。
该技术首先发明的是有机溶剂的非水凝胶注模成型 (Nonaqueous Gelcasting)，随后作为一种改进，又发明 了用于水溶剂的水凝胶注模成型(aqueous Gelcasting)， 并广泛应用于各种陶瓷中。