凝胶注模成型科技的原理及问题难点分析

凝胶注模成型科技的原理及问题难点分析

文章分析了凝胶注模成型科技的基础原理和类型以及活动步骤等等内容。它的成本不高，而且有着非常好的稳定性，同时得到的胚体的密度非常好，在干燥的时候不会出现形变现象，存在的不利现象较少，而且强度很高，能够有效生产。

标签：成型技术；净尺寸成型；凝胶注模成型；胶态成型

1 关于原理和活动步骤

该项科技是把高分子的物质与流变学的知识有效的联系到一起，它的原理是在较高的固相含量以及较低的粘度的陶瓷物质之中谈价浓度不是很高的有机体，然后放入一些引发材料对其浇筑，进而确保其中的单体在相对的状态中出现聚合活动，此时生成坚硬的网状体系，确保浆料能够即刻的固结，进而确保胚体定形，最终经由脱模以及排胶等活动而获取所需的部件。

凝胶注模成型分为两类：一种是非水溶性凝胶注模成型，另一种是水溶性凝胶注模成型。非水溶性凝胶注模成型采用有机溶剂，要求溶剂有较低的蒸汽压。水溶性凝胶注模成型更进一步，有非常多的优势。第一，成型时期和过去的措施非常类似，而且很简便。第二，干燥活动更简单。第三，减弱了混合体的粘性。第四，对于生态的干扰性小。所以，这个措施被大量的使用。在该项成型活动中，要确保单体等合乎如下的规定。第一，其应该是充分水溶的，而且它的溶解性要非常的高，假如该数值太低的话，此时单体融合并非是液体的融汇，它是液体沉积之后的融汇，此时得到的胚体的密度不是很良好，同时他的强度也会受到非常大的干扰。第二，溶液得到的凝胶要有非常高的强度，此时才可以发挥出原位固定的意义。而且确保胚体能够有效的脱模。第三，单体和交联剂不会降低浆料的流动性。

2 关于工艺特征

它是一项有着非常强大的实用意义的科技，其有着如下的一些特征。第一能够适合用到很多的陶系中，可以得到非常多的形态不一样的零件。第二因为定形活动和注模的活动是单独开展的，对于定形来讲，它是借助于浆料里面的单体汇聚而生成胶凝体，其得到的胚体的问题不是很多，而且其成分等很是均匀，在干燥的时候不会发生形状改变的问题，此时可以确保烧结体具有优秀的比例，该措施是一项优秀的成型科技。第三，凝固定形用时不是很久，而且能够有效的掌控，结合聚合气温以及催化物质的添加量的差异，其定形用时通常可以控制在五分钟到一个小时之间。第四，使用的模具是没有孔的，对于其物质也没有独特的规定，可以是金属或是塑料等的。第五，胚体里面的有机物的总数不多，能够有效的进行排胶活动，而且不会发生变形现象，密度优秀。最后，其自身的强度非常好，能够对其开展很多的处理活动，进而降低了烧结之后的处理量。

3 陶瓷浆料的稳定机制

凝胶注模成型技术的关键是制备低粘度、高固相含量的陶瓷浆料。它的粘度关乎到它的排气性以及得到的胚体的状态是否是优秀的。但是其固相比例会干扰到坯体自身的强度等。必须使用那些高固含量的物质才可以得到优秀的胚体，而且降低干燥以及烧成之后的收缩问题的发生几率。

在规定的粘度中，干扰到固相性的要素是陶瓷粉料颗粒在分散介质中的胶体特性。颗粒在分散介质中的高分散性和高稳定性是制备低粘度、高固相含量的陶瓷浆料的前提条件。其粘度不但和固体粒料的大小，以及它在浆液中占据的体积等有着非常紧密的关联，同时还和颗粒在媒介中的分散模式有着一定的关联。

3.1 静电稳定机制

胶体的稳定性取决于胶体颗粒之间相互作用的总位能ET，ET=EA+ER。EA 是两颗粒之间的范德华引力作用所产生的引力位能，ER则为两颗粒间双电层的静电斥力作用所产生的斥力位能。两颗粒要聚集在一起，必须越过能垒E0。可见，提高能垒E0有助于颗粒的稳定。而能垒E0的大小取决于颗粒表面的Zeta 电位，若降低颗粒表面的Zeta电位，则颗粒间的斥力位能减少，能垒E0也随之降低。当颗粒表面的Zeta电位为零时，E0也为零，此时稳定性最差，并立即产生沉淀。颗粒表面的Zeta电位受介质影响，所以，要想得到低粘度、高固相含量的陶瓷浆料，应使体系的pH值远离其等电点，使粒子表面的Zeta电位的绝对值最大，从而使颗粒表面的双电层排斥力起主导作用。

3.2 空间位阻稳定机制

为了改善陶瓷浆料的流动性，提高浆料的固相含量，一般需向陶瓷浆料中加入少量的高分子聚合物作为分散剂。当颗粒表面吸附上有机聚合物后，其稳定机制已不同于单一的静电稳定机制，这时稳定的主要因素是聚合物吸附层的空间位阻作用，而不是双电层的静电斥力。吸附的高聚物对颗粒稳定的影响有3点：（1）带电聚合物被吸附后，增加了颗粒之间的静电斥力位能ER；（2）高聚物的存在通常会减少颗粒间的引力位能EA；（3）粒子吸附高聚物后，产生了一种新的斥力位能ERS，。体系的总位能ET应是ET=EA+ER+ERS，从而提高了能垒E0，使颗粒更加稳定而不容易聚沉。有机聚合物的加入量应适当。加入量过少，粒子对聚合物的吸附远未达到饱和吸附，那么它对颗粒的稳定性贡献不大；若被吸附聚合物所带电荷与粒子电荷相反，则会减少粒子的带电量，降低其表面的Zeta 电位，使颗粒稳定性变差。若加入量过多，溶液中存在一些游离的高聚物，结果易造成高聚物分子链在颗粒间桥联，引起颗粒团聚，导致浆料粘度变大，而难以制备出高固相含量、低粘度的浆料。

4 该项工艺的关键点和面对的难题

4.1 高固相含量、低粘度浆料的制备。干扰固相含量的关键要素是粉料处在媒介中的特性表示，所以一般可以经由选取优秀的分散物质来加以调节进而获取较好的浆液。

4.2 陶瓷浆料的可控固化。在使用该项工艺的时候，浆料自身的可控固化非常的让人头疼，其逼迫开展固化性质的分析。经由该项测试来明确它的固化性。针对凝胶点，此时塑料行业中已经对其有了非常精准的定义和测试措施。美国橡树岭实验室的YoungAC等人研究了预混液温度随凝胶反应发生时间的变化，定义了反应的诱导期，而且论述了其初始时期的凝胶点。很多的科研工作者也分析了陶瓷等物质的凝胶点，同时设置了一些测试装置，体系探索了干扰该数值的一些要素。

4.3 坯体与空气接触后的表面剥落。丙烯酰胺在空气中聚合时不可避免地遇到氧阻聚的问题，从而导致坯体表面发生起皮剥落的现象，影响陶瓷坯体的尺寸。美国橡树岭实验室在氮气保护下进行凝胶注模成型，解决了氧阻聚的问题。但在实际生产过程中，采用氮气保护不仅可能使工艺条件难于控制，而且会增加成本。

4.4 排胶对坯体强度及其显微结构的影响。通过分析得知，在排胶的时候，由于气温增加了，此时胚体的强度等出现了非常明显的改变。低于200℃时，坯体强度稍有下降；350～500℃时，因为其中的高分子网开始变弱，它的强度很明显的降低了。高于500℃时，因为胚体的中的部分区域发生了烧结现象，此时的强度开始增加了。

5 结束语

该项技术从根源之中变革了过去的成型技术。它是一项费用不高，稳定性优秀的成型科技，它适合用到那些形状繁琐的陶瓷零件的制作工作中。如今，该项科技关键将重点放到微米级粉体、氧化物陶瓷以及单相陶瓷的成型上，很少涉及到纳米级粉体等。很显然要在这方面加以强化。同时，如今使用的聚合物单体丙烯酰胺本身是有毒的，所以没有毒素的工艺将会是后续探索的关键点。由于该项科技的进步，此时的制备科技会发展到一个全新的时代中，此时行业的发展状态会更为优秀。