凝胶注模成型科技的原理及问题难点分析
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。
凝胶注模成型技术
凝胶注模成型技术
凝胶注模成型技术是一种新型的胶态快速成型工艺，由美国橡树岭国家实验室在20世纪90年代初首先发明。
这种技术主要利用有机单体或少量添加剂的化学反应原位凝固成型，获得具有良好微观均匀性和一定强度的坯体，然后再进行烧结制得成品。
凝胶注模成型工艺可以分为水基凝胶注模成型与非水基凝胶注模成型两大体系。
其中，水基凝胶注模成型方法与传统方法类似，简单易行，干燥过程更容易，降低了预混液的粘度，对环境污染小。
非水基凝胶体系常见的溶剂为醇、烃、醚和酮等，采用有机溶剂，不但污染环境，且对于工业生产来说增加了成本。
这种成型技术无需贵重复杂设备，所用模具为无孔模具，且对模具无特殊材质要求，因此是一种低成本成型技术。
同时，它可适用范围广，可制备单一材料或复合材料，对粉体无特殊要求，因此适用于各种陶瓷制品，粗细粒度均可。
凝胶注模成型技术的特点还包括：定型过程与注模的过程是完全分离的，因此成型坯体组分均匀、密度均匀缺陷少，在后续干燥烧结中会保持成型时的比例。
此外，由于坯体在脱模后便具有一定的初始强度，为后期进一步加工制备为更为精密的构件提供了基础条件。
总的来说，凝胶注模成型技术是一种低成本、高效率、环保型的成型工艺，具有广泛的应用前景。
凝胶注模成型
Thank you !
粉体 催化剂、引发剂
40~100℃加热
溶剂+单体 +交联剂 +分散剂
预混液 烧结
浆料 排胶
注模
固化成型
干燥
脱模
机加工
凝胶注模成型工艺的优点
适用范围广，可制备单一材料和复合材料。 已发展为水基凝胶注模成型工艺。使用低黏度高固相
分数的水基浆料，使用的有机物含量少，坯体收缩少， 可制备与部件尺寸接近或相同的部件。 流动的液态浆料充分填充于模具中，可制备出复杂形 状部件。 生坯强度高，塑性较好，可机加工成更为精细的部件。 对模具要求不高，玻璃、塑料、金属和蜡等均可作为 模具。 由于预混液中除可排出的溶剂外，单体和增塑剂等可 以全部使用有机物，烧结后的部件纯净度较高。
丙烯酰胺体系(AM+MBAM)
陶瓷粉末：选用目前工程陶瓷生产量最大的Al2O3 粉 料，并加入占陶瓷粉末质量 3 %的烧结助剂
(CaCO3 ,MgCO3 等)；
有机单体：丙烯酰胺(CH3CONH2 简称 AM)；
交联剂：N MB(C7H10N2O2简称
催化剂：四甲基乙二胺(C6H16N2简称 TEMED)； 引发剂：过硫酸铵( (NH4)2S2O8简称 APS)； 分散剂：聚丙烯酸铵(PMAA-NH4)； p H 值调节剂：NH3·H2O
低粘度、高固相含量浆料的制备。 气泡的去除和氧阻凝的抑制。 料浆凝胶化的控制。 坯体的干燥及排胶。
凝胶注模成型科技的原理及问题难点分析
刘 宏杰
（ 长江大学工程技术学院 ， 湖北 荆 州 ４ ３ ４ ０ ２ ０ ） 摘 要： 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 。 关键词 ： 成型技术 ； 净尺寸成型； 凝胶注模成型； 胶 态成型
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 人少 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 Ｅ Ｒ； ｆ ２ ） 高 聚 物 的存 在通 常会 减 少颗 粒 间 的引力 位 能 Ｅ Ａ； （ ３ ） 粒 子 吸附 高 聚物后 ， 产 生 了一 种 新 的斥 力位 能 Ｅ Ｒ Ｓ ， 。 体 系 的总位 能 Ｅ Ｔ应是 Ｅ Ｔ ＝ Ｅ Ａ ＋ Ｅ Ｒ ＋ Ｅ Ｒ Ｓ ， 从 而 提 高 了能垒 Ｅ ０ ， 使 颗 粒更 加 稳定 而 不容 易 聚沉 。有 机 聚合 物 的加 人 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 Ｚ ｅ ｔ ａ 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 Ｙ ｏ ｕ ｎ ｇ Ａ Ｃ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 ２ ０ ０ ％时 ， 坯体 强 度稍 有 下 降 ； ３ ５ ０ ～ ５ ０ ０ ￣ Ｃ 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 ５ ０ ０ ￣ Ｃ 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 ３ ． １静 电稳 定 机制 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 胶 体 的稳 定性 取 决 于胶体 颗 粒 之 间相 互作 用 的总位 能 Ｅ Ｔ ， Ｅ Ｔ ＝ 业 的发 展状 态 会更 为优 秀 。 Ｅ Ａ ＋ Ｅ Ｒ。Ｅ Ａ是 两颗 粒 之 间 的 范德 华 引 力 作用 所 产 生 的引 力 位 能 ， Ｅ Ｒ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 Ｅ ０ 。 可见 ， 提高 能 垒 Ｅ ０有 助于 颗粒 的稳 定 。而 能 垒 Ｅ ０的大小 取 决 于 颗 粒表 面 的 Ｚ ｅ ｔ ａ 电位 ， 若 降低 颗 粒表 面的 Ｚ ｅ ｔ ａ电位 ， 则颗粒 问的斥力位能减少 ， 能垒Ｅ ０也 随之 降 低。 当颗 粒表 面 的 Ｚ ｅ ｔ ａ 电 位为 零 时 ， Ｅ ０也 为零 ， 此 时稳 定性 最 差 ， 并 立 即产生 沉 淀 。 颗粒 表 面 的 Ｚ ｅ ｔ ａ 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 ｐ Ｈ值远离其等电点 ， 使 粒子表面的 Ｚ ｅ ｔ ａ 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
凝胶注模成形 [恢复]
![凝胶注模成形 [恢复]](https://img.taocdn.com/s3/m/4eb82d25915f804d2b16c18d.png)
水基丙烯酰胺凝胶体系
实验所用铁粉原料
(a) (a)From electrolytic powders;
(b)
(b)From carbonyl powders
1.1 浆料流变特性2.8Apparent Viscosity / Pas
2.4 2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 0.0 0 20
Gelcasting工艺流程
金属粉 预混液 分散剂 消泡剂 增塑剂 烧结 机械加工 干燥 脱模 引发剂 混合制浆 脱气 注模 聚合凝胶
Gelcasting工艺的优势
易成形复杂形状、大尺寸零件 成形坯体强度高、组份均匀、密度均匀、
缺陷少
坯体有机物含量少，不需专门的脱脂工序 模具成本低廉
金属粉末凝胶注模成形技术 的研究现状
1.2 铁粉浆料可控固化
140 120 100
Idle time/min
Premix solution:20wt% Solid loading:50vol% -1 Initiator: 6.7mmolL AM:MBAM=120:1
80 60 40 20 0
引发剂(NH4)2S2O8 的分解速率常数 Kd ＝ K1 ＋ K2 (H+) 式中： K1－无酸催化时的分解 速率常数 K2（H+) －酸催化分解 速率常数
引发剂加入量对坯体强度和烧结密度的影响
1.4 坯体强度、烧结密度的提高
引发剂过量时 坯体断口照片
1.4 坯体强度、烧结密度的提高
35
Green strength / MPa
strength relative density 27.1 95.4 95.6 93.7
32.7
98 96 94 92 90
凝胶注模成型原理
凝胶注模成型原理咱先来说说啥是凝胶注模成型。
你可以想象啊，就像我们小时候玩泥巴，不过这个可比玩泥巴高级多啦。
它呢，是一种制造各种材料零件的方法。
比如说那些超级精密的陶瓷零件啊，或者是一些金属零件，都能用这个方法来做。
那它是咋开始这个神奇的过程的呢？这里面有个很重要的角色，就是陶瓷或者金属的粉末。
这些粉末就像是一群小小的精灵，它们是整个成型的基础。
把这些粉末放进一种特殊的液体里，这个液体就像是粉末精灵们的游泳池。
这个液体里有好多东西呢，有溶剂，有分散剂。
溶剂就像是游泳池里的水，让粉末能在里面自由自在地游动，不会聚在一起打架。
分散剂呢，就像是游泳池里的管理员，它的任务就是让每个粉末精灵都能均匀地分布在液体里，谁也不挤着谁。
然后啊，就到了关键的一步啦。
我们要往这个混合好的液体里加入一种特殊的东西，叫做有机单体和交联剂。
这俩家伙一进去，就像给这个液体施了魔法一样。
有机单体就像是一个个小小的建筑工人，它们准备开始盖房子啦。
交联剂呢，就像是建筑工人手里的工具和连接材料，它能让这些小建筑工人互相连接起来。
这时候，我们再加入引发剂和催化剂。
这俩就像是魔法的启动器。
引发剂就像一把小火柴，一点，就把有机单体这些建筑工人的工作热情给点燃了。
催化剂呢，就像是给这些工人加了个加速器，让他们干活的速度更快啦。
然后这些建筑工人就开始疯狂地工作，它们互相连接起来，形成了一个像蜘蛛网一样的结构。
这个结构可不得了，它会把那些粉末精灵都给困住，就像用网把小鱼都捞起来一样。
慢慢地，这个液体就开始变成像果冻一样的凝胶啦。
这个过程是不是超级神奇呢？这个凝胶就有了一定的形状，而且还能保持住。
就像我们做果冻的时候，它能在模具里变成我们想要的形状，这个凝胶也是一样的道理。
接下来呢，我们要把这个凝胶里的液体给弄出去。
这个过程有点像把果冻里的水给挤出来。
不过这里面有很多科学的方法哦。
比如说可以用干燥的方法，就像把湿衣服晾干一样，把液体慢慢地蒸发掉。
实验四十三 坯体的凝胶注模成型
掌握凝胶注模成型的操作方法; 帮 助理解凝胶注模成型的相关原理; 能 够分析凝胶注模成型的坯体缺陷，并 采取相应的解决措施。
实验仪器及原料
烧杯；量筒；移液管；玻璃棒； 球磨机；球磨罐； 干燥箱； 温度计 陶瓷粉末：（如氧化铝、氧化锆、氮化硅、碳化硅、 钛酸钡、锆钛酸铅等，要求粒度在10微米以下为 好）； 有机单体：丙烯酰胺； 交联剂：N,N’-亚甲基双丙烯酰胺； 引发剂：过硫酸铵； 催化剂：N,N,N’N’-四甲基乙二胺； 溶剂：蒸馏水或去离子水。
实验步骤 Fra bibliotek
制备有机单体的预混水溶液，即在100份蒸馏水中 加入约16份的丙烯酰胺单体和交联剂。 制备低粘度、高浓度的浆料，即在预混水溶液中 加入陶瓷粉末以及分散剂，调节PH值。搅拌均匀， 或进行球磨。 在浆料中加入引发剂，进一步搅拌均匀。 把浆料浇注入模具内，在60-80℃的水浴或干燥箱 中加热；或在浆料中加入催化剂，搅拌均匀后浇 注入模具内，不需加热。经过一定时间后，浆料 开始形成凝胶并逐渐固化成坯。 脱模后的坯体需在80℃以上的温度下长时间干燥。
实验原理
凝胶注模成型将有机高分子化学单体聚合技 术引入到陶瓷成型工艺中，即将有机单体及交联 剂引入到低粘度、高浓度的悬浮浆料中，在一定 的温度条件下浇注到非多孔模具中，经催化和引 发使浆料中的有机单体发生聚合反应形成三维网 络结构，从而导致浓悬浮体凝胶化，最终产生原 位凝固并达到成型的目的，从而能得到显微结构 非常均匀的坯体。这种成型方法的主要优点在于 干燥和烧成收缩小，生坯强度高，有机物含量少 （2%~5%），坯体结构均匀，对模具要求低，适 合成型大尺寸、形状复杂的制品。
实验结果处理
对压制出的坯体，首先用肉眼观察有无 裂痕等缺陷，然后可以根据需要测试坯体的 密度、强度等物理性能。还可以在光学显微 镜或电子显微镜下进一步观察其显微结构。 如果符合要求，就可以对坯体进行干燥和烧 成。
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？。
壳聚糖凝胶注模成型体系
壳聚糖凝胶注模成型体系下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by the editor. I hope that after you download them, they can help yousolve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts,other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!壳聚糖凝胶注模成型体系是一种新型的生物材料制备技术，具有广泛的应用前景。
凝胶注膜成型
主要内容
★ 凝胶注膜成型工艺简介 ★ 凝胶注膜成型工艺特点 ★ 凝胶注膜成型型工艺的发展趋势 ★ 参考文献
★ 凝胶注膜成型工艺简介
凝胶注膜成型(gelcasting) 是继注浆成型、 凝胶注膜成型(gelcasting) 是继注浆成型、 注射成型之后发展起来的又一种近净尺寸成型工 由美国橡树岭国家实验室研制开发成功， 艺，由美国橡树岭国家实验室研制开发成功，现 已实现Al 的工业化生产。 已实现Al2O3 和Si3N4 的工业化生产。它克服注 浆及注射成型的缺点,继承它们的优点, 浆及注射成型的缺点,继承它们的优点,成为一种 独具特色又极具前景的新型陶瓷成型工艺。 独具特色又极具前景的新型陶瓷成型工艺。
请提出宝贵意见
谢谢
① 应用领域的拓展
Gelcasting 工艺首先是针对氧化铝陶瓷研制开 发的, 发的,后来美国橡树岭国家实验室又成功地将其应用于 氮化硅陶瓷部件的工业化生产。 氮化硅陶瓷部件的工业化生产。 近年Gelcasting已经用生产各种陶瓷制品， Gelcasting已经用生产各种陶瓷制品 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、 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。 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， 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， 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， 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， 是性能优良材料的必要条件，因此研究纳米级颗粒注 凝有助于高、 尖材料的发展。 凝有助于高、精、尖材料的发展。
凝胶注模成型原理
凝胶注模成型原理
《凝胶注模成型原理》
嘿，今天咱就来聊聊凝胶注模成型原理。
这玩意儿啊，其实就像是做蛋糕一样。
你想啊，做蛋糕得先有各种材料吧，面粉啊、鸡蛋啊、糖啊啥的。
这就好比凝胶注模成型里的那些原料。
然后呢，你得把这些材料搅拌在一起，让它们变成一个均匀的糊糊。
这就跟凝胶注模成型中把各种成分混合起来是一个道理呀。
就说我上次看到别人做陶瓷杯子吧，那师傅就是用了凝胶注模成型的方法。
他先把那些专门的粉末啊、液体啊按照一定的比例放在一个大盆子里，然后就开始使劲搅拌。
那认真的样子，就好像在给蛋糕面糊注入灵魂呢！接着，他把搅拌好的糊糊倒进了一个模具里，就跟把蛋糕面糊倒进蛋糕模具里一模一样。
等啊等，过了一段时间，哇塞，那糊糊就变成了一个初步成型的杯子形状。
这不就是凝胶注模成型嘛，通过这样的过程，就能让那些材料变成我们想要的形状啦。
就像蛋糕最后会变成美味可口的样子，通过凝胶注模成型，那些材料也能变成各种各样实用的东西呢。
所以啊，凝胶注模成型原理其实也没那么复杂，就是这么一个类似做蛋糕的过程，只不过材料和用途不一样罢了。
嘿嘿，是不是还挺有意思的呀！。
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。
凝胶注模成型
凝胶注模成型一、凝胶注模成型工艺原理该工艺主要是通过制备低黏度、高固相体积分数的浆料，再将浆料中的有机单体聚合使浆料原位凝固，从而获得高密度、高强度、均匀性好的坯体。
二、凝胶注模成型工艺流程三、凝胶注模成型用凝胶体系1.非水基凝胶体系非水基凝胶体系使用的是有机溶剂。
有机溶剂除作为单体的溶剂外，还应具备以下两个特点。
①在交联反应温度时具有低的蒸汽压。
②本身黏度较低。
非水基凝胶体系缺点：对环境有影响。
2.水基凝胶体系体系主要有两种：丙烯酸酯体系和丙烯酰胺体系。
丙烯酸酯体系需要共溶剂，且有相分离现象，引发预混液凝胶反应不彻底，并且分散效果不佳。
目前普遍使用的是丙烯酰胺体系。
水基凝胶体系的优点：降低了浆料黏度，干燥过程更容易控制，避免了有机溶剂造成的空气污染。
四、交联聚合反应1.先配置含单体和交联剂的预混液。
预混液中单体含量一般不低于20%。
2.过硫酸铵或过硫酸钾常被作为引发剂使用。
3.交联聚合反应的速率课通过添加催化剂来控制，添加量一般不超过0.1%。
4.单体交联聚合反应式① 链引发I I 22−→−IM I M −→−+式中，2I 为引发剂，M 为给定单体（至少有一个双键）。
② 链增长M IM nM M IM M IMM M IM n 22+−→−+−→−+−→−+③ 链终止M IM M IM M IM n m m n 522++++=+单体的交联聚合反应为放热反应。
五、 凝胶注模成型的影响因素坯体密度：高的坯体密度可保证坯体质量，减少烧结收缩率，控制制品的密度，降低烧结温度，从而降低烧结成本，利于规模化生产。
1. 坯体密度的均匀性：均匀性好的坯体有利于烧结过程中坯体均匀收缩，不产生变形和开裂。
2. 粉体粒度：选择较细的、粒径分部狭窄的粉体。
一方面较细的颗粒在浆料中可避免沉降，另一方面较细颗粒组成的坯体烧结温度较低。
3. 单体成本：一般相对较高，对制备形状简单且附加值低的产品不具备优势。
六、凝胶注模成型工艺的特点1. 适用范围广，可制备单一材料或复合材料。
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。
凝胶注模成型技术在制备可降解生物医用材料中的应用
凝胶注模成型技术在制备可降解生物医用材料中的应用第一章：绪论随着生物医学技术的不断发展，人们对于医用材料的要求也越来越高，对于获得更好的治疗效果，具备生物相容性和可降解性的材料成为研究的热点之一。
那么，如何制备具备这些特性的生物医用材料呢？凝胶注模成型技术成为了其中的重要手段之一。
凝胶注模成型技术是一种常用的可降解生物材料制备技术，在制备生物医用材料中应用广泛。
本文将从凝胶注模成型技术的原理、优劣势以及应用于制备可降解生物医用材料中的情况进行详细介绍。
第二章：凝胶注模成型技术的原理凝胶注模成型技术又称为注射成型、溶胶凝胶注模成型技术，其基本原理是将高分子材料以溶胶或凝胶的形式通过注射器喷射到模具中，经过一定的化学反应，形成想要的形状和尺寸。
凝胶注模成型技术的主要步骤包括溶胶或凝胶的制备、模具的设计与制作、注射前的材料预处理以及注塑成型等环节。
第三章：凝胶注模成型技术的优势和劣势凝胶注模成型技术在生物医用材料制备中具有以下优点：1. 成型精度高：在加工过程中，细微的设计和一致的模具尺寸可以提供高精度和重复性生产部件的能力。
2. 生产效率高：凝胶注模成型技术适合中等规模的生产，制作相对容易，可以大量生产和制造产品。
3. 可控性强：凝胶注模成型技术可以在成型过程中控制材料的粘度和流动，以确保均质性和一致性。
但与此同时，凝胶注模成型技术也有劣势：1. 制程复杂：凝胶注模成型技术尽管可以使得加工作业从繁重到简单，但同时需要复杂的加工设备和操作程序，这加重了精细同类产品的加工难度。
2. 技术限制：凝胶注模成型技术需要对材料性质、模具设计和生产流程进行精确和详细的研究，要求制造商必须理解和掌握完整的制造过程和技术知识。
第四章：凝胶注模成型技术在制备可降解生物医用材料中的应用凝胶注模成型技术在生物医用材料制备中的应用极为广泛。
目前，可降解高分子材料已成为研究重点之一。
凝胶注模成型技术成功应用于制备嵌段共聚物凝胶、微球、硬胶、膜以及纳米粒子等。
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
.
★ 凝胶注膜成型工艺简介
氧化铝陶瓷凝胶注模成型
氧化铝陶瓷凝胶注模成型摘要:随着现代陶瓷材料制备工艺与技术的不断创新,其在宇航、电子、精密仪器、汽车等领域的应用日益广泛。
对陶瓷材料的要求除了其特有的使用性能外,尺寸精度要求也显得十分重要。
陶瓷材料的硬度高、耐磨性好是其突出的优异性能之一,但同时也带来陶瓷材料烧结后很难进行机加工,复杂形状的陶瓷制品这一问题则更为突出,既影响生产效率又增加生产成本,故人们一直在寻找新的陶瓷成型方法。
凝胶注模成型工艺是九十年代以来出现的一种新的胶态成型技术,是美国橡树岭国家实验室Mark A J anney 教授等人首先发明的。
它是传统注浆工艺与有机高聚物的完美结合,它将高分子化学单体聚合的方法灵活地引入到陶瓷的成型工艺中,通过制备低粘度高固相体积分数的浓悬浮体,可净尺寸成型复杂形状的陶瓷部件,从而获得高密度、高强度、均匀性好的陶瓷坯体[1 - 3 ] 。
这一方法诞生以来即刻受到陶瓷材料科技工作者的广泛关注,围绕这一思路,人们不断进行研究和探索,完善和改进工艺[4 - 8 ] 。
凝胶注模成型工艺的关键之处是制备高固相体积分数而流动性良好的浆料,本研究探讨了陶瓷凝胶注模成型的机理和特点,研究了固相体积含量、p H 值、分散剂等对制备低粘度、高固相体积含量的氧化铝陶瓷悬浮液的影响。
实验结果表明,固相体积分数为55 % ,浆料的粘度可以满足注模的需要时坯体抗弯强度可达30MPa 。
控制p H 值为9 左右,加入8 %(质量分数) 的PMAA2NH4 分散剂,可制得粘度低、流动性好适宜于复杂形状制品注模的陶瓷浆料。
1 凝胶注模成型机理及特点凝胶注模成型是采用由高分子网络产生聚合作用使陶瓷颗粒聚集在一起而形成陶瓷坯体的一种成型方法。
通过在高固相体积含量的陶瓷粉末悬浮液中加入可聚合有机单体,在引发剂和催化剂的作用下,陶瓷浆料浇注后有机单体发生原位聚合反应,不久聚合凝固成陶瓷坯体[9 ] 。
凝胶注模成型是一种实用性很强的技术,它具有以下几个显著特点:(1)适用于不水解或不与水作用的陶瓷粉体,可成型各种复杂形状和尺寸的陶瓷(2) 由于定型过程和注模操作是完全分离的,定型是靠浆料中有机单体原位聚合形成交链网状结构的凝胶体来实现的,所以成型坯体组分均匀、密度均匀、缺陷少。
凝胶浆料注模成型技术及工艺难点
凝胶注模成型技术及工艺难点分析2017-5-18 作者：谭建波凝胶注模成型最早是由美国橡树岭国家试验室（Oak Ridge National Laboratory, ORNL）的JANNEY和OMATETE发明的一种新的陶瓷成型技术。
该技术将传统的陶瓷工艺和高分子聚合物化学巧妙地结合起来，是一种新型的制备高品质复杂形状陶瓷件的近净尺寸成型技术。
凝胶注模成型工艺与其它传统成型工艺相比具有许多优点，因而引起陶瓷界的普遍关注，使得该技术不断完善，并已在实际生产中应用。
上世纪末，美国的Alliedsignal Ceramic Company、LOTEC Inc.、Ceramic Magnetics Inc.三家公司获得凝胶注模成型技术的使用许可。
Alliedsignal陶瓷公司应用该技术成功制备了航天器辅助电源部分的Si3N4陶瓷涡轮机转子；LOTEC公司采用该技术制备了低膨胀陶瓷材料，这种材料在高温下不会发生膨胀，被应用于制造发动机排气管道的绝热材料；Ceramic Magnetics公司则将此技术应用于高能物理研究用粒子加速器中的大直径（直径>50cm）铁氧体磁性陶瓷环的生产。
与此同时，美国Alliedsignal陶瓷公司已开发出年产10000只涡轮转子的凝胶注模成型自动化生产设备；美国集成系统公司（Integrated Systems Inc.）也基于热空气干燥理论开发出了胚体干燥的自动化控制设备。
在国内，2010年基于国家＂863＂计划项目的淄博博航电子陶瓷公司也应用凝胶注模成型技术主要生产氧化铝陶瓷基片，但其凝胶浆料的制备也都采用球磨的方法时间约20小时或以上。
因此，如何提高凝胶注模成型的生产效率，开发与工艺配套的自动化生产设备是逼在眉睫的任务。
可以设想，随着凝胶注模成型技术产业化的推广和工艺自动化控制设备的开发，该绿色环保的新技术必将会实现低成本、高效率、高可靠性和高重复性的产业化和实用化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。