陶瓷原位胶态凝固成型工艺

• 在从液态变为固态的过程中，坯体没有收 缩，介质的量没有改变，所采用的模具为 非孔模具，这样的成型方法，叫做原位凝 固胶态成型工艺。
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成熟的原位凝固胶态成型工艺包括：
凝胶注模成型工艺 温度诱导絮凝成型 胶态振动注模成型 直接凝固注模成型 快速凝固成型技术
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除了上面讨论的依靠有机单体聚合反
应的凝胶注模成型外。近年来一些利用多 糖高分子高温溶解，室温形成凝胶特性的 陶瓷注模成型方法也在发展。
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这种成型工艺是由瑞典的表面化学研
究所发明的一种胶态净尺寸原位凝固成型 工艺。它首先将陶瓷粉料在有机溶剂中分 散以制备高固相体积分散的浓悬浮体、分 散剂的一端牢固地吸附在颗粒的表面;另一 端为低极性的长链碳氢链，伸向溶剂中， 起到空间位阻稳定的作用。该分散剂在溶 液中的溶解度随着温度的改变而变化，也
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就是其分散效果在变化。
聚脂类分散剂随着温度降低至-20℃， 其分散功能失效，悬浮体颗粒团聚，粘度 升高，从而原位凝固。有趣的是这类分散 剂在有机溶剂中溶解度具有可逆性，随温 度的回升，分散剂的溶解度重新增大，重 新恢复分散功能，这说明溶剂的干燥或排 除不能使用升温的办法。
提，而提高坯体的均匀性是提高陶瓷材料 可靠性的唯一途径，从而原位凝固成型工 艺受到高度重视。从此以后，原位凝固成 型工艺的研究便成为高性能陶瓷材料研究 领域的一个新热点，人们认识到该成型工 艺在整个陶瓷材料研究中占有极其重要的 地位。
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• 原位凝固，就是指颗粒在悬浮液中的位置 不变，靠颗粒之间的作用力或者悬浮体内 部的一些载体性质的变化，从而使悬浮体 的液态转变为固态。
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凝胶注模成型技术是由美国发明的一
种陶瓷尺寸成型技术。这种方法是首先将 陶瓷粉料分散在含有有机单体和交联剂的 水溶液或非水溶液中，形成低粘度且高固 相体积分数的浓悬浮体，然后加入引发剂 和催化剂，将悬浮体注入非孔的模具中， 在一定的温度条件下，引发有机单体聚合， 使悬浮体粘度剧增，从而导致原位凝固成
水溶液凝胶注膜成型工艺中使用较多
的有两种体系，即丙烯酸脂体系和丙烯酰 胺体系，丙烯酸醋体系并不是纯水溶液体
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系，需要共溶剂，有相分离现象，并且分 散效果不佳，因此使用较多的是丙烯酰胺 体系。
丙烯酰胺(C2H3CONH2，简称AM）是 单体，N一N'一亚甲双丙烯酰胺(C7H10N2O2, 简称MBAM)是交联剂，两者的基本比例是 AM :MBAM=35 :9~90 : 1，用过硫酸钾 K2S2O8或过硫酸铵（NH4）2S2O8引发，
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随着陶瓷工业的发展及其在现代工业
领域中应用的不断扩大，对陶瓷成型方法 的要求也越来越高，为满足航天、汽车、 电子、国防等行业的市场需求，人们要求 采用高性能陶瓷的成型方法所成型的坯体 应当具有高度均匀性、高密度、高可靠性 以及高强度。因此，陶瓷原位凝固成型技 术便应运而生了。
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从环境的角度看凝胶注模成型使用的单 体具有一定的毒性，对环境会造成一定的 污染。
凝胶注模成型的显著优点是成型坯体 的强度很高，可进行机加工。陶瓷浓悬浮 体内的有机单体在交联剂、催化剂及引发 剂的共同作用下，形成相互交联三维网络 结构高聚物，使浓悬浮体形成凝胶而固化。
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N,N1,N'1,N'----四甲基乙二胺(C5H26N2)为催 化剂，分散剂可根据不同的体系来选择。
在结构陶瓷的制备过程中，凝胶注模成 型已用于Al2O3和Si3N4陶瓷的成型，选用 25%的聚甲基丙烯酸铵或25%的聚丙烯酸 铵，采用微波加热技术应用于软化铝浓悬 浮体的原位固化中，使固化时间大大缩短， 抑制了氧气对聚合反应的阻聚作用，成型 胚体的表面光滑，没有起皮现象，
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此外，在莫来石陶瓷的生产中也可以采用 凝胶注膜成型。
任何单体在一定的条件下聚合，都会
发生收缩。凝胶注模成型由于使用的单体 少，加入的固相陶瓷粉末的体积分数占到 50 %以上.因此成型后的坯体收缩非常小， 在干燥过程中，坯体一般收缩1%一2%。
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陶瓷原位凝固成型是20世纪90年代初 开发的新的胶态成型技术，其成型原理不 同于依赖多孔模吸浆的传统注浆成型，而 是通过浆料内部的化学反应形成大分子网 络结构或陶瓷颗粒网络结构，从而使注模 后的陶瓷浆料快速凝固为陶瓷坯体。
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由于原位凝固是保证坯体均匀性的前
悬浮体的粘度，成型固化的时间及排 胶时间可以通过加入的交联剂、引发剂、 催化剂和分散剂来调控，所以此方法有利 于成型工艺的连续化和机械化。
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凝胶注膜成型可分为水溶液凝胶注模 成型和非水溶液凝胶注膜成型，前者适合
于大多数成型体系，后者则主要适用于那 些与水发生化学反应的成型体系。
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在-20℃， 压力降至100~1000Pa的条 件下，用冷冻干燥的办法，使溶剂升华， 从而去除溶剂，然后在550℃将分散剂通过 氧化降解的途径而排除。在该工艺中选用
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为了保证成型坯体的原位凝固，要求
悬浮体的固相体积分数要大于50%。可见， 浓悬浮体的制备便成为凝胶注模成型的关 键。
另外，成型后的坯体干燥一般要求室温 且高湿度的条件下阴干100~200h，它虽然 避免了注射成型工艺耗时耗能的脱脂环节， 但其干燥过程已成为限制其规模化应用的 原因之一。
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型，最后经长时间的低温干燥后可得到强 度很高而且可进行加工的坯体。
一般加入的有机单体的质量可占溶剂 的10%~20%左右，溶剂可通过干燥排除， 而在干燥过程中的网络聚合物不会随之迁 移。形成的聚合物含量较低，可以容易地 排除。
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