凝胶注模成型

单体(如AM或MAM)的交联聚合反应

链的引发反应
I2 2I
M I IM
式中，I2为引发剂，M为给定单体（至少有一个双键） 链的增长反应
IM M IMM M IM 2 M nM IM

n2
M
链的终止反应
IM
n2
M IM
m2
M IM
m n5
M
1. HMAM工艺 使用羟基-甲基-丙烯酰胺 (hydoxymethylacrlamide，简称 HMAM)单体 代替传统注凝成型所需要的单体，该单体能 够在一定条件下自交联形成凝胶，且它配制 的浆料粘度较低、 固相含量较高，此外 HMAM 工艺凝固后较湿非常容易脱模，易于 实现规模化生产。
几种改进型凝胶注模成型工艺
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2.
热可逆转变凝胶注模成型工艺(TRG工艺) 该工艺主要利用有机物的物理交联结合，而不 像传统的凝胶注模工艺靠化学反应聚合起结合 作用。在温度超过某一数值(如 60 ℃)时，其 混合物料呈自由流动的液态；而冷却至低于此 温度时，有机物形成物理连接，物料立刻转变 为物理凝胶结合的固态。在这种热可逆转变的 凝胶中加入高固相含量的粉体制成浆料后，浆 料仍保持此种热可逆转变性质。
凝胶注模成型
凝胶注模成型的定义


将有机单体、交联剂、引发剂、催化剂加入到 陶瓷料浆内，把料浆注入非孔模具内，用温度 诱导有机单体发生聚合反应而固化形成坯体的 成型工艺。 根据溶剂不同可分为水系的和非水系的两种形 式。若溶剂是水，则此方法称为水基凝胶注模 成型；若溶剂是有机溶剂，此方法称为非水基 凝胶注模成型，前者是后者发展起来的。
凝胶注模成型的原理

凝胶注模成型是一种近净尺寸原位凝固新型成 型技术，在低粘度高固相含量的料浆悬浮液中 加入少量的有机单体，然后利用催化剂及引发 剂，使悬浮体中的有机单体聚合交联形成三维 网状结构，从而使液态浆料原位固化成型，然 后再进行脱模、干燥、去除有机物、烧结，得 到所需的陶瓷零件。
凝胶注模成型工艺流程
丙烯酰胺体系(AM+MBAM)


Βιβλιοθήκη Baidu


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 ,N′- 亚甲基双丙烯酰胺(C7H10N2O2简称 MBAM)； 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· 2O H
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
浆料
注模
固化成型
烧结
排胶
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。
凝胶注模成型工艺的技术关键
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。

凝胶注模成型工艺流程
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
浆料
注模
固化成型
烧结
排胶
干燥
脱模
机加工
几种改进型凝胶注模成型工艺