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。

2. 已发展为水基凝胶注模成型工艺。

3. 流动的液态浆料充分填充于模具中，可制备出复杂形状的部件。

4. 生坯强度高，塑性较好，可机加工成更为精密的部件。

5. 对模具要求不高。

6. 烧结后的部件纯净度高。

七．Al 2O 3-MgO•1.35 Al 2O 3复合浆料的凝胶注模成型

1. 预混液组成的确定

单体丙烯酰胺（AM ）和交联剂N ,N ’-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)及分散剂ANSP 溶入水中形成预混液，在预混液中加入刚玉和富铝尖晶石粉体，用搅拌机搅拌20分钟后制成浆料。

2.凝胶注模成型坯体的制备

浆料在注浆前加入引发剂APS 和催化剂TEMED ，在加入的同时快速搅拌浆料。待浆料脱气后注入到不锈钢或玻璃模具中。在常温或烘箱中引发凝胶反应，得到的Al 2O 3-MgO•1.35 Al 2O 3湿坯放置在适度不低于50%的环境下自然干燥48小时以上，然后放在鼓风干燥箱中进行干燥。然后就是排胶。排胶就是把单体聚合反应形成的聚合物以及添加的各种没有参加反应的残留有机物排除坯体体外的过程。最后一个环节就是烧结。

3. 凝胶注模成型坯体制备条件的确定

①单体和交联剂

单体和交联剂比例适宜时制成的坯体强度较高。通过对坯体抗折强度进行研究可以确定二者的比例。凝胶注模成型坯体强度产生机理是靠单体在粉体颗粒间聚合形成相互交联的聚合物-溶胶凝胶。

②引发剂和催化剂

单体丙烯酰胺凝胶反应包括两个过程，即链的引发和链的增长。在链增长阶段，AM 聚合时放热明显。

引发剂ASP 的量不可加入过多，原因有两个：一是引发剂会占据过多空间，会导致聚合物网络变得太短反而影响凝胶结构的形成。二是其离子强度高且呈酸性，在高离子强度和酸的共同作用下，在注模前便引起浆料中粉体颗粒团聚，从而破坏浆料的稳定性。

③凝胶反应的引发温度

凝胶反应的引发温度不仅影响反应速率，还影响成型后坯体的强度。