陶瓷凝膠注模成型技術(shù)實(shí)用教案

1、干法(n f)成型 模壓法 冷等靜壓法 搗打法（耐火材料中采用的一種(y zhn)成型方法）第1頁/共60頁第一頁，共60頁。 濕法成型工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、成型坯體組分均勻、缺陷少、易于成型復(fù)雜形狀零件等優(yōu)點(diǎn),實(shí)用性較強(qiáng),但傳統(tǒng)的濕法成型技術(shù)都存在一些問題,如注漿成型是靠石膏模吸水來實(shí)現(xiàn)的,造成坯體中形成密度梯度分布和不均勻變形(bin xng),并且坯體強(qiáng)度低,易于損壞。熱壓鑄或注射成型需加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)20%的蠟或有機(jī)物,造成脫脂過程繁瑣,結(jié)合劑的融化或蒸發(fā)使坯體的強(qiáng)度降低,易形成缺陷甚至倒塌。這些問題提高了陶瓷材料的生產(chǎn)成本,降低了其質(zhì)量的穩(wěn)定性。 濕法成型(chngxng)第2頁/共60頁第

2、二頁，共60頁。第3頁/共60頁第三頁，共60頁。1.凝膠注模成型(chngxng)的基本原理 注凝成型技術(shù)將傳統(tǒng)(chuntng)的陶瓷工藝和有機(jī)聚合物化學(xué)結(jié)合，將高分子單體聚合的方法靈活地引入到陶瓷成型工藝中，通過制備低粘度、高固相含量的陶瓷漿料來實(shí)現(xiàn)凈尺寸成型高強(qiáng)度、高密度、均勻性好的陶瓷坯體。該工藝的基本原理是在低粘度高固相含量的漿料中加入有機(jī)單體，在催化劑和引發(fā)劑的作用下，使?jié){料中的有機(jī)單體交聯(lián)聚合成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使?jié){料原位固化成型。然后再進(jìn)行脫模、干燥、去除有機(jī)物、燒結(jié)，即可得到所需的陶瓷零件。第4頁/共60頁第四頁，共60頁。 凝膠注模成型與熱壓鑄或注射成型相比，主要差別在于

3、，后兩種工藝中作為粘結(jié)劑的有機(jī)聚合物或蠟被有機(jī)單體取代，然后利用(lyng)有機(jī)單體原位聚合來實(shí)現(xiàn)定型。 該技術(shù)首先發(fā)明的是有機(jī)溶劑的非水凝膠注模成型(Nonaqueous Gelcasting)，隨后作為一種改進(jìn)，又發(fā)明了用于水溶劑的水凝膠注模成型(aqueous Gelcasting)，并廣泛應(yīng)用于各種陶瓷中。 能用于水凝膠注模成型工藝中的有機(jī)單體體系應(yīng)滿足以下性能: (1)單體和交聯(lián)劑必須是水溶的(前者質(zhì)量分?jǐn)?shù)至少20，而后者至少2%)。如果它們的在水中的溶解度過低，有機(jī)單體就不是溶液聚合，而是溶液沉淀聚合，這樣就不能成型出密度均勻的坯體，并且還會(huì)影響坯體的強(qiáng)度。 第5頁/共60頁第五頁

4、，共60頁。 (2)單體和交聯(lián)劑的稀溶液形成的凝膠應(yīng)具有一定(ydng)的強(qiáng)度，這樣才能起到原位定型的作用，并能保證有足夠的脫模強(qiáng)度。 (3)不影響漿料的流動(dòng)性，若單體和交聯(lián)劑會(huì)降低漿料的流動(dòng)性，那么高固相、低粘度的陶瓷漿料就難以制備。第6頁/共60頁第六頁，共60頁。 陶瓷(toc)粉末在三維網(wǎng)狀聚合物中的分布第7頁/共60頁第七頁，共60頁。丙烯酰胺單體聚合(jh)原理 凝膠注模成型工藝通常采用丙烯酰胺(AM)作為有機(jī)單體；N,N亞甲基雙丙烯酰胺(methylene bisacry-lamide，MBAM)作為交聯(lián)劑 催化劑： N，N;四甲基乙二胺（TEMED）加速劑 引發(fā)劑；過硫酸銨 分

5、散劑;聚丙烯酰胺作為通過(tnggu)單體自由基聚合實(shí)現(xiàn)對(duì)陶瓷懸浮體的原位固化成型。第8頁/共60頁第八頁，共60頁。 合成(hchng)聚丙烯酰胺凝膠的原料是丙烯酰胺和N，N亞甲基雙丙烯酰胺。 丙烯酰胺稱單體，N，N亞甲基雙丙烯酰胺稱交聯(lián)劑，在水溶液中，單體和交聯(lián)劑通過自由基引發(fā)的聚合反應(yīng)形成凝膠。 在聚丙烯酰胺凝膠形成的反應(yīng)過程中，需要有催化劑參加，催化劑包括引發(fā)劑和加速劑兩部分。 引發(fā)劑在凝膠形成中提供初始自由基，通過自由基的傳遞，使丙烯酰胺成為自由基，發(fā)動(dòng)聚合反應(yīng)，加速劑則可加快引發(fā)劑放自由基的速度。第9頁/共60頁第九頁，共60頁。聚丙烯酰胺聚合反應(yīng)可受下列(xili)因素影響1、大

6、氣中氧能淬滅自由基，使聚合( jh)反應(yīng)終止，所以在聚合( jh)過程中要使反應(yīng)液與空氣隔絕。2、某些材料如有機(jī)玻璃，能抑制聚合( jh)反應(yīng)。 3、某些化學(xué)藥物可以減慢反應(yīng)速度，如赤血鹽。 4、溫度高聚合( jh)快，溫度低聚合( jh)慢。 第10頁/共60頁第十頁，共60頁。 凝膠濃度過高時(shí)，凝膠硬而脆，容易破碎；凝膠濃度太低時(shí)，凝膠稀軟，不易操作。 交聯(lián)度過高，膠不透明并缺乏彈性；交聯(lián)度過低，凝膠呈糊狀。 丙烯酰胺單體聚合為放熱反應(yīng)(fn r fn yng)，通過聚合時(shí)的熱效應(yīng)來表征單體聚合的過程。采用凝膠注模成型時(shí)，為制備高質(zhì)量的素坯，必須控制單體的聚合過程。單體聚合的程度、聚合的誘

7、導(dǎo)期以及聚合的速度是單體聚合過程的重要表征參數(shù)。 第11頁/共60頁第十一頁，共60頁。 單體聚合程度越高，則固化后陶瓷坯體強(qiáng)度越高。單體聚合的誘導(dǎo)期太短，無法保證凝膠注模工藝所需的操作時(shí)間；誘導(dǎo)期太長，則在固化過程中陶瓷漿體容易產(chǎn)生沉降。這兩種情況都會(huì)造成固化后陶瓷坯體不均勻或產(chǎn)生缺陷。因而研究時(shí)對(duì)單體聚合的速度(sd)、聚合程度的測(cè)量及表征是十分重要的。第12頁/共60頁第十二頁，共60頁。 單體聚合的程度可以用單體聚合的轉(zhuǎn)化率來表征。單體聚合的轉(zhuǎn)化率定義為：在某一反應(yīng)時(shí)間f時(shí)，已聚合的單體與初始單體的質(zhì)量比，即 at=mt/m0 (1) 其中：at為單體聚合的轉(zhuǎn)化率；mt為已聚合的單體質(zhì)

8、量；mo為初始單體質(zhì)量。在某一反應(yīng)時(shí)間f時(shí)，單體聚合速度R r可以用單體聚合轉(zhuǎn)化率隨時(shí)間變化的快慢來表征，即 Rt=dat/dt 單體聚合的誘導(dǎo)期為從加入引發(fā)劑到單體開始(kish)聚合之間的時(shí)間間隔。 (2)第13頁/共60頁第十三頁，共60頁。懸浮顆粒的靜電穩(wěn)定懸浮顆粒的靜電穩(wěn)定(wndng)機(jī)制機(jī)制 a) 懸浮顆粒的靜電穩(wěn)定機(jī)制(jzh) 根據(jù)膠體化學(xué)原理，液體介質(zhì)中固體微粒之間的相互作用力主要是膠體雙電層排斥力(E1ectrical duble layer repulsion)和范氏吸引力(Vander w a a l s a t t r a c t i o n ) 。 根 據(jù) 膠 體

9、 穩(wěn) 定 的DLVO(Dergsgin-Landsu-Vervey-Orerbeek ) 理論，膠體顆粒在介質(zhì)中的穩(wěn)定性取決于它們的相互作用的總勢(shì)能。在顆粒表面無有機(jī)大分子吸附時(shí)，ETEa+Er。式中Ea是半徑為r的兩顆粒之間的范氏吸引力的作用勢(shì)能，Er則為兩粒間雙電層排斥能。 第14頁/共60頁第十四頁，共60頁。懸浮顆粒的靜電穩(wěn)定懸浮顆粒的靜電穩(wěn)定(wndng)機(jī)制機(jī)制 圖 2 粒子(lz)間作用能與距離的關(guān)系 吸引力能作用(zuyng)勢(shì)能雙電層排斥能第15頁/共60頁第十五頁，共60頁。懸浮顆粒懸浮顆粒(kl)的靜電穩(wěn)定機(jī)制的靜電穩(wěn)定機(jī)制 圖2知，兩顆粒要聚集在一起，必須越過位能峰E0

10、?？梢娞岣呶荒芊錏0。，有助于顆粒的穩(wěn)定。而位能峰E0大小決定于顆粒表面的電位，若降低顆表面的電位，減少顆粒的電性，則顆粒間排斥位能減少，位能峰E0也隨之降低(圖4中曲線2)。當(dāng)顆粒表面電位降為零時(shí)，位能峰E0也為零(圖3中曲線3)，則此時(shí)(c sh)顆粒的聚集穩(wěn)定性最差，并立即產(chǎn)生聚沉。顆粒表面的電位值受介質(zhì)的PH值影響。Al2O3在PH4.0左右，具有最大正電位；所以要想得到高固相、低粘度的漿料，應(yīng)遠(yuǎn)離其等電點(diǎn)，在其電位絕對(duì)值最大處，使顆粒表面的雙電層排斥力起主導(dǎo)作用。第16頁/共60頁第十六頁，共60頁。懸浮顆粒懸浮顆粒(kl)的靜電穩(wěn)定機(jī)制的靜電穩(wěn)定機(jī)制 圖3 位能(winng)E0逐

11、漸減小第17頁/共60頁第十七頁，共60頁。b)懸浮(xunf)顆粒的（電）空間穩(wěn)定機(jī)制 為了改善陶瓷漿料的流動(dòng)性，提高漿料的固相含量，一般需向陶瓷漿料中加入少量的高分子聚合物作為(zuwi)分散劑。這一做法也是凝膠注模成型工藝中制備高固相、低粘度陶瓷漿料的常用方法。當(dāng)顆粒表面吸附上有機(jī)聚合物后，其穩(wěn)定機(jī)制已不同于單一的靜電穩(wěn)定機(jī)制。這時(shí)穩(wěn)定的主要因素是聚合物吸附層，而不是雙電層的靜電斥力。吸附的高聚合物層對(duì)顆粒穩(wěn)定影響有三點(diǎn)：第18頁/共60頁第十八頁，共60頁。b)懸浮(xunf)顆粒的（電）空間穩(wěn)定機(jī)制 (1)帶電聚合物被吸附后，增加了顆粒之間的靜電斥力位能Er； (2)高聚合物的存在，

12、通常會(huì)減少顆粒間的引力位能Ea； (3)粒子吸附高聚合物后，產(chǎn)生了一種新的斥力位能Ers。體系(tx)總的體能Et 應(yīng)是：EtEa十Er十Ers，從而提高了位能Eo，使顆粒能穩(wěn)定而不聚沉。 第19頁/共60頁第十九頁，共60頁。雙電層及雙電層及電位電位(din wi) 當(dāng)固體與液體接觸時(shí)，可以是固體從溶液中有選擇性的吸附某種離子，也可以是由于固體分子本身的電力作用使離子進(jìn)入溶液，以致固液兩相分別帶有不同符號(hào)的電荷(dinh)，在界面上形成了雙電層的結(jié)構(gòu)。雙電層包括了緊密層和擴(kuò)散層兩部分。 第20頁/共60頁第二十頁，共60頁。雙電層及雙電層及 電位電位(din wi) 當(dāng)在電場(chǎng)作用下，固液之間

13、發(fā)生電動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，有一移動(dòng)的切動(dòng)面。相對(duì)運(yùn)動(dòng)界面處于液體內(nèi)部的電位差稱為電動(dòng)電勢(shì)或 電位隨著電解質(zhì)濃度的增加，或電解質(zhì)價(jià)型的增加，雙電層厚度減小，電勢(shì)也減小。 電勢(shì)隨著溶劑化層中離子的濃度而改變(gibin)，少量外加電解質(zhì)對(duì) 電勢(shì)的數(shù)值會(huì)有顯著的影響，隨著電解質(zhì)濃度的增加， 電勢(shì)的數(shù)值降低。 第21頁/共60頁第二十一頁，共60頁。圖4 電解質(zhì)對(duì)電勢(shì)(dinsh)的影響 第22頁/共60頁第二十二頁，共60頁。 電勢(shì)隨著溶劑化層中離子的濃度而改變，少量外加電解質(zhì)對(duì)電勢(shì)的數(shù)值會(huì)有顯著的影響，隨著電解質(zhì)濃度的增加，電勢(shì)的數(shù)值降低。圖10繪出了電位隨外加電解質(zhì)濃度的增加而變化的情形。在圖中為固體表面

14、所束縛的溶劑化層的厚度。d為沒有外加電解質(zhì)時(shí)擴(kuò)散雙電層的厚度，其大小與電解質(zhì)的濃度、價(jià)數(shù)及溫度均有關(guān)系。隨著外加電解質(zhì)濃度的增加有更多與固體表面離子符號(hào)相反的離子進(jìn)入溶劑化層，同時(shí)雙電層的厚度變薄（從d變成d/、d/、）。電勢(shì)下降（從變成 、”、）。當(dāng)雙電層被壓縮(y su)到與溶劑化層疊合時(shí)，電勢(shì)降以零為極限。第23頁/共60頁第二十三頁，共60頁。=4d/表面電荷密度d擴(kuò)散層厚度(hud)分散介質(zhì)的介電常數(shù)第24頁/共60頁第二十四頁，共60頁。 溶膠是熱力學(xué)上不穩(wěn)定體系，粒子間有相互(xingh)聚結(jié)而降低其表面能的趨勢(shì)，即具有具結(jié)不穩(wěn)定性。離子要聚集在一起，必須克服一定的勢(shì)壘，這是穩(wěn)定

15、的溶膠中離子不相互(xingh)聚結(jié)的原因，在這種情況下盡管布朗運(yùn)動(dòng)使粒子相碰，但當(dāng)粒子靠近到雙電層重疊時(shí)隨即發(fā)生排斥作用又使其離開，就不會(huì)引聚結(jié)。第25頁/共60頁第二十五頁，共60頁。2.凝膠注模成型(chngxng)工藝特點(diǎn) 陶 瓷 粉 體助燒劑 有 機(jī) 單 體交聯(lián)劑 分散劑 溶 劑 高固相低粘度漿料 引發(fā)劑 催化劑 澆鑄 澆鑄 加熱 凝固 脫模干燥燒結(jié) 去除有機(jī)物 第26頁/共60頁第二十六頁，共60頁。（1）配制(pizh)單體預(yù)混液 標(biāo)準(zhǔn)Gelcasting工藝的凝膠體系為水溶性丙烯酰胺凝膠體系,該體系以甲基丙烯酰胺(MAM)為單體,采用N,N-二甲基二丙烯酰胺(MBAM)為交聯(lián)劑

16、。這2種單體按一定配比溶入適量的去離子水中,配制成預(yù)混液(一般(ybn)預(yù)混液中的單體質(zhì)量濃度為15%,AMMBAM=241)。第27頁/共60頁第二十七頁，共60頁。（2）制備(zhbi)陶瓷漿體 將陶瓷粉末和適量的分散劑加入預(yù)混液中,調(diào)制成一種高固相含量的陶瓷懸浮液。決定陶瓷漿體質(zhì)量的關(guān)鍵因素有兩方面:一是陶瓷粉末的固相含量;二是漿體流動(dòng)性。固相含量直接決定成型坯體的密度,高固相含量還可以(ky)減少坯體在干燥過程中的收縮和翹曲,提高燒成密度,因此要盡可能提高固相含量。但固相含量過高會(huì)影響漿料的流動(dòng)性和可澆注性,因此需采用合適的分散劑及分散技術(shù)調(diào)節(jié)漿料的流動(dòng)性。Gelcasting工藝中體

17、積分?jǐn)?shù)應(yīng)達(dá)到50%以上。研究發(fā)現(xiàn),陰離子型聚電解質(zhì)是Al2O3凝膠注模成型的理想分散劑。 第28頁/共60頁第二十八頁，共60頁。表4 固含量(hnling)對(duì)漿料流動(dòng)性的影響*固含量（%） 流動(dòng)性 33 很好 50 較好 55 較好 60 一般 65 一般 *注:固含量(hnling)為體積百分比第29頁/共60頁第二十九頁，共60頁。球磨過程中粉料的添加(tin ji)順序?qū){料粘度的影響 在凝膠注模成型中，采用球磨機(jī)進(jìn)行分散，以獲得高均勻的懸浮體時(shí)，球磨時(shí)間必須適中，但混料時(shí)間太短，粘度(zhn d)較大。這是由于Al2O3粉與單體、交聯(lián)劑尚分散不均勻，影響漿料的流動(dòng)性。球磨時(shí)間太長，漿

18、料溫度升高，部分單體會(huì)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，懸浮體粘度(zhn d)變大， 第30頁/共60頁第三十頁，共60頁。球磨過程(guchng)中粉料的添加順序?qū){料粘度的影響 加料機(jī)制也是一個(gè)須注意的方面，實(shí)驗(yàn)證明，如將粉料一次性加入球磨罐中進(jìn)行球磨，粉料過多而不能充分與單體混合，粘度較高；而采用(ciyng)分次加料的方法，可以使粉料充分的混合均勻，經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)所需球磨的粉料較多時(shí)，采用(ciyng)1/2-1/4-1/8-1/8這樣的加料機(jī)制，而當(dāng)粉料較少時(shí)，采用(ciyng)1/2-1/4-1/4這樣的加料機(jī)制。 第31頁/共60頁第三十一頁，共60頁。球磨過程中粉料的添加順序(shnx)對(duì)漿

19、料粘度的影響 另外還有一點(diǎn)對(duì)球磨中漿料的流動(dòng)性有較大的影響(yngxing)，即球磨速度，本實(shí)驗(yàn)采用的是分次加料的機(jī)制 . 控制球磨機(jī)轉(zhuǎn)速第32頁/共60頁第三十二頁，共60頁。（3）注漿及凝膠反應(yīng)(fnyng) 在漿體中加入適量的引發(fā)劑和催化劑,攪拌均勻后真空除去內(nèi)部氣體,注漿入模,模具內(nèi)的漿料在引發(fā)劑或熱作用下發(fā)生凝膠反應(yīng)而固化成型。0.51h后脫模得到陶瓷坯體。 一般用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的過硫酸胺(APS)水溶液作為引發(fā)劑,N,N,N,N-四甲基乙酰胺(TEMED)為催化劑。模具的材質(zhì)可以是聚合物、臘、金屬或者玻璃,可根據(jù)需要(xyo)設(shè)計(jì)為任意理想形狀。第33頁/共60頁第三十三頁，共60

20、頁。表3催化劑四甲基乙二胺對(duì)凝膠時(shí)間(shjin)的影響 實(shí)驗(yàn) 丙烯酰胺/g N,N-亞甲基雙丙烯酰胺/g 催化劑 時(shí)間 16 6 1ml 1h以上 16 6 4ml 5s以內(nèi) 16 6 3ml 1m左右 16 6 2ml 10m左右 第34頁/共60頁第三十四頁，共60頁。催化劑四甲基乙二胺對(duì)凝膠時(shí)間(shjin)的影響 由上表可知，選擇試驗(yàn)的方案最合適。試驗(yàn)時(shí)間太長，使試驗(yàn)周期延長，而試驗(yàn)及試驗(yàn)的凝膠時(shí)間又太短，難以控制反應(yīng)，試驗(yàn)中，單體系統(tǒng)（丙烯酰胺+ N,N-亞甲基雙丙烯酰胺）與催化劑的質(zhì)量比為1101，凝膠時(shí)間在十分鐘左右，事件不是(b shi)很長，也不是(b shi)快到無法控制

21、，故選擇其為最佳方案。第35頁/共60頁第三十五頁，共60頁。 PH值對(duì)漿料粘度(zhn d)的影響 根據(jù)膠體化學(xué)，液相中顆粒之間相互作用力是范德華力和雙電層排斥(pich)力，范德華力使顆粒相互吸引而團(tuán)聚，雙電層排斥(pich)力則阻礙其團(tuán)聚DLVO理論認(rèn)為顆粒在液相中的穩(wěn)定性取決于兩者的總位能，在等電位點(diǎn)附近位能勢(shì)壘小，易于沉降調(diào)節(jié)PH值使其遠(yuǎn)離等電位點(diǎn)，電位絕對(duì)值大，排斥(pich)能增大，有利于顆粒在液相中分散，因而粘度小。 第36頁/共60頁第三十六頁，共60頁。Al2O3電位(din wi)與PH值關(guān)系 圖5為Al2O3電位與PH值的關(guān)系，Al2O3等電位點(diǎn)為PH6.0，加入(ji

22、r)分散劑PMAA-NH4后，曲線向左移，等電位點(diǎn)為3.3，在堿性范圍內(nèi)，電位絕對(duì)值平均提高20mV。第37頁/共60頁第三十七頁，共60頁。圖5 Al2O3電位(din wi)與PH值關(guān)系 第38頁/共60頁第三十八頁，共60頁。漿料粘度(zhn d)與PH值的關(guān)系 漿料的粘度與pH值的關(guān)系如圖6所示，漿料在酸性時(shí)粘度大，pH值等于9時(shí)粘度較小，并隨pH值繼續(xù)(jx)增大而下降幅度減小，趨于平衡，此時(shí)漿料處于比較均勻的分散狀態(tài)。實(shí)際成型中酸性漿料會(huì)對(duì)設(shè)備造成腐蝕，故很少采用，但用NH3H20調(diào)節(jié)PH值會(huì)使成型時(shí)大量NH3逸出造成大量氣孔，可采用稀NaOH溶液取代NH3H20。考慮到電位和粘度

23、的因素，漿料的PH值調(diào)到9為宜。 第39頁/共60頁第三十九頁，共60頁。 漿料的電勢(shì)隨著電解質(zhì)的濃度的升高降低高，而漿料的粘度與電勢(shì)是成反比的，即電勢(shì)高漿料的粘度低，電勢(shì)低相應(yīng)的漿料的粘度就高。因本試驗(yàn)要在堿性(jin xn)條件下進(jìn)行，就要盡可能是氫氧化鈉濃度較低，即在PH值盡可能低的前提下得到盡可能高的電勢(shì)。由圖5可以看出，當(dāng)PH值在9到10時(shí)， 電勢(shì)的絕對(duì)值較高，所獲得的漿料的流動(dòng)性較好。第40頁/共60頁第四十頁，共60頁。圖 6 漿料粘度(zhn d)與PH值的關(guān)系 第41頁/共60頁第四十一頁，共60頁。分散劑對(duì)漿料粘度(zhn d)的影響 為提高漿料固相含量并降低粘度，在漿料中

24、加入( jir)分散劑，粘度下降。當(dāng)加人量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，吸附于無機(jī)顆粒表面的分散劑離子剛好覆蓋在顆粒表面，形成單層吸附時(shí)粘度最低；在兩個(gè)顆粒之間起著阻礙作用，使?jié){料免于形成團(tuán)聚體，此時(shí)穩(wěn)定達(dá)到最佳。 第42頁/共60頁第四十二頁，共60頁。分散劑對(duì)漿料粘度(zhn d)的影響 當(dāng)加入量低于最佳量時(shí)，分散劑離子有可能平行地附著在顆粒表面上，其穩(wěn)定效果較差。 當(dāng)加入量超過最佳加入量時(shí)，多余的有機(jī)物分散劑在溶液產(chǎn)生多層吸附，改變顆粒原有的表面電性，使?jié){料穩(wěn)定性降低。 此外，由于(yuy)加人的分散劑為弱電解質(zhì)，加入量增加使溶液的離子強(qiáng)度增加，使顆粒雙電層壓縮，抑制了靜電穩(wěn)定作用。，分散劑過多，多層

25、吸附使顆粒表面極性改變，影響漿料性能。 第43頁/共60頁第四十三頁，共60頁。坯體干燥(gnzo) 該工序是凝膠注模成型工藝中關(guān)鍵且最耗時(shí)的一步。干燥的實(shí)質(zhì)是水分?jǐn)U散和溢出表面的過程。為了避免坯體收縮不勻造成翹曲和開裂等現(xiàn)象,初期干燥須在低溫和高濕度的條件下進(jìn)行,一般控制濕度大于90%。當(dāng)坯體收縮至內(nèi)部固相顆粒相互接觸以后,收縮現(xiàn)象停止,這時(shí)可以提高溫度或降低濕度繼續(xù)干燥,以縮短(sudun)干燥周期。 第44頁/共60頁第四十四頁，共60頁。表5 固含量(hnling)對(duì)坯體收縮率的影響第45頁/共60頁第四十五頁，共60頁。第46頁/共60頁第四十六頁，共60頁。坯體加工(ji gng)

26、Gelcasting工藝的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是干燥坯體的強(qiáng)度高,其拉伸強(qiáng)度一般大于3MPa,超過干法成型坯體強(qiáng)度的5倍之多,有的甚至達(dá)8MPa。因此可對(duì)坯體進(jìn)行(jnxng)更復(fù)雜的加工,如鉆孔、高精度切削、計(jì)算機(jī)數(shù)控加工等。第47頁/共60頁第四十七頁，共60頁。排膠與燒結(jié)(shoji) Gelcasting工藝中粘合劑的含量很少,因此無需專門而嚴(yán)格的排膠工序(gngx)。排膠可以獨(dú)立進(jìn)行也可以和燒結(jié)過程同時(shí)進(jìn)行。熱失重分析顯示,在空氣中有機(jī)粘合劑主要以完全燃燒產(chǎn)物的形式釋放出來。對(duì)于Al2O3坯體,聚合物的裂解在600以前即可進(jìn)行完全,但在氮?dú)庵袝?huì)有6%的殘留。第48頁/共60頁第四十八頁，共6

27、0頁。綜合分析上述工序,3個(gè)因素成為決定Gelcasting成型品性能的關(guān)鍵:(1)漿料中的固相含量,要求固相含量越高越好;(2)選用合適(hsh)的分散劑或分散技術(shù),以保證漿料在具有高固相含量的同時(shí),還能維持足夠的流動(dòng)性,利用注漿成型;(3)坯體的干燥程序,必須探索合適(hsh)的干燥程序或方法,以減少干燥時(shí)間并避免坯體的翹曲和開裂。第49頁/共60頁第四十九頁，共60頁。凝膠注模成型工藝(gngy)特點(diǎn) 凝膠注模成型是一種實(shí)用性很強(qiáng)的技術(shù),它具有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn): (1)可適用于各種陶瓷材料,成型各種復(fù)雜形狀和尺寸的陶瓷零件。(2)由于定型過程和注模操作是完全分離的,定型是靠漿料中有機(jī)單體

28、原位聚合形成交鏈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠體來實(shí)現(xiàn)的。所以成型坯體組分均勻( jnyn)、密度均勻( jnyn)、缺陷少。第50頁/共60頁第五十頁，共60頁。凝膠注模成型工藝(gngy)特點(diǎn) (3)漿料的凝固定型時(shí)間較短且可控。根據(jù)聚合(jh)溫度和催化劑的加入量不同,凝固定型時(shí)間一般可控在560min。 (4)該工藝所用模具為無孔模具,且對(duì)模具無特殊要求,可以是金屬、玻璃或塑料等。 (5)坯體中有機(jī)物含量較小,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為3%5%。但強(qiáng)度較高,一般在10MPa以上?？蓪?duì)坯體進(jìn)行機(jī)加工(車、磨、刨、銑、鉆孔、鋸等),從而取消或減少燒結(jié)后的加工。第51頁/共60頁第五十一頁，共60頁。凝膠注模成型(c

29、hngxng)工藝特點(diǎn) (6)這是一種凈尺寸成型技術(shù)。由于坯體的組分和密度均勻,因而在干燥和燒結(jié)過程中不會(huì)變形,燒結(jié)體可保持成型時(shí)的形狀和尺寸比例。 (7)所用陶瓷料為高固相(體積(tj)分?jǐn)?shù)不小于50%)、低粘度(小于1Pas)。漿料的固相含量是影響成型坯體的密度、強(qiáng)度及均勻性的因素,粘度的大小關(guān)系到所成坯體形狀的好壞及漿料的排氣效果。這也是應(yīng)用該技術(shù)的難點(diǎn)和能否成功的關(guān)鍵。第52頁/共60頁第五十二頁，共60頁。Gelcasting工藝(gngy)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展 Gelcasting工藝首先是針對(duì)氧化鋁陶瓷研制開發(fā)的,后來美國橡樹嶺國家(guji)實(shí)驗(yàn)室又成功地將其應(yīng)用于氮化硅陶瓷部件的工業(yè)化生產(chǎn)。近年來,學(xué)者們又開展了Gelcasting工藝在功能瓷、非氧化物瓷及多孔瓷等方面的應(yīng)用研究。第53頁/共60頁第五十三頁，共60頁。Gelcasting工藝(gngy)應(yīng)用領(lǐng)域的拓展在功能瓷方面,比較深入的是壓電陶瓷。眾所周知,壓電陶瓷制品形狀復(fù)雜且適于批量生產(chǎn),因此很適合采用Gelcasting工藝。但另一方面,壓電陶瓷的電性能對(duì)其化學(xué)組成變化極為敏感,痕量的其它元素或雜質(zhì)就可能使其電性能變差。因此,采用Gelcasting工藝成型壓電陶瓷時(shí),凝膠體系和分散劑的選取成為關(guān)鍵的影響因素。DongG