陶瓷凝胶注模成型的技术.pptx

会计学干法(ɡànfǎ)成型湿法成型工艺设备简单、成型坯体组分均匀、缺陷(quēxiàn)少、易于成型复杂形状零件等优点,实用性较强,但传统的湿法成型技术都存在一些问题,如注浆成型是靠石膏模吸水来实现的,造成坯体中形成密度梯度分布和不均匀变形,并且坯体强度低,易于损坏。热压铸或注射成型需加入质量分数高达20%的蜡或有机物,造成脱脂过程繁琐,结合剂的融化或蒸发使坯体的强度降低,易形成缺陷(quēxiàn)甚至倒塌。这些问题提高了陶瓷材料的生产成本,降低了其质量的稳定性。1.凝胶注模成型(chéngxíng)的基本原理凝胶注模成型与热压铸或注射成型相比，主要差别在于，后两种工艺中作为粘结剂的有机聚合物或蜡被有机单体取代，然后利用有机单体原位聚合来实现定型。
该技术首先发明的是有机溶剂的非水凝胶注模成型(NonaqueousGelcasting)，随后作为一种改进，又发明了用于水溶剂的水凝胶注模成型(aqueousGelcasting)，并广泛应用于各种陶瓷中。
能用于水凝胶注模成型工艺中的有机单体体系应满足以下性能:
(1)单体和交联剂必须是水溶的(前者质量(zhìliàng)分数至少20％，而后者至少2%)。如果它们的在水中的溶解度过低，有机单体就不是溶液聚合，而是溶液沉淀聚合，这样就不能成型出密度均匀的坯体，并且还会影响坯体的强度。(2)单体和交联剂的稀溶液形成的凝胶应具有(jùyǒu)一定的强度，这样才能起到原位定型的作用，并能保证有足够的脱模强度。
(3)不影响浆料的流动性，若单体和交联剂会降低浆料的流动性，那么高固相、低粘度的陶瓷浆料就难以制备。陶瓷粉末(fěnmò)在三维网状聚合物中的分布丙烯酰胺单体(dāntǐ)聚合原理合成聚丙烯酰胺凝胶的原料是丙烯酰胺和N，N’—亚甲基双丙烯酰胺。
丙烯酰胺称单体，N，N’—亚甲基双丙烯酰胺称交联剂，在水溶液中，单体和交联剂通过自由基引发的聚合反应(jùhéfǎnyìng)形成凝胶。
在聚丙烯酰胺凝胶形成的反应过程中，需要有催化剂参加，催化剂包括引发剂和加速剂两部分。
引发剂在凝胶形成中提供初始自由基，通过自由基的传递，使丙烯酰胺成为自由基，发动聚合反应(jùhéfǎnyìng)，加速剂则可加快引发剂放自由基的速度。聚丙烯酰胺聚合反应可受下列因素(yīnsù)影响凝胶浓度过高时，凝胶硬而脆，容易破碎；凝胶浓度太低时，凝胶稀软，不易操作。
交联度过高，胶不透明并缺乏弹性；交联度过低，凝胶呈糊状。
丙烯酰胺单体聚合为放热反应，通过聚合时的热效应来表征单体聚合的过程。采用凝胶注模成型时，为制备(zhìbèi)高质量的素坯，必须控制单体的聚合过程。单体聚合的程度、聚合的诱导期以及聚合的速度是单体聚合过程的重要表征参数。单体聚合(jùhé)程度越高，则固化后陶瓷坯体强度越高。单体聚合(jùhé)的诱导期太短，无法保证凝胶注模工艺所需的操作时间；诱导期太长，则在固化过程中陶瓷浆体容易产生沉降。这两种情况都会造成固化后陶瓷坯体不均匀或产生缺陷。因而研究时对单体聚合(jùhé)的速度、聚合(jùhé)程度的测量及表征是十分重要的。单体聚合的程度(chéngdù)可以用单体聚合的转化率来表征。单体聚合的转化率定义为：在某一反应时间f时，已聚合的单体与初始单体的质量比，即
at=mt/m0(1)
其中：at为单体聚合的转化率；mt为已聚合的单体质量；mo为初始单体质量。在某一反应时间f时，单体聚合速度Rr可以用单体聚合转化率随时间变化的快慢来表征，即
Rt=dat/dt
单体聚合的诱导期为从加入引发剂到单体开始聚合之间的时间间隔。(2)悬浮颗粒(kēlì)的静电稳定机制悬浮颗粒的静电(jìngdiàn)稳定机制悬浮颗粒的静电(jìngdiàn)稳定机制悬浮颗粒的静电(jìngdiàn)稳定机制b)悬浮颗粒的（电）空间(kōngjiān)稳定机制b)悬浮(xuánfú)颗粒的（电）空间稳定机制双电层及ζ电位(diànwèi)双电层及电位(diànwèi)图4电解质对ζ电势(diànshì)的影响ζ电势随着溶剂化层中离子的浓度而改变，少量外加电解质对电势的数值会有显著的影响，随着电解质浓度的增加，电势的数值降低。图10绘出了ζ电位随外加电解质浓度的增加而变化的情形。在图中δ为固体(gùtǐ)表面所束缚的溶剂化层的厚度。d为没有外加电解质时扩散双电层的厚度，其大小与电解质的浓度、价数及温度均有关系。随着外加电解质浓度的增加有更多与固体(gùtǐ)表面离子符号相反的离子进入溶剂化层，同时双电层的厚度变薄（从d变成d/、d//、…）。ζ电势下降（从ζ变成ζ’、ζ”、…）。当双电层被压缩到与溶剂化层叠合时，ζ电势降以零为极限。溶胶是热力学上不稳定体系，粒子间有相互聚结而降低其表面能的趋势，即具有具结不稳定性