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1、凝胶注膜成型工艺,主要内容,凝胶注膜成型工艺简介 凝胶注膜成型工艺特点 凝胶注膜成型工艺流程图 凝胶注膜成型工艺的基本原理 凝胶注膜成型工艺的发展趋势 参考文献,凝胶注膜成型工艺简介,凝胶注膜成型(gelcasting)是继注浆成型、注射成型之后发展起来的又一种近净尺寸成型工艺，由美国橡树岭国家实验室研制开发成功，现已实现Al2O3 和Si3N4 的工业化生产。它克服注浆及注射成型的缺点,继承它们的优点,成为一种独具特色又极具前景的新型陶瓷成型工艺。,凝胶注膜成型工艺特点,Gelcasting基于传统的陶瓷制作工艺和有机化学知识的结合，将陶瓷粉末分散在有机单体溶液中，有机单体在催化剂/引发剂或
2、热作用下，发生原位聚合反应形成网状结构将陶瓷粉末包裹其中，成为硬实的坏体。相对注浆成型来说，Gelcasting 成型周期短，制品的结构与密度均匀，性能稳定可靠；与注射成型相比，凝胶注模成型不需要昂贵的成型模具，一般以水作分散介质，只需少量的粘合剂，因此不需要严格的排胶工序，适合批量生产及特殊制件的一次成型。,综上所述，Gelcasting 工艺特点为：(1)工艺过程时间短、所用设备价廉，制作成本低；(2)制品的结构和密度均匀，对制品的形状与尺寸受限制小；(3)有机单体含量低，产品尺寸精度高，坯体强度高（可达30MPa），可进行机械加工，适宜进行较复杂的成型加工。,凝胶注膜成型工艺流程图,Ge
3、lcasting工艺的基本原理是在低粘度高固相含量的料浆中加入有机单体，在催化剂和引发剂的作用下，使料浆中的有机单体交联聚合成三维网状结构，从而使料浆原位固化成型。然后再进行脱模、干燥、去除有机物、烧结，即可得到所需的陶瓷零件。,凝胶注膜成型工艺的基本原理,凝胶注膜成型工艺的发展趋势,凝胶注模成型工艺自问世以来，得到了迅猛发展，其应用前景极为广阔，值得进一步研究开发，其今后的发展方向主要有以下几个方面。应用领域的拓展 环境友好型凝胶体系的开发 合理的凝胶固化方法的研究 与激光选区烧结成型技术联用 热可逆凝胶注模成型的发展,参考文献,1 杜蛟.超细二氧化锆凝胶注模成型研究D.河北理工大学，200
4、82 杜景红,史庆南,严继康等.凝胶注模在PMN-PZT压电陶瓷中的应用J.昆明理工大学材料与冶金工程学院,2005(8):1229-033 彭珍珍，蔡舒，吴厚政.陶瓷的凝胶注模成型及其研究现状J.天津大学教育部高温结构陶瓷及工程加工技术重点实验室,20044余琴仙,包镇红,苗立峰.氧化铝凝胶注模成型的工艺研究J.江西省陶瓷工艺美术职业技术学院,2009(8):0027-03,请提出宝贵意见,谢谢,应用领域的拓展,Gelcasting 工艺首先是针对氧化铝陶瓷研制开发的,后来美国橡树岭国家实验室又成功地将其应用于氮化硅陶瓷部件的工业化生产。近年Gelcasting已经用生产各种陶瓷制品，从单一
5、组分到复合组分，从简单的片状、管状、到复杂的叶片、齿轮、涡轮转子，从结构陶瓷到功能陶瓷。今后，该工艺的应用还应进一步拓展，从非金属粉末要逐步推广到金属领域，其尺寸范围要进一步扩大，目前主要应用于微米级颗粒成型和较粗的耐火材料成型，纳米颗粒的应用相对较少，细、密、匀、纯是性能优良材料的必要条件，因此研究纳米级颗粒注凝有助于高、精、尖材料的发展。,环境友好型凝胶体系的开发,最初的Gelcasting 工艺采用非水溶性丙烯酸凝胶体系,具有一定的毒性，既不利于操作人员的身体健康，又会给环境带来一定的危害，因此积极寻求健康无毒的凝胶体系势在必行。国内外的研究者已经在这方面做了很多有益的探索，如低毒性的甲
6、基丙烯酰胺、无毒的藻酸盐、天然凝胶大分子等都得到了较好的应用。但研究者的目标并未到此结束，寻找一种高效无毒的凝胶体系一直是他们孜孜以求的目标。随着全球环保和人类健康意识的日益增强，天然无毒的生物材料（如明胶、琼脂、壳聚糖等单体）成为研究者的首选材料。,合理的凝胶固化方法的研究,当前的固化方法基本上沿用了高聚物合成中的升温法，即将浓悬浮体浆料注模后，通过对模具加热，使体系温度升高至4080，然后在此温度下保温一定时间，凝胶前驱体在引发剂作用下发生凝胶化反应，形成三维网络结构，从而实现原位固化成型。参考高分子凝胶化学理论并经过试验研究，发明了一种氧化还原法引发陶瓷料浆凝胶化新技术。该技术以过硫酸铵
7、-亚硫酸铵水溶液作为氧化还原剂，混合后一次性加入（也允许分别加入）料浆中，搅拌均匀后注模，在室温下静置即可使料浆快速均匀凝胶化。,与激光选区烧结成型技术联用,与激光选区烧结成型技术（SLS）联用，可以成型复杂形状的陶瓷制件。首先用一种聚合物通过SLS成型出所需的自毁性模具框架(该框架结构正好与所需的陶瓷制件的理想形状相反，称为聚合物反型)，然后将配制好的用于成型PZT的gelcasting陶瓷浆料注入该反型模具中。在后续的烧结过程中，聚合物反型被整体烧掉,凝胶化的PZT坯体由于具有很高的强度而成功地保持了其形状，直至烧结完成，得到形状及尺寸精度都很高的PZT制件。,热可逆凝胶注模成型的发展,普
8、通gelcasting工艺中的凝胶过程是化学过程，凝胶结构为不熔融的大分子网状结构，因此带来一些问题：浆液必须现用现配；注浆后残留于流道和模腔中的浆料由于形成网状结构而难以清除，影响下次使用。新型的热可逆gelcasting工艺可以解决以上问题。热可逆gelcasting（TRG）是一种新型凝胶注模成型工艺，它包含一个快速可逆的交联过程以形成聚合物网络。与普gelcasting工艺的不同之处在于该交联过程是物理过程，而非化学过程。,其中所使用的可逆聚合物凝胶为一种三嵌段共聚物，中间嵌段可以选择性地溶于有机溶剂中。温度低于60时，三元共聚物的端部嵌段聚集成纳米尺寸的球形区域，无规则分布于溶剂中，中部的线型嵌段起桥联作用将这些球形区连接在一起，这些球形区域就相当于物理交联点。温度升高到60以上后，端嵌段聚集体解聚，成为具有流动性的流体。这种聚合物在加入高含量的陶瓷粉末后仍能保持其热可逆性，因此注浆后形成的坯体还可以重新加热再次注浆，减少了因坯体损坏而引起的浪费。,
