凝膠注膜成型課件

凝膠注膜成型工藝.主要內(nèi)容★凝膠注膜成型工藝簡介★凝膠注膜成型工藝特點(diǎn)★凝膠注膜成型工藝流程圖★凝膠注膜成型工藝的基本原理★凝膠注膜成型工藝的發(fā)展趨勢★參考文獻(xiàn).★凝膠注膜成型工藝簡介

凝膠注膜成型(gelcasting)是繼注漿成型、注射成型之后發(fā)展起來的又一種近凈尺寸成型工藝，由美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室研制開發(fā)成功，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)Al2O3和Si3N4的工業(yè)化生產(chǎn)。它克服注漿及注射成型的缺點(diǎn),繼承它們的優(yōu)點(diǎn),成為一種獨(dú)具特色又極具前景的新型陶瓷成型工藝。.★凝膠注膜成型工藝特點(diǎn)

Gelcasting基于傳統(tǒng)的陶瓷制作工藝和有機(jī)化學(xué)知識的結(jié)合，將陶瓷粉末分散在有機(jī)單體溶液中，有機(jī)單體在催化劑/引發(fā)劑或熱作用下，發(fā)生原位聚合反應(yīng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將陶瓷粉末包裹其中，成為硬實(shí)的壞體。相對注漿成型來說，Gelcasting成型周期短，制品的結(jié)構(gòu)與密度均勻，性能穩(wěn)定可靠；與注射成型相比，凝膠注模成型不需要昂貴的成型模具，一般以水作分散介質(zhì)，只需少量的粘合劑，因此不需要嚴(yán)格的排膠工序，適合批量生產(chǎn)及特殊制件的一次成型。.綜上所述，Gelcasting工藝特點(diǎn)為：(1)工藝過程時間短、所用設(shè)備價廉，制作成本低；(2)制品的結(jié)構(gòu)和密度均勻，對制品的形狀與尺寸受限制小；(3)有機(jī)單體含量低，產(chǎn)品尺寸精度高，坯體強(qiáng)度高（可達(dá)30MPa），可進(jìn)行機(jī)械加工，適宜進(jìn)行較復(fù)雜的成型加工。.★凝膠注膜成型工藝流程圖溶劑+有機(jī)單體+交聯(lián)劑預(yù)混液無機(jī)粉體+分散劑研磨混合脫氣料漿催化劑+引發(fā)劑注膜固化脫模干燥排膠燒結(jié)機(jī)加工.Gelcasting工藝的基本原理是在低粘度高固相含量的料漿中加入有機(jī)單體，在催化劑和引發(fā)劑的作用下，使料漿中的有機(jī)單體交聯(lián)聚合成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使料漿原位固化成型。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。★凝膠注膜成型工藝的基本原理.★凝膠注膜成型工藝的發(fā)展趨勢

凝膠注模成型工藝自問世以來，得到了迅猛發(fā)展，其應(yīng)用前景極為廣闊，值得進(jìn)一步研究開發(fā)，其今后的發(fā)展方向主要有以下幾個方面。①

應(yīng)用領(lǐng)域的拓展②環(huán)境友好型凝膠體系的開發(fā)③合理的凝膠固化方法的研究④與激光選區(qū)燒結(jié)成型技術(shù)聯(lián)用⑤熱可逆凝膠注模成型的發(fā)展.★參考文獻(xiàn)[1]杜蛟.超細(xì)二氧化鋯凝膠注模成型研究[D].河北理工大學(xué)，2008[2]杜景紅,史慶南,嚴(yán)繼康等.凝膠注模在PMN-PZT壓電陶瓷中的應(yīng)用[J].昆明理工大學(xué)材料與冶金工程學(xué)院,2005(8):1229-03[3]彭珍珍，蔡舒，吳厚政.陶瓷的凝膠注模成型及其研究現(xiàn)狀[J].天津大學(xué)教育部高溫結(jié)構(gòu)陶瓷及工程加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,2004[4]余琴仙,包鎮(zhèn)紅,苗立峰.氧化鋁凝膠注模成型的工藝研究[J].江西省陶瓷工藝美術(shù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,2009(8):0027-03.請?zhí)岢鰧氋F意見謝謝.①應(yīng)用領(lǐng)域的拓展

Gelcasting工藝首先是針對氧化鋁陶瓷研制開發(fā)的,后來美國橡樹嶺國家實(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Gelcasting已經(jīng)用生產(chǎn)各種陶瓷制品，從單一組分到復(fù)合組分，從簡單的片狀、管狀、到復(fù)雜的葉片、齒輪、渦輪轉(zhuǎn)子，從結(jié)構(gòu)陶瓷到功能陶瓷。今后，該工藝的應(yīng)用還應(yīng)進(jìn)一步拓展，從非金屬粉末要逐步推廣到金屬領(lǐng)域，其尺寸范圍要進(jìn)一步擴(kuò)大，目前主要應(yīng)用于微米級顆粒成型和較粗的耐火材料成型，納米顆粒的應(yīng)用相對較少，細(xì)、密、勻、純是性能優(yōu)良材料的必要條件，因此研究納米級顆粒注凝有助于高、精、尖材料的發(fā)展。.②環(huán)境友好型凝膠體系的開發(fā)

最初的Gelcasting工藝采用非水溶性丙烯酸凝膠體系,具有一定的毒性，既不利于操作人員的身體健康，又會給環(huán)境帶來一定的危害，因此積極尋求健康無毒的凝膠體系勢在必行。國內(nèi)外的研究者已經(jīng)在這方面做了很多有益的探索，如低毒性的甲基丙烯酰胺、無毒的藻酸鹽、天然凝膠大分子等都得到了較好的應(yīng)用。但研究者的目標(biāo)并未到此結(jié)束，尋找一種高效無毒的凝膠體系一直是他們孜孜以求的目標(biāo)。隨著全球環(huán)保和人類健康意識的日益增強(qiáng)，天然無毒的生物材料（如明膠、瓊脂、殼聚糖等單體）成為研究者的首選材料。.③合理的凝膠固化方法的研究當(dāng)前的固化方法基本上沿用了高聚物合成中的升溫法，即將濃懸浮體漿料注模后，通過對模具加熱，使體系溫度升高至40～80℃，然后在此溫度下保溫一定時間，凝膠前驅(qū)體在引發(fā)劑作用下發(fā)生凝膠化反應(yīng)，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)原位固化成型。參考高分子凝膠化學(xué)理論并經(jīng)過試驗(yàn)研究，發(fā)明了一種氧化還原法引發(fā)陶瓷料漿凝膠化新技術(shù)。該技術(shù)以過硫酸銨-亞硫酸銨水溶液作為氧化還原劑，混合后一次性加入（也允許分別加入）料漿中，攪拌均勻后注模，在室溫下靜置即可使料漿快速均勻凝膠化。.④與激光選區(qū)燒結(jié)成型技術(shù)聯(lián)用與激光選區(qū)燒結(jié)成型技術(shù)（SLS）聯(lián)用，可以成型復(fù)雜形狀的陶瓷制件。首先用一種聚合物通過SLS成型出所需的自毀性模具框架(該框架結(jié)構(gòu)正好與所需的陶瓷制件的理想形狀相反，稱為聚合物反型)，然后將配制好的用于成型PZT的gelcasting陶瓷漿料注入該反型模具中。在后續(xù)的燒結(jié)過程中，聚合物反型被整體燒掉,凝膠化的PZT坯體由于具有很高的強(qiáng)度而成功地保持了其形狀，直至燒結(jié)完成，得到形狀及尺寸精度都很高的PZT制件。.⑤熱可逆凝膠注模成型的發(fā)展普通gelcasting工藝中的凝膠過程是化學(xué)過程，凝膠結(jié)構(gòu)為不熔融的大分子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此帶來一些問題：①漿液必須現(xiàn)用現(xiàn)配；②注漿后殘留于流道和模腔中的漿料由于形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而難以清除，影響下次使用。新型的熱可逆gelcasting工藝可以解決以上問題。熱可逆gelcasting（TRG）是一種新型凝膠注模成型工藝，它包含一個快速可逆的交聯(lián)過程以形成聚合物網(wǎng)絡(luò)。與普gelcasting工藝的不同之處在于該交聯(lián)過程是物理過程，而非化學(xué)過程。.

其中所使用的可逆聚合物凝膠為一種三嵌段共聚物，中間嵌段可以選擇性地溶于有機(jī)溶劑中。溫度低于60℃時，三元共聚物的端部嵌段聚集成納米尺寸的球形區(qū)域，無規(guī)則分布于溶劑