1、凝膠注膜成型工藝,主要內容, 凝膠注膜成型工藝簡介 凝膠注膜成型工藝特點 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, 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驗室研制開發(fā)成功，現(xiàn) 已實現(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,繼承它們的優(yōu)點,成為一種 獨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,Gelcasting基于傳統(tǒng)的陶瓷制作工藝和有機化學 知識的結合，將陶瓷粉末分散在有機單體溶液中，有機

2、單體在催化劑/ 引發(fā)劑或熱作用下，發(fā)生原位聚合反應 形成網(wǎng)狀結構將陶瓷粉末包裹其中，成為硬實的壞體。 相對注漿成型來說，Gelcasting 成型周期短，制 品的結構與密度均勻，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，只需少量的粘合劑，因此不需要嚴格的排膠 工序，適合批量生產(chǎn)及特殊制件的一次成型。,綜上所述， Gelcasting 工藝特點為： (1)工藝過程時間短、所用設備價廉，制作成本低； (2)制品的結構和密度均勻，對制品的形狀與尺寸受限制??； (3)有機單體含量低，產(chǎn)品尺寸精度高，坯體強度高（可達30MPa），可進行機械加工，適宜進行較復

3、雜的成型加工。, 凝膠注膜成型工藝流程圖,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單體，在催化劑和引發(fā)劑的作用下，使料漿中的有機單體交聯(lián)聚合成三維網(wǎng)狀結構，從而使料漿原位固化成型。然后再進行脫模、干燥、去除有機物、燒結，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，其應用前景極為廣闊，值得進一步研究開發(fā)，其 今后的發(fā)展方向主要有以下幾個方面。 應用領域的拓展 環(huán)境友好型凝膠體系的開發(fā) 合理的凝膠固化方法的研究 與激光選區(qū)燒結成型技術聯(lián)用 熱可逆凝膠注模成型的發(fā)展, 參考文獻,1

4、杜蛟 . 超細二氧化鋯凝膠注模成型研究D.河北理工大學，2008 2 杜景紅,史慶南 ,嚴繼康等.凝膠注模在PMN-PZT壓電 陶瓷中的應用J.昆明理工大學材料與冶金工程學院, 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.天津大學教育部高溫結構陶瓷及工程加工 技術重點實驗室,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職業(yè)技術學院,2009(8): 0027-03,請?zhí)岢鰧氋F意見,謝謝, 應用領域的拓展,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驗室又成功地將其

5、應用于 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 一組分到復合組分，從簡單的片狀、管狀、到復雜的 葉片、齒輪、渦輪轉子，從結構陶瓷到功能陶瓷。 今后，該工藝的應用還應進一步拓展，從非金屬 粉末要逐步推廣到金屬領域，其尺寸范圍要進一步擴 大，目前主要應用于微米級顆粒成型和較粗的耐火材 料成型，納米顆粒的應用相對較少，細、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。, 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

6、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 的應用。但研究者的目標并未到此結束，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。隨著 全球環(huán)保和人類健康意識的日益增強，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。, 合理的凝膠固化方法的研究,當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4080，然后在此溫度下保溫一定時 間，凝膠前驅體在引發(fā)劑作用下發(fā)生凝膠化反應，形成

7、 三維網(wǎng)絡結構，從而實現(xiàn)原位固化成型。 參考高分子凝膠化學理論并經(jīng)過試驗研究，發(fā)明了 一種氧化還原法引發(fā)陶瓷料漿凝膠化新技術。該技術以 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。, 與激光選區(qū)燒結成型技術聯(lián)用,與激光選區(qū)燒結成型技術（SLS）聯(lián)用，可以成型 復雜形狀的陶瓷制件。首先用一種聚合物通過SLS成型 出所需的自毀性模具框架(該框架結構正好與所需的陶 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)的燒結過程中，

8、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度而成功地保持了其 形狀，直至燒結完成，得到形狀及尺寸精度都很高的 PZT制件。, 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過程，凝 膠結構為不熔融的大分子網(wǎng)狀結構，因此帶來一些問 題：漿液必須現(xiàn)用現(xiàn)配；注漿后殘留于流道和模 腔中的漿料由于形成網(wǎng)狀結構而難以清除，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。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)則分布于溶劑中，中部的線型嵌段起 橋聯(lián)