什么是凝膠澆注成型 關(guān)于Gel Casting的介紹
凝膠澆注成型(Gel Casting)是20世紀(jì)90年代初由美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Omatete OO等人發(fā)明的一種新的陶瓷成型技術(shù)。它是膠體化學(xué)原理、陶瓷制備技術(shù)及高分子化學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物。這一方法首先將粉體均勻分散于含有有機(jī)單體的溶液中,制成高固相體積分?jǐn)?shù)的懸浮體(>50%),然后注入具有一定形狀的模具中,在一定的催化、溫度條件下,有機(jī)單體聚合,形成大分子的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),通過(guò)交聯(lián)作用導(dǎo)致懸浮體原位凝固,最后經(jīng)過(guò)干燥得到坯體。
凝膠澆注成型的擬膠化是通過(guò)單體聚合實(shí)現(xiàn)的,屬化學(xué)凝膠化方法,因此凝膠澆注成型最大的優(yōu)點(diǎn)是坯體強(qiáng)度高,十分利于機(jī)加工,另外凝膠是在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)均勻發(fā)生的,坯體缺陷容易克服。凝膠澆注成型釆用的漿料固體含量高[通常>50%(體積分?jǐn)?shù))],有機(jī)物含量較低(約3wt%),因此干燥過(guò)程收縮率較低,干燥收縮率16%?17%,是一種近凈尺寸成型方法。通過(guò)調(diào)整工藝條件,該成型方法的成型時(shí)間、有機(jī)物排除時(shí)間、坯體強(qiáng)度等都可以調(diào)節(jié)控制,這對(duì)成型的連續(xù)化、機(jī)械化十分有利。另外,這是一種原位成型方法, 適合復(fù)雜形狀陶瓷部件的成型要求。該方法的缺點(diǎn)是由于空氣中氧的阻聚作用,素坯容易起皮,且干燥條件苛刻、干燥時(shí)間長(zhǎng)。
最早使用的凝膠澆注成型的單體是丙烯酰胺,但丙烯酰胺具有神經(jīng)毒性,因此近些年人們著重開(kāi)發(fā)其它適合凝膠澆注成型的有機(jī)物體系。如利用環(huán)氧化物和胺升溫時(shí)生成環(huán)氧樹(shù)脂的反應(yīng),陶瓷粉體漿料中先加入環(huán)氧化物和胺及硬化劑,升溫至70°C,在10min內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)固化。
除此以外,可用于凝膠化的反應(yīng)包括Ti4+對(duì)聚乙烯醇(PVA)的交聯(lián)化反應(yīng)、高價(jià)金屬離子(Ca2+.Al3+)對(duì)褐藻酸鹽的凝膠化反應(yīng)等。目前凝膠澆注成型已被成功地運(yùn)用于Si3N4C5、SiC6、 Al2O37、ZrO28、Al2O3-ZrO28等陶瓷的成型。在初始漿料中加入表面活性劑并輔以攪拌,還可以制備多孔陶瓷。Zimmerman M H等人在外加強(qiáng)磁場(chǎng)下通過(guò)凝膠澆注成型的方法制備了具有織構(gòu)結(jié)構(gòu)的鈦酸鐵陶瓷。