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实验
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无机材料凝胶注模成型
无机材料因其独特的性能已广泛地应用于电子?/p>
机械?/p>
国防等工业领域,
但无机材?/p>
(陶瓷材料)
烧结后很难进行机加工?/p>
故人们一直在寻求复杂形状陶瓷元件的净尺寸成型方法?/p>
这已成为保证陶瓷
元件质量和使所研制的材料获得实际应用的关键环节?/p>
陶瓷材料的成型方法,
一般可分为干法和湿?/p>
两大类。相比而言,湿法成型工艺设备简单、成型坯体组分均匀、缺陷少、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?/p>
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?/p>
成缺陷甚至倒塌。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?/p>
20
世纪
90
年代初,美国橡树岭国家实验室发明了一种全新的陶瓷材料湿法成型技术——凝胶注
模成型技?/p>
(Gelcasting),
该工艺与传统的湿法成型工艺相比,以设备简单、成型坯体组份均匀、密
度均匀、缺陷少、不需脱脂、不易变形、易成型复杂形状零件及使用性很强等突出优点,受到国内外
学术界和工业界的极大重视?/p>
一直是材料学领域研究的重点?/p>
该技术将传统的陶瓷制作工艺结合有?/p>
单体聚合生成高分子的方法,利用有机单体聚合将陶瓷粉料悬浮体原位固化,之后经过干燥、排胶?/p>
烧结等工艺过程制备复杂形状的近净尺寸陶瓷部件?/p>
一
.
实验目的
1.
了解无机材料凝胶注模成型工艺原理?/p>
2.
掌握一种无机材料凝胶注模成型方法;
3.
了解无机材料凝胶注模成型的特点及其应用?/p>
?/p>
.
实验原理
凝胶注模成型工艺作为近年来发明的一种较为新颖的近净尺寸原位凝固新型成型技?/p>
,
在低粘度
高固相含量的料浆悬浮液中加入少量的有机单?/p>
,
然后利用催化剂及引发?/p>
,
使悬浮体中的有机单体
聚合交联形成三维网状结构
,
从而使液态浆料原位固化成?/p>
,
然后再进行脱模、干燥、去除有机物、烧
?/p>
,
得到所需的陶?/p>
(
无机材料
)
部件?/p>
凝胶注模成型技术是传统的注浆工艺与有机化学高聚合理论的完美结合?/p>
它通过引入一种新的定
型机制,发展了注浆工艺。其基本原理是在高固?/p>
(
体积分数不小?/p>
50%)
、低粘度
(
小于
1Pa.s)
的陶
瓷(无机材料)浆料中,掺入低浓度的有机单体。当加入引发剂并浇铸后,浆料中的有机单体在一?/p>
的条件下发生原位聚合反应,形成坚固的交链网状结构,使浆料立即原位凝固,从而使陶瓷坯体原位
定型。然后进行脱模、干燥、去除有机物、烧结,即可制得所需陶瓷零件。其工艺流程如图
1
所示?/p>
凝胶注模成型与热压铸或注射成型相比,
主要差别在于?/p>
后两种工艺中作为粘结剂的有机聚合物或?/p>
被有机单体取代,然后利用有机单体原位聚合来实现定型?/p>
该技术首先发明的是有机溶剂的非水凝胶注模成型
(Nonaqueous gelcasting)
,随后作为一种改
进,又发明了用于水溶剂的水凝胶注模成?/p>
(aqueous
gelcasting)
,并广泛应用于各种陶瓷中。能?/p>
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?/p>
(1)
单体和交链剂必须是水溶的
(
前者质量分数至?/p>
20%
,而后者至?/p>
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,?/p>
且还会影响坯体的强度?/p>