凝膠注模成型科技的原理及問題難點分析

摘 要：文章分析了凝膠注模成型科技的基礎原理和類型以及活動步驟等等內容。它的成本不高，而且有著非常好的穩定性，同時得到的胚體的密度非常好，在干燥的時候不會出現形變現象，存在的不利現象較少，而且強度很高，能夠有效生產。

關鍵詞：成型技術；凈尺寸成型；凝膠注模成型；膠態成型

1 關于原理和活動步驟

該項科技是把高分子的物質與流變學的知識有效的聯系到一起，它的原理是在較高的固相含量以及較低的粘度的陶瓷物質之中談價濃度不是很高的有機體，然后放入一些引發材料對其澆筑，進而確保其中的單體在相對的狀態中出現聚合活動，此時生成堅硬的網狀體系，確保漿料能夠即刻的固結，進而確保胚體定形，最終經由脫模以及排膠等活動而獲取所需的部件。

凝膠注模成型分為兩類：一種是非水溶性凝膠注模成型，另一種是水溶性凝膠注模成型。非水溶性凝膠注模成型采用有機溶劑，要求溶劑有較低的蒸汽壓。水溶性凝膠注模成型更進一步，有非常多的優勢。第一，成型時期和過去的措施非常類似，而且很簡便。第二，干燥活動更簡單。第三，減弱了混合體的粘性。第四，對于生態的干擾性小。所以，這個措施被大量的使用。在該項成型活動中，要確保單體等合乎如下的規定。第一，其應該是充分水溶的，而且它的溶解性要非常的高，假如該數值太低的話，此時單體融合并非是液體的融匯，它是液體沉積之后的融匯，此時得到的胚體的密度不是很良好，同時他的強度也會受到非常大的干擾。第二，溶液得到的凝膠要有非常高的強度，此時才可以發揮出原位固定的意義。而且確保胚體能夠有效的脫模。第三，單體和交聯劑不會降低漿料的流動性。

2 關于工藝特征

它是一項有著非常強大的實用意義的科技，其有著如下的一些特征。第一能夠適合用到很多的陶系中，可以得到非常多的形態不一樣的零件。第二因為定形活動和注模的活動是單獨開展的，對于定形來講，它是借助于漿料里面的單體匯聚而生成膠凝體，其得到的胚體的問題不是很多，而且其成分等很是均勻，在干燥的時候不會發生形狀改變的問題，此時可以確保燒結體具有優秀的比例，該措施是一項優秀的成型科技。第三，凝固定形用時不是很久，而且能夠有效的掌控，結合聚合氣溫以及催化物質的添加量的差異，其定形用時通常可以控制在五分鐘到一個小時之間。第四，使用的模具是沒有孔的，對于其物質也沒有獨特的規定，可以是金屬或是塑料等的。第五，胚體里面的有機物的總數不多，能夠有效的進行排膠活動，而且不會發生變形現象，密度優秀。最后，其自身的強度非常好，能夠對其開展很多的處理活動，進而降低了燒結之后的處理量。

3 陶瓷漿料的穩定機制

凝膠注模成型技術的關鍵是制備低粘度、高固相含量的陶瓷漿料。它的粘度關乎到它的排氣性以及得到的胚體的狀態是否是優秀的。但是其固相比例會干擾到坯體自身的強度等。必須使用那些高固含量的物質才可以得到優秀的胚體，而且降低干燥以及燒成之后的收縮問題的發生幾率。

在規定的粘度中，干擾到固相性的要素是陶瓷粉料顆粒在分散介質中的膠體特性。顆粒在分散介質中的高分散性和高穩定性是制備低粘度、高固相含量的陶瓷漿料的前提條件。其粘度不但和固體粒料的大小，以及它在漿液中占據的體積等有著非常緊密的關聯，同時還和顆粒在媒介中的分散模式有著一定的關聯。

3.1 靜電穩定機制

膠體的穩定性取決于膠體顆粒之間相互作用的總位能ET，ET=EA+ER。EA是兩顆粒之間的范德華引力作用所產生的引力位能，ER則為兩顆粒間雙電層的靜電斥力作用所產生的斥力位能。兩顆粒要聚集在一起，必須越過能壘E0。可見，提高能壘E0有助于顆粒的穩定。而能壘E0的大小取決于顆粒表面的Zeta電位，若降低顆粒表面的Zeta電位，則顆粒間的斥力位能減少，能壘E0也隨之降低。當顆粒表面的Zeta電位為零時，E0也為零，此時穩定性最差，并立即產生沉淀。顆粒表面的Zeta電位受介質影響，所以，要想得到低粘度、高固相含量的陶瓷漿料，應使體系的pH值遠離其等電點，使粒子表面的Zeta電位的絕對值最大，從而使顆粒表面的雙電層排斥力起主導作用。

3.2 空間位阻穩定機制

為了改善陶瓷漿料的流動性，提高漿料的固相含量，一般需向陶瓷漿料中加入少量的高分子聚合物作為分散劑。當顆粒表面吸附上有機聚合物后，其穩定機制已不同于單一的靜電穩定機制，這時穩定的主要因素是聚合物吸附層的空間位阻作用，而不是雙電層的靜電斥力。吸附的高聚物對顆粒穩定的影響有3點：（1）帶電聚合物被吸附后，增加了顆粒之間的靜電斥力位能ER；（2）高聚物的存在通常會減少顆粒間的引力位能EA；（3）粒子吸附高聚物后，產生了一種新的斥力位能ERS，。體系的總位能ET應是ET=EA+ER+ERS，從而提高了能壘E0，使顆粒更加穩定而不容易聚沉。有機聚合物的加入量應適當。加入量過少，粒子對聚合物的吸附遠未達到飽和吸附，那么它對顆粒的穩定性貢獻不大；若被吸附聚合物所帶電荷與粒子電荷相反，則會減少粒子的帶電量，降低其表面的Zeta電位，使顆粒穩定性變差。若加入量過多，溶液中存在一些游離的高聚物，結果易造成高聚物分子鏈在顆粒間橋聯，引起顆粒團聚，導致漿料粘度變大，而難以制備出高固相含量、低粘度的漿料。

4 該項工藝的關鍵點和面對的難題

4.1 高固相含量、低粘度漿料的制備。干擾固相含量的關鍵要素是粉料處在媒介中的特性表示，所以一般可以經由選取優秀的分散物質來加以調節進而獲取較好的漿液。

4.2 陶瓷漿料的可控固化。在使用該項工藝的時候，漿料自身的可控固化非常的讓人頭疼，其逼迫開展固化性質的分析。經由該項測試來明確它的固化性。針對凝膠點，此時塑料行業中已經對其有了非常精準的定義和測試措施。美國橡樹嶺實驗室的YoungAC等人研究了預混液溫度隨凝膠反應發生時間的變化，定義了反應的誘導期，而且論述了其初始時期的凝膠點。很多的科研工作者也分析了陶瓷等物質的凝膠點，同時設置了一些測試裝置，體系探索了干擾該數值的一些要素。

4.3 坯體與空氣接觸后的表面剝落。丙烯酰胺在空氣中聚合時不可避免地遇到氧阻聚的問題，從而導致坯體表面發生起皮剝落的現象，影響陶瓷坯體的尺寸。美國橡樹嶺實驗室在氮氣保護下進行凝膠注模成型，解決了氧阻聚的問題。但在實際生產過程中，采用氮氣保護不僅可能使工藝條件難于控制，而且會增加成本。

4.4 排膠對坯體強度及其顯微結構的影響。通過分析得知，在排膠的時候，由于氣溫增加了，此時胚體的強度等出現了非常明顯的改變。低于200℃時，坯體強度稍有下降；350～500℃時，因為其中的高分子網開始變弱，它的強度很明顯的降低了。高于500℃時，因為胚體的中的部分區域發生了燒結現象，此時的強度開始增加了。

5 結束語

該項技術從根源之中變革了過去的成型技術。它是一項費用不高，穩定性優秀的成型科技，它適合用到那些形狀繁瑣的陶瓷零件的制作工作中。如今，該項科技關鍵將重點放到微米級粉體、氧化物陶瓷以及單相陶瓷的成型上，很少涉及到納米級粉體等。很顯然要在這方面加以強化。同時，如今使用的聚合物單體丙烯酰胺本身是有毒的，所以沒有毒素的工藝將會是后續探索的關鍵點。由于該項科技的進步，此時的制備科技會發展到一個全新的時代中，此時行業的發展狀態會更為優秀。