陶瓷凝胶注模成型技术.ppt

（1）配制单体预混液 标准Gelcasting工艺的凝胶体系为水溶性丙烯酰胺凝胶体系,该体系以甲基丙烯酰胺(MAM)为单体,采用N,N-二甲基二丙烯酰胺(MBAM)为交联剂。这2种单体按一定配比溶入适量的去离子水中,配制成预混液(一般预混液中的单体质量浓度为15%,AM∶MBAM=24∶1)。 第二十九页，共六十一页，2022年，8月28日 （2）制备陶瓷浆体 将陶瓷粉末和适量的分散剂加入预混液中,调制成一种高固相含量的陶瓷悬浮液。决定陶瓷浆体质量的关键因素有两方面:一是陶瓷粉末的固相含量;二是浆体流动性。固相含量直接决定成型坯体的密度,高固相含量还可以减少坯体在干燥过程中的收缩和翘曲,提高烧成密度,因此要尽可能提高固相含量。但固相含量过高会影响浆料的流动性和可浇注性,因此需采用合适的分散剂及分散技术调节浆料的流动性。Gelcasting工艺中体积分数应达到50%以上。研究发现,阴离子型聚电解质是Al2O3凝胶注模成型的理想分散剂。 第三十页，共六十一页，2022年，8月28日 表4 固含量对浆料流动性的影响* *注:固含量为体积百分比 第三十一页，共六十一页，2022年，8月28日 球磨过程中粉料的添加顺序对浆料粘度的影响 在凝胶注模成型中，采用球磨机进行分散，以获得高均匀的悬浮体时，球磨时间必须适中，但混料时间太短，粘度较大。这是由于Al2O3粉与单体、交联剂尚分散不均匀，影响浆料的流动性。球磨时间太长，浆料温度升高，部分单体会发生交联反应，悬浮体粘度变大， 第三十二页，共六十一页，2022年，8月28日 球磨过程中粉料的添加顺序对浆料粘度的影响 加料机制也是一个须注意的方面，实验证明，如将粉料一次性加入球磨罐中进行球磨，粉料过多而不能充分与单体混合，粘度较高；而采用分次加料的方法，可以使粉料充分的混合均匀，经过多次的实验，当所需球磨的粉料较多时，采用1/2-1/4-1/8-1/8这样的加料机制，而当粉料较少时，采用1/2-1/4-1/4这样的加料机制。 第三十三页，共六十一页，2022年，8月28日 球磨过程中粉料的添加顺序对浆料粘度的影响 另外还有一点对球磨中浆料的流动性有较大的影响，即球磨速度，本实验采用的是分次加料的机制 . 控制球磨机转速 第三十四页，共六十一页，2022年，8月28日 （3）注浆及凝胶反应 在浆体中加入适量的引发剂和催化剂,搅拌均匀后真空除去内部气体,注浆入模,模具内的浆料在引发剂或热作用下发生凝胶反应而固化成型。0.5～1h后脱模得到陶瓷坯体。 一般用质量分数为5%的过硫酸胺(APS)水溶液作为引发剂,N,N,N,N-四甲基乙酰胺(TEMED)为催化剂。模具的材质可以是聚合物、腊、金属或者玻璃,可根据需要设计为任意理想形状。 第三十五页，共六十一页，2022年，8月28日 表3催化剂四甲基乙二胺对凝胶时间的影响 第三十六页，共六十一页，2022年，8月28日 催化剂四甲基乙二胺对凝胶时间的影响 由上表可知，选择试验Ⅳ的方案最合适。试验Ⅰ时间太长，使试验周期延长，而试验Ⅱ及试验Ⅲ的凝胶时间又太短，难以控制反应，试验Ⅳ中，单体系统（丙烯酰胺+ N,N’-亚甲基双丙烯酰胺）与催化剂的质量比为110︰1，凝胶时间在十分钟左右，事件不是很长，也不是快到无法控制，故选择其为最佳方案。 第三十七页，共六十一页，2022年，8月28日 PH值对浆料粘度的影响 根据胶体化学，液相中颗粒之间相互作用力是范德华力和双电层排斥力，范德华力使颗粒相互吸引而团聚，双电层排斥力则阻碍其团聚．DLVO理论认为颗粒在液相中的稳定性取决于两者的总位能，在等电位点附近位能势垒小，易于沉降．调节PH值使其远离等电位点，ξ电位绝对值大，排斥能增大，有利于颗粒在液相中分散，因而粘度小。 第三十八页，共六十一页，2022年，8月28日 Al2O3ξ电位与PH值关系 图5为Al2O3ζ电位与PH值的关系，Al2O3等电位点为PH6.0，加入分散剂PMAA-NH4后，曲线向左移，等电位点为3.3，在碱性范围内，ζ电位绝对值平均提高20mV。 第三十九页，共六十一页，2022年，8月28日 图5 Al2O3ξ电位与PH值关系 第四十页，共六十一页，2022年，8月28日 浆料粘度与PH值的关系 　 浆料的粘度与pH值的关系如图6所示，浆料在酸性时粘度大，pH值等于9时粘度较小，并随pH值继续增大而下降幅度减小，趋于平衡，此时浆料处于比较均匀的分散状态。实际成型中酸性浆料会对设备造成腐蚀，故很少采用，但用NH3·H20调节PH值会使成型时大量NH3逸出造成大量气孔，可采用稀NaOH溶液取代NH3·H20。考虑到ζ电位和粘度的因素，浆料的PH值调到9为宜。 第四十一页，共六十一页，2022年，8月28日