20世紀90年代初期，美國橡樹嶺國家重點實驗室(Oak Ridge National Laboratory，ORNL)的JANNEY和OMATETE發(fā)明了一種新的陶瓷成型技術——凝膠注模成型技術（gel casting）。該技術將傳統(tǒng)的陶瓷工藝與聚合物化學巧妙地結合起來，是一種新型的制備高品質(zhì)復雜形狀陶瓷件的近凈成型技術。
圖 凝膠注模成型的陶瓷部件，來源：Fraunhofer IKTS
1.凝膠注模成型技術的基本原理
凝膠注模成型技術將傳統(tǒng)的粉體成型工藝與有機聚合物化學結合，將高分子單體聚合的方法靈活地引入到粉體成型領域中，通過制備低黏度、高固相體積分數(shù)的懸浮液來實現(xiàn)凈尺寸成型高強度、高密度均勻坯體。其基本思想是采用具有三維網(wǎng)絡結構的高分子物質(zhì)將分散均勻的粉體懸浮液中的顆粒包裹使之原位固定，從而得到具有粉體與高分子物質(zhì)復合結構的坯體。實際上，凝膠注模的坯體就是一種粉體與高分子有機物的復合材料。
圖 凝膠注模的原理，來源：https://doi.org/10.1080/17436753.2023.2265204
該方法的基本原理是在低黏度（<1Pa·S）高固相體積分數(shù)（體積分數(shù)≥50 %）的粉體-溶劑懸浮體中，加入有機單體，然后，通過某種手段如在催化劑和引發(fā)劑的作用下或通過加熱或冷卻等方式使?jié)鈶腋◇w中的有機單體化學交聯(lián)聚合或物理交聯(lián)成三維網(wǎng)狀結構，從而使懸浮體原位固化成型。
根據(jù)所采用的溶劑是否為水溶液，將凝膠注模分為水系凝膠注模和非水系凝膠注模。
2.凝膠注模成型技術的工藝流程
圖 凝膠注模成型工藝流程
凝膠注模成型技術的工藝流程包括：
1）將粉料和分散劑加入到溶劑(水溶液或非水溶液)中，通過球磨和超聲振蕩等方式配成粉體懸浮漿料；
2）將有機單體和交聯(lián)劑溶于懸浮漿料中，借助真空球磨工藝排除漿料中的氣泡，降低懸浮液黏度，增加漿料的流動性，制備出低黏度高固相體積分數(shù)的濃懸浮液；
3）注模前依次加入引發(fā)劑(或引發(fā)劑與催化劑，或固化劑等使有機單體發(fā)生凝膠反應的物質(zhì))，充分攪拌均勻后，將漿料注入模具中；
4）在一定的溫度條件下引發(fā)有機單體發(fā)生凝膠反應，漿料黏度隨反應的進行急劇增加，從而導致漿料中的粉體被原位包裹、固化成型，最終形成具有一定強度和柔韌性的三維網(wǎng)狀結構，得到含一定溶劑的坯體；
5）脫模后，在一定的溫度和濕度條件下干燥，得到較高強度的坯體(如需要，可進行適當?shù)臋C加工修坯)；
6）最后將干坯排膠(使坯體內(nèi)的凝膠等有機物質(zhì)分解、揮發(fā))并燒結，得到致密部件。
3.凝膠注模成型技術的優(yōu)勢特點
1）適用范圍廣，對粉體無特殊要求；
2）可實現(xiàn)近凈尺寸成型，制備出復雜形狀的部件；
3）生坯強度高，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)成型工藝所制的坯體，可進行機械加工；
4）坯體有機物含量低；
5）坯體和燒結體性能均勻性好；
6）工藝過程易控制；
7）對模具的材質(zhì)要求不高，玻璃、塑料、金屬和蠟等均可用于凝膠注模成型，但在使用時一般需要使用脫模劑；
8）成本低廉。
凝膠注模成型是繼注漿成型、注射成型之后的一種凈尺寸成型工藝，結合傳統(tǒng)陶瓷工藝與聚合物化學，目前已成功應用于Al2O3、TiN、SiC、Si3N4等多種結構陶瓷的工業(yè)生產(chǎn)。
2.凝膠注模成型技術的研究與進展，王小峰，等.
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