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陶瓷原位胶态凝固成型工艺课件

水溶液凝胶注膜成型工艺中使用较多
的有两种体系,即丙烯酸脂体系和丙烯酰 胺体系,丙烯酸醋体系并不是纯水溶液体
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系,需要共溶剂,有相分离现象,并且分 散效果不佳,因此使用较多的是丙烯酰胺 体系。
丙烯酰胺(C2H3CONH2,简称AM)是 单体,N一N'一亚甲双丙烯酰胺(C7H10N2O2, 简称MBAM)是交联剂,两者的基本比例是 AM :MBAM=35 :9~90 : 1,用过硫酸钾 K2S2O8或过硫酸铵(NH4)2S2O8引发,
这种工艺的特点是可以连续化全封闭生 产,可减少外部杂质的引入。
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这种方法由瑞士人提出。简称DCC工
艺,是一种制造高可靠性陶瓷的胶态净尺
寸原位凝固成型工艺。该工艺的思路为调
节水基悬浮液的pH值或加入少量分散剂及
絮凝剂,以保持颗粒间足以分散的静电排
斥作用,制备成低粘度的陶瓷高浓悬浮体,
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随着陶瓷工业的发展及其在现代工业
领域中应用的不断扩大,对陶瓷成型方法 的要求也越来越高,为满足航天、汽车、 电子、国防等行业的市场需求,人们要求 采用高性能陶瓷的成型方法所成型的坯体 应当具有高度均匀性、高密度、高可靠性 以及高强度。因此,陶瓷原位凝固成型技 术便应运而生了。
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部件,不合格的成型坯体可重复加工,从 而节省材料不会造成材料的浪费。
上面介绍了几种新的原位凝固胶态成
型工艺,就陶瓷胶态成型工艺而言,在某 种意义上讲,成型便是固化,不同的凝固 方法便会产生不同的成型工艺,从而产生 不同的坯体性能。无论哪一种胶态成型工 艺,悬浮体的固化都是依靠增加悬浮体的
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型,最后经长时间的低温干燥后可得到强 度很高而且可进行加工的坯体。
一般加入的有机单体的质量可占溶剂 的10%~20%左右,溶剂可通过干燥排除, 而在干燥过程中的网络聚合物不会随之迁 移。形成的聚合物含量较低,可以容易地 排除。
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就是其分散效果在变化。
聚脂类分散剂随着温度降低至-20℃, 其分散功能失效,悬浮体颗粒团聚,粘度 升高,从而原位凝固。有趣的是这类分散 剂在有机溶剂中溶解度具有可逆性,随温 度的回升,分散剂的溶解度重新增大,重 新恢复分散功能,这说明溶剂的干燥或排 除不能使用升温的办法。
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它没有加入粘结剂,坯体的强度直接取决 于坯体的密度,也即取决于悬浮体的固相 体积分数。
如果悬浮体的固相体积分数小于50%, 即使通过调节pH值至等电点或增加离子强 度使悬浮体聚沉,也难以形成有一定强度 足以脱模的坯体,仍然是一种流体;而当悬 浮体的固相体积分数大于50%时,则通过
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杂形状部件的能力。此外,模具材料的选 择范围广(塑料、金属、橡胶、玻璃等),加 工成本低。然而,其湿坯强度低,脱模困 难,不利于工艺操作和规模化生产。因此, 如何提高坯强度是DCC工艺目前面临的主 要问题之一。
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快速凝固成型技术也称快速固化注射成 型,它与传统的注射成型显著的区别是在 于它不使用大量的高分子粘结剂,因此可 以避免有机物脱脂过程中的坯体缺陷。在 成型过程中使用的悬浮介质是一种名为 “孔隙流体”的液体,这种液体从液态变 为固态时体积没有变化,是一种原位固化 的过程。
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N,N1,N'1,N'----四甲基乙二胺(C5H26N2)为催 化剂,分散剂可根据不同的体系来选择。
在结构陶瓷的制备过程中,凝胶注模成 型已用于Al2O3和Si3N4陶瓷的成型,选用 25%的聚甲基丙烯酸铵或25%的聚丙烯酸 铵,采用微波加热技术应用于软化铝浓悬 浮体的原位固化中,使固化时间大大缩短, 抑制了氧气对聚合反应的阻聚作用,成型 胚体的表面光滑,没有起皮现象,
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首先将陶瓷粉末分散于孔隙流体中,
采用有机物为分散剂,制备体积分数为 55%一65%的陶瓷悬浮体,然后注入非孔 封闭的模腔中、降低温度至流体的冷冻点 以下,陶瓷浓悬浮体在瞬间之内可固化, 再降低压力,使孔隙流体升华,从而获得 较好的坯体。这种成型工艺的优点是近净 尺寸成型。生产合乎要求的不同形状陶瓷
悬浮体的粘度,成型固化的时间及排 胶时间可以通过加入的交联剂、引发剂、 催化剂和分散剂来调控,所以此方法有利 于成型工艺的连续化和机械化。
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凝胶注膜成型可分为水溶液凝胶注模 成型和非水溶液凝胶注膜成型,前者适合
于大多数成型体系,后者则主要适用于那 些与水发生化学反应的成型体系。
• 在从液态变为固态的过程中,坯体没有收 缩,介质的量没有改变,所采用的模具为 非孔模具,这样的成型方法,叫做原位凝 固胶态成型工艺。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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成熟的原位凝固胶态成型工艺包括:
凝胶注模成型工艺 温度诱导絮凝成型 胶态振动注模成型 直接凝固注模成型 快速凝固成型技术
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化反应很重要。酶催化反应活性强烈地受 到悬浮体pH值的影响,在强酸和强碱的条 件下,酶一般都要失活,而且失活是不可 逆的,因此脂类和内脂类的水解可适用于 pH值更广泛的区域。
DCC这种原位凝固胶态成型工艺可有 效地提高坯体的均匀性,并且可制备高密 度的坯体,同时具有近净尺寸成型陶瓷复
然后,将浆料从室温冷却至0-5℃之间,加
人生物酶和底物,此时生物酶在低温时保
持惰性, 不与底物发生作用,当将悬浮体
升高至20--50℃之问,酶的活性
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被激发,与底物发生反应,使悬浮体内部 pH值调节至等电点或者增加悬浮体的离子 强度,使颗粒间的排斥位垒下降,范德华 吸引能增加,颗粒发生团聚,悬浮体的粘 度剧增,形成原位凝固。凝固后的坯体十 分均匀且没有收缩,形成足以脱模的湿坯, 经干燥后可烧结成各种陶瓷材料及制品。 这种工艺避免了注射成型中耗时和耗能的 脱脂环节,
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从环境的角度看凝胶注模成型使用的单 体具有一定的毒性,对环境会造成一定的 污染。
凝胶注模成型的显著优点是成型坯体 的强度很高,可进行机加工。陶瓷浓悬浮 体内的有机单体在交联剂、催化剂及引发 剂的共同作用下,形成相互交联三维网络 结构高聚物,使浓悬浮体形成凝胶而固化。
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在-20℃, 压力降至100~1000Pa的条 件下,用冷冻干燥的办法,使溶剂升华, 从而去除溶剂,然后在550℃将分散剂通过 氧化降解的途径而排除。在该工艺中选用
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