陶瓷凝胶注模成型技术课件

陶瓷凝胶注模成型技术陶瓷凝胶注模成型1陶瓷凝胶注模成型技术●陶瓷材料因其独特的性能已广泛地应用于电子、机械、国防等工业领域。但陶瓷材料烧结后很难进行机加工,故人们一直在寻求复杂形状陶瓷元件的净尺寸成型方法,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。●陶瓷材料的成型方法,一般可分为干法和湿法两大类。陶瓷凝胶注模成型技术2干法成型●模压法●冷等静压法捣打法(耐火材料中采用的一种成型方法干法成型3湿法成型●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,易形成缺陷甚至倒塌。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。湿法成型4表1凝胶注模成型与几种传统工艺比较性能凝胶注模注浆注射热压铸成型时间/i56060-60060-120〈10脱模强度较高低干坯强度很高低模具材料金属、玻璃、塑料、石蜡石膏金属金属有机物质量分数%3512干燥、去脂变形极小较大较大较大厚零件没问题增加注模时间难脱脂难脱脂表1凝胶注模成型与几种传统工艺比较51.凝胶注模成型的基本原理●注凝成型技术将传统的陶瓷工艺和有机聚合物化学结合,将高分子单体聚合的方法灵活地引入到陶瓷成型工艺中,通过制备低粘度、高固相含量的陶瓷浆料来实现净尺寸成型高强度、高密度均匀性好的陶瓷坯体。该工艺的基本原理是在低粘度高固相含量的浆料中加入有机单体,在催化剂和引发剂的作用下,使浆料中的有机单体交联聚合成三维网状结构,从而使浆料原位固化成型然后再进行脱模、干燥、去除有机物、烧结,即可得到所需的陶瓷零件。1.凝胶注模成型的基本原理6●凝胶注模成型与热压铸或注射成型相比,主要差别在于,后两种工艺中作为粘结剂的有机聚合物或蜡被有机单体取代,然后利用有机单体原位聚合来实现定型●该技术首先发明的是有机溶剂的非水凝胶注模成型nonaqueousGelcasting),随后作为、种改进,又发明了用于水溶剂的水凝胶注模成型(aqueousGelcasting),并广泛应用于各种陶瓷中。●能用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●(1)单体和交联剂必须是水溶的(前者质量分数至少20%,而后者至少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,并且还会影响坯体的强度。●凝胶注模成型与热压铸或注射成型相比,主要差别在于,7●(2)单体和交联剂的稀溶液形成的凝胶应具有一定的强度,这样才能起到原位定型的作用,并能保证有足够的脱模强度●(3)不影响浆料的流动性,若单体和交联剂会降低浆料的流动性,那么高固相、低粘度的陶瓷浆料就难以制备。●(2)单体和交联剂的稀溶液形成的凝胶应具8陶瓷粉末在三维网状聚合物中的分布。链状高分子分子间交联点分子内交联点陶瓷粉末在三维网状聚合物中的9丙烯酰胺单体聚合原理●凝胶注模成型工艺通常采用丙烯酰胺(AM)作为有机单体;N,N一亚甲基双丙烯酰胺(methylenebisacry-lamide,MBAM作为交联剂催化剂:N,N;四甲基乙二胺(TEMED)加速剂●引发剂;过硫酸铵●分散剂;聚丙烯酰胺作为通过单体自由基聚合实现对陶瓷悬浮体的原位固化成型丙烯酰胺单体聚合原理10陶瓷凝胶注模成型技术课件11陶瓷凝胶注模成型技术课件12陶瓷凝胶注模成型技术课件13陶瓷凝胶注模成型技术课件14陶瓷凝胶注模成型技术课件15陶瓷凝胶注模成型技术课件16陶瓷凝胶注模成型技术课件17陶瓷凝胶注模成型技术课件18陶瓷凝胶注模成型技术课件19陶瓷凝胶注模成型技术课件20陶瓷凝胶注模成型技术课件21陶瓷凝胶注模成型技术课件22陶瓷凝胶注模成型技术课件23陶瓷凝胶注模成型技术课件24陶瓷凝胶注模成型技术课件25陶瓷凝胶注模成型技术课件26陶瓷凝胶注模成型技术课件27陶瓷凝胶注模成型技术课件28陶瓷凝胶注模成型技术课件29陶瓷凝胶注模成型技术课件30陶瓷凝胶注模成型技术课件31陶瓷凝胶注模成型技术课件32陶瓷凝胶注模成型技术课件33陶瓷凝胶注模成型技术课件34陶瓷凝胶注模成型技术课件35陶瓷凝胶注模成型技术课件36陶瓷凝胶注模成型技术课件37陶瓷凝胶注模成型技术课件38陶瓷凝胶注模成型技术课件39陶瓷凝胶注模成型技术课件40陶瓷凝胶注模成型技术课件41陶瓷凝胶注模成型技术课件42陶瓷凝胶注模成型技术课件43陶瓷凝胶注模成型技术课件44陶瓷凝胶注模成型技术课件45陶瓷凝胶注模成型技术课件46陶瓷凝胶注模成型技术课件47陶瓷凝胶注模成型技术课件48陶瓷凝胶注模成型技术课件49陶瓷凝胶注模成型技术课件50陶瓷凝胶注模成型技术课件51陶瓷凝胶注模成型技术课件52陶瓷凝胶注模成型技术课件53陶瓷凝胶注模成型技术课件54陶瓷凝胶注模成型技术课件55陶瓷凝胶注模成型技术课件56陶瓷凝胶注模成型技术课件57陶瓷凝胶注模成型技术课件58陶瓷凝胶注模成型技术课件59陶瓷凝胶注模成型技术课件60陶瓷凝胶注模成型技术课件61陶瓷凝胶注模成型技术陶瓷凝胶注模成型62陶瓷凝胶注模成型技术●陶瓷材料因其独特的性能已广泛地应用于电子、机械、国防等工业领域。但陶瓷材料烧结后很难进行机加工,故人们一直在寻求复杂形状陶瓷元件的净尺寸成型方法,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。●陶瓷材料的成型方法,一般可分为干法和湿法两大类。陶瓷凝胶注模成型技术63干法成型●模压法●冷等静压法捣打法(耐火材料中采用的一种成型方法干法成型64湿法成型●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,易形成缺陷甚至倒塌。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。湿法成型65表1凝胶注模成型与几种传统工艺比较性能凝胶注模注浆注射热压铸成型时间/i56060-60060-120〈10脱模强度较高低干坯强度很高低模具材料金属、玻璃、塑料、石蜡石膏金属金属有机物质量分数%3512干燥、去脂变形极小较大较大较大厚零件没问题增加注模时间难脱脂难脱脂表1凝胶注模成型与几种传统工艺比较661.凝胶注模成型的基本原理●注凝成型技术将传统的陶瓷工艺和有机聚合物化学结合,将高分子单体聚合的方法灵活地引入到陶瓷成型工艺中,通过制备低粘度、高固相含量的陶瓷浆料来实现净尺寸成型高强度、高密度均匀性好的陶瓷坯体。该工艺的基本原理是在低粘度高固相含量的浆料中加入有机单体,在催化剂和引发剂的作用下,使浆料中的有机单体交联聚合成三维网状结构,从而使浆料原位固化成型然后再进行脱模、干燥、去除有机物、烧结,即可得到所需的陶瓷零件。1.凝胶注模成型的基本原理67●凝胶注模成型与热压铸或注射成型相比,主要差别在于,后两种工艺中作为粘结剂的有机聚合物或蜡被有机单体取代,然后利用有机单体原位聚合来实现定型●该技术首先发明的是有机溶剂的非水凝胶注模成型nonaqueousGelcasting),随后作为、种改进,又发明了用于水溶剂的水凝胶注模成型(aqueousGelcasting),并广泛应用于各种陶瓷中。●能用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●(1)单体和交联剂必须是水溶的(前者质量分数至少20%,而后者至少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,并且还会影响坯体的强度。●凝胶注模成型与热压铸或注射成型相比,主要差别在于,68●(2)单体和交联剂的稀溶液形成的凝胶应具有一定的强度,这样才能起到原位定型的作用,并能保证有足够的脱模强度●(3)不影响浆料的流动性,若单体和交联剂会降低浆料的流动性,那么高固相、低粘度的陶瓷浆料就难以制备。●(2)单体和交联剂的稀溶液形成的凝胶应具69陶瓷粉末在三维网状聚合物中的分布。链状高分子分子间交联点分子内交联点陶瓷粉末在三维网状聚合物中的70丙烯酰胺单体聚合原理●凝胶注模成型工艺通常采用丙烯酰胺(AM)作为有机单体;N,N一亚甲基双丙烯酰胺(methylenebisacry-lamide,MBAM作为交联剂催化剂:N,N;四甲基乙二胺(TEMED)加速剂●引发剂;过硫酸铵●分散剂;聚丙烯酰胺作为通过单体自由基聚合实现对陶瓷悬浮体的原位固化成型丙烯酰胺单体聚合原理71陶瓷凝胶注模成型技术课件72陶瓷凝胶注模成型技术课件73陶瓷凝胶注模成型技术课件74陶瓷凝胶注模成型技术课件75陶瓷凝胶注模成型技术课件76陶瓷凝胶注模成型技术课件77陶瓷凝胶注模成型技术课件78陶瓷凝胶注模成型技术课件79陶瓷凝胶注模成型技术课件80陶瓷凝胶注模成型技术课件81陶瓷凝胶注模成型技术课件82陶瓷凝胶注模成型技术课件83陶瓷凝胶注模成型技术课件84陶瓷凝胶注模成型技术课件85陶瓷凝胶注模成型技术课件86陶瓷凝胶注模成型技术课件87陶瓷凝胶注模成型技术课件88陶瓷凝胶注模成型技术课件89陶瓷凝胶注模成型技术课件90陶瓷凝胶注模成型技术课件91陶瓷凝胶注模成型技术课件92陶瓷凝胶注模成型技术课件93陶瓷凝胶注模成型技术课件94陶瓷凝胶注模成型技术课件95陶瓷凝胶注模成型技术课件96陶瓷凝胶注模成型技术课件97陶瓷凝胶注模成型技术课件98陶瓷凝胶注模成型技术课件99陶瓷凝胶注模成型技术课件100陶瓷凝胶注模成型技术课件101陶瓷凝胶注模成型技术课件102陶瓷凝胶注模成型技术课件103陶瓷凝胶注模成型技术课件104陶瓷凝胶注模成型技术课件105陶瓷凝胶注模成型技术课件106陶瓷凝胶注模成型技术课件107陶瓷凝胶注模成型技术课件