凝胶注膜成型
凝胶注膜成型PPT
形状，直至烧结完成，得到形状及尺寸精度都很高的
PZT制件。
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⑤ 热可逆凝胶注模成型的发展
普通gelcasting工艺中的凝胶过程是化学过程，凝 胶结构为不熔融的大分子网状结构，因此带来一些问
题：①浆液必须现用现配；②注浆后残留于流道和模
腔中的浆料由于形成网状结构而难以清除，影响下次 使用。新型的热可逆gelcasting工艺可以解决以上问 题。
凝有助于高、精、尖材料的发展。 11
② 环境友好型凝胶体系的开发
最初的Gelcasting 工艺采用非水溶性丙烯酸
凝胶体系,具有一定的毒性，既不利于操作人员的身体
健康，又会给环境带来一定的危害，因此积极寻求健
康无毒的凝胶体系势在必行。国内外的研究者已经在
这方面做了很多有益的探索，如低毒性的甲基丙烯酰
热可逆gelcasting（TRG）是一种新型凝胶注模成 型工艺，它包含一个快速可逆的交联过程以形成聚合 物网络。与普gelcasting工艺的不同之处在于该交联 过程是物理过程，而非化学过程。
参考高分子凝胶化学理论并经过试验研究，发明了 一种氧化还原法引发陶瓷料浆凝胶化新技术。该技术以 过硫酸铵-亚硫酸铵水溶液作为氧化还原剂，混合后一 次性加入（也允许分别加入）料浆中，搅拌均匀后注 模，在室温下静置即可使料浆快速均匀凝胶化。
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④ 与激光选区烧结成型技术联用
与激光选区烧结成型技术（SLS）联用，可以成型
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综上所述， Gelcasting 工艺特点为：
(1)工艺过程时间短、所用设备价廉，制作成本低； (2)制品的结构和密度均匀，对制品的形状与尺寸受 限制小； (3)有机单体含量低，产品尺寸精度高，坯体强度高 （可达30MPa），可进行机械加工，适宜进行较复 杂的成型加工。
凝胶注模成型技术
凝胶注模成型技术
凝胶注模成型技术是一种新型的胶态快速成型工艺，由美国橡树岭国家实验室在20世纪90年代初首先发明。
这种技术主要利用有机单体或少量添加剂的化学反应原位凝固成型，获得具有良好微观均匀性和一定强度的坯体，然后再进行烧结制得成品。
凝胶注模成型工艺可以分为水基凝胶注模成型与非水基凝胶注模成型两大体系。
其中，水基凝胶注模成型方法与传统方法类似，简单易行，干燥过程更容易，降低了预混液的粘度，对环境污染小。
非水基凝胶体系常见的溶剂为醇、烃、醚和酮等，采用有机溶剂，不但污染环境，且对于工业生产来说增加了成本。
这种成型技术无需贵重复杂设备，所用模具为无孔模具，且对模具无特殊材质要求，因此是一种低成本成型技术。
同时，它可适用范围广，可制备单一材料或复合材料，对粉体无特殊要求，因此适用于各种陶瓷制品，粗细粒度均可。
凝胶注模成型技术的特点还包括：定型过程与注模的过程是完全分离的，因此成型坯体组分均匀、密度均匀缺陷少，在后续干燥烧结中会保持成型时的比例。
此外，由于坯体在脱模后便具有一定的初始强度，为后期进一步加工制备为更为精密的构件提供了基础条件。
总的来说，凝胶注模成型技术是一种低成本、高效率、环保型的成型工艺，具有广泛的应用前景。
凝胶注模成型
Thank you !
粉体 催化剂、引发剂
40~100℃加热
溶剂+单体 +交联剂 +分散剂
预混液 烧结
浆料 排胶
注模
固化成型
干燥
脱模
机加工
凝胶注模成型工艺的优点
适用范围广，可制备单一材料和复合材料。 已发展为水基凝胶注模成型工艺。使用低黏度高固相
分数的水基浆料，使用的有机物含量少，坯体收缩少， 可制备与部件尺寸接近或相同的部件。 流动的液态浆料充分填充于模具中，可制备出复杂形 状部件。 生坯强度高，塑性较好，可机加工成更为精细的部件。 对模具要求不高，玻璃、塑料、金属和蜡等均可作为 模具。 由于预混液中除可排出的溶剂外，单体和增塑剂等可 以全部使用有机物，烧结后的部件纯净度较高。
丙烯酰胺体系(AM+MBAM)
陶瓷粉末：选用目前工程陶瓷生产量最大的Al2O3 粉 料，并加入占陶瓷粉末质量 3 %的烧结助剂
(CaCO3 ,MgCO3 等)；
有机单体：丙烯酰胺(CH3CONH2 简称 AM)；
交联剂：N MB(C7H10N2O2简称
催化剂：四甲基乙二胺(C6H16N2简称 TEMED)； 引发剂：过硫酸铵( (NH4)2S2O8简称 APS)； 分散剂：聚丙烯酸铵(PMAA-NH4)； p H 值调节剂：NH3·H2O
低粘度、高固相含量浆料的制备。 气泡的去除和氧阻凝的抑制。 料浆凝胶化的控制。 坯体的干燥及排胶。
凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究进展
凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究进展Sialon陶瓷是一类兼具氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷优点的新型陶瓷材料。
它具有高硬度、高抗磨损性、耐高温性和耐腐蚀性等良好性能，因此在各种领域得到了广泛应用。
凝胶注模成型（Gel Casting）是制备Sialon陶瓷的重要方法之一。
本文将对凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究进展进行综述。
一、Sialon陶瓷的特点Sialon陶瓷是一种典型的复合材料，由Si（硅）、Al（铝）、O（氧）和N（氮）等多种元素组成，其中氮元素的含量较高。
Sialon陶瓷的晶体结构可分为β-Sialon、α-Sialon和O-Sialon三种，其中β-Sialon陶瓷是目前应用最广泛的一种。
相比传统陶瓷材料，Sialon陶瓷具有以下特点：1.高硬度和抗磨损性：Sialon陶瓷的硬度可达到HRA90以上，具有良好的抗磨损性能。
2.耐高温性：Sialon陶瓷具有良好的耐高温性能，热稳定性佳，可在高温下长期稳定使用。
3.耐腐蚀性：Sialon陶瓷对许多强酸、强碱和腐蚀性气体具有较好的耐腐蚀性能。
4.绝缘性能：Sialon陶瓷具有优异的绝缘性能，可用于制作高压绝缘件。
5.低密度：Sialon陶瓷的密度相对较低，易于加工和制造。
二、凝胶注模成型制备方法凝胶注模成型（Gel Casting）技术是一种非常有效的制备复杂形状Ceramic Matrix Composites（CMCs）的方法。
与传统的热压法相比，凝胶注模成型具有以下优势：1.成本低：凝胶注模成型没用高成本的设备，且原材料成本较低，因此制备成本相对较低。
2.制品复杂性高：该技术可用于制备复杂形状的陶瓷制品。
3.精度高：通过凝胶注模成型制备的陶瓷制品尺寸和形状精度高。
1.原材料混合：将SiC、α-Al2O3、AlN和氧化硅（SiO2）等原材料按照一定比例混合，并加入含有十四酸钠（SDS）的溶液中，搅拌均匀。
2.凝胶形成：在混合物中缓慢稀释乙醇，同时加入硝酸，使混合物凝胶化。
凝胶注模成型工艺流程
凝胶注模成型工艺流程英文回答：Gel injection molding is a manufacturing process usedto produce parts and products made of gel materials. It involves injecting a liquid gel into a mold cavity,allowing it to solidify and take the shape of the mold.This process is commonly used in industries such as medical, automotive, and electronics.The gel injection molding process typically follows these steps:1. Mold Preparation: The mold is prepared by cleaning and applying a release agent to ensure easy removal of the molded part.2. Gel Preparation: The gel material is prepared by mixing the gel base with additives and catalysts, if required. The gel should have the desired viscosity andproperties for injection.3. Injection: The gel material is injected into the mold cavity using a specialized injection molding machine. The machine applies pressure to ensure the gel fills the entire cavity and takes the shape of the mold.4. Cooling and Solidification: After injection, the mold is cooled to allow the gel to solidify and take the desired shape. The cooling time depends on the gel material and the size and complexity of the part.5. Mold Opening and Ejection: Once the gel has solidified, the mold is opened, and the molded part is ejected. The part may require additional post-processing steps, such as trimming or surface finishing.6. Quality Control: The molded parts are inspected for any defects or imperfections. This may include visual inspection, dimensional measurements, and testing for mechanical properties.Gel injection molding offers several advantages, suchas the ability to produce complex shapes with high precision, excellent surface finish, and good mechanical properties. It also allows for the integration of multiple components into a single part, reducing assembly time and cost.中文回答：凝胶注模成型是一种用于生产凝胶材料零件和产品的制造工艺。
凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究进展
凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究进展凝胶注模成型技术是一种新型的制备陶瓷材料的方法，具有高效、精准、环保等多种优点。
在该工艺中，采用凝胶作为原料，通过注模成型、干燥、烧结等工艺过程制备出陶瓷制品。
Sialon陶瓷是一种刚玉-硅氮化物复合材料，具有高强度、高硬度、高耐磨性以及高温稳定性等特点，被广泛应用于航空、汽车、机械等领域。
本文将回顾凝胶注模成型制备Sialon陶瓷的研究进展。
1.凝胶注模成型技术的优势（1）高生产效率。
凝胶注模成型工艺中，使用凝胶作为原料，可以通过注射成型、干燥和烧结等工艺步骤制备出高质量的陶瓷制品。
相比传统的推压成型、滚压成型等方法，凝胶注模成型技术可以节约成本、节约时间，提高生产效率。
（2）高制品质量。
凝胶注模成型工艺中，凝胶具有非常高的均一性和稳定性，通过注塑成型可以制备出具有高精度、高质量的陶瓷制品。
同时，该工艺中可以控制注塑成型的环境条件，可以避免其他制备方法中容易出现的杂质、气泡等问题，从而在制品质量上优于传统的制备方法。
（3）高环保。
凝胶注模成型工艺中，采用凝胶作为原料，不需要使用传统制备陶瓷材料时需要的大量有害化学品，可以降低对环境的污染和对工人健康的危害。
（1）制备方法研究。
根据不同的制备方法，可以将凝胶注模成型技术应用于Sialon 陶瓷的制备。
如使用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为增塑剂，采用凝胶注模成型技术制备出了氮化硅和氮化铝的Sialon陶瓷复合材料；采用聚乙烯醇（PVA）为胶粘剂，加入苯乙烯为增塑剂，成功地制备出了具有高硬度、高耐磨性和高强度的Sialon陶瓷。
（2）材料性能研究。
凝胶注模成型技术制备的Sialon陶瓷，相比传统方法制备的陶瓷，具有更好的机械性能和高温稳定性。
例如，在1000°C下，使用凝胶注模成型技术制备的Sialon陶瓷的抗折强度可以达到580 MPa以上，而传统制备方法制备的Sialon陶瓷则仅为340 MPa左右。
凝胶注模成形 [恢复]
![凝胶注模成形 [恢复]](https://img.taocdn.com/s3/m/4eb82d25915f804d2b16c18d.png)
水基丙烯酰胺凝胶体系
实验所用铁粉原料
(a) (a)From electrolytic powders;
(b)
(b)From carbonyl powders
1.1 浆料流变特性2.8Apparent Viscosity / Pas
2.4 2.0 1.6 1.2 0.8 0.4 0.0 0 20
Gelcasting工艺流程
金属粉 预混液 分散剂 消泡剂 增塑剂 烧结 机械加工 干燥 脱模 引发剂 混合制浆 脱气 注模 聚合凝胶
Gelcasting工艺的优势
易成形复杂形状、大尺寸零件 成形坯体强度高、组份均匀、密度均匀、
缺陷少
坯体有机物含量少，不需专门的脱脂工序 模具成本低廉
金属粉末凝胶注模成形技术 的研究现状
1.2 铁粉浆料可控固化
140 120 100
Idle time/min
Premix solution:20wt% Solid loading:50vol% -1 Initiator: 6.7mmolL AM:MBAM=120:1
80 60 40 20 0
引发剂(NH4)2S2O8 的分解速率常数 Kd ＝ K1 ＋ K2 (H+) 式中： K1－无酸催化时的分解 速率常数 K2（H+) －酸催化分解 速率常数
引发剂加入量对坯体强度和烧结密度的影响
1.4 坯体强度、烧结密度的提高
引发剂过量时 坯体断口照片
1.4 坯体强度、烧结密度的提高
35
Green strength / MPa
strength relative density 27.1 95.4 95.6 93.7
32.7
98 96 94 92 90
凝胶注模成型原理
凝胶注模成型原理咱先来说说啥是凝胶注模成型。
你可以想象啊，就像我们小时候玩泥巴，不过这个可比玩泥巴高级多啦。
它呢，是一种制造各种材料零件的方法。
比如说那些超级精密的陶瓷零件啊，或者是一些金属零件，都能用这个方法来做。
那它是咋开始这个神奇的过程的呢？这里面有个很重要的角色，就是陶瓷或者金属的粉末。
这些粉末就像是一群小小的精灵，它们是整个成型的基础。
把这些粉末放进一种特殊的液体里，这个液体就像是粉末精灵们的游泳池。
这个液体里有好多东西呢，有溶剂，有分散剂。
溶剂就像是游泳池里的水，让粉末能在里面自由自在地游动，不会聚在一起打架。
分散剂呢，就像是游泳池里的管理员，它的任务就是让每个粉末精灵都能均匀地分布在液体里，谁也不挤着谁。
然后啊，就到了关键的一步啦。
我们要往这个混合好的液体里加入一种特殊的东西，叫做有机单体和交联剂。
这俩家伙一进去，就像给这个液体施了魔法一样。
有机单体就像是一个个小小的建筑工人，它们准备开始盖房子啦。
交联剂呢，就像是建筑工人手里的工具和连接材料，它能让这些小建筑工人互相连接起来。
这时候，我们再加入引发剂和催化剂。
这俩就像是魔法的启动器。
引发剂就像一把小火柴，一点，就把有机单体这些建筑工人的工作热情给点燃了。
催化剂呢，就像是给这些工人加了个加速器，让他们干活的速度更快啦。
然后这些建筑工人就开始疯狂地工作，它们互相连接起来，形成了一个像蜘蛛网一样的结构。
这个结构可不得了，它会把那些粉末精灵都给困住，就像用网把小鱼都捞起来一样。
慢慢地，这个液体就开始变成像果冻一样的凝胶啦。
这个过程是不是超级神奇呢？这个凝胶就有了一定的形状，而且还能保持住。
就像我们做果冻的时候，它能在模具里变成我们想要的形状，这个凝胶也是一样的道理。
接下来呢，我们要把这个凝胶里的液体给弄出去。
这个过程有点像把果冻里的水给挤出来。
不过这里面有很多科学的方法哦。
比如说可以用干燥的方法，就像把湿衣服晾干一样，把液体慢慢地蒸发掉。
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★ 凝胶注膜成型工艺特点
Gelcasting基于传统的陶瓷制作工艺和有机化学 知识的结合，将陶瓷粉末分散在有机单体溶液中，有机 单体在催化剂/ 引发剂或热作用下，发生原位聚合反应 形成网状结构将陶瓷粉末包裹其中，成为硬实的坏体。
相对注浆成型来说，Gelcasting 成型周期短，制 品的结构与密度均匀，性能稳定可靠；与注射成型相 比，凝胶注模成型不需要昂贵的成型模具，一般以水作 分散介质，只需少量的粘合剂，因此不需要严格的排胶 工序，适合批量生产及特殊制件的一次成型。
★ 凝胶注膜成型工艺的发展趋势
凝胶注模成型工艺自问世以来，得到了迅猛发 展，其应用前景极为广阔，值得进一步研究开发，其 今后的发展方向主要有以下几个方面。 ① 应用领域的拓展 ② 环境友好型凝胶体系的开发 ③ 合理的凝胶固化方法的研究 ④ 与激光选区烧结成型技术联用 ⑤ 热可逆凝胶注模成型的发展
★ 参考文献
在后续的烧结过程中，聚合物反型被整体烧掉,凝 胶化的PZT坯体由于具有很高的强度而成功地保持了
其 形状，直至烧结完成，得到形状及尺寸精度都很高的 PZT制件。
⑤ 热可逆凝胶注模成型的发展
普通gelcasting工艺中的凝胶过程是化学过程，凝 胶结构为不熔融的大分子网状结构，因此带来一些问
题：①浆液必须现用现配；②注浆后残留于流道和模
今后，该工艺的应用还应进一步拓展，从非金属 粉末要逐步推广到金属领域，其尺寸范围要进一步扩 大，目前主要应用于微米级颗粒成型和较粗的耐火材 料成型，纳米颗粒的应用相对较少，细、密、匀、纯 是性能优良材料的必要条件，因此研究纳米级颗粒注
凝有助于高、精、尖材料的发展。
② 环境友好型凝胶体系的开发
最初的Gelcasting 工艺采用非水溶性丙烯酸 凝胶体系,具有一定的毒性，既不利于操作人员的身体 健康，又会给环境带来一定的危害，因此积极寻求健 康无毒的凝胶体系势在必行。国内外的研究者已经在 这方面做了很多有益的探索，如低毒性的甲基丙烯酰 胺、无毒的藻酸盐、天然凝胶大分子等都得到了较好 的应用。但研究者的目标并未到此结束，寻找一种高 效无毒的凝胶体系一直是他们孜孜以求的目标。随着 全球环保和人类健康意识的日益增强，天然无毒的生 物材料（如明胶、琼脂、壳聚糖等单体）成为研究者 的首选材料。
腔中的浆料由于形成网状结构而难以清除，影响下次 使用。新型的热可逆gelcasting工艺可以解决以上问 题。
热可逆gelcasting（TRG）是一种新型凝胶注模成 型工艺，它包含一个快速可逆的交联过程以形成聚合 物网络。与普gelcasting工艺的不同之处在于该交联 过程是物理过程，而非化学过程。
凝胶注膜成型工艺
主要内容
★ 凝胶注膜成型工艺简介 ★ 凝胶注膜成型工艺特点 ★ 凝胶注膜成型工艺流程图 ★ 凝胶注膜成型工艺的基本原理 ★ 凝胶注膜成型工艺的发展趋势 ★ 参考文献
★ 凝胶注膜成型工艺简介
凝胶注膜成型(gelcasting) 是继注浆成型、 注射成型之后发展起来的又一种近净尺寸成型工 艺，由美国橡树岭国家实验室研制开发成功，现 已实现Al2O3 和Si3N4 的工业化生产。它克服注 浆及注射成型的缺点,继承它们的优点,成为一种 独具特色又极具前景的新型陶瓷成型工艺。
③ 合理的凝胶固化方法的研究
当前的固化方法基本上沿用了高聚物合成中的升温 法，即将浓悬浮体浆料注模后，通过对模具加热，使体 系温度升高至40～80℃，然后在此温度下保温一定时 间，凝胶前驱体在引发剂作用下发生凝胶化反应，形成 三维网络结构，从而实现原位固化成型。
参考高分子凝胶化学理论并经过试验研究，发明了 一种氧化还原法引发陶瓷料浆凝胶化新技术。该技术以 过硫酸铵-亚硫酸铵水溶液作为氧化还原剂，混合后一 次性加入（也允许分别加入）料浆中，搅拌均匀后注 模，在室温下静置即可使料浆快速均匀凝胶化。
[1] 杜蛟 . 超细二氧化锆凝胶注模成型研究[D].河北 理工大学，2008
[2] 杜景红,史庆南 ,严继康等.凝胶注模在PMN-PZT压电 陶瓷中的应用[J].昆明理工大学材料与冶金工程学院, 2005 (8):1229-03 [3] 彭珍珍，蔡舒，吴厚政.陶瓷的凝胶注模成型及其
研究现状[J].天津大学教育部高温结构陶瓷及工程加工 技术重点实验室,2004 [4]余琴仙,包镇红,苗立峰.氧化铝凝胶注模成型的工艺 研究[J].江西省陶瓷工艺美术职业技术学院,2009(8): 0027-03
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谢谢
① 应用领域的拓展
Gelcasting 工艺首先是针对氧化铝陶瓷研制开 发的,后来美国橡树岭国家实验室又成功地将其应用于 氮化硅陶瓷部件的工业化生产。
近年Gelcasting已经用生产各种陶瓷制品，从单 一组分到复合组分，从简单的片状、管状、到复杂的 叶片、齿轮、涡轮转子，从结构陶瓷到功能陶瓷。
综上所述， Gelcasting 工艺特点为：
(1)工艺过程时间短、所用设备价廉，制作成本低；
(2)制品的结构和密度均匀，对制品的形状与尺寸受ห้องสมุดไป่ตู้ 制小；
(3)有机单体含量低，产品尺寸精度高，坯体强度高（ 可达30MPa），可进行机械加工，适宜进行较复杂的 成型加工。
★ 凝胶注膜成型工艺流程图
溶剂
+ 有机 单体
+ 交联
剂
无机粉体+分散剂 预混液
研磨 混合
脱气
脱模
固化
机加工
干燥
排胶
注膜 烧结
料浆 催化剂+引发剂
★ 凝胶注膜成型工艺的基本原理
Gelcasting工艺的基本原理是在低粘度高 固相含量的料浆中加入有机单体，在催化剂和 引发剂的作用下，使料浆中的有机单体交联聚 合成三维网状结构，从而使料浆原位固化成型。 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。
④ 与激光选区烧结成型技术联用
与激光选区烧结成型技术（SLS）联用，可以成型 复杂形状的陶瓷制件。首先用一种聚合物通过SLS成型 出所需的自毁性模具框架(该框架结构正好与所需的陶 瓷制件的理想形状相反，称为聚合物反型)，然后将配 制好的用于成型PZT的gelcasting陶瓷浆料注入该反
型 模具中。