凝胶注模成型技术的研究与进展

对凝胶注模成型技术的研究与进展情况进行综述。阐述成型原理和工艺过程;总结凝胶体系,并根据凝胶体系的来源将其分为合成凝胶体系和天然凝胶体系两类;介绍该技术在粗颗粒粉体材料、复合材料、多孔材料、功能材料和粉末冶金等领域的应用研究情况;探讨凝胶注模成型技术存在的问题和研究发展方向。     

陶瓷基复合材料注凝成型系统的研究

设计了一种低成本的机电一体化系统,该系统由搅拌设备、成型设备、真空装置及相应的控制系统组成,其中控制系统是以PLC为主控设备设计的。该系统可实现多组份增韧材料在陶瓷基体中的均匀分散,利用先进的注凝成型技术制备出高质量的陶瓷基复合材料,且在制备过程中通过真空系统的作用解决了物料流动性差的问题。     

多层片式PTCR热敏陶瓷注凝成型工艺

研究了用注凝成型工艺制备片式PTCR热敏陶瓷.采用PMAA-NH4为分散剂,丙三醇为增塑剂,并加入适量的有机单体AM制备了高固相含量、低粘度的BaTiO3半导瓷浆料,研究了浆料粘度及坯体的性能与浆料固相体积分数、有机单体含量及增塑剂含量之间的关系.研究表明:浆料固相体积分数对坯体的干燥及烧结行为有较大影响,当浆料固相体积分数在45%以上时,可有效避免制品干燥和烧结过程中收缩过大而产生的变形开裂缺陷;当有机单体的质量分数为2%～4%,丙三醇的体积分数为3%～6%时,可获得有一定强度和柔韧性的生坯;研究了注凝成型PTCR陶瓷的微观结构及陶瓷元件的PTCR性能,成功地制备了层数为5、室温电阻为0.8Ω、电阻温度系数为13.40%/℃、升阻比大于105的多层片式PTCR元件.     

凝胶注模成型研究进展

凝胶注模成型是20世纪90年代初美国橡树岭国家实验室首创的胶态成型工艺.该工艺利用有机单体聚合反应形成的三维网络凝胶特性,使陶瓷悬浮体注入模具后原位固化成陶瓷坯体.它具有坯体均匀、坯体密度高、坯体强度高、近净尺寸成型等显著优点.本文全面阐述了凝胶注膜成型的近十年来的研究进展,并对其研究前景进行了展望.     

凝胶注模技术制备高密度ITO靶材的研究

为了研究ITO粉体凝胶注模技术制备高密度靶材的合理工艺,采用正交试验法,研究了固相含量、分散剂含量、pH值对浆料黏度的影响。结果表明,固相含量和分散剂的质量分数分别为80%和0.08%,pH值为10时,可制备出低黏度的适合浇注的浆料。同时,在制备低黏度、高固相含量(80%)ITO浓悬浮体过程中,研究了单体、交联剂、引发剂含量对凝胶化效果的影响。结果表明,单体、交联剂、引发剂分别为浆料质量的2%、0.05%、0.04%时,可制备出高质量坯体。坯体经70℃干燥、600℃排胶,最后于1570℃烧结后得到密度高达7.12g·cm-3、晶粒尺寸均匀的ITO靶材。     

单质硅在水基凝胶注模体系中稳定性的研究

在单质硅凝胶注模体系中,以队PAA-NH4为分散剂,考察其对于高固相含量,稳定的单质硅料浆的影响.研究分散剂PAA-NH4在制备高固相含量,低粘度,高稳定性粗颗粒料浆中的作用.结果表明,当分散剂PAA-NH4用量为0.020-0.030 g/mL时,可以制备固相含量高达50%(体积分数),粘度较低,Zeta电位较高的料浆,适宜凝胶注模的操作.通过绘制等温吸附曲线,研究分散剂在颗粒表面的吸附形态,探讨该料浆稳定性的成因.     

凝胶注模成形技术在粉末冶金中的应用

凝胶注模成形最初是用于陶瓷材料近净尺寸成形技术,它适用于成形件尺寸大,复杂形状的部件.随着该技术的发展,凝胶注模成形也应用到粉末冶金领域.本文综述了国内外凝胶注模技术在成形金属粉末的应用研究近况,展望了该技术在粉末冶金中的应用前景,并对凝胶注模成形技术在应用中存在的技术难点及应对策略进行了分析与探讨.     

凝胶注模成型多孔氮化硅陶瓷

凝胶注模成型最初用来制备致密材料，本文则利用该方法来制备多孔氮化硅陶瓷。通过测试粉体的Zeta电位曲线以及加入分散剂（聚丙烯酸铵）时浆料的流变曲线，探讨了浆料的胶体特性和流变特性。分析了影响制品气孔率的几个因素。结果表明：粉体的等电点在pH为6附近，Zeta电位最大值在pH为10处。分散剂的加入使浆料的流体类型逐渐接近于牛顿流体。增加分散剂的含量和降低浆料的固含量可以提高制品的气孔率。     

凝胶注模法制备SiCp/Al复合材料基础工艺研究

提出用凝胶注模法制备超细碳化硅颗粒增强铝基复合材料新工艺,并对其基础工艺:Al-SiC复合浆料的沉降现象和凝胶固化时间进行了研究.结果表明,当pH值为9,分散剂PVP加入量质量分数为2％,可制备出固相体积分数为50％、分散均匀的复合浆料;随成型温度的升高,复合浆料的固化时间逐渐缩短;随着引发剂尤其是催化剂加入量的增加,复合浆料的固化时间明显缩短.     

非水基凝胶注模成形高速钢粉末的研究

采用自主开发的非水基凝胶注模工艺,对高速钢粉末进行了凝胶注模的研究。所开发的非水基凝胶注模体系能够为金属粉末的成形开辟一种新型的方法。     

凝胶注模Sialon-SiC材料流变性研究及其性能

70vol.％～78vol.％的Sialon-SiC悬浮体在10～160 s-1范围内显示剪切变稀的幂率特征,突出的“切稀”行为满足凝胶注模成型的要求.建立的悬浮体流变模型与试验值吻合,其流变特征符合Sisko模型.氮化烧结材料的XRD检测和SEM观察显示,材料主要由SiC相和Si4Al2O2N6相组成,显微组织中六方柱状Sialon晶体发育完整,形成了Sialon晶体紧密环绕SiC颗粒的均匀结构.材料的体积密度和抗折强度分别为2.69 g/cm3和56 MPa.     

钛酸铝陶瓷的凝胶注模成型研究

利用琼脂凝胶大分子在水溶液中加热时溶解,冷却时凝固这一规律,研究了Al2TiO5陶瓷的凝胶注模成型工艺,探讨了琼脂含量和Al2TiO5的加入量对料浆流动性、制品的烧结、结构的影响规律.结果发现在固含量63%陶瓷料浆中引入约1.5%琼脂,成型干燥后不需要单独脱脂,即可获得表面光洁、结构均匀、致密、内部无明显缺陷的陶瓷部件.     

Gelcasting of titanium hydride to fabricate low-cost titanium

In this work, low-cost titanium was fabricated by gelcasting of titanium hydride powder. The effects of morphology and grain composition of powder raw material and solid loading on the rheological behavior of gelcasting slurry were studied. The degreasing, dehydriding and sintering behaviors of gelcasted green body were investigated by differential thermal analysis(DTA) and dilatometer.The results show that the solid loading of titanium hydride slurry reaches 50 vol%. Combination of dehydriding and sintering in one process accelerates the densification, and the relative sintered density of the final part achieves96.5 %. In order to test the ability of gelcasting process for fabricating structural materials, a resin handle produced by3 D printing technology was used as a model and a titanium handle was successfully fabricated. Higher solid loading and better sinterability of titanium hydride powder promote manufacture of bulk titanium with high relative density,complex shape and well-defined microstructure.     

泡沫凝胶法制取陶瓷的气孔率影响因素研究

主要研究了泡沫凝胶法中的各工艺因素如搅拌速度、浆体粘度和浆体密度对气孔率的影响,并结合起泡形成理论,进一步引入雷诺数（Re）来衡量气孔率的变化.研究发现无论是改变搅拌速度、浆体粘度还是浆体密度,只要Re相同,则气孔率相同,并且在气孔率和雷诺数之间还存在着定量的函数关系.     

凝胶铸成型亚微米级透明氧化铝光学性能研究

多晶半透明氧化铝陶瓷作为高压钠灯灯管和各种窗体材料等已在实际生产中得到广泛应用.但由于其强度低、耐腐蚀和透光性差无法满足新一代陶瓷金属卤素灯灯管高强度、高透明和耐腐蚀的要求.以高纯超细氧化铝粉作为原料,采用凝胶铸成型,并经过低温无压烧结和热等静压后处理,制各出了高强度亚微米级透明氧化铝陶瓷,实验表明该陶瓷在可见光区的全透比可达到75%,直线透过率最高可以达到37%.研究还发现无压预烧结温度对材料的微观缺陷以及最终的光学性能会产生重要的影响.     

水基凝胶注Ti-6Al-4V合金坯体

将凝胶注模工艺应用于金属Ti6Al4V合金粉末的成形,研究了高固相含量的Ti6Al4V合金粉末的料浆的制备,比较了金属浆料与陶瓷浆料的不同。结果表明粉末的颗粒形状是影响浆料固相含量的重要因素,浆料的固相含量随分散剂的增加而增加。最后制备出了固相含量为54%(体积分数,下同)的钛合金粉末浆料和形状复杂的坯体。坯体的抗弯强度随气雾化(GA)Ti6Al4V含量增加先增大后减小,随着坯体的固相含量增大而减小。当GA-Ti6Al4V含量为80%,固相含量为50%时生坯抗弯强度最大,为18.5 MPa。     

羟基磷灰石泡沫凝胶成孔工艺

通过在陶瓷浆料中添加起泡剂后搅拌起泡,然后添加引发剂引发陶瓷浆料中预添加的有机单体和聚合剂的聚合反应形成泡沫凝胶,经高温烧结得到多孔陶瓷.发现起泡剂和搅动工艺对多孔陶瓷的气孔率有显著影响,通过控制成孔工艺参数,可制备出气孔率达90%的羟基磷灰石多孔陶瓷.     

Ti及Ti-6Al-4V的水基凝胶注模成形研究

将凝胶注模工艺应用于金属Ti及Ti-6Al-4v合金粉末的坯体成形，研究了高固相含量的Ti粉和Ti-6Al-4V合金粉末的料浆的制备。结果表明，用凝胶注模工艺制备出了固相含量为54φ%的钛合金粉末料浆和形状复杂的坯体；粉末的颗粒形状是影响料浆固相含量的重要因素，球形粉末配制成的浆料固相含量最高，近球形次之，片状最低；分散剂柠檬酸铵也可以显著提高浆料的固相含量。