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1. 注凝成型的工藝原理

注凝成型工藝的基本原理是在低黏度、高固相含量的粉體一溶劑懸浮體系中加入少量的有機(jī)單體，然后利用催化劑和引發(fā)劑，使懸浮體中的有機(jī)單體聚合交聯(lián)形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使液態(tài)漿料原位固化成型，從而得到具有粉體與高分子物質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的坯體。然后，將其進(jìn)行脫模、干燥、去除有機(jī)物、燒結(jié)。最后獲得所需的陶瓷部件。

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2. 注凝成型的工藝過程及應(yīng)用

(1)注凝成型的工藝過程注凝成型工藝的基本組分是陶瓷粉體、有機(jī)單體、聚合催化劑、分散劑和溶劑。注凝成型工藝根據(jù)使用溶劑的不同可以分為水基和非水基注凝成型工藝。如果溶劑是水，則成為水基注凝成型；如果溶劑是有機(jī)溶劑，則稱為非水基注凝成型。非水基注凝成型中的有機(jī)溶劑在交聯(lián)溫度時(shí)的蒸汽壓低且黏度相對較低。水基注凝成型與非水基注凝成型相比具有許多優(yōu)點(diǎn)：其注凝過程更接近傳統(tǒng)陶瓷成型過程；坯體易于干燥；降低了助溶劑凝膠的黏度；避免了由有機(jī)溶劑產(chǎn)生的環(huán)境污染問題。

①漿料的制備
低黏度的漿料既有利于混合又有利于注漿。因此，優(yōu)化固相含量是保持漿料的流動(dòng)性非常重要的。它可以通過低黏度的預(yù)混合溶液獲得流動(dòng)性好的漿料。選擇合適的分散劑可以增加泥漿的流動(dòng)性。為了達(dá)到良好的分散效果，需要加入適量的分散劑。選擇合適的分散劑和控制漿料的pH值，保證漿料的流動(dòng)性是注凝成型的先決條件。

②凝膠化
由于凝膠反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以混合液的開始聚合取決于溶液的溫度。凝膠化過程由停留時(shí)間控制的。俘留時(shí)間是指加入引發(fā)劑或催化劑到開始聚合的時(shí)間，即能注漿的時(shí)間。
③干燥
陶瓷材料的生產(chǎn)過程中為了減少坯體的變形，干燥是關(guān)鍵性步驟。對于薄的坯體主要變化的是濕度，室溫干燥即可；不同于注漿成型和純粹的膠凝，注凝成型坯體在干燥時(shí)無恒定階段；改變濕度和溫度可以顯著減少干燥時(shí)間。

④排膠
排膠過程既可在燒結(jié)時(shí)一同完成，也可在低溫下燒結(jié)前單獨(dú)完成。最終可得到近凈尺寸的陶瓷部件。

(2)注凝成型的應(yīng)用隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷進(jìn)步，陶瓷制備工藝技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展，尤其是新的成型方法的出現(xiàn)為高性能陶瓷的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。注凝成型技術(shù)具有工藝簡單、生產(chǎn)成本低、制得的坯體均勻性好、密度高、接近凈成型等一系列優(yōu)良特性，使得高性能陶瓷成型技術(shù)跨上了一個(gè)新的臺(tái)階。注凝成型工藝的應(yīng)用也較其他成型工藝的應(yīng)用范圍更為廣泛，該工藝主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

①納米陶瓷的制備
目前，陶瓷材科的研究熱點(diǎn)之一就是用納米級(jí)別的粉體制備高性能的陶瓷材料。

②多元復(fù)相陶瓷的制備
采用注凝成型工藝技術(shù)制備復(fù)合材料最大的問題、難點(diǎn)就是如何制備出高固相體積分?jǐn)?shù)、流動(dòng)性好、分散均勻的漿料。

③在粉末冶金領(lǐng)域中的應(yīng)用
注凝成型工藝技術(shù)最初是用于陶瓷材料的近凈尺寸的成型技術(shù)，該成型技術(shù)適用于制備大尺寸、形狀復(fù)雜的制件。

④泡沫凝固法制備多孔梯度陶瓷
隨著多孔陶瓷材料應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，多孔陶瓷材料的制備技術(shù)的研究也取得了很大的進(jìn)展。

3. 注凝成型的工藝特點(diǎn)

注凝成型工藝技術(shù)不僅兼具了其他成型方法的優(yōu)點(diǎn)，而且還克服了其他成型方法的不足，其主要特點(diǎn)如下：

(1)成型坯體的強(qiáng)度高，可以機(jī)械加工成復(fù)雜形狀的部件。由于有機(jī)聚合物的作用，坯體的強(qiáng)度達(dá)20--40MPan具有該強(qiáng)度的制件可以進(jìn)行各種機(jī)械加工，從而可以加工出形狀更為復(fù)雜、尺寸更為精確、表面更光潔的制件，因此該工藝降低了制件的生產(chǎn)成本。

(2)坯體整體均勻性好，可以降低燒結(jié)溫度，大大提高了陶瓷制件的可靠性。由于成型過程中液固轉(zhuǎn)化前后成分、體積不變，而且顆粒在原位固化。所以該成型工藝只要充型完全，那么成型坯體各個(gè)部位均具有相同的密度，可以成型大體積的制件，并使最終制件的均勻性得到了保障，提高了工程陶瓷的可靠性。

(3)與注射成型工藝相比．有機(jī)物的含量較少．沒有排塑困難。漿料中的有機(jī)物一般只占液相介質(zhì)的10% -20%，相當(dāng)于陶瓷干料重的3%～5%。因此，其排塑過程較容易，可與燒結(jié)過程同步完成，避免了注射成型工藝耗時(shí)耗能的排塑環(huán)節(jié)，節(jié)約能量且降低了成本。

(4)可做到近凈尺寸成型。由于漿料在液固轉(zhuǎn)化過程中體積變他很小，固化后坯體尺寸基本取決于模型，并且由于漿料固相含量較高，成型出的坯體密度大，干燥收縮和燒成收縮小，變形小，可做到近凈尺寸成型。

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本文“先進(jìn)陶瓷的注凝成型法”由科眾陶瓷編輯整理，修訂時(shí)間：2017-03-08 15:07:04
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