先进陶瓷的注凝成型法_技术资料【科众陶瓷】

1. 注凝成型的工艺原理

注凝成型工艺的基本原理是在低黏度、高固相含量的粉体一溶剂悬浮体系中加入少量的有机单体，然后利用催化剂和引发剂，使悬浮体中的有机单体聚合交联形成三维网状结构，使液态浆料原位固化成型，从而得到具有粉体与高分子物质复合结构的坯体。然后，将其进行脱模、干燥、去除有机物、烧结。最后获得所需的陶瓷部件。

99氧化铝陶瓷泵轴

2. 注凝成型的工艺过程及应用

(1)注凝成型的工艺过程注凝成型工艺的基本组分是陶瓷粉体、有机单体、聚合催化剂、分散剂和溶剂。注凝成型工艺根据使用溶剂的不同可以分为水基和非水基注凝成型工艺。如果溶剂是水，则成为水基注凝成型；如果溶剂是有机溶剂，则称为非水基注凝成型。非水基注凝成型中的有机溶剂在交联温度时的蒸汽压低且黏度相对较低。水基注凝成型与非水基注凝成型相比具有许多优点：其注凝过程更接近传统陶瓷成型过程；坯体易于干燥；降低了助溶剂凝胶的黏度；避免了由有机溶剂产生的环境污染问题。

①浆料的制备
低黏度的浆料既有利于混合又有利于注浆。因此，优化固相含量是保持浆料的流动性非常重要的。它可以通过低黏度的预混合溶液获得流动性好的浆料。选择合适的分散剂可以增加泥浆的流动性。为了达到良好的分散效果，需要加入适量的分散剂。选择合适的分散剂和控制浆料的pH值，保证浆料的流动性是注凝成型的先决条件。

②凝胶化
由于凝胶反应是放热反应，所以混合液的开始聚合取决于溶液的温度。凝胶化过程由停留时间控制的。俘留时间是指加入引发剂或催化剂到开始聚合的时间，即能注浆的时间。
③干燥
陶瓷材料的生产过程中为了减少坯体的变形，干燥是关键性步骤。对于薄的坯体主要变化的是湿度，室温干燥即可；不同于注浆成型和纯粹的胶凝，注凝成型坯体在干燥时无恒定阶段；改变湿度和温度可以显著减少干燥时间。

④排胶
排胶过程既可在烧结时一同完成，也可在低温下烧结前单独完成。最终可得到近净尺寸的陶瓷部件。

(2)注凝成型的应用随着现代技术的不断进步，陶瓷制备工艺技术也得到了飞速的发展，尤其是新的成型方法的出现为高性能陶瓷的发展奠定了技术基础。注凝成型技术具有工艺简单、生产成本低、制得的坯体均匀性好、密度高、接近净成型等一系列优良特性，使得高性能陶瓷成型技术跨上了一个新的台阶。注凝成型工艺的应用也较其他成型工艺的应用范围更为广泛，该工艺主要应用于以下几个方面：

①纳米陶瓷的制备
目前，陶瓷材科的研究热点之一就是用纳米级别的粉体制备高性能的陶瓷材料。

②多元复相陶瓷的制备
采用注凝成型工艺技术制备复合材料最大的问题、难点就是如何制备出高固相体积分数、流动性好、分散均匀的浆料。

③在粉末冶金领域中的应用
注凝成型工艺技术最初是用于陶瓷材料的近净尺寸的成型技术，该成型技术适用于制备大尺寸、形状复杂的制件。

④泡沫凝固法制备多孔梯度陶瓷
随着多孔陶瓷材料应用范围的不断扩大，多孔陶瓷材料的制备技术的研究也取得了很大的进展。

3. 注凝成型的工艺特点

注凝成型工艺技术不仅兼具了其他成型方法的优点，而且还克服了其他成型方法的不足，其主要特点如下：

(1)成型坯体的强度高，可以机械加工成复杂形状的部件。由于有机聚合物的作用，坯体的强度达20--40MPan具有该强度的制件可以进行各种机械加工，从而可以加工出形状更为复杂、尺寸更为精确、表面更光洁的制件，因此该工艺降低了制件的生产成本。

(2)坯体整体均匀性好，可以降低烧结温度，大大提高了陶瓷制件的可靠性。由于成型过程中液固转化前后成分、体积不变，而且颗粒在原位固化。所以该成型工艺只要充型完全，那么成型坯体各个部位均具有相同的密度，可以成型大体积的制件，并使最终制件的均匀性得到了保障，提高了工程陶瓷的可靠性。

(3)与注射成型工艺相比．有机物的含量较少．没有排塑困难。浆料中的有机物一般只占液相介质的10% -20%，相当于陶瓷干料重的3%～5%。因此，其排塑过程较容易，可与烧结过程同步完成，避免了注射成型工艺耗时耗能的排塑环节，节约能量且降低了成本。

(4)可做到近净尺寸成型。由于浆料在液固转化过程中体积变他很小，固化后坯体尺寸基本取决于模型，并且由于浆料固相含量较高，成型出的坯体密度大，干燥收缩和烧成收缩小，变形小，可做到近净尺寸成型。

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本文“先进陶瓷的注凝成型法”由科众陶瓷编辑整理，修订时间：2017-03-08 15:07:04
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