中國粉體網(wǎng)訊 石英陶瓷又稱熔融石英陶瓷、石英玻璃陶瓷、石英玻璃燒結(jié)制品，它是以熔融石英塊或石英玻璃為原料，經(jīng)過粉碎、成型及燒成工序而制成的一種燒結(jié)體，熔融石英陶瓷具有熱穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)小、介電常數(shù)低、耐酸堿腐蝕性好、電絕緣性好、成本低等一系列優(yōu)異性質(zhì)，石英陶瓷廣泛應(yīng)用于宇宙飛船、火箭、導(dǎo)彈、雷達(dá)、原子能、電子、鋼鐵、煉焦、有色金屬、玻璃等工業(yè)領(lǐng)域。
膠態(tài)成型所用的陶瓷漿料是由陶瓷粉料與水、有機(jī)物等介質(zhì)組成的膠態(tài)體系。體系中的陶瓷顆粒分散性好，顆粒之間團(tuán)聚少，并且陶瓷顆粒隨著膠態(tài)體系的流動而能夠成型為形狀復(fù)雜的坯體，因此膠態(tài)成型在熔融石英陶瓷的制備中得到了廣泛的應(yīng)用。膠態(tài)成型主要包括：注射成型、氣體輔助注射成型、直接凝固注模成型、溫度誘導(dǎo)成型、電泳沉積成型、壓濾成型、離心注漿成型和注凝成型等。
傳統(tǒng)膠態(tài)成型工藝
（1）注射成型
注射成型是借助高分子聚合物高溫熔融、低溫凝固的特性使坯體成型后，再把有機(jī)物脫除。
優(yōu)點(diǎn)：可成型形狀復(fù)雜的制品、坯體尺寸精度高、制品結(jié)構(gòu)均勻。
缺點(diǎn)：模具設(shè)計復(fù)雜、有機(jī)物排除困難。
（2）氣體輔助注射成型
氣體輔助注射成型是一種通過在聚合物熔體中加入氣體，使成型過程更容易進(jìn)行的成型方式。
a：熔體 b：氣體引入 c：氣體保壓 d：氣體排出和脫模
氣體輔助注射成型原理圖
優(yōu)點(diǎn)：由于在流動狀態(tài)下各方向的壓力相同，避免了料漿的定向行為，使坯體具有更好的尺寸穩(wěn)定性，避免了坯體內(nèi)部翹曲；氣體輔助成型的坯體具有更薄的管壁，即應(yīng)用相同的原料可以生產(chǎn)管徑更大的產(chǎn)品，因此，降低了原料成本，提高了生產(chǎn)效率。
缺點(diǎn)：料漿熱性質(zhì)及工藝過程難以控制。
（3）直接凝固注模成型
將生物酶技術(shù)、膠態(tài)化學(xué)及陶瓷工藝學(xué)融為一體，通過改變料漿pH值，或者增加料漿體系中離子強(qiáng)度從而降低粉體表面電荷來成型。
直接凝固注模成型示意圖
優(yōu)點(diǎn)：料漿不需有機(jī)添加劑，坯體不需脫脂，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)均勻，相對密度高，可成形大尺寸、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。
（4）溫度誘導(dǎo)成型
此成型原理是利用物質(zhì)溶解度隨溫度的變化產(chǎn)生凝膠化成型。溫度誘導(dǎo)成型制備的漿料固相含量高，有機(jī)物含量低。
優(yōu)點(diǎn)：需要少量的有機(jī)添加劑，減輕了有機(jī)物的排除過程，坯體中的氣孔少。
（5）電泳沉積成型
電泳沉積成型是以水基陶瓷漿料為基礎(chǔ)的成型工藝，電泳成型的陶瓷漿料應(yīng)有良好的分散性，保證料漿顆粒能沉淀到電極上。
優(yōu)點(diǎn)：簡單、靈活、可靠。
（6）離心注漿成型
離心注漿成型結(jié)合了濕態(tài)粉末制備和無應(yīng)力致密化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，用來制備大體積、近凈尺寸形狀的陶瓷產(chǎn)品，粉末濕態(tài)處理避免了由于團(tuán)聚及其它影響因素造成的缺陷。
缺點(diǎn)：該成型方法由于形狀和造價的限制，目前還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
（7）壓濾成型
壓濾成型是在注漿成型的基礎(chǔ)上加壓發(fā)展得到的。影響壓濾過程的因素為坯體中的壓力降、液體介質(zhì)的粘度、坯體的表面積、坯體中空隙的分布情況及壓濾成型模具。
壓濾成型示意圖
2.先進(jìn)的膠態(tài)成型工藝——注凝成型
注凝成型工藝是20世紀(jì)90年代以來出現(xiàn)的一種新的膠態(tài)成型工藝，是美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室M.A.Jammey等人首先發(fā)明的，是傳統(tǒng)的膠態(tài)成型工藝與有機(jī)化學(xué)理論的理想結(jié)合。
注凝成型原理是將有機(jī)聚合物單體、交聯(lián)劑配成前驅(qū)體溶液，將陶瓷顆粒加入到前驅(qū)體溶液中，制成低粘度、高固相含量的料漿，然后加入引發(fā)劑及催化劑，將料漿加入模具中，在一定的溫度條件下，有機(jī)聚合物單體交聯(lián)聚合成三維網(wǎng)絡(luò)狀聚合物凝膠，并將陶瓷顆粒原位粘結(jié)而固化形成坯體。
熔融石英陶瓷注凝成型工藝流程圖
傳統(tǒng)膠態(tài)成型方法均存在一些缺點(diǎn)，如注漿成型的坯體在厚度方向上形成密度梯度分布，坯體干燥變形，且強(qiáng)度較低，不能機(jī)械加工；注射成型坯體強(qiáng)度和均勻性好，但有機(jī)物含量高，有機(jī)物排除困難；壓濾成型需特制多孔模具，成型坯體也存在均勻性差、強(qiáng)度低等問題；直接凝固注模成型坯體均勻性取得了較大的提高、但成型坯體強(qiáng)度也較低。
幾種膠態(tài)成型方法對比
因此，熔融石英陶瓷注凝成型不僅兼具了其它膠態(tài)成型的優(yōu)點(diǎn)，且克服了其它膠態(tài)成型方法的缺點(diǎn)，具有以下特點(diǎn)：
坯體強(qiáng)度高，可機(jī)械加工成形狀復(fù)雜的陶瓷部件；
得到的坯體整體均勻性好，可降低燒成溫度，并大大提高了陶瓷部件的可靠性；
與注射成型相比，注凝成型方法有機(jī)物含量少，無脫脂排塑的困難；
注凝成型可做到近凈尺寸成型；
固化反應(yīng)時間可根據(jù)成型過程中料漿處理、充模、動態(tài)作用等過程所用時間長短的要求，通過調(diào)整引發(fā)劑的加入量來進(jìn)行控制；
對設(shè)備要求簡單、操作方便。
綜上，在制備熔融石英陶瓷方面凝膠注模成型有著巨大的優(yōu)勢，可以有效的控制材料的顯微結(jié)構(gòu)、減少材料內(nèi)部的各種缺陷、提高材料的力學(xué)性能和使用的可靠性。
參考資料：
趙增寶.熔融石英陶瓷制備技術(shù)及性能檢測方法與表征
呂鋒.高致密度熔融石英陶瓷研究
文定.注凝成型工藝制備熔融石英陶瓷過程的研究
張浩益.動態(tài)注凝成型法制備高強(qiáng)高致密熔融石英陶瓷的研究
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