陶瓷高價(jià)反離子直接凝固注模成型工藝
陶瓷高價(jià)反離子直接凝固注模成型工藝是一種新的陶瓷膠態(tài)成型方法，其結(jié)合了直接凝固注模成型與經(jīng)典膠體理論。本文系統(tǒng)闡述了陶瓷高價(jià)反離子直接凝固注模成型的理論基礎(chǔ)、學(xué)術(shù)思想、實(shí)現(xiàn)方法及性能。最后根據(jù)該工藝目前的發(fā)展情況提出了今后研究的重點(diǎn)方向。
高性能陶瓷具有高強(qiáng)、高硬、耐磨、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異的物理和化學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用于眾多高技術(shù)領(lǐng)域，成為一類(lèi)具有發(fā)展?jié)撡|(zhì)的新型材料。人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到陶瓷材料制備技術(shù)對(duì)發(fā)展高技術(shù)陶瓷產(chǎn)業(yè)的重要性。粉體制備工藝、成型工藝、燒結(jié)工藝和機(jī)加工技術(shù)的研究一直是陶瓷材料研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。其中，陶瓷成型工藝的研究已逐漸成為陶瓷制備工藝科學(xué)研究的主流，因?yàn)樗翘沾杉皬?fù)雜部件制備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是陶瓷設(shè)計(jì)和配方實(shí)現(xiàn)的前提，在陶瓷的制備工藝中起著承上啟下的作用，也是限制高性能陶瓷產(chǎn)業(yè)化的主要問(wèn)題之一。
傳統(tǒng)成型方法如干壓成型及注漿成型等已經(jīng)在工業(yè)上獲得應(yīng)用，但是由于存在的密度梯度及不均勻等問(wèn)題而不適合制備高性能陶瓷。20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)陶瓷膠態(tài)成型工藝，如凝膠注模成型、水解輔助固化成型、直接凝固注模成型等，可以制備微觀結(jié)構(gòu)均勻、尺寸精度高、形狀復(fù)雜的陶瓷坯體，使膠態(tài)成型技術(shù)再次受到廣泛關(guān)注。但是，凝膠注模成型所采用的丙烯酰胺單體具有神經(jīng)毒性，從一定程度上限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。雖然人們不斷研究低毒或者無(wú)毒凝膠體系，但是因?yàn)樾Ч缓枚茨艽笠?guī)模應(yīng)用。水解輔助成型工藝中采用氮化鋁水解方式固化懸浮體，其過(guò)程產(chǎn)生氨氣，需要特殊的裝備收集氨氣，工藝復(fù)雜且不能廣泛用于各種陶瓷體系。直接凝固注模成型具有有機(jī)添加劑少、坯體不需脫脂、坯體密度均勻等優(yōu)點(diǎn)，可成型形狀復(fù)雜、高可靠性的陶瓷部件。調(diào)節(jié)pH 值至等電點(diǎn)方法雖能夠制備性能良好的陶瓷，氧化鋁陶瓷的韋伯模數(shù)高達(dá)47。但是由于濕坯強(qiáng)度太低，不便于脫模及后期處理，因此，該方法也未能得到廣泛應(yīng)用。而直接凝固注模成型中的增加離子強(qiáng)度方法因坯體中容易產(chǎn)生裂紋且固化時(shí)間長(zhǎng)而未能夠得到很好的推廣。
綜上所述，發(fā)展一種高效、環(huán)保的陶瓷膠態(tài)成型方法是當(dāng)前陶瓷成型工藝的研究熱點(diǎn)。目前絕大多數(shù)相關(guān)研究都關(guān)注于高價(jià)反離子對(duì)陶瓷懸浮體的負(fù)面影響，尤其是其對(duì)懸浮體粘度的升高作用。眾所周知，當(dāng)反離子濃度大于臨界聚沉濃度時(shí)，懸浮體的粘度急劇增大，當(dāng)超過(guò)一定的濃度時(shí)可以使懸浮體發(fā)生原位固化。近年來(lái)，我們提出一種新型的陶瓷成型方法，即陶瓷高價(jià)反離子直接凝固注模成型(direct coagulation casting via high valence counterions，DCC-HVCI)，通過(guò)高價(jià)反離子的可控釋放使陶瓷懸浮體發(fā)生原位固化。
本文將就陶瓷高價(jià)反離子直接凝固注模成型的理論基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)方法及性能等方面進(jìn)行闡述，并對(duì)該工藝的未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行展望。
結(jié)論及展望
本文系統(tǒng)闡述了DCC-HVCI工藝。DCC-HVCI完善和豐富了直接凝固注模成型工藝的理論，實(shí)驗(yàn)和理論分析表明高價(jià)反離子固化懸浮體的方法是在第一極小值固化，避免了一價(jià)離子固化方法在第二極小值固化導(dǎo)致的開(kāi)裂和內(nèi)應(yīng)力等問(wèn)題，為直接凝固注模成型工藝的深入研究和推廣應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。作為一種新的成型方法，DCC-HVCI工藝具有很多優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在一些不足，需要研究人員努力去克服和解決。其今后的主要研究方向包括：
(1)高固相含量、低粘度陶瓷懸浮體的制備。
(2)系統(tǒng)研究本方法在其它陶瓷體系的適用性，并測(cè)試相關(guān)性能。
(3)開(kāi)發(fā)更具有普適性的可控釋放高價(jià)反離子的方法。
(4)系統(tǒng)優(yōu)化工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)大型陶瓷部件的制備及工業(yè)化。
