1 前 言
熔融石英陶瓷具有熱震穩(wěn)定性優(yōu)異、熱膨脹系數(shù)小、導(dǎo)熱率低、耐玻璃及金屬液侵蝕等特點(diǎn)，因此在玻璃、冶金、有色金屬等行業(yè)被廣泛應(yīng)用，如玻璃窯爐供料機(jī)用沖頭、料碗、勻料筒、供料道等，玻璃熔化用坩堝、浮法玻璃窯用閘板磚，冶金用水口、塞棒、金屬帶材熱處理輥底爐用輥套、低壓鑄鋁機(jī)用升液管、航天用導(dǎo)彈整流罩等等。目前，熔融石英陶瓷在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用已越來(lái)越廣泛。
隨著熔融石英陶瓷應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，對(duì)制品幾何形狀的復(fù)雜性要求越來(lái)越高，而制備形狀復(fù)雜的制品，成型方法是關(guān)鍵，凝膠注模成型技術(shù)是目前制備形狀復(fù)雜、高性能和高可靠性陶瓷較理想的成型方法，該成型方法是利用加入料漿中的有機(jī)單體產(chǎn)生大分子原位網(wǎng)狀聚合反應(yīng)，形成三維網(wǎng)絡(luò)并將陶瓷懸浮體中的粉料聚集在一起，而形成聚合物凝膠，經(jīng)干燥后即形成坯體，其特點(diǎn)是：坯體均勻、生坯密度高、素坯強(qiáng)度高、是可進(jìn)行生坯加工近凈尺寸成型好方法之一。
本文介紹了熔融石英陶瓷的凝膠注模成型技術(shù)。
2 實(shí) 驗(yàn)
2.1實(shí)驗(yàn)原科
本實(shí)驗(yàn)采用的原料，熔融石英采用江蘇東海產(chǎn)熔融石英顆粒料，其化學(xué)組成見表1。
表l熔融石英的化學(xué)組成
組分 si02 a1203f203 na20 k20 cao mso
含量(wt%) 99.8 0.05 0.004 0.ou5 0.005 0.005 0.004
有機(jī)單體選用丙烯酰胺，采用工業(yè)純，交聯(lián)劑及引發(fā)劑均采用化學(xué)純。
2.2實(shí)驗(yàn)過(guò)程
熔融石英濃懸浮體的制備采用兩步法，第一步先球磨制備細(xì)漿，萬(wàn)孔篩余小于0.50-/0。第二步加入顆粒料進(jìn)行混漿，以制備懸浮性好，含水率低（固相體積含量可達(dá)80%），比重大(1.96g/cm3左右)的料漿。
在實(shí)驗(yàn)中有機(jī)單體的加入方式有兩種：(1)將單體、交聯(lián)劑與去離子水配成預(yù)混液，濃度為12%，用預(yù)混液直接配料入磨，加骨料時(shí)，將引發(fā)劑同時(shí)加入球磨，一起進(jìn)行混漿。(2)加骨料時(shí)，將單體與交聯(lián)劑、引發(fā)劑同時(shí)加入球磨，一起進(jìn)行混漿。其工藝流程如圖1：
方法1：
單體、交聯(lián)劑引發(fā)劑
配料一球磨一骨料一出磨一注模一熱固化一脫模一修坯一干燥÷脫脂燒結(jié)f聯(lián)劑、引發(fā)，
方法2： 單體、交l f0
圖1凝膠注模工藝流程圖
該工藝制備的料漿其固相含量大于80volo-/o，料漿的粘度低，將料漿注模，并在一定溫度(40—80c)條件下，引發(fā)有機(jī)單體聚合，使料漿原位凝固成型。脫模后再經(jīng)較短時(shí)間的低溫干燥，就可得到生坯強(qiáng)度很高，一般可達(dá)20mpa，可進(jìn)行機(jī)加工的坯體，坯體在1230，12500c下進(jìn)行燒成，可得抗折強(qiáng)度40mpa，體積密度1.92g/crrr3，氣孔率120-/0的制品。圖2為凝膠注模工藝制作的夾層璃預(yù)熱預(yù)壓機(jī)托輥用瓷環(huán)等產(chǎn)品。現(xiàn)象可以得到緩解。事實(shí)證明球磨筒體及料漿因磨內(nèi)料球的磨擦撞擊會(huì)溫度升高，當(dāng)溫度超過(guò)35。c時(shí)就可能引起單體的部分聚合，從而影響料漿澆注性能。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
3.1球磨時(shí)間及溫度的影響
單體、交聯(lián)劑的球磨時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，過(guò)長(zhǎng)可導(dǎo)致單體的部分線性聚合，影響料漿澆注成型性能。造成此種現(xiàn)象的主要原因，是由于長(zhǎng)時(shí)間粉磨會(huì)造成料漿溫度升高，使單體與交聯(lián)劑作用下產(chǎn)生聚合反應(yīng)。如果將單體與交聯(lián)劑分兩次加入
3.2固化溫度的影響
凝膠注模時(shí)，單體的聚合反應(yīng)是一個(gè)放熱反應(yīng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)坯體有微弱的溫升時(shí)，這表明聚合反應(yīng)已經(jīng)開始，為了加速其固化速度，凝膠注模法成型可在40 - 800c之間進(jìn)行，溫度低時(shí)圊化時(shí)間長(zhǎng)，溫度高時(shí)固化時(shí)間短，成型內(nèi)徑40mm外徑loomm的瓷環(huán)，舳℃時(shí)固化時(shí)間為0.5小時(shí)，400c時(shí)固化時(shí)間為2小時(shí)。這是由于溫度高時(shí)單體和交聯(lián)劑在引發(fā)劑作用下，反應(yīng)加速促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，我們可以根據(jù)制品的形狀大小，選擇確定合適的固化溫度。
3.3料漿ph值的影響
凝膠注模法成型所利用的化學(xué)反應(yīng)通常以四甲基乙二胺（堿性）為催化劑，在催化劑條件下該化學(xué)反應(yīng)可在常溫條件下進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)所制備料漿ph值在2—4之間，為酸性，并且遇堿易聚沉，因此本實(shí)驗(yàn)不宜采用四甲基乙二胺（堿性）為催化劑，只宜熱固化。
3.4凝膠注模法成型的熔融石英陶瓷坯體在1230.1250c下進(jìn)行燒成，可得抗折強(qiáng)度40mpa，體積密度1.92g/cm，氣孔率120-/0的制品。
3.5采用凝膠注模法成型的生坯干燥后強(qiáng)度高，一般抗彎強(qiáng)度可達(dá)20mpa，可直接進(jìn)行車削等機(jī)加工。
3.6由于石英陶瓷料漿中含有大顆粒骨料且觸變性較強(qiáng)，難以成型薄壁異型制品，而采用凝膠注模法可以很好地成型各種異型熔融石英陶瓷制品。
4結(jié) 論
4.1熔融石英陶瓷可以成功地運(yùn)用凝膠注模法成型，料漿中含固相的體積分?jǐn)?shù)大于80%。
4.2凝膠注模法成型的熔融石英陶瓷在1230。1250ct燒成后，體積密度可達(dá)1.92g/cii13，抗折強(qiáng)度40mpa。
4.3通過(guò)控制固化溫度可以控制坯體適宜的固化時(shí)間。
4.4凝膠注模法成型的坯體經(jīng)干燥后生坯強(qiáng)度高，可以直接進(jìn)行機(jī)械加工。