成形與塑形

凝膠澆鑄(gel casting)

想想液態明膠怎麼凝成一份水果凍:你把稀稀的液體倒進模具,一張化學網在其中處處形成,幾分鐘後整份東西成了結實的固體,脫模時還保持模具的形狀。凝膠澆鑄就是把這件事用在陶瓷上。你把一種帶著溶解有機單體的流動、高固含量陶瓷漿料倒進模具,觸發單體就地聚合,液體便凝成一團硬凝膠,把粉末鎖在原位——給出一個可脫模、可加工、可燒成的強壯生坯。

它的巧妙在於需要的黏結劑之少。不像射出成形要帶 40 volume percent 的蠟才流得動,凝膠澆鑄靠一張穿過堆積粉末的細薄三維聚合物網來建立強度,所以只有幾 weight percent 的有機物存在。這意味著要燒除的少得多,生坯密度與生坯強度都高得多——強到凝膠澆鑄的毛胚可以趁軟時上車床或銑削,再燒成。最初的化學用丙烯醯胺單體,具神經毒性,促使開發者轉向更安全的單體系統,但原理不變:一種必須一路保持低黏度、可傾倒,直到起始劑與觸媒點燃凝膠化的那一刻的漿料。

凝膠澆鑄在大型、複雜、高品質、又不歡迎射出成形那麼重黏結劑負擔的零件上大放異彩:渦輪轉子、坩堝、濺鍍靶材與精細結構陶瓷。它把澆鑄的自由造型,與通常與壓製相連的高而均勻的生坯密度結合在一起。它的要求是一個表現良好、解絮的漿料(它借用的膠體化學),以及對聚合的仔細控制,好讓整件均勻凝膠,既不在管路裡過早凝固,也不因凝固太慢而讓顆粒沉降。

要做一個大型氮化矽渦輪件,把預混單體的低黏度 Si3N4 漿料倒進模具,起始劑引發聚合,幾分鐘內漿料凝成一個硬挺的生坯,強到能脫模並做生加工。由於只有幾個百分比的有機物,燒除很快,生坯密度既高又均勻。

就地聚合把倒入的漿料凝成一個少黏結劑的強壯生坯——兼得澆鑄的自由與壓製的密度。

經典的丙烯醯胺單體系統具毒性、需小心處理;如今已有較安全的單體化學。無論用哪種,漿料都必須均勻凝膠,所以太早作用的起始劑會堵住管路,太晚作用的則讓顆粒沉降成梯度。

又称
gelcastingin-situ polymerization casting凝膠注模