[發(fā)明專利]一種輻照凝膠注模成形方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310280981.5
• 申請(qǐng)日: 2013-07-05
• 公開（公告）號(hào): CN103350228A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭志猛;段啟凱;楊春雷;徐曉娟;章彥嫻;梁毅;葉青;張欣悅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/22
• 分類號(hào): B22F3/22
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種粉末成形技術(shù)，屬于粉末冶金生產(chǎn)工藝中零部件制備領(lǐng)域，特別是提供了一種高可控性、應(yīng)用范圍廣、高效率、低成本、低能耗的凝膠注模成形方法。

技術(shù)背景

凝膠注模成形是傳統(tǒng)的漿料成形與高分子化學(xué)的結(jié)合，其原理是將有機(jī)單體與溶劑配制成一定濃度的預(yù)混液，一定條件下單體交聯(lián)聚合形成三維網(wǎng)絡(luò)狀聚合物凝膠，使粉末粘結(jié)而固化成形。作為一種新穎的近凈成形技術(shù)，其在大尺寸、復(fù)雜形狀零部件制備技術(shù)領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用潛力。

傳統(tǒng)的凝膠注模成形工藝是用化學(xué)方法實(shí)現(xiàn)交聯(lián)，現(xiàn)檢索出專利號(hào)為00124982.7提供了一種陶瓷部件的無(wú)氧阻聚凝膠注模成型方法，其是通過(guò)添加過(guò)硫酸銨或過(guò)硫酸鉀引發(fā)劑實(shí)現(xiàn)固化，但是需嚴(yán)格控制引發(fā)劑的加入量以便控制固化時(shí)間，過(guò)快會(huì)導(dǎo)致漿料來(lái)不及充滿模具，過(guò)慢則會(huì)造成粉末沉降，因此在成形過(guò)程中，引發(fā)劑須在注模時(shí)現(xiàn)加且嚴(yán)格控制添加量；由于固化時(shí)間較短，在制備大件制品時(shí)容易導(dǎo)致引發(fā)劑混合不充分而不均勻，部分區(qū)域無(wú)法完全聚合形成缺陷，最終影響產(chǎn)品性能；此外，目前的固化方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，很難產(chǎn)業(yè)化，因此，有必要開發(fā)新型固化方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決化學(xué)交聯(lián)凝膠注模成形存在的固化時(shí)間難以控制及由于固化時(shí)間較短，在制備大件制品時(shí)容易導(dǎo)致引發(fā)劑混合不充分而不均勻，部分區(qū)域無(wú)法完全聚合形成缺陷，最終影響產(chǎn)品性能的問(wèn)題以及目前的固化方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作，很難產(chǎn)業(yè)化的問(wèn)題；采用新型輻照交聯(lián)替代化學(xué)交聯(lián)來(lái)引發(fā)高分子鏈間形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)凝膠注模成形的連續(xù)化工作，為其產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)基礎(chǔ)。

該技術(shù)首先是將溶劑甲苯與有機(jī)單體甲基丙烯酸β-羥乙酯（HEMA）按一定體積比配制成預(yù)混液，再將粉末懸浮于預(yù)先配好的穩(wěn)定的凝膠體系預(yù)混液中，加入分散劑油酸制成具有一定流動(dòng)性、穩(wěn)定的懸浮漿料。將漿料注入模具內(nèi)，然后置于輻照室中，在一定溫度和氣氛條件下進(jìn)行輻照處理，固化后經(jīng)脫模、干燥得到成形坯體。

基于上述目的及原理，本發(fā)明的具體工藝如下：

1、將溶劑甲苯與有機(jī)單體甲基丙烯酸β-羥乙酯（HEMA）按體積比3:7～3:2配制成均一穩(wěn)定的預(yù)混液；

2、將粒度為1～50μm的粉末與預(yù)混液按照體積比1:1～5：1配制成漿料，并加入預(yù)混液重量的0.02～0.4%的分散劑油酸，配制成流動(dòng)性優(yōu)異的漿料。

3、將漿料注入模具，在一定輻照溫度和輻照氣氛條件下進(jìn)行輻照處理，單體經(jīng)輻照交聯(lián)而固化成形，劑量率為5～1000Gy/min，輻照劑量為3×10²～1.8×10⁴Gy；

4、脫模后將坯體在40℃～100℃條件下真空干燥2～4小時(shí)得到成形坯體。

所述的輻照溫度為-50～100℃。所述的輻照氣氛為氮?dú)?、空氣、真空?/p>

本發(fā)明的凝膠注模成形適用于金屬、陶瓷及其混合粉末。

本發(fā)明是在凝膠注模成形的基礎(chǔ)上提出一種可控性高，應(yīng)用范圍廣，適于低成本地制備高強(qiáng)度材料的成形技術(shù)。高分子鏈間形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)可由射線引發(fā)，且便于控制（可精確控制交聯(lián)度和固化時(shí)間），重現(xiàn)性好，均勻性優(yōu)異；同時(shí)輻照交聯(lián)適用的交聯(lián)材料范圍更廣，生產(chǎn)速率更高，能耗更低。

本發(fā)明提出的輻照交聯(lián)，與化學(xué)交聯(lián)凝膠注模成形相比，其優(yōu)點(diǎn)在于：

1）交聯(lián)條件及性能優(yōu)異：過(guò)氧化物交聯(lián)通常在高溫下進(jìn)行，而輻照在常溫常壓下就可完成，且便于控制（可精確控制交聯(lián)度），重現(xiàn)性好，均勻性優(yōu)異；

2）應(yīng)用范圍大：輻照交聯(lián)適用于一些用化學(xué)法無(wú)法交聯(lián)的材料，如F-40、F-46、PVDF、PVC、橡膠、PP、HDPE等；

3）生產(chǎn)效率高：化學(xué)交聯(lián)時(shí)，過(guò)氧化物分解需一定溫度和時(shí)間，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)速率低。而輻照交聯(lián)只需要很短的時(shí)間就能使大分子交聯(lián)，生產(chǎn)速率很高；

4）適合大批量生產(chǎn)：輻照交聯(lián)工藝成本低、創(chuàng)效大，在大批量生產(chǎn)時(shí)，其單位生產(chǎn)費(fèi)用最少。

5）節(jié)能節(jié)材：輻射交聯(lián)法可以在常溫常壓下進(jìn)行，因而節(jié)約能源當(dāng)生產(chǎn)品種、規(guī)格變化時(shí)，輻射法料頭損失小，因而節(jié)約材料；此外，輻射法占地面積小，僅為化學(xué)交聯(lián)法的一半。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：輻照凝膠注模成形鐵基零件。

1、將溶劑甲苯與有機(jī)單體甲基丙烯酸β-羥乙酯（HEMA）按體積比3:7配制成均一穩(wěn)定的預(yù)混液；

2、將平均粒度50μm的鐵粉與預(yù)混液按體積比1:5配制成漿料，加入預(yù)混液重量的0.02%的分散劑油酸，配制成漿料；