论文开题：利用明胶凝胶注模成形工艺研究

大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院：　机电学院　　　　　　　　　　　专业班级：08机制2班

课题名称 利用明胶凝胶注模成形工艺研究

1、本课题的的研究目的和意义：
通过本次设计，了解凝胶注模成形工艺过程及特点，国内外先进的金属粉末成形方法。掌握凝胶反应的机理，影响反应的各因素的影响机理。通过对凝胶注模不锈钢粉末过程中各影响因素的分析，研究不同粘结剂、不同分散剂、粘结剂含量、分散剂浓度、不锈钢粉末固相含量、溶液pH值等因素对浆料流变性和生坯机械性能的影响规律，达到优化工艺参数的目的。
2、 文献综述（国内外研究情况及其发展）：
凝胶注模成形(gelcasting) 由美国橡树岭国家实验室M. A. J anney 教授等于20 世纪90 年代初发明,是近年倍受关注的一种复杂形状陶瓷或金属部件近净尺寸的原位凝固成形方法。凝胶注模成形技术是传统胶态成形工艺与化学理论的结合,其构思是将有机单体与溶剂配制成一定浓度的预混液,金属或陶瓷粉末悬浮于其中制成低粘度、高固相含量的浓悬浮体,加入引发剂及催化剂之后,将这种浓悬浮体浆料注入非多孔模具中,在一定的温度条件下,有机聚合物单体交联聚合成三维网络状聚合物凝胶,并使粉末颗粒原位粘结而固化形成坯体。坯体经干燥
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后的生坯可以用电脑数值控制三轴铣床进行加工,可被用来制作浇铸用的模具。他们得到的烧结体密度最高为理论密度的91 %。Stanford 大学[12 ]也在Gelcasting 中采用MoldS2DF (mold shape deposition manufacturing) 模具方法成功地制备了氮化硅涡轮转子和不锈钢转子。
2．国内金属粉末凝胶注模成形技术的研究进展
我们采用最基本的Gelcasting 工艺的凝胶体系———水溶性丙烯酰胺凝胶体系。该体系以丙烯酰胺(AM) 为单体,N ,N2二甲基二丙烯酰胺(MBAM) 为交联剂。将这两种单体按一定的配比、质量浓度溶入适量去离子水中,配制成预混液。通过大量的对比实验,选择能够将浆料中的金属粉末有效悬浮分散的分散剂。将金属铁粉和适量的分散剂、消泡剂、增塑剂加入预混液中,调制成57 %固相含量的金属悬浮浆料。在浆体中加入适量浓度为30 %过硫酸铵溶液引发剂,搅拌均匀后真空除去内部气体,注浆入模(石膏<3010 球体模) ,模具内的料浆在引发剂和热作用下发生凝胶反应而固化成形,015 - 1h 后脱模得到坯体。坯体干燥后直接于真空管式炉中在1150 ℃、1200 ℃烧结115h , 可以看出,烧结体密度可达94 %以上,并且烧结体收缩均匀,形状保持很好。
3． 金属粉末凝胶注模成形的应用前景
金属粉末凝胶注模成形凭借其易成形复杂形状、大尺寸零件,模具成本低廉、成形坯体组分均匀、密度均匀、缺陷少、强度高、不需专门的脱脂工序、适用于多种金属粉末等独特优势,为金属制品的精密成形制备提供了一种低成本、高可靠性的工艺手段,在金属磁材、生物医学植入材料、金属基粉末冶金结构件、金属工艺品等生产领域具有广阔的应用前景。
(1) 在磁体生产的磁场成形过程中,磁粉在磁场中取向度的改善是提高永磁体磁性能的关键因素。Gelcasting 作为一种湿法无压成形工艺,可以降低磁粉转动阻力,使磁粉最大限度地排列在外磁场方向,提高磁取向度从而获得高的磁性能。并且Gelcasting 模具结构简单,便于各个方向外加磁场的设置,使设备成本降低。
(2) 多孔钛镍合金强度高、密度低、耐腐蚀性强,弹性模量与人骨弹性模量接近,生物相容性好,生物界面结合牢固,是较理想的生物医学植入材料。但是制备高孔隙度钛镍合金却比较困难。钛镍合金的传统生产工艺是熔铸法,但这种方法只能得到致密材料,而不能用于制备多孔体合金。Gelcasting 技术通过改变料浆的固相含量,可以获得高孔隙度、复杂形状、大尺寸的多孔钛镍合金人造骨材料。随着医学的发展和人们物质生活条件的提高,以人造骨材料解除病痛的方法将越来越多的被采用。因此,开展该研究具有很大的理论意义和实用价值。
(3) 对于金属基粉末冶金零件的成形(尤其是那些难成形的金属粉末如钛粉) ,传统的压制方法难以获得复杂的形状,而易于获得复杂形状的成形方法如热压铸或注射成形需加入质量分数高达20 %的蜡或其他有机物,脱脂过程繁琐,不适用于大尺寸零件,从而使较大尺寸、复杂形状金属基粉末冶金零件的制备成为难题。Gelcasting 适用于多种金属粉末,可以在较低成本的前提下同时满足大尺寸、复杂形状的要求,解决这个难题。
(4) 目前,金属工艺品多采用铸造或锻造的方法,这些方法或者以低精密度为代价保证低成本、或者以高成本换取高精密度,两者难以兼备。Gelcast2ing 可以利用价格低廉、便于获得复杂形状的石蜡、塑料等模具材料清晰地表现细节特征,并且对于常规材料成形过程不需要大型设备,操作简便,非常适合于工艺饰品的制作。因此,开展金属粉末凝胶注模成形技术研究具有很大的实用价值。

3、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：
1）进行调研和分析，查找相关资料，完成外文翻译5000字；
2）通过研究不同粘结剂和分散剂对溶液流变性和分散效果的影响，确定合适的凝胶体系；
3）通过研究各个工艺因素对浆料流变性和生坯机械性能的影响，确定合理的凝胶注模工艺参数
5）按规定格式和质量完成毕业论文。
4）根据实验结论，利用真空烧结制作形状较复杂的不锈钢零件；

4、拟解决的关键问题：
1) 不同粘结剂对浆料流变性和生坯机械性能的影响规律。
2) 不同分散剂对浆料流变性和生坯机械性能的影响规律。
3) 粘结剂含量对浆料流变性和生坯机械性能的影响规律。
4) 分散剂浓度对浆料流变性和生坯机械性能的影响规 ……（未完，全文共4758字，当前仅显示2403字，请阅读下面提示信息。收藏《论文开题：利用明胶凝胶注模成形工艺研究》）