金屬粉末非水基凝膠注模成形

1概述001
1.1膠態成形技術的發展001
1.2凝膠注模成形技術002
1.3凝膠注模成形技術的分類003
1.4凝膠注模成形技術的特性004
1.5非水基凝膠注模成形技術的研究進展006
1.5.1非水基凝膠體系的研究006
1.5.2凝膠機理的研究008
1.5.3應用領域的研究009
1.6凝膠注模成形存在的問題與發展方向009
參考文獻010

2凝膠體系的選擇013
2.1凝膠注模成形工藝機理分析013
2.2凝膠體系對單體的需求015
2.2.1單體聚合速率015
2.2.2長鏈的側基結構016
2.2.3聚合物排除017
2.2.4單體選擇019
2.3凝膠體系對溶劑的要求020
2.3.1形成溶液階段020
2.3.2單體聚合階段021
2.3.3凝膠開始階段022
2.3.4凝膠階段023
2.3.5膠體乾燥階段024
2.4凝膠體系對引發劑的需求024
2.4.1溶解性024
2.4.2引發劑的活性024
2.4.3引發劑的選擇025
2.5凝膠體系選擇總結027
參考文獻027

3新型非水基凝膠體系分析028
3.1聚合單體分析028
3.1.1單體對凝膠性能的影響028
3.1.2交聯劑對凝膠性能影響030
3.1.3凝膠溫度對凝膠性能的影響033
3.1.4聚合物排除研究034
3.2溶劑分析035
3.2.1溶劑對凝膠性能的影響036
3.2.2溶劑對坯體性能的影響037
3.2.3溶劑排除性能的研究038
3.3引發劑分析043
3.3.1引發劑對凝膠性能的影響043
3.3.2溶劑對引發劑的影響044
3.4新型非水基凝膠體系製備坯體性能研究046
3.4.1坯體力學性能046
3.4.2坯體的形狀複雜性047
3.4.3坯體的均勻性048
3.4.4坯體微觀形貌分析048
3.5凝膠體系分析049
參考文獻049

4凝膠注模成形工藝在鐵基材料中的應用050
4.1製備工藝050
4.1.1原料與凝膠體系選擇050
4.1.2凝膠注模工藝流程053
4.1.3性能測試054
4.2用凝膠注模成形工藝製備純鐵零件055
4.2.1燒結工藝055
4.2.2組織與性能055
4.3用凝膠注模成形工藝製備碳鋼零件057
4.3.1燒結工藝057
4.3.2組織與性能057
4.4凝膠注模成形工藝製備Fe-Cu-C合金零件060
4.4.1燒結工藝061
4.4.2組織與性能061
4.5凝膠注模成形工藝製備高氮鎳不銹鋼063
4.5.1燒結工藝063
4.5.2組織與性能063
參考文獻065

5凝膠注模成形工藝在銅基材料中的應用066
5.1銅粉凝膠注模成形的體系選擇066
5.1.1原料與工藝過程067
5.1.2料漿固相含量對成形坯體密度的影響068
5.1.3燒結制度的制定070
5.1.4燒結體的微觀組織與性能071
5.2工藝參數對材料性能的影響075
5.2.1單體含量的影響076
5.2.2單體/交聯劑比例的影響077
5.2.3引發劑含量的影響078
5.2.4分散劑含量的影響079
5.2.5溫度的影響080
5.3銅粉末非水基凝膠注模的燒結081
5.3.1坯體燒結制度的確定082
5.3.2燒結的影響因素分析083
5.4凝膠注模法製備銅錫多孔材料090
5.4.1凝膠注模成形銅錫多孔材料的工藝過程090
5.4.2凝膠注模銅錫多孔材料坯體性能103
5.4.3凝膠注模成形多孔CuSn材料的性能105
參考文獻109

6凝膠注模成形工藝在鋁基材料中的應用110
6.1鋁粉的凝膠注模成形110
6.1.1燒結過程分析110
6.1.2壓成形燒結鋁應用研究125
6.2凝膠注模成形製備泡沫鋁126
6.2.1製備工藝設計126
6.2.2發泡劑凝膠注模成形製備泡沫鋁134
6.2.3凝膠注模成形低溫發泡法製備泡沫鋁145
6.2.4凝膠注模成形高溫發泡法製備泡沫鋁153
6.2.5三種製備工藝的比較157
6.3凝膠注模成形製備多孔鋁銅合金158
6.3.1原材料與工藝過程158
6.3.2鋁銅合金燒結體的組織與性能163
6.3.3鋁銅合金燒結體的孔結構研究172
參考文獻178

7凝膠注模成形工藝在其它金屬材料中的應用179
7.1鈦與Ti-6Al-4V合金179
7.2TiAl合金182
參考文獻184

隨著材料學與高分子化學、膠體化學、生物酶化學、電腦學、微電子學等學科的相互滲透，新型成形技術得到迅速發展，為各種精密部件的製備提供了更多更有效的工藝手段。

凝膠注模成形技術是20世紀90年代初由美國橡樹嶺國家重點實驗室發明的材料濕法成形技術，將傳統陶瓷工藝和聚合物化學有機結合起來，是一種近淨成形工藝。該技術克服傳統成形的缺點，繼承其優點，成為一種獨具特色又極具前景的新型成形工藝，已經被應用於多種陶瓷材料體系。

隨著具有優異特性的粉末冶金材料的不斷實用化，製作複雜形狀金屬零件的需求日益強烈。為獲得具有預期性能與形狀的粉末冶金製品，粉末的成形工藝在粉末冶金的整個製作過程中尤為重要，必須成形出密度均勻、尺寸形狀精度良好的成形體，而且要求成形工藝簡單、成本低廉。由於凝膠注模成形工藝的諸多優點，人們逐漸開始把此工藝應用於粉末冶金生產工藝中金屬零部件坯體的成形工藝，並取得了一定的研究進展。但是，由於水基凝膠注模使用水作為溶劑，在用於金屬粉末成形時，很容易與粉末發生反應，從而嚴重影響燒結體的品質。而且原有的非水基體系應用於金屬粉末時存在工藝性不夠好，聚合物排除困難等缺點。因此，開發一種能夠適用於金屬粉末凝膠注模成形的凝膠體系，對於凝膠注模工藝廣泛應用於金屬粉末成形領域具有重要的意義。

本課題組自2003年以來一直致力於金屬粉末的非水基凝膠注模成形的研究，積累了一些經驗，取得了一些成果。現在將其總結出來，希望能夠為相關領域人員提供一定的參考與借鑒。

課題組先後有劉衛華、王聰聰、Karima、范濤等博士，史延濤、張秀麗、韓躍朋、高傑、王召利、袁海英、唐怡等碩士參與這項工作。本書的內容包含著他們的汗水與心血，在此對上述同學表示由衷的感謝。

金屬粉末非水基凝膠注模成形的專案得到了國家自然科學基金的支援（51274041），在此對國家自然科學基金委員會表示衷心的感謝！

書中的疏漏與不妥之處，懇請各位專家與廣大讀者不吝批評指正。

編著者
2016年11月