什么是直接凝固注模成型 Direct Coagulation Casting技术的优点

1991年，瑞士苏黎世联邦高等工业学院Gauckler L J实验室把生物酶技术与胶体化学和陶瓷工艺学相结合，发明了直接凝固注模成型技术(Direct Coagulation Casting, DCC)。该方法的基本原理是利用生物酶催化反应来控制陶瓷浆料的pH值和电解质浓度，使其在双电层排斥能最小时依靠范德华力而原位凝固。首先将生物酶和底物在低温下加入陶瓷浓悬浮体中，此时生物酶处于惰性，几乎不与底物反应，然后将悬浮体升温到25〜50°C,酶的活性被激发，与底物反应将悬浮体的pH值调节至等电点或增加悬浮 体的内部离子强度压缩颗粒表面双电层，使颗粒靠范德华引力而发 生原位固化，凝固的坯体有足够的强度可以脱模。

陶瓷粉体的表面带电状态与浆料的pH值及电解质浓度有关，当pH值接近等电点或电解质浓度较高时，双电层厚度较小，颗粒表面&电位降低，双电层排斥能减小，此时范德华引力起着主导作用。若浆料的固含量较低，则产生大的团聚体；而对于固含量较高的浆料（＞50wt%）,陶瓷浆料将产生凝固。可以看出，当盐浓度较低的情况下，在pH<7或ph>10时悬浮体均稳定存在；而在等电点或盐浓度大于0.2mol/L时，在任一pH值下悬浮体都显示固相的特征。

DCC成型利用上述原理，在高固相含量的陶瓷浆料中加入某些可发生化学反应的物质，浆料注模后，通过提高温度等手段使发生反应，浆料pH值变为等电点或增加电解质浓度，使浆料凝固, 转变成固态的坯体。

与其它胶态成型方法相比，直接凝固注模成型最显著的优点是有机添加剂的量很少（小于1%）,可以免去脱脂步骤。另外，直接凝固注模成型所用陶瓷浆料的固含量较高，通常高于55%（体 积分数），素坯相对密度较高（55%〜70%）,且显微结构均匀，缺陷极少，陶瓷素坯在整个成型和烧结过程中尺寸和形状变化很小。该方法可以成型大尺寸复杂形状陶瓷部件，可用塑料、金属 等非吸水性模具，易于清洗，且无高温高压等特殊要求。因此DCC成型技术是一种先进的、具有广泛应用前景的成型方法，到目前为止，DCC技术已被成功地运用于Al2o3、Si3N4、ZrO2、SiC等陶瓷的成型。直接凝固注模成型的缺点是素坯强度较低。

直接凝固注模成型的技术关键有两个，一是高固含量、低黏度陶瓷浆料的制备，二是酶催化凝固反应的选择和控制。在普通的湿法成型工艺中，为得到高固含量、低黏度的陶瓷浆料，常采用添加分散剂的方法。而在DCC的陶瓷浆料中，若选择分散剂不当会将酶催化剂杀死，使酶催化反应无法进行。因此选择分散剂一定要慎重，通常乳酸、酒石酸、柠檬酸、苹果酸等羟基酸与生物酶的相容性较好。但要注意加入分散剂后粉体的等电点会发生偏移，因此凝固反应的选择也要进行相应调整。酶催化凝固反应的选择需基于陶 瓷浆料双电层。电位与pH值的关系及等电点的位置。对固化过程的控制也十分重要，若催化反应过快，可能使浆料在未注模前就发生凝固，而无法成型；若催化反应过慢，则浆料在固化前可能已发生絮凝，影响最终素坯的结构和性能。通过适当控制酶催化剂的加入量、反应的温度和时间等因素可有效地控制固化反应3〕。