موضوع مقاله: ریخته‌گری ژلی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # ریخته‌گری ژلی | مقدمه: ریخته‌گری ژلی فرایندی برای تولید مواد سرامیکی و پلیمری است که در حوزه روش‌های حجم- ثابت برای فرآوری سرامیک‌ها دسته‌بندی می‌شود. | ## بخش 1: ریخته‌گری ژلی | عملکرد سیستم های جدید حداقل مانند عملکرد اصلی و در بعضی موارد بهتر از سیستم اصلی مبتنی بر آکریل آمید است. این فرایند یک روش جدید برای ساخت سرامیک های متخلخل و متراکم و ساختار های فلزی از طریق پلیمریزاسیون است. این روش شکل دهی دوغاب سرامیکی را از طریق پلیمریزاسیون مونومرها امکان پذیر می سازد. این مرکز با بودجه سالیانه مازاد بر ۱٫۶۵ میلیارد دلار در سال، یکی از پر سابقه‌ترین موسسات علمی در تاریخ کشور آمریکا محسوب می‌شود. فراوری تولید ریخته‌گری ژلی بر اساس تلفیق ایده‌هایی است که از سرامیک‌های سنتی و شیمی پلیمر نشات می‌گیرد و اصل کلی این است که مونومرها در برابر تشکیل پلیمرها واکنش نشان می‌دهند و یک شبکه سه بعدی ایجاد می‌کنند که ذرات معلق را به شکل دلخواه منجمد می‌کندJ. ریخته‌گری ژلی یک روش فرآوری کلوئیدی کاملاً حجم-ثابت برای ساخت قطعات سرامیکی با کیفیت بالا و شکل پیچیده با استفاده از متبلور کردن درجا است که از طریق آن یک شبکه ماکرومولکولی ایجاد می‌شود تا ذرات سرامیک را کنار هم نگه دارد. در طول ریخته‌گری ژلی، شبکه ژل ماکرومولکولی ناشی از پلیمریزاسیون درجا از مونومرهای آلی است که به سوسپانسیون‌ها اضافه می‌شود تا ذرات سرامیک را کنار هم نگه دارد، و ذرات قوی ژل می‌تواند قدرت کافی برای تحمل وزن خود را ایجاد کند و بنابراین بدون اعوجاج شکل بکار برده شودJ. سیستم‌های سنتی تر ریخته‌گری ژلی بدون عیب نیست، زیرا عموماً مبتنی بر آکریلامیدها هستند، که نوروتوکسین‌های قوی به‌شمار می‌آیند. معیار طبقه‌بندی ریخته‌گری ژلی بر اساس ماهیت ژل، محیط آبی یا غیر آبی و سازوکار ژل ارائه شده‌است که می‌تواند منشأ شیمیایی یا حرارتی باشد. اولین سیستم ریخته‌گری ژلی بر اساس آکریل آمید به عنوان یک مونومر اصلی و ان- متیلن بیس آکریل آمید به عنوان یک اتصال دهنده عرضی مورد استفاده قرار گرفت. | ## بخش 2: ریخته‌گری ژلی | استفاده از آکریل آمید با توجه به سمیت آن به تدریج رو به کاهش است و پژوهش‌ها جهت یافتن ماده ای غیر سمی یا کم سمی برای انواع مواد سرامیکی جهت کاهش خطرات عملیاتی و آلودگی محیط زیست گزارش شده‌استM.A. 81 (1998) 581–591, بنابراین بسیاری از مونومرهای مصنوعی، همچنین بسیاری از بیوپلیمرها و پلیمرهای طبیعی شامل پروتئین‌های حلقوی مانند آلبومین، آلبومن (به عنوان مثال سفیده تخم مرغ)، آگار و آگاروز، ژلاتین، کاراگینان، کیتوزان و آلژینات سدیم پیشنهاد شده و مورد آزمایش قرار گرفته‌اندY. آلژینات می‌تواند در آب در دمای اتاق حل شود و تحت ژلاسیون شیمیایی قرار گیرد و یک شبکه سه بعدی (3D) در حضور کاتیون‌های چند ظرفیتی (به عنوان مثال کلسیم) در اثر افزایش دما پس از ریخته‌گری ایجاد کند. در دمای اتاق حلالیت کم و در دمای بالاتر از ۶۰ درجه سانتیگراد حلالیت زیادی دارد؛ بنابراین می‌توان فرآیند ریخته‌گری ژلی را از طریق میزان گرمایش و دمای نهایی کنترل کردJ. ژلاتین یک پلیمر پروتئینی است که از آمینواسیدهای مختلفی تشکیل شده‌است و می‌تواند به سرعت در دمای نسبتاً کم (حدود ۴۰ درجه سانتیگراد) حل شود و در ۱۵–۲۰ درجه سانتی گراد ژل شود. یک فرایند ژلاسیون با استفاده از ژلاتین و کاتالیز آنزیم برای تشکیل یک بدنه خام سرامیکی توسعه داده شده‌است. اوره می‌تواند از ایجاد پیوند هیدروژنی بین ملکول‌های ژلاتین هنگامی که محلول ژلاتین داغ سرد می‌شود جلوگیری می‌کند. این فرایند می‌تواند از افزایش ویسکوزیته قبل از ریخته‌گری جلوگیری کند؛ همچنین فرایند برای دستیابی به ریزساختارهای همگن در بدنه خام به راحتی کنترل می‌شود. بدنه‌های خام تهیه شده با فرایند ریخته‌گری ژلی دارای ریزساختار یکسان مانند سوسپانسیون‌های پیش ساز هستند، به طوری که همگنی ساختار و قابلیت اطمینان سرامیک‌ها بهبود می‌یابد. طبق تصویر روبرو در حین ریخته‌گری ژلی، پودرهای سرامیکی در یک محلول آبی پراکنده می‌شوند که حاوی یک مونومر، اتصال دهنده عرضی، آغازگر رادیکال‌های آزاد و کاتالیزور است و یک دوغاب سیال و قابل ریخته‌گری تشکیل می‌دهد. | ## بخش 3: ریخته‌گری ژلی | دوغاب در قالب مناسب طراحی شده ریخته و پلیمریزاسیون درجا می‌شود تا ژل آب-پلیمری ایجاد شود که ذرات پودر سرامیک پراکنده را در شکل حفره قالب بی حرکت می‌کند. قسمت ژل شده در حالی که هنوز مرطوب است از قالب خارج می‌شود و سپس قسمت ژل مرطوب در شرایط کنترل شده به صورت بدنه خام خشک می‌شود. کاربرد ریخته‌گری ژلی ۱- تهیه سرامیک‌های متخلخل: اهمیت مواد متخلخل سرامیکی بطور مداوم در حال افزایش است، زیرا انواع کاربردهای جالب توجه مانند فیلتراسیون فلزات مذاب، عایق حرارتی در دمای بالا، پایه واکنشهای کاتالیزوری، فیلتراسیون دارای ذرات ریز از گازهای خروجی موتور دیزل و گازهای خورنده داغ در انواع مختلف فرآیندهای صنعتی و داربست برای جایگزینی استخوان را دارا می‌باشدJ. آنها در بسیاری از زمینه‌های کاربردهای مهندسی، از جمله فیلتراسیون گازهای با درجه حرارت بالا، فیلتراسیون فلزات مذاب و دستگاه‌های پزشکی، بیشتر و بیشتر مفید می‌شوند. ۱–۲- ساخت سرامیک‌های متخلخل با منافذ کوچک: روش کف سازی و روش اسفنجی می‌تواند سرامیک‌هایی با تخلخل زیاد و منافذ بزرگ حتی تا چند صد میکرومتر تهیه کند. در حین ساخت سرامیک متخلخل با افزودن یک مرحله فداشونده که اندازه منافذ به قطر فاز فداشونده بستگی دارد، تخلخل معمولاً کمتر از ۵۰٪ است و توزیع منافذ در بدنه سرامیک همگن نیست. سرامیک‌های متخلخل با منافذ کوچکتر مقاومت خمشی بهتری نسبت به سرامیک‌های دارای منافذ بزرگتر در یک تخلخل معادل نشان می‌دهند. 16 (2009) 393–400, مزایای ریخته‌گری ژلی ریخته‌گری ژلی بسیاری از محدودیت‌های مرتبط با روش‌های شکل‌گیری، مانند قالب‌گیری تزریقی (به عنوان مثال، زمان طولانی از بین بردن چسب و/ یا تولید عیب در هنگام حرارت زدایی چسب) و ریخته‌گری لغزشی (به عنوان مثال، نرخ ریخته‌گری کند، مقاومت ناکافی برای ماشینکاری خام) را دارا نمی‌باشد. | ## جمع‌بندی | ارائه زمان کوتاه شکل‌دادن برای ساخت اشکال پیچیده، بازده بالا، ظرفیت خام بالا و ماشینکاری کم هزینه از مزایای آن نسبت به روش‌های دیگر شکل دهی استJ.