ریخته‌گری ژلی
تاریخچه

فرایند ریخته‌گری ژلی اولین بار در گروه فراوری سرامیک در بخش فلزات و سرامیک در آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL)، توسط Omatete و Janney طی دهه ۱۹۹۰ انجام شد. آزمایشگاه ملی اوک ریج یک مرکز علمی فدرال در ایالت تنسی آمریکا است. این مرکز یکی از ارکان پروژه منهتن بود. 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. این آزمایشگاه در حومه شهر ناکسویل قرار دارد و ۴۶۰۰ نفر در استخدام دارد.
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 می‌کند.
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. ریخته‌گری ژلی فناوری نزدیک به شبکه است. 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 شود.
سیستم‌های سنتی تر ریخته‌گری ژلی بدون عیب نیست، زیرا عموماً مبتنی بر آکریلامیدها هستند، که نوروتوکسین‌های قوی به‌شمار می‌آیند. در نتیجه، تلاش شده‌است تا از عوامل ژل کننده با خطر کم‌تر مانند موارد استفاده شده در صنعت مواد غذایی استفاده شود.
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. با پلیمریزاسیون درجا این پلیمر منجر به تشکیل ژلی سه بعدی می‌شود که ذرات سرامیکی را به دام می‌اندازد.
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 شده‌است. 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 گرفته‌اند.
آلژینات نوعی پلی ساکارید ژل دار است. 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 کرد.
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.
کاراگینان‌ها پلی ساکاریدهای غیرآگاروئیدی با استحکام ژل بالا هستند و هزینه آن حداقل یک مرتبه از اندازه کمتر از آگارز است