كتب the sequence of basic steps in this process

وكما هو مشار إليه في السطور السابقة فإن مادة البدء الأولية تتألف عادة من محلول من ألوكسيدات المعادن في مادة كحولية مناسبة. تمتلك ألوكسيدات المعادن الصيغة العامة M(OR)x ويمكن اعتبارها إما على أنها مشتق كحولي ROH حيث R من المجموعة الألكيلية، وفيها يتم استبدال بروتون جذر الهيدروكسيل بآخر معدني؛ أو على أنها مشتق من هيدروكسيد معدني M(OH)x. يتم إضافة الماء لهذا المحلول إما في الحالة النقية المقطرة أو في الحالة الممددة بالكحول. يمكن أن تتم تفاعلات الحلمأة والتكثيف مع التحريك المستمر وعند درجات حرارة أعلى بقليل من درجة حرارة الغرفة (50-90 C) ومع تراكيز مناسبة من المواد المتفاعلة ودرجة pH كافية في المحلول، مما يقود لتشكيل سلاسل (حلقات) بوليميرية. لو أخذنا مثالاً عن معدن رباعي التكافؤ (على سبيل المثال M = Si) فإن التفاعلات ستكون:

تفاعل الحلمأة

تفاعل التكثيف

تقود أحياناً عملية البلمرة للمكونات المتشكلة عبر تفاعلات الحلمأة والتكثيف مع الربط البيني والمتقاطع للسلاسل البوليميرية إلى ازدياد ملحوظ في لزوجة مزيج التفاعل وفي إنتاج المادة الهلامية. يمتلك الجلّ شبكة صلبة مستمرة ومعامل مرونة على القص متناهي في الصغر. يستخدم عادة الفائض من الماء والكحول في التفاعلات بحيث يكون مقدار المادة الصلبة في الجلّ (أي محتوى المواد الصلبة في الجلّ) قليل قدر الإمكان وأقل من 5-10% من الحجم في أغلب الأحيان. يتألف ما تبقى من الحجم من سائل يجب إزالته قبل مرحلة الشي.

يمكن اعتبار مرحلة تجفيف المنتجات الهلامية من أكثر المراحل صعوبة واستهلاكاً للوقت في عملية التصنيع الكلية وبشكل خاص عندما يكون المطلوب الوصول إلى مواد أحادية البنية مباشرة من الجلّ. بشكل طبيعي يوجد السائل في قنوات دقيقة بقطر من رتبة ~2-50 نانومتر. ينتج عن إزالة السائل بالتبخير نتيجتان: تتولّد إجهادات شعرية كبيرة، ويحدث انكماش معتبر في الجلّ تحت تأثير الإجهادات الشعرية .

يجب أن لا ننسى أن المواد الناتجة على شكل جل ضعيفة البنية نوعاً ما، والتشقق والالتواء هي من المشاكل التي قد تحدث ما لم يتم أخذ الاحتياطات اللازمة. إذا تم التبخر بشكل بطيء بغية ضبط ضغط البخار في السائل فإن عملية التجفيف قد تأخذ عدة أسابيع في حالة جل ذي سماكة تقدر بعدة سنتيمترات. يفيد التعتيق قبل التجفيف في تمتين الشبكة في الجل وبالتالي تقليل مخاطر الانهيار . تم لحظ أن إضافة مواد كيميائية محددة إلى المحلول قبل بداية العملية يسرّع من عملية التجفيف بشكل معتبر . تتضمن هذه المركبات التي تسمى إضافات ضبط التجفيف الكيميائية (DCCA) الفورمأميد (NH2CHO)، أو الجليسيرول (C3H8O3)، أو حمض الأوكساليك (C2H2O4). وبينما يعتبر دورها في عملية التجفيف ليس بواضح، من المعروف أنها ترفع قساوة (وكذلك متانة) الجل. لكنها على الطرف المقابل قد تسبب مشاكل خطرة خلال مرحلة الشي لأنه من الصعب إحراقها. استخدام التجفيف فوق الحرج هو بحث آخر، حيث يتم تجنب المشاكل المتعلقة بالإجهادات الشعرية عبر إزالة السائل من المسامات عند قيم درجة حرارة وضغط أعلى من القيم الحدية . يحتوي الجل على الرغم من مرحلة التجفيف على مقدار صغير من الماء الممتزّ والزمر العضوية مثل زمر الألكيل المتبقية والمثبتة كيميائياً إلى السلاسل البوليميرية. يتم إزالتها عادة عند درجة حرارة أقل من ~500 C وذلك قبل مرحلة التكثيف عند درجات حرارة أعلى من ذلك. يحدث هذا التكاثف عادة عند درجات حرارة أقل بكثير من تلك المطلوبة لصنع مادة مكافئة عبر طريقة تصنيع أكثر عمومية (كعملية تلبيد المساحيق). ينتج هذا التكاثف عند درجات حرارة أقل من المعتاد بسبب الطبيعة اللابلورية للجلّ والمسامية الدقيقة جداً. على كلّ، إن تبلور الجلّ قبل حصول تكاثف ملحوظ يمكن أن يقلل بشكل حاد من سهولة عملية التلبيد .