سل- ژل عبارت است از سوسپانسیون ذرات معلق جامد در مایع که شکل خود را حفظ می­ کند
پیش ماده­های مناسب در تشکیل کلوئید عبارتند از: آلکوکسیدهای فلزی، آلکوکسی سیلان­ها مانند تترامتوکسی سیلان (TMOS) و تترااتوکسی سیلان (TEOS^[1])، آلومینات­ها، تیتانات­ها، کمپلکس­ها، بورات­ها، کلریدها، اکسوکلریدها، نیترات­ها و غیره.
مراحل فرایند سل ژل عبارت است از:
مخلوط کردن پیش ماده­ها
اولین گام در فرایند سل- ژل تشکیل یک محلول همگن می­باشد. تهیه­ محلول همگن که از حل کردن پیش سازهای مناسب در یک حلال مناسب. آلکوکسیدهای فلزی در آب و بسیاری از حلال­های دیگر انحلال ناپذیراند و باید در حلال­های دیگر مثل الکل­ها حل شوند. بنابراین انتخاب حلال مناسب از اهمیت برخوردار است.معمولاً حلال مورد استفاده، بخشی از ساختار نهایی ژل را تشکیل می­دهد، بنابراین انتخاب حلال بر روی خصوصیات محصول، به ویژه سطح ویژه آن تأثیر می­ گذارد.

فرایند آبکافت و شکل دهی (تشکیل سل)
با بهره گرفتن از فرایند تغلیظ یا افزایش ناگهانی pH، فرایند آبکافت و متراکم شدن ترکیبات آلکوکسی فلزات آغاز
می­ شود. سرعت آبکافت و تراکم از جمله پارامترهای مهم دیگری است که خواص محصول نهایی را تحت تأثیر قرار می­دهد. با بهره گرفتن از آبکافت آهسته­تر و کنترل شده­تر، ذراتی با اندازه­ کوچکتر تشکیل می­ شود.
سرعت­های آبکافت و تراکم به عوامل زیر بستگی دارد:
الکترونگاتیوی اتم­های فلزی
گروه الکوکسی
نوع حلال
ساختار مولکولی آلکوکسید فلزی
ژل شدن
فرایند آبکافت آلکوکسید به طور همزمان با فرایند متراکم شدن همراه است. سرعت تراکم و مکانیسم آن با pH و نوع کاتالیزور تغییر می­ کند. معمولاً سرعت آبکافت در pH های کم، بالا است و این در حالی است که سرعت تراکم با افزایش pH افزایش می­یابد. واکنش متراکم شدن در pH کمتر از ۵٫۱، متوقف می­ شود و محصولات با زنجیره­ی کوتاه تشکیل می­ شود. میزان آب در دسترس برای سینتیک فرایند تراکم، همانند فرایند آبکافت یک پارامتر مهم است.
عمل آوری
این اصطلاح برای رشد پیوندها، بعد از نقطه­ی ژل شدن به کار می­رود. تغییرات ساختاری بعد از تشکیل ژل تمام
نمی­ شود و پایداری تکمیلی ماتریکس در طول دوره­ رشد اتفاق می­افتد. در واقع در مرحله­ عمل­آوری محیط واکنش این فرصت را پیدا می­ کند تا زنجیره­های واکنش آبکافت را کامل کند. ممکن است این فرایند بیشتر از یک هفته نیز به طول بانجامد. این زمان طولانی باعث می­ شود تا از ترک خوردن سطوح جلوگیری شود زیرا تغییرات ناگهانی تبخیر حلال و یا شوک دمایی باعث ایجاد ترک بر روی سطوح ژل و در نتیجه تغییر ساختار آن می­ شود.
خشک کردن
این مرحله به دلیل تغییرات بسیاری که در ساختار ژل رخ می­دهد، بسیار پیچیده است. مواد باقیمانده­ی واکنش­های بالا شامل آب، الکل، حلال و آلکوکسیدهای ناشی از آبکافت ناقص می­باشند.
مواد باقیمانده­هایی که به طور فیزیکی جذب ژل شده ­اند، در مرحله­ خشک شدن برداشته می­شوند. اما مواد زائدی که به صورت شیمیایی پیوند برقرار کرده ­اند، در ساختار ژل باقی می­مانند. فرایند خشک کردن به چهار مرحله­ مجزا تقسیم می­ شود:
مرحله­ با سرعت ثابت
نقطه­ی بحرانی
اولین مرحله­ کاهش سرعت
دومین مرحله­ کاهش سرعت
در هر یک از این مراحل، ژلی با ویژگی­های منحصر به فرد بدست می ­آید. هنگامی که خشک کردن در شرایط عادی انجام گیرد، شبکه­ ژل در اثر فشار موئینگی جمع می­ شود، این محصول هیدروکسیدی به دست آمده زروژل نامیده می­ شود.
آب زدایی یا تثبیت شیمیایی
در مرحله آبگیری، گروه ­های M-OH واقع در سطح ژل از بین می­رود. این مرحله باعث ناپایداری ژل می­ شود. معمولاً برای پایداری ژل و نیز رسیدن به اکسید فلز، ژل را تا دماهای ۸۰۰ درجه سانتیگراد کلسینه می­ کنند.
متراکم کردن
این مرحله شامل متراکم سازی و تخریب ژل در دماهای بسیار بالا ( ۸۰۰ درجه سانتیگراد) است. در این مرحله حفرات شبکه و نیز مواد آلی باقیمانده در ژل از بین می­رود. این مرحله عموماً برای ساخت سرامیک­ها و یا شیشه­های بسیار متراکم به کار می­رود [۲۸٫۲۹٫۳۰].
شکل (۲-۲). طرح شماتیکی از خلاصه­ی فرایند سل- ژل
پارامترهای موثر بر روی سرعت واکنش در روش سل- ژل
دما
pH سیستم
غلظت واکنش گرما
ماهیت و غلظت کاتالیزور
نوع حلال و قطبیت حلال
نسبت گروه آلکوکسید به آب
زمان واکنش و درجه حرارت عمل­آوری
درجه حرارت خشک کردن و عملیات حرارت
عوامل کمپلکس دهنده بازدارنده و نسبت آنها
مزایای تکنیک سل ژل
عدم نیاز به تجهیزات گران قیمت
ساخت محصولات با درجه خلوص بالا
درجه بالای همگن شدن به دلیل انجام واکنش در محیط مایع
تنوع محصولات تولیدی