فرآوری سرامیک ها ( جزوه ی کامل )

[zeinab68]

فرض : ذره ای داریم که به دلایلی دارای سطح باردار است . اگراین ذره در محیط مثلاَ آبی قرار گیرد یون های با بار مخالف را جذب می کند و در نزدیکی سطح ذره ،لایه جذب شده متراکم تر است و هر چه از سطح ذره دور می شویم تراکم لایه ذرات جذب شده (با بار مخالف )کمتر خواهد بود. می توان نمودار پتانسیل الکتریکی را به ازای فاصله از ذره رسم نمود.

پتانسیل در سطح ذره Max است و بیش ترین جذب یون های مخالف در سطح ذره صورت می گیرد.با فاصله گرفتن از سطح پتانسیل کاهش می یابد.
صفحه ای را که از آن جا به بعد یون های جذب شده به ذره خیلی مقید نیستند و می توانند حرکت کنند این صفحه را، صفحه لغزش گویند و پتانسیل این صفحه را پتانسیل زتا می نامند.

 

[zeinab68]

اهمیت و اثر rε بر پتا نسیل زتا و ضخامت لایه موثر چیست؟
- به علت وجود نیروی واندروالس اگر ذرات به هم نزدیک شوند ،به یکدیگرمی چسبند و آگلومره تشکیل می دهند و سنگین شده و ته نشین می گردند برای جلوگیری از آن باید پایدار سازی صورت بگیرد .
پایدارسازی الکترواستاتیک بدین صورت است که با ایجاد ابریونی در دور ذره، چون ذرات در اطراف خود دارای ابر یونی با بارهم نام می شوند،خیلی نمی توانند به هم نزدیک شوند لذا یکدیگر را دفع می کنند و در نتیجه نیروی واندروالس نمی تواند اثر کند.
پتانسیلی که باعث جدا شدن ذرات از هم می گردد باید حتما دافعه ای باشد تا از نیروی جاذبه ای واندروالس جلو گیری کند.
مکانیزم پا یدارسازی steric نیز باید به صورت دافعه ای باشد ولی دافعه در این جا از نوع دافعه الکترواستاتیکی نخواهد بود بلکه از نوع دافعه فیزیکی است (یا مکانیکی ) به این صورت که اگر پلیمرهای زنجیره ای را به صورتی به ذرات متصل کنیم که ازسر به ذره بچسبد لذا این رشته ها دراطراف ذرات قرار می گیرند و مانع نزدیک شدن ذرات به هم می شوند.

 

[zeinab68]

جمع جبری پتانسیل ها در سیستم نشان دهنده ی این است که پتانسیل و سیستم جذبی است و یا دفعی و آیا سیستم پایدار است یا خیر؟

اگر میزان دافعه بیش از جاذبه باشد لذا vt دافعه ای خواهد بود و در نتیجه سیستم می تواند پایدار شود وبالعکس
عوامل مهم و موثر در پایدار سازی :
1-غلظت
2-دما
3- نوع مایع
4-PH
-5 ظرفیت ونوع یون عامل (یونی که پایدار سازی انجام می دهد)
هر چه ضخامت لایه موثر بیشتر باشد، دافعه ی بیش تری نیز دارد و لذا پایداری بیش تری نیز خواهد داشت.
(استفاده از یون Na باعث افزایش ضخامت لایه مضاعف می شود و آن را کم می کند زیرا یون Ca بار کمتری دارد وباید به مقدار بیش تری برای خنثی کردن بار ذره به ذره بچسبد.)

 

[zeinab68]

ویسکوزیته یک مایع با تعداد ذرات یکسان ،در حالت دی فلوکولانت با حالت فلو کولانت متفاوت است.چرا؟
با توجه به بحث های جلسه ی قبل ،می دانیم که ذرات در مایع ،مقداری از مایع را به خود جذب می کنند، لذا هر چه ذره ریزتر باشد ،چون سطح بیش تری دارند ،در کل مقدار مایع بیش تری را جذب می کند و لذا ذرات ریز تر،حجم مایع را سریع تر و زود تر نسبت به ذرات درشت تر پر می کنند حال اگر ذرات ریز تری داشته باشیم که دی فلو کولانت شده اند، این ذرات تمام فضای مایع را پر می کنند،در نتیجه کانال های بین ذرات کوچک خواهد شد و گرانروی زیاد می شود ولی اگر به هم جذب شوند درشت تر می گردند و کانال های بین ذرات باز تر می گرددو لذا گرانروی کم می شود.
​

عکس این مطلب هم می تواند صادق باشد ،پس به نظر شما جواب چیست؟

 

[zeinab68]

کاربردهای مهم افزودنی های پليمری در پروسسينگ سراميکها
بايندر -
پلاستی سايزر -
ديسپرزانت -
حلال

Binders:

Inorganic : انواع رس ها
1-کلوئیدی:
Organic : سلو لز مایکروکریستالین، Vinyl


Inorgani :سیلیکات سدیم ،آلومینات سدیم
2-مولکلی :
organic: در Advanced ceramic ها مهم هستند . (نوع سنتزی گران

تر و دارای پسماند کمتری است .

 

[zeinab68]

خواص مورد نياز بايندرها
-راحت بسوزد و خارج شود.
-استحکام خام بالا بدهد.
-قابل حل در حلال مناسب و پايداری در محلول.
-ارزان باشد.
سوختن بايندر
با افزايش حرارت،پليمر تجزيه شده و در دمای خاصی از سيستم خارج شود.
بعد از سوختن پسماند کمی به جا بگذارد.
گاهی ممکن است با سطح ذرات ريز واکنش کرده و ديرتر از سيستم خارج شود.
در عمل جهت جلوگيری از خروج ناگهانی گازها و ايجاد ترک،سعی می کنند تا از بايندرهای گوناگون استفاده کنند. (پلی اتيل متااکريليت:محدوده تبخير600 – 150 )
در قطعات بزرگ مشکل سوختن را داريم.راه حل؟
چند راه حل
استفاده از هوای فشرده)البته سرعت سوختن نبايد خيلی بالا باشد تا قطعه ترک نخورد(
استفاده از منگنز يا پالاديم در حد 100 ppm تا فرآيند اکسيد شدن را تسريع کنند.
استفاده از بايندرهای خود اکسيد شونده)نيترات سلولز محلول در اتيل استات يا متانول (

 

[zeinab68]

استحکام
ذرات را به خوبی بهم بچسباند.
بين خود چسب،چسبندگی بالالايی وجود داشته باشد.
با افزايش بايندر،استحکام و چسبندگی افزايش می يابد.
بهترين چسبندگی از پيوند هيدروژنی حاصل می شود.
حل کردن بايندرها
حل کردن بايندر،يعنی غلبه بر پيوند قطبی يا غير قطبی بين مولکولها
برخی از بايندرها جهت افزايش قابليت انحلالال تحت عمليات سطحی قرار می گيرند.
عموما بايندرهای قطبی در حلالال های قطبی و بايندرهای غيرقطبی در حلال های غير قطبی حل می شوند.
جهت انحلالال بايستی مولکول حلالال توانايی گسستن پيوندهای بين مولکولهای بايندر را داشته باشد.
در تمامی پروسه ها بجز قالب گيری تزريقی و ريخته گری تحت فشار،بايندر در يک مايع محلول و ديسپرز می شود.

 

[zeinab68]

آشنايی با چند نوع بايندر پليمری

نوع وينيلی

پيوند درون زنجيره ها c-c است و گروههای شاخه ای H و OHوجود دارند پس حلاليت در آب داريم . OH با سطح ذرات پيوند هيدروژنی می دهد و چسبندگی بالالا می رود.

نوع سلولز

-نسبت به نوع وينيلی انعطاف کمتری دارند پس مولکول پيچ نمی خورد و بزرگتر است.

-نشاسته:چسب طبيعی و نامحلول در آب سرد

-سديم کربوکسی متيل سلولز:يک چسب آنيونی جهت افزايش ويسکوزيته و کنترل خواص *****اسيون سراميکهای سنتی

-صمغ های طبيعی:مشتق شده از گياهان و دارای شاخه های پليمری پيچيده

-ليگنوسولفانات ها:در پروسه های سولفاتی استفاده می شوند.به عنوان ديسپرزانت های ارزان قيمت هستند.

واکس ها و گليکل ها

واکس های معمولی مثل پارافين مشتق شده از نفت هستند.

پارافين ها:مخلوطی از هيدروکربن های اشباع شده هستند که تمايل به تبلور صفحه ای يا سوزنی شکل دارند.

استرها،اسيدها و الکل ها:نسبتا سخت هستند و نقطه ذوب نسبتا بالالايی دارند)حدود 90 درجه سانتی گراد(

موم:مخلوط پيچيده استری که نسبت به واکس های گياهی نقطه ذوب پايين تری دارد.

PEG : نوع وزن مولکولی پايين دارای ويسکوزيته مايعی پايدار با گرما و نوع وزن مولکولی بالا ،واکس های جامدی هستند که به عنوان بايندر و روانساز استفاده می شوند.

 

[zeinab68]

عوامل موثر برTg بايندر

هر چه شاخه های پليمری بايندر سفت تر باشند،در اثرحرکت زنجيره ها مقاومت کرده و باعث افزايش Tg می گردند.

هر چه شاخه های پليمری بايندرقطبی تر و استحکام پيوند بين آنها بيشتر ، Tg بیشتر

هر چه وزن مولکولی بايندر بيشتر ، Tg بیشتر

هر چه ميزان شبکه سه بعدی بهم پيوسته بيشتر ، Tg بیشتر

 

[zeinab68]

پلاستی سايزر

مواد آلی دارای وزن مولکولی کمتر از بايندر هستند و با نفوذ بين مولکول های بايندر و شکستن آنها باعث نرم شدن و کاهشTg بايندر می شوند.

معمولا در همان حلالی حل می شوند که بايندر در آن حل می شود.

عموما سه برابر چسب استفاده می شود.

در بسياری موارد دارای توان بالايی برای حل کردن پليمر ها هستند.

فراريت آنها کمتر از حلال های آلی است.

پلاستی سايزری انتخاب می شود تاTg بايندر را هنگام کار به زير دمای اتاق ببرد.

 

[zeinab68]

چند نکته

در ريخته گری نواری نقش مهمی دارند.

هر چه وزن مولکولی پلاستی سايزر بالاتر،توانايی کاهشTg بايندر بيشتر.

عموما از دو پلاستی سايزر استفاده می کنند تا فضای بين مولکول های بايندر را پر کنند.

برخی اوقات عمل مخلوط بايندر و پلاستی سايزر در خلا انجام می شود تا از حبس هوا جلوگيری شود.

پلاستی سايزر،سوختن بايندر را تسهيل می کند.

پلاستی سايزرعموما باعث کاهش استحکام نيز می شود.

 

[zeinab68]

چند مثال از پلاستی سايزرها

از پلاستی سايزرهای محلول در آب می توان به گليسرين ، PEG، پلی پروپيلن گليکل و پروپيلون گليکل اشاره

کرد که برای چسب های خاصی مناسبند مثلPVA ، متیل سلولز ، هيدروکسی اتيل سلولز و پلی اکريل آميد

بسياری از پلاستی سايزرها نه تنها برای مولکول های بايندر که برای بايندرهايی با ذرات کلوئيدی نيز استفاده

می شوند.مثلا گليسرين واتيلن گليکل در بدنه های رسی نقش پلاستی سايزر را بازی می کنند.

 

[zeinab68]

ديسپرزانت

وظيفه اصلی جلوگيری از تشکيل آگلومره هاست.

ديسپرزانت با جداسازی ذرات در سوسپانسيون سراميکی،ميزان ماده جامد و رفتار جريانی را افزايش می

دهد.
هر چه ذرات ريزتر،سطح بيشتر،جاذبه بين ذرات بيشتر،ديسپرزانت بيشتر

عملکرد ديسپرزانت ها

اگر ديسپرزانت بهتر عمل کند:

1) رسوب کمتر

2) کاهش ويسکوزيته

3) ماده جامد بيشتر

4) دانسيته خام بيشتر

پليمرهای دارای وزن مولکولی کم معمولا به عنوان ديسپرزانت عمل می کنند.

 

[zeinab68]

حلال ها

خواصی که حلال ها بايد داشته باشند:

توانايی حل کردن افزودنی های ديگر

در ميزان ماده جامد بالا،ويسکوزيته کمتر

تمايل کم به تشکيل حباب ها حين آسياب

سرعت تبخير بالا

مسائل امنيتی(عدم شعله وری-غير سمی بودن)

هزينه پايين

فقدان حمله شيميايی به پودر سراميکی

در بسياری موارد جلوگيری از تشکيل آگلومره

پلی وينيل پيروليدون( PVA )

پليمری شامل گروههای آميدی

محلول در آب

پايدار حرارتی

پسماند بسيار کم بعد از سوختن

با توجه به وزن مولکولی پايين در رطوبت های بالا به عنوان پلاستی سايزر عمل می کند.

کاربردها

در تشکيل فيلم های نازک بدون ترک مثل BaTiO3 ، TiO2 ، CeO2

به عنوان ديسپرزانت در تشکيل ممبران های رشته ای باريک آلومينا و هيدروکسی آپاتيت

به عنوان بايندر در ريخته گری نواری محلول آبی پايه آلومينايی

مثال

در تحقيقی که از PVA به عنوان بايندر در کامپوزيت آلومينا/زيرکونيا استفاده شد،در مقايسه با ديگر بايندرها

بالاترين استحکام (634MPa)و بالاترین دانسیته (99.7%) حاصل شد .

 

[zeinab68]

پلی اورتان

در تحقيقی ديگر اثر بايندر پلی اورتان بر خواص آلومينای پرس خشک شده بررسی و نتايج زير حاصل شد:

افزايش استحکام

بسته به غلظت بايندر ( 5-1 ) درصد وزنی،استحکام کششی (7-1.6) و خمشی ( 12.2-2 (MPa

عامل کنترل کننده استحکام خام بالا،پيوند هيدروژنی بين اتم های اکسيژن آلومينا و گروههای اورتان بايندر

اين بايندر به تدريج می سوزد و کربن باقی مانده کمی به جا می گذارد.

 

[zeinab68]

مورد ديگر

در تحقيقی اثر افزودنی های آلی بر ويسکوزيته دوغاب آبی AIN در روش ريخته گری نواری بررسی شد. نتايج

نشان دادند که افزودنی های آلی تاثيرات شگرفی بر ويسکوزيته دوغاب دارند.بايندر PVA تمايل به افزايش

ويسکوزيته دوغاب و پلاستی سايزر(PEG+FBP) تمايل به کاهش ويسکوزيته دوغاب نشان دادند.

ذرات ماده مانند ذرات رس، به علل مختلف بر روی سطح خود دارای بار هستند لذا اگر از چسبیدن ذرات به

هم جلوگیری نکنیم ذرات از قسمت های مختلف با بار مخالف به هم می چسبند و تشکیل یک ساختار لبه

به سطح می دهند. به این مکانیزمHetropolar attraction می گویند.(اگر در سیستم رس داشته باشیم ،

این مکانیزم رخ می دهد و باعث افزایش استحکام بدنه می گردد، در بدنه های غیررسی هم می توان از رس

به عنوان چسب استفاده کرد.)

اما در حالتی که دوغاب را پایدار کرده ایم، ذرات از هم جدا هستند، لذا برای اینکه این مکانیزم رخ دهد ،با ید

آب سیستم را کاهش دهیم تا ذرات به هم نزدیک شوند و به هم بچسبند.(پس مکانیزم چسبیدن رس ها به

هم مکانیزم هتروپلار است)

مکانیزم هتروپلار یکی از مکانیزم هایی است که اگر دوغاب (رسی) پایدار نشده باشد رخ می دهد و دوغاب

را ناپایدار می کند.

 

[zeinab68]

مکانیزم های اثر چسب ها

1- پلیمریزاسیون

2- تشکیل فیلم

در پلیمریزاسیون ، با کم شدن حلال، غلظت مولکل های پلیمری زیاد می گردد.در نتیجه مولکول های پلیمری

زنجیره های طولانی از یک سری مولکول ها می دهند و به هم می چسبند.


ایجاد فیلم: در اطراف ذره تشکیل فیلمی از پلیمر می دهند ، با کاهش آب ذرات به هم نزدیک می شوند ودر

نتیجه ی این نزدیک شدن، فیلم های اطراف ذرات با هم هم پوشانی می کنند و ذرات به هم می چسبند.

بعضی از binder ها علاوه بر اینکه چسب هستند، مایع بدنه را تشکیل می دهند مانند رزین ها و بعضی ها

علاوه بر چسب، جزء ماده بدنه نیز هستند مانند کلوئیدی ها.مانند رس کلوئیدی هم چسب است وهم جزء

بدنه.
در روش injection molding ، مایع و چسب یکی است.(ازجنس پلیمر های دمای بالا) و پلیمر در این جا هم

چسب است و هم مایع وهم امکان فرم دهی به ما می دهد.

 

[zeinab68]

تکنیک های فرم دهی:

ریخته گری نواری Tape casting :

با این روش هم می توان سرامیک های نواری ساخت هم سرامیک های چند لایه.

 

[zeinab68]

Spin coating :

در این روش دو عامل روی ضخامت تاثیرگذار است:

1- سرعت چرخش که هرچه زیادتر باشد، ضخامت کمتر است.

2- زمان خشک شدن که هر چه زمان بیشتر باشد ضخامت بیشتر می شود.

 

[zeinab68]

سرامیک های متخلخل Porous Ceramic :

کاربرد این سرامیک ها عبارتند از:

1- عایق حرارتی.

2- ***** برای مذاب ها یا مواد شیمیایی خورنده.

3- پایه ی کاتالیست.

در این مواد باید اندازه و تعداد و پخش تخلخل ها را کنترل کرد.

در مواد پایه کاتالیست باید بتوان مثلاَ مایع را از گاز جدا کرد.

 

[zeinab68]

ساخت این سرامیک ها چند تکنیک کلی دارد:

1- Direct Formong : ایجاد حباب با استفاده از مواد حباب زا یا موادی با انرژی سطحی کم که ایجاد

حباب می کنند یا با انجام یک واکنش می توان حباب در قطعه ایجاد کرد که اگر قبل از خروج حباب قطعه را

پایدار کنیم قطعه ای با تخلخل بالا داریم.


2- Secrificial tempale : اگر موادی داخل قطعه بریزیم که فدا شوند مثل خاک اره یا کک که بعد از شکل

دهی جای آنها تخلخل بماند.


3- Replica : این روش همانند شکل دهی دوغاب با استفاده از اسفنج و سپس از بین بردن اسفنج

است.


مقایسه روش Solid Free Forming با روش های متداول شکل دهی:


روش های معمولی: طراحی ← ساخت مدل ← ساخت قالب ← شکل دهی.


S.F.F : طراحی ← شکل دهی. (روش الگوسازی سریع).

 

[zeinab68]

تا اینجا جزوه ی من بود . اگر دوستان مطلب دیگری دارند بیفزایند . با تشکر

 

[sweetie]

دست شما درد نکنه.چرا ما این درسو نداشتیم پس؟؟!!

 

[zeinab68]

دست شما درد نکنه.چرا ما این درسو نداشتیم پس؟؟!!

سر شما درد نکنه

خوب این درس 3 ترم تو دانشگاه ما ارائه شد

این ترم م ارائه نشد

بستگی به دانشگاه داره و برنامه ریزی گروه واسه درسایه اختیاری و تقاضای بچه ها

 

[miladtosifian]

سلام لینک دانلود فایل کامل جزوه را اگر بزارین ممنون میشم

 

[zeinab68]

سلام لینک دانلود فایل کامل جزوه را اگر بزارین ممنون میشم

تا فردا میذارم

 

[zeinab68]

اینم لینکه دانلود جزوه

دانلود

فرمت : doc

حجم : 3.44 MB

 

[EHSAN.E]

ممنون زينب خانم
منم همچين درسي نداشتم ولي سرفصل هاش مشابه درس سراميكهاي مهندسي و فرايند ساخت و مواد پيشرفته ست.

 

[zeinab68]

ممنون زينب خانم
منم همچين درسي نداشتم ولي سرفصل هاش مشابه درس سراميكهاي مهندسي و فرايند ساخت و مواد پيشرفته ست.

سلام

خواهش می کنم

آره فرآوری سرامیک ها تقریبا یه درسه تکمیلی هست

بیشترش هم تکراریه ولی درسه صنعتی و خوبیه

 

[magnet]

ممنون زينب خانم
منم همچين درسي نداشتم ولي سرفصل هاش مشابه درس سراميكهاي مهندسي و فرايند ساخت و مواد پيشرفته ست.

ولی راس میگه ما هم نداشتیم!
البته سرفصل هاش فقط فرايند ساخت 1و2و3 بود .حالا اینو میگفتن بهتون پس فرآیند ساخت چیکار میکردین؟!!!
بازم ممنون