انواع روش های تولید قطعات توسط بایندرهای سرامیک پایه الکل و کاربردهای آن

مهمترین بخش تولید قطعه دقیق ریخته گری تولید قالب سرامیکی می باشد. چسب مورد استفاده در قالب سرامیکی روش شاو، پایه الکل بوده و توسط فرآیند ژل سازی تولید می شود. علاوه بر تولید محلول قالب به روش شاو روش های دیگری نیز برای تولید قطعات گوناگون با کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. در این توشتار سعی شده به طور خلاصه این روش ها و کاربرد هر یک یبان شود. در این صورت علاوه بر آشنایی بیشتر با فرآیند، امکان استفاده از روش های دیگر برای تولید قالب های دقیق نیز فراهم می شود.

کاربرد اتیل سیلیکات ژلی در پوشش دهی و ساخت قطعات سرامیکی و شیشه می باشد. به عنوان مثال، شکل های خاص را می توان به طور مستقیم از ژل بدست آورد. مواردی از جمله مونولیت، لایه، فیبر و ذره را می توان از ژل اتیل سیلیکات بدست آورد. روش قالب گیری سرامیکی جهت تولید قالب های نسوز سرامیکی یکی از کاربردهای مهم این نوع بایندر در تولید قطعات بزرگ تر می باشد. در ادامه به توضیح بیشتر در این زمینه می پردازیم.

مزیت استفاده از اتیل سیلیکات در پایین بودن دمای فرآیند می باشد. اما این روش دارای معایبی هم هست. یکی از آن ها گران بودن مواد اولیه است. همچنین حساسیت به دما و رطوبت از دیگر معایب آن است. از این رو در برخی کاربردها باید در محیط خشک به کار برده شود(مثلا اتمسفر خنثی در محفظه دستکش دار). انقباض شدید ژل در حین مراحل خشک کردن و تف جوشی، امکان کنترل ابعادی قطعات های بزرگ را دشوار می سازد. غالبا خشک کردن ژل های مونولیتی ضخیم تر از چند میلیمتر یا لایه های ضخیم از 1 میکرو متر بدون ترک خوردن دشوار است. هرچند در مورد قالب های سرامیکی جهت ریخته گری قطعات فلزی همین ترک ها مزیت این روش در کمک به خروج گاز است. بنابراین از فرآیند ژل سرامیکی بیشتر برای تولید قطعات کوچک یا نازک و به صورت لایه ای، فیبری و پودری بیشتر استفاده می شود. انتظار می رود در آینده کاربرد کسترده تری نیز پیدا کند.

پوشش دهی

پوشش دهی یک از روش های مورد استفاده جهت تولید قطعات می باشد. یکی از ملزومات این روش ها زاویه تماس کم میان محلول و سطح نمونه است، به گونه ای که محلول بتواند سطح نمونه را خیس کند و روی آن پخش شود. معمولا آب در سل بایندر وجود دارد. اما رطوبت محیط نیز برای واکنش های هیدرولیز و چگالش کافی است. لایه نازک نهایی پس از پخت(تف جوشی) بدست می آید. روش های پوشش دهی لایه ای قطعات شامل موارد زیر است:

1- غوطه وری

قطعه یا قالب را با سرعت مناسبی به درون محلول فرو برند. در عمل این روش کاربرد بیشتری دارد. روش پوشش دهی غوطه وری به دستگاه خواصی نیاز ندارد. هر دو سطح داخلی و خارجی تر شده توسط محلول پوشش دهی می شود.محلول نباید به رطوبت خیلی حساس باشد، زیرا معمولا در حین فرآیند پوشش دهی در معرض اتمسفر قرار می گیرد.

2- چرخش

محلول را قطره قطره روی نمونه ای که با سرعت زیادی می چرخد، می چکانند. پوشش دهی چرخشی موجب پوشانده شدن یک طرف نمونه می شود. محلول پوشش دهی را می توان پیش از چکاندن روی نمونه دور از رطوبت نگه داشت. اثرهای لبه ای برای نمونه های نا متقارن ممکن است رخ دهد. چون چرخش نمونه های بزرگ عملی نیست، معمولا از نمونه های کوچک و صاف برای این کار استفاده می شود.

3- افشانش

در این حالت توسط پیسوله رنگ محلول ژلی بر روی نمونه ها پاشیده می شود. این روش بیشتر با افزودن اکسید روی برای پوشش های ضد خوردگی فلزات استفاده می شود. مزیت این روش عدم نیاز به تجهیزات خاص و امکان پوشش دهی قطعات پیچیده و بزرگ است.

هدف از پوشش دهی لایه ای شامل موارد زیر است که با ترکیبات مختلف بدست می آید.

• حفاظت مکانیکی
• حفاظت شیمیایی
• جذب نور
• انعکاس نور
• عدم انعکاس نور
• خواص فرو اکتریکی
• رسانایی الکتریکی
• رسانایی یونی
• فوتو کاتالیزی
• حمل کاتالیزوز

تولید فیبر

فیبرها به دو روش پیش ساخته و درجا ساخته می شوند.در حالت پیش ساخته، قطعه چگال یکپارچه را خشک و تف جوشی می کنند سپس توسط کشش فیبری متداول در دمای بالاتر از دمای نرم شدن شیشه تولید می کنند. این روش دارای مشکل طولانی بودن زمان فرآیند است و کیفیت فیبر برای کاربردهای نوری در مقایسه با حالت پیش ساخته تولید شده به روش CVD پایین تر است. بنابراین ژل یکپارچه دارای مزیت تجاری یا فناوری بالاتر نسبت به فرآیندهای فعلی CVD نیست.

روش دیگر کشیدن فیبربه طور مستقیم از سل گرانرو در دمای نزدیک به دمای اتاق و سپس تبدیل آن به شیشه یا فیبرهای سرامیکی چگال توسط تف جوشی می باشد. مزیت این روش آن است که فیبرهای بسیار دیرگداز و با دوام شیمیایی را می توان در دمای نسبتا پایین تهیه کرد، در حالی که تهیه آن با روش معمولی کشیدن مذاب دشوار است.

مواد یکپارچه (مونولیت ها)

مواد یکپارچه (مونولیت ها) را به عنوان ژل های حجیم (با کوچکترین بعد بزرگتر یا مساوی 1 میلیمتر) تعریف می کنند که به درون قالب ریخته و غالبا بدون ترک خوردن تولید می شوند. قابلیت تولید شکل های پیچیده با ریخته گری ژل همراه با دمای تف جوشی نسبتا پایین از جمله مزایای این روش است. اما ترک خوردن در حین خشک شدن و انقباض شدید حین تف جوشی در زمره مهم ترین چالش ها در دستیابی به شکلل نهایی است. کاربردهای مناسب ژل های یکپارچه دارای همان مزایای فرآیند از جمله خلوص، هنگنی شیمیایی، تخلخل، دمای ساخت پایین و امان تولید ترکیبات شیمیایی جدید است. کاربردهای اصلی شامل اجزای نوری، شیشه های دارای ضریب شکست درجه دار (GRIN) و اروژل های شفاف به کار رفته به عنوان آشکارگرهای چرنکف و عایق ها می باشد.

در کل قطعات به صورت توپر یا لایه ای ساخته می شوند. در حالت توپر با ترکیب بایندر و سرامیک درون قالب ریخته می شود. مزیت این روش عدم نیاز به عملیات های پر هزینه ای چون تزریق و یا پرس می باشد. اما عیب این روش استحکام پایین تر و ایجاد ترک می باشد.

مواد متخلخل

فرِآیند سل-ژل روشی جذاب برای تولید سرامیک ها و شیشه های متخلخل است، زیرا خواص ویژه ژل ها همچون مساحت سطح بالا، تخلخل بالا و اندازه حفره های کوچک را نمی توان با روش های معمولی تر بدست آورد. افزون بر کاربردهای اروژل شفاف که در بالا اشاره شد، این خواص منحصر به فرد در بسیاری از کاربردها مانند تصفیه، جدایش، کاتالیز و کروماتوگرافی استفاده می شود.

منبع: کتاب فرآیندهای سرامیکی نوشته محمد رحمان

+ نوشته شده در پنجشنبه ۷ اردیبهشت ۱۴۰۲ ساعت 12:7 توسط میرسیدی  |