منوی اصلی
مجموعه مطالب مهندسی مواد و متالورژی
رشته مهندسی مواد، عاملی برای پیشرفت کشور عزیزمان ایران
  • امید اشکانی سه شنبه 11 مهر 1396 08:19 ق.ظ نظرات ()

    A ceramic is an inorganic, non-metallic, solid material comprising metal, non-metal or metalloid atoms primarily held in ionic and covalent bonds. This article gives an overview of ceramic materials from the point of view of materials science.

    The crystallinity of ceramic materials ranges from highly oriented to semi-crystalline, vitrified, and often completely amorphous (e.g., glasses). Most often, fired ceramics are either vitrified or semi-vitrified as is the case with earthenware, stoneware, and porcelain. Varying crystallinity and electron consumption in the ionic and covalent bonds cause most ceramic materials to be good thermal and electrical insulators (extensively researched in ceramic engineering). With such a large range of possible options for the composition/structure of a ceramic (e.g. nearly all of the elements, nearly all types of bonding, and all levels of crystallinity), the breadth of the subject is vast, and identifiable attributes (e.g. hardness, toughness, electrical conductivity, etc.) are hard to specify for the group as a whole. General properties such as high melting temperature, high hardness, poor conductivity, high moduli of elasticity, chemical resistance and low ductility are the norm,with known exceptions to each of these rules (e.g. piezoelectric ceramics, glass transition temperature, superconductive ceramics, etc.). Many composites, such as fiberglass and carbon fiber, while containing ceramic materials, are not considered to be part of the ceramic family.

    The earliest ceramics made by humans were pottery objects (i.e. pots or vessels) or figurines made from clay, either by itself or mixed with other materials like silica, hardened, sintered, in fire. Later ceramics were glazed and fired to create smooth, colored surfaces, decreasing porosity through the use of glassy, amorphous ceramic coatings on top of the crystalline ceramic substrates.[3] Ceramics now include domestic, industrial and building products, as well as a wide range of ceramic art. In the 20th century, new ceramic materials were developed for use in advanced ceramic engineering, such as in semiconductors.

    The word "ceramic" comes from the Greek word κεραμικός (keramikos), "of pottery" or "for pottery",[4] from κέραμος (keramos), "potter's clay, tile, pottery".[5] The earliest known mention of the root "ceram-" is the Mycenaean Greekke-ra-me-we, "workers of ceramics", written in Linear B syllabic script.[6] The word "ceramic" may be used as an adjective to describe a material, product or process, or it may be used as a noun, either singular, or, more commonly, as the plural noun "ceramics"

    A ceramic material is an inorganic, non-metallic, often crystalline oxide, nitride or carbide material. Some elements, such as carbon or silicon, may be considered ceramics. Ceramic materials are brittle, hard, strong in compression, weak in shearing and tension. They withstand chemical erosion that occurs in other materials subjected to acidic or caustic environments. Ceramics generally can withstand very high temperatures, such as temperatures that range from 1,000 °C to 1,600 °C (1,800 °F to 3,000 °F). Glass is often not considered a ceramic because of its amorphous (noncrystalline) character. However, glassmaking involves several steps of the ceramic process and its mechanical properties are similar to ceramic materials.

    Traditional ceramic raw materials include clay minerals such as kaolinite, whereas more recent materials include aluminium oxide, more commonly known as alumina. The modern ceramic materials, which are classified as advanced ceramics, include silicon carbide and tungsten carbide. Both are valued for their abrasion resistance, and hence find use in applications such as the wear plates of crushing equipment in mining operations. Advanced ceramics are also used in the medicine, electrical, electronics industries and body armor.

    Crystalline ceramic materials are not amenable to a great range of processing. Methods for dealing with them tend to fall into one of two categories – either make the ceramic in the desired shape, by reaction in situ, or by "forming" powders into the desired shape, and then sintering to form a solid body. Ceramic forming techniques include shaping by hand (sometimes including a rotation process called "throwing"), slip casting, tape casting (used for making very thin ceramic capacitors, e.g.), injection molding, dry pressing, and other variations. Details of these processes are described in the two books listed below. A few methods use a hybrid between the two approaches.

    Crystalline ceramic materials are not amenable to a great range of processing. Methods for dealing with them tend to fall into one of two categories – either make the ceramic in the desired shape, by reaction in situ, or by "forming" powders into the desired shape, and then sintering to form a solid body. Ceramic forming techniques include shaping by hand (sometimes including a rotation process called "throwing"), slip casting, tape casting (used for making very thin ceramic capacitors, e.g.), injection molding, dry pressing, and other variations. Details of these processes are described in the two books listed below.A few methods use a hybrid between the two approaches.

    آخرین ویرایش: سه شنبه 11 مهر 1396 09:43 ق.ظ
    ارسال دیدگاه
  • امید اشکانی سه شنبه 4 فروردین 1394 01:51 ب.ظ نظرات ()

    فرآیند ریخته گری دوغابی (Slip Casting) یکی از روش های شکل دهی سرامیک ها است. ریخته گری دوغابی شامل ریختن یک دوغاب ریخته گری به داخل یک قالب متخلخل (معمولا از جنس گچ پاریس)، دادن زمان مناسب (از چند دقیقه تا چند ساعت) برای انتقال آب از دوغاب به قالب در اثر مکش لوله مویین، ایجاد یک لایه روی سطح و خارج کردن دوغاب اضافی است. این فرآیند به ریخته گری توخالی معروف است. در نوع دیگر این روش که ریخته گری تو پر نام دارد و در ابتدا برای بدنه های بهداشتی به کار برده می شد، تمام آب دوغاب به درون قالب جذب می شود. در هر دو مورد خشک شدن نسبی بدنه در قالب سبب کمی انقباض در بدنه می شود که خروج آن را از قالب برای خشک کردن کامل ممکن می سازد.

    در ساده ترین حالت فرآیند ریخته گری دوغابی را می توان تنها یک فرآیند آب زدایی محض در نظر گرفت. چون حجم آب جذب شده توسط قالب معمولا کمتر از حجم تخلخل قالب است فشار مکش عملا ثابت است. مدت زمانی که دوغاب در داخل قالب باقی می ماند در قطر لایه ایجاد شده و یا به عبارت دیگر در ضخامت بدنه خام تاثیر بسیار زیادی دارد. بدین معنی که چنانچه دوغاب اضافی همچنان در قالب باقی مانده و تخلیه نگردد و اصطلاحا زمان بیشتری به دوغاب داده شود، قطر لایه ایجاد شده افزایش خواهد یافت. باید توجه داشت که با گذشت زمان سرعت تشکیل لایه ثابت نبوده و به مرور کند تر می شود چرا که در این شرایط، خود لایه ایجاد شده به صورت سدی در مقابل نفوذ آب به داخل گچ، عمل می نماید.

    عملا فرآیند ریخته گری دوغابی در واقع پیچیده تر از یک آب زدایی ساده است. گچ سفت شده دارای حلالیت قابل توجهی در آب است (معادل 400 میلی اکی والان Ca2+ درلیتر) و اعتقاد بر این است که تشکیل جداره ریخته شده با همراهی اثر فلوکولاسیون ناشی از مهاجرت یون های Ca2+ ازقالب گچی به درون دوغاب صورت می گیرد. این مهاجرت در واقع با استفاده از ایزوتوپ رادیواکتیو کلسیم به عنوان اتم نشان دار تصدیق شده است. عامل دیگری که سبب پیچیدگی موضوع می شود این است که معمولا برای ریخته گری دوغابی از دوغاب هایی استفاده شود که مقدار کمی خاصیت تیکسوتروپی داشته باشند، به طوری که تشکیل جداره ریخته گری شده به طور عادی با کمک و استقرار ساختمان داخلی تیکسوتروپی انجام گیرد. لازمه های یک دوغاب خوب ریخته گری در زیر آورده شده است:

    1- باید قابلیت ریختن داشته باشد و بتواند گوشه های قالب را پر کند.

    2- ذرات آن رسوب نکنند.

    3- سرعت ریخته گری باید زیاد باشد ولی نه آنقدر که از کنترل خارج شود.

    4- باید مرز بارز و مشخصی بین جداره ریخته شده و مابقی دوغاب وجود داشته باشد، به طوریکه مابقی دوغاب به خوبی تخلیه شود.

    5- باید کمی انقباض خشک شدن وجود داشته باشد تا بدنه ریخته شده به راحتی از قالب جدا شود ولی انقباض نباید به حدی باشد که سبب تاب برداشتگی و ترک در طول عمل خشک شدن شود.

    6- بدنه ریخته شده باید محکم بوده و استحکام خشک کافی داشته باشد.

    7- در دوغاب نباید حباب های هوا محبوس شود، در غیر این صورت سبب ایجاد حفرات ته سوزنی در بدنه می شود.

    8- دوغاب باید تا حد ممکن آب کمی داشته باشد تا از اشباع شدن بیش از حد قالب ها و طولانی شدن زمان خشک کردن جلوگیری شود.

    حصول این لازمه ها مستلزم انتخاب مناسب مواد اولیه، آسیاب کردن تا حد کافی، تنظیم میزان بهینه فلوکولاسون و نیز غلظت ماده جامد و گاهی اضافه کردن افزودنی های مناسب می باشد.

    واضح است که توزیع اندازه ذرات مواد اولیه مهمترین عامل است. سیستم دانه بندی نسبتا درشت سبب می شود که سرعت ریخته گری زیادی باشد، اما بدنه ریخته شده دانسیته و استحکام کمی خواهد داشت. علاوه بر این ذرات دانه درشت سریعا ته نشین شده و بدنه هاب حاصل انقباض خشک کمی دارند. از طرف دیگر یک سیستم ریزدانه کاملا فشرده، دانسیته و استحکام بدنه بیشتری می دهد اما سرعت ریخته گری آن کم خواهد بود. انقباض خشک این بدنه ها ممکن است بیش از حد زیاد بوده و تاب برداشتگی یا ترک خوردگی را به دنبال داشته باشد. انتخاب درجه دفلوکولاسیون و غلظت جامدات که برای بهترین شرایط ریخته گری دوغابی لازم است نیز باید در عمل با در نظر گرفتن چندین عامل که نسبت به یکدیگر در حاالت تعادل باشند صورت گیرد.

    برای خواندن باقی متن بر روی ادامه مطلب کلیک کنید .

    آخرین ویرایش: سه شنبه 4 فروردین 1394 03:35 ب.ظ
    ارسال دیدگاه
  • امید اشکانی پنجشنبه 4 دی 1393 04:43 ب.ظ نظرات ()

    قالب گیری تزریقی سرامیک ها (Ceramic Injection Molding) برای شکل‌ دادن قطعات نسبتا کوچک در تعداد بالا با شکل پیچیده‌ و جداره‌های نازک که صرفه‌ جویی در پرداخت و ماشین‌ کاری اهمیت زیادی داشته باشد مورد استفاده قرار می‌ گیرد. در قالب گیری تزریقی سرامیک ها برای پودر های مدرن سرامیکی که خاصیت پلاستیسیته خوبی ندارند لازم است از مواد افزودنی که چسبندگی و روانی لازم را ایجاد نمایند استفاده نمود که از متداول‌ ترین آن ها می‌ توان به مواد ترموپلاستیک، ترموست، محلول‌ های آبی شامل مقادیر کم ماده آلی اشاره نمود.

    به عنوان مثال به میزان 3-2% وزنی از رزین‌ های آلی، مواد آلی چون پارافین جامد و پلی‌ اتیلن، موم زنبور عسل و ... افزوده شده تا اینکه یک خمیر به قدر کافی شکل‌ پذیر و دارای قابلیت قالب‌ گیری در دمای محیط حاصل شود. معمولا درصد حجمی مواد آلی تا 35% قطعه را تشکیل می‌دهد. نمونه‌ های قالب گیری تزریقی معمولا در دماهای بالا پخت می شوند. مکانیزم زینترینگ از نوع زینترینگ واکنشی می‌باشد و انقباضی حدود 20-13% را خواهد داشت که البته در سه جهت مساوی نیست. چنانچه از مواد ترموپلاستیک و یا موم استفاده گردد به صورت داغ در قالب فشرده شده و با انجام عملیات حرارتی افزودنی‌ های آلی کاملا پیرولیز خواهند شد.

    در استفاده از چسب‌های آلی باید به نحوی عمل کرد که مخلوط در هنگام شکل‌گیری به راحتی جریان یابد و در هنگام پخت نیز کاملا بسوزد و از بدنه خارج شود. سیستم چسبی شامل یک چسب اصلی، چسب فرعی، یک عامل پلاستی فایر (نرم‌کننده) و در مواردی شامل یک ماده سخت‌کننده و یک ماده فعال‌کننده سطح برای بهبود قابلیت‌ تر شوندگی ذرات است. ماده چسب فرعی در دماهای پایین‌تر سوخته و با خروج خود کانال‌های لازم برای گریز ماده چسبی اصلی ایجاد می‌ نماید. ماده اصلی تا قبل از سوختن کامل به قطعه استحکام می‌ دهد. محتوی خاکستر و مقدار کربن باقی‌ مانده بعد از سوخت عامل مهمی در انتخاب سیستم چسبی است. ماده نرم‌کننده برای کنترل ماده چسبی و بهبود جریان یابی و قالب‌گیری ماده تزریقی می‌باشد. استحکام و ویسکوزیته مخلوط به نسبت رزین/ پودر و دما بستگی دارد. در شکل زیر می توانید شماتیک این فرآیند را مشاهده کنید .


    پودرهای سرامیکی مانند آلومینا، زیرکونیا، نیترید سیلیسیم و کاربید سیلیسیم همراه با عواملی چون B، C، CaO، MgO و... به عنوان کمک زینتر در مایعی چون الکل (40% حجمی) در یک آسیا مورد مخلوط کردن و همگن‌ سازی قرار می‌ گیرند. بعد از خشک کردن پودر حاصله مجددا با اجزا چسبی در حالت گرم مخلوط شده و به عنوان خوراک دستگاه تزریق مورد استفاده قرار می‌ گیرد.

    متغیر های مهم این فرآیند دمای مخلوط خمیری، فشار تزریق، سرعت جریان و سرعت سرد شدن هستند. دمای تزریق بین 15-125درجه سانتیگراد بالاتر از دمای ماده چسبی و بالاتر از نقطه ذوب مواد آلی اضافه شده می‌ باشد. جریان ماده با فشاری حدود 100-30 مگاپاسکال به درون قالب وارد می‌ شود. مخلوط تزریق شده تقریبا رفتار شبه پلاستیک دارد. در صورت استفاده از موم‌ های ترمو پلاستیک تغییرات کمتری در فشار تزریق داریم. موم‌ ها معمولا در محدوده دمایی 95-65 درجه سانتیگراد نرم می‌ شوند و ویسکوزیته نسبتا کم موم مذاب باعث شده فشار تزریق تا 350 کیلو پاسکال کاهش یابد بدین ترتیب میزان سایش به طور قابل توجهی پایین خواهد بود. موم گفته شده قبل از پخت نهایی طی عملیات تکلیس خارج می‌ شود. پودر های سرامیکی که حساس به اکسیداسیون نباشند فرآیند تکلیس در یک کوره الکتریکی معمولی با سرعت افزایش دما بین 50-2 درجه بر ساعت انجام می‌ گیرد. این روش نسبتا گران بوده و در صورتی استفاده می‌ شود که حداکثر ضخامت قطعه 5 میلیمتر باشد. برای پودرهای حساس به اکسیداسیون عملیات تکلیس در اتمسفر هیدروژن و یا اتمسفر خنثی صورت می‌ گیرد. مواد آلی را می‌ توان از طریق یک حلال آلی نیز حذف نمود.

    با این روش قطعاتی چون پره‌ های توربین از جنس SiC قابل ساخت می‌ باشد. اگر خمیر تهیه شده به صورت لایه‌ های نازک روی مثلا یک پلاک شیشه‌ ای شکل داده شود با استفاده از استوانه‌ های مدور می‌ توان پلاک‌های مدور شده و یا موجدار حاصل نمود. با استفاده از همین تکنیک انواع پلاک‌ های نازک به عنوان زیرپایه‌ های الکترونیکی، صفحات حائل، صفحات پایه و انواع پره‌های رادیاتور ها و مبدل‌ های حرارتی ساخته می‌ شوند. از مزایای این روش می‌ توان به موارد زیر اشاره نمود:

    1- قطعه شکل داده شده شکلی بسیار نزدیک به شکل محصول نهایی دارد.

    2- عملیات پرداخت‌ کاری نیاز نبوده و یا ماشین‌ کاری کمی لازم دارد.

    3- سیکل شکل دادن کوتاه می‌ باشد.

    4- دقت ابعادی خوب و خصوصیات سطحی مناسبی دارد.

    5- امکان اتوماسیون به راحتی دارد.

    6- برای اشکال پیچیده و سطوح با نقش برجسته مناسب است.

    چگالی خام به دست آمده بستگی زیادی به درصد حجمی مواد آلی در قطعه خام دارد.

    منبع : مهدی کلانتر، سرامیک های سازه ای دما بالا، انتشارات دانشگاه یزد، 1387.

    آخرین ویرایش: یکشنبه 7 دی 1393 08:22 ب.ظ
    ارسال دیدگاه
ساخت وبلاگ در میهن بلاگ

شبکه اجتماعی فارسی کلوب | اخبار کامپیوتر، فناوری اطلاعات و سلامتی مجله علم و فن | ساخت وبلاگ صوتی صدالاگ | سوال و جواب و پاسخ | رسانه فروردین، تبلیغات اینترنتی، رپرتاژ، بنر، سئو