علم سرامیک

 آزمایش شماره1: ساخت و بررسی دیرگدازهای شاموتی

تئوری آزمایش:

در ابتدا برای آشنایی بیشتر با وزن غوطه وری به توضیح اجمالی راجع به نیروی ارشمیدس میپردازیم .
نیروی ارشمیدس: هر گاه جسمی را داخل شاره ای غوطه ور کنیم ، نیرویی برابر وزن شاره جا به جا   می شود. توسط آن ، بر آن وارد میگردد، که این نیرو را نیروی ارشمیدس ، یا نیروی شناوری می گویند.این بیان در واقع همان اصل ارشمیدس است که از زمان یونان باستان شناخته شده است.
وفتی نیروی ارشمیدس از نیروی وزن بیشتر باشد جسم روی سطح آزاد شاره شناور می شود و وقتی نیروی وزن جسم از نیروی ارشمیدس بیشتر باشد جسم درون شاره غرق می شود.
 قانون ارشمیدس: به ما می گوید هر گاه جسمی را در یا روی آب بگذاریم به ان نیرویی به سمت بالا وارد میشود که اگر این نیرو برابر نیروی وزن جسم ( رو به پایین ) باشد، جسم شناور می ماند.
 قانون ارشمیدس در مورد مقدار نیروی ارشمیدس می گوید: نیروی ارشمیدس به اندازه ی وزن آبی است که به خاطر شناور شدن جسم در آب جا به جا شده است. (1)

چگالى:

در علوم پایه چگالى را مقدار جرم در واحد حجم ماده مى دانند.در صورتى که در علوم پیشرفته این تعریف از چگالى صحیح نیست و دقیقا تعریف جرم واحد حجم یا جرم مخصوص یا همان دانسیته مى باشد.در علم کل،وزن مخصوص یک ماده به وزن آب هم حجم نشان مى دهند.همچنین بین چگالى و وزن مخصوص باید تفاوت قائل شد.s ان را در شرایط استاندارد،چگالى مى گویند و ان را با

چگالى مقدار جرم موجود در واحد حجم است،ولى وزن مخصوص به معنى وزن واحد حجم ماده است.جرم مخصوص  یا  دانسیته جرم واحد حجم است.براى تعاریف جرم مخصوص در یک نقطه ،حجم کوچکى در اطراف نقطه در نظر گرفته و جرم سیال را داخل آن حجم تقسیم نموده حد این نسبت را وقتى تغییرات حجم به اپسیلون میل مى کندمى گیریم.لازم به ذکر است که واحد بسیار کوچکى است اما از فاصله ى متوسط مولکول ها ى جسم،بزرگتر است.(3)

یکاهاى رایج:

 براى چگالى:SIیکاى

- کیلومتر بر متر مکعب

    :SI یکاهاى مترى بیرون از

- کیلومتر بر لیتر.آب عموما چگالى 1 کیلو متر بر لیتر دارد،که یکاى مناسبی را فراهم میسازد.

- کیلو گرم بر دسى مترمکعب

- گرم بر میلى لیتر

- گرم بر سانتى متر مکعب

در یکاهاى سفارشى ایالات متحده یا امپراتورى،یکاهاى چگالى موارد زیر را هم شامل مى شود:

- اونس بر اینچ مکعب

- پوند براینچ مکعب

- پوند بر فوت مکعب

- پوند بر یارد مکعب

- پوند بر گالون(براى امریکا یا گالون امپراتورى)

- پوند بر بوشل امریکایى

- اسلاگ بر فوت مکعب

جهان در حال انبساط است، اما نیروهاى جاذبه بین مواد، باعث کند شدن این انبساط مى شود.هرچه جرم جهان متراکم تر باشد ،به همان اندازه چگالى آن زیادتر شده و انبساط آن کند تر مى شود.جهانى که چگالى بالایى دارد ممکن است بالاخره بخاطر قدرت نیروى جاذبه بین قسمت هاى تشکیل دهنده اش ، منقبض شود.اگر جهان به اندازه ى کافى چگالى نداشته باشد، براى همیشه در حال انبساط خواهد بود.

چگالى بحرانى:

  کیلو گرم بر متر مکعب استکه چگالى بحرانى27X10-5 اندازه ى کافى‌ که براى چگالى گفته مى شود چه قدر است؟این اندازه برابر مى باشد.چگالى بحرانى معیارى است براى باز یا بسته بودن جهان ، اگر چگالى جهان از چگالى بحرانى بیشتر باشد، جهان ، جهانى بسته خواهد بود.اگر چگالى جهان از چگالى بحرانى کمتر باشد جهان ،جهان باز خواهد بود.(4)

چگالى نسبى:

مقایسه ى چگالى دو مایع با یکدیگر یا مقایسه ى چگالى یک جامد با یک مایع خیلى راحت است.اگر چگالى جسمى کمتر از مایع باشد، در آن شناور مى شود و در غیر این صورت در آن غرق مى شود.مثلا چگالى چوب از آب کمتر است و براى همین است که چوب روى آب شناور مى ماند ( نیروی ارشمیدس )

مواد چگال:

هسته ى اتم هاى تشکیل دهنده ى مواد و ستارگان از جمله کوتوله هاى سفید ، ستاره هاى نوترونى ، ابر نواختران ، سیاه چاله ها و ... چگال ترین موادند.

قیف جدا کننده:

وسیله اى است که مایعات را بر اساس شاخص چگالى از هم جدا مى کند ، مثلا اگر مخلوط روغن و آب را در مخزن این دستگاه بریزیم، بر حسب چگالى مواد داخل این ظرف تفکیک مى شوند. اگر شیر زیر ظرف را باز کنیم ، مایعى که داراى چگالى بالاست، در زیر قرار گرفته و از دستگاه خارج مى شود تا اینکه به مرز جدایى روغن و آب برسد، در چنین حالتى شیر را مى بندیم و دستگاه با موفقیت دو مایع مخلوط را از هم جدا مى کند.(3)

تخلخل:

 نمایش مى دهند.تخلخل نسبت فضاى حفره ه اى یک سنگ یا خاک است به Qیکى از خصوصیات سنگ

به فضاى کلى آن:

                                                                                                       Q=Vv/Vt

بنابراین تخلخل عددى است بین صفر تا یک.همچنین با ضرب کردن این میزان در 100 مى توان آن را به صورت درصد نیز بیان کرد.
تخلخل عبارت است از تمام خلل فرج هاى موجود در رسوب یا سنگ که به دو صورت کل یا موثر بیان می شود. تخلخل کل شامل تمام منافذ موجود در سنگ یا رسوب است که از نسبت حجم حفره هاى موجود در سنگ به حجم کل سنگ بدست مى اید و آن را به درصد بیان مى کنند.تخلخل موثر یا مفید شامل حفره هاى متصل به هم است که قادر است مایعات را از خود عبور دهد . این تخلخل از نسبت حجم حفره هاى متصل به هم به حجم کل سنگ بدست مى اید.لازم به ذکر است که در سنگ حفره هایى وجود دارد که قادر نیستند مایعات را از خود عبور دهند، این حفره ها به نام تخلخل غیر مفید هستند و ار تفاضل تخلخل مفید از تخلخل کل بدست مى اید.

پیکنومتر:

پیکنومتر ظرفى کوچک است که حجم آن در درجه حرارت خاص در آزمایشگاه تعیین شده است (حجم پیکنومتر ثابت است) اسبابى براى تعیین چگالى و ضریب انبساط یک مایع ، متشکل است از یک ظرف شیشه اى مدرج که گنجایش حجمى معینى از یک مایع را در دماى معینى داشته باشد با توزین ظرف پر از مایع در دماهاى مختلف تغییرات چگالى و در نتیجه انبساط ظاهرى مایع را مى توان معین کرد.(5)

مواد دیر گداز :

به موادی گفته می شود که نقطه خمیری شدن آن ها بالاتر از 1520 درجه سانتیگراد می باشد .

تمام مواد تشکیل دهنده شیشه ها و سرامیک ها مواد اکسیدی می باشند .

نقطه خمیری شدن :

برای تعیین نقطه خمیری شدن از مخروط زگر Seger یا مخروط اورتون Orton استفاده می کنند به این صورت که ابتدا مخروط تهیه شده را در کوره مورد نظر قرار داده و شروع به حرارت دادن می کنیم تا هنگامی که مخروط از کمر خم شود و در اصطلاح شکسته شود این دما را نقطه خمیره گویند که اگر بیش از 1520 درجه باشد به آن دیر گداز اطلاق می شود .

پارامتر های مهم یک دیر گداز و نحوه اندازه گیری آن ها :

تعیین نقطه خمیری و درجه دیر گدازی

پایداری در برابر سرباره

استحکام در برابر شوک حرارتی (تغییرات ناگهانی درجه حرارت )

مقاومت در برابر فشار (در درجه حرارت اتاق و حرارت های بالا )

R.T (Room Temperature) و H.T ( High Temperature) که در دماهای

پایداری حجمی در عملیات حرارتی بعدی ( حرارت دادن مجدد )

تعیین نقطه خمیری و درجه دیر گدازی

این پارامتر که به وسیله دو مخروط به نام های زگر و اورتون سنجیده می شود بدین صورت است که مخروط دیر گداز را در کوره های عملیات حرارتی گذاشته و تا دمای مورد نیاز که معمولا 1520 درجه سانتی گراد است حرارت می دهند تا هنگامی که دیر گداز به نقطه خمیری خود رسیده و از کمر خم شود سپس زمان صرف شده در این عملیات را حساب کرده و رنج پایداری دیر گداز را به دست می آورند . 

استحکام(مقاومت) در مقابل شوک حرارتی

برای تعیین درجه شوک پذیری ابتدا قطعه دیر گداز مورد نظر را تا دمای کاربردی به مدت زمان معینی حرارت داده و سپس به طور ناگهانی و با سرعت زیاد آن را سرد می کنیم . باید توجه داشت که این کار را 30 مرتبه و بدون وقفه انجام داد . اگر دیر گداز بعد از 30 مرتبه ترک برداشته و یا خرد شود رنج شوک پذیری آن کم اما در غیر این صورت دیر گداز در مقابل شوک حرارتی مقاوم است.

عوامل موثر در شوک پذیری :

ضریب انبساط حرارتی

قابلیت هدایت حرارتی

 (Anisotropy) خاصیت آنیزوتروپی

فاز های تشکیل دهنده دیر گداز

تغییرات فازی طی فرآیند گرمادهی

تخلخل و دانسیته

(خواص الاستیک)

ضریب انبساط حرارتی

میزان تغییرات حجمی که جسم در مقابل حرارت از خود نشان می دهد که هر چه این ضریب پایین تر باشد پایداری این جسم بیشتر است .

نکته : شوک حرارتی تنش هایی است که بین دمای درون قطعه و دمای بیرون ایجاد می شود .*

اگر فاز های یک دیر گداز یکی باشد یعنی آن دیر گداز فقط از یک فاز تشکیل شده باشد استحکام دیر گداز در مقابل شوک حرارتی بیشتر است و هر چه تعداد فاز ها بیشتر باشد ناپایداری دیر گداز نیز بیشتر است .

تغییرات فازی طی فرآیند گرمادهی :

تغییرات فازی که بر اثر تغییر درجه حرارت به وجود می آید باعث ایجاد فاز های مایع در درجه حرارت های پایین می شود .

تخلخل و دانسیته :

تخلخل و ضریب تراکم در یک دیر گداز هر چه بیشتر باشد مقاومت آن دیر گداز در برابر شوک حرارتی بیشتر است و هر چه دانسیته کمتر باشد پایداری دیر گداز بالا تر است .

الاستیک ( ضریب کشسانی ) :

هر چه الاستیسیته یک دیر گداز بیشتر باشد پایداری آن در مقابل شوک حرارتی بیشتر است .

توضیحات آزمایش:

اهمیت مواد رسی:

1-فقط خاک های رس هستند که حالت خمیری می گیرند.2-به خاطر اکسید های الومینیم وسیلیسیم که

دارای خواص فیزیکی  و شیمیایی بالا هستند

موادرسی از سه فاز مشخص تشکیل شده اند:اکسید آلومینیوم،اکسید سیلیسیم وآب.

شاموت:مواد رسی بدون آب ساختاری،اکسیدهای اصلی دارند.اکسید های اصلی دارای دمای ذوب بالا هستند و دارای ثبات شیمیایی و فیزیکی هستند.

 کمتراهمیت آن خاک رسی بیشتر می شود.SiO2 بیشتر، Al2O3 هر چه

خود آب باعث شکل پذیری و آب کار پذیری بیشتری می شود.ولی انقباض هنگام خشک شدن بیشتر می شود.

 دارد و فاز میانی ایجاد نمی کند پس بهتر است.Al2O3 دمایذوب بالاتری نسبت به Si2O

شاموت = بیسکوییت خرد شده یا خاک رسی سوخته.

اگر مونت موریلونیت داریم باید شیب سرمایش کم شود تا ترک نخورد.

هر چه دانه بندی بزرگتر تخلخل بیشتر،دانسیته کمتر،استحکام کمتر.

هرچه بالکلی بیشتر فاز شیشه بیشتر،دمای ذوب پایین تر می آید و مواد به هم می چسبندو انقباض بیشتر است.

برای جلوگیری از انقباض شدید و دیرگدازی خاک رس از مواد شاموتی استفاده می شود.

برای ساخت دیرگداز شاموتی از شاموت و یک خاک رس استفاده می شود.

 

مواد اولیه:                شاموت%                   رس%( زنوز)

                                                                40                        60

                                                           60گرم                    90گرم

 

+5% تالک+10% آب =7.5 گرم تالک +15 گرم آب

 

دانه بندی شاموت:          30 % زیر مش 50 روی مش 70 (27 گرم)

                            40% زیر مش 70 روی مش 100 (36گرم)                 

                                    30%زیر مش 100 روی مش 230(27 گرم)

 

روش شکل دهی:پرس نیمه خشک

روند آزمایش:

4 نمونه 30 گرمی در قالب مکعب مستطیل

3 نمونه  4 گرمی استوانه ای

و ا نمونه 5 گرمی مخروط زگر

نمونه ها را ساخته سپس در 1250 به مدت 2 ساعت زینتر کرده،سپس ست های مورد نظر را روی آن انجام می دهیم.

1-مهم ترین تست،تست دیرگدازی است. 10 گرم خمیر آلومینایی (90% آلومینا و10% کائولن)ساخته روی صفحه نسوز قرار داده(صفحه شیب0 5 دارد)نمون ههای مخروط زگر را روی آن قرار می دهیم. داخل کوره در دمای 12500 می گذاریم وهر 500-500 نمونه را چک می کنیم.15 دقیقه باید در هر دما بماند.در دمایی که خم شد آن دما دمای خمیری شدن است.

2-تست شوک پذیری: یک  نمونه  مکعب مستطیل شکل داخل کوره مافلی (برای شاموتی 10000 و برای آلومینایی 12000) قرار می دهیم ،30 دقیقه بماند با انبرک در می آوریم و در آب سرد به مدت 2 دقیقه می اندازیم اگر ترک نخورده بود دوباره داخل کوره می گذاریم و تعداد سیکل ها را یادداشت می کنیم.

3-استحکام فشاری:نمونه های استوانه ای

قطر نمونه ها را با کولیس اندازه می گیریم با دستگاه میزان استحکام هر کدام را اندازه گرفته بین سه نمونه میانگین می گیریم.

4- استحکام خمشی : عرض(b) و ضخامت(h) نمونه های مکعب مستطیلی  را با کولیس اندازه گرفته و با توجه به نیروی شکستی که دستگاه می دهد استحکام را به دست می آوریم.بین سه نمونه میانگین

 می گیریم.

=δ

 P: نیروی شکست(N)  و  L:فاصله دو تکیه گاه

5-دانسیته و تخلخل  نمونه های ترک خورده یا شکسته را اندازه می گیریم.

اگر نمونه ها خوب ساخته شوند تلورانس کمی دارد.بالا ترین استحکام را کائولن زدلیتز دارد.

استوانه ها
   

قطر(mm)
   

عرض(mm)
   

ضخامت(mm)

                       1
   

12025
   

30
   

6.85

2
   

12
   

31
   

7

3
   

12
   

31
   

6.75

 
   

وزن خشک
   

وزن اشباع
   

وزن غوطه وری

نمونه1
   

14.92
   

16.9
   

9.2

نمونه2
   

15.89
   

18.18
   

9.53

نمونه3
   

15.63
   

17.62
   

9.36

میانگین
   

15.48
   

17.56
   

9.36
                               

 

بالکلی طبس
   

زنوز
   

زنوزسوپر
   

زدلیتز
   

 

 
   

15.27
   

12.84
   

12.78
   

استحکام خمشی

 
   

33.77
   

33.34
   

46.31
   

استحکام فشاری

 
   

2.53
   

2.68
   

2.723
   

دانسیته ظاهری

 
   

1.88
   

1.98
   

2.055
   

دانسیته کلی

 
   

25.36
   

25.99
   

24.5
   

تخلخل باز

<23
   

>23
   

>23
   

>23
   

شوک پذیری

1550
   

1450
   

1450
   

1500
   

دیرگدازی

 

با توجه به نتایج سایر گروه ها بالکلی از همه خاک ها دیر گدازترو زنوز از استحکام خمشی بالاتری برخوردار است.استحکام فشاری نیز زدلیتز از سایر خاک ها بالاتر است .البته ما عددهای مربوط به بالکلی(گروه4) را نداریم.

دانسیته نیز،دانسیته ی زدلیتز بیشتر می باشدو به همین علت تخلخل آن نیز کمتر از سایرین است.

شوک پذیری همه خاک ها یکسان است.

خطاهای آزمایش:

1-خطا هنگام توزین

2-خطای دستگاه universal

3-خطای باز وبسته شدن در کوره

4-خطا به هنگام پرس

مراجع

در فصل نامه ى کاشى و سرامیک شماره ى دوم و سوم))D.Engmann ،Interceram 4/2000،Pag 25 *ترجمه ى مقاله ى

www.physic.persianblog.com*وب سایت تخصصى فیزیک

http:/dancshnamch.roshd.ir*

http:/fa.wikipcdia.org/wiki/*

www.aftab.ir*

 آزمایش شماره1: ساخت و بررسی دیرگدازهای شاموتی

تئوری آزمایش:

در ابتدا برای آشنایی بیشتر با وزن غوطه وری به توضیح اجمالی راجع به نیروی ارشمیدس میپردازیم .
نیروی ارشمیدس: هر گاه جسمی را داخل شاره ای غوطه ور کنیم ، نیرویی برابر وزن شاره جا به جا   می شود. توسط آن ، بر آن وارد میگردد، که این نیرو را نیروی ارشمیدس ، یا نیروی شناوری می گویند.این بیان در واقع همان اصل ارشمیدس است که از زمان یونان باستان شناخته شده است.
وفتی نیروی ارشمیدس از نیروی وزن بیشتر باشد جسم روی سطح آزاد شاره شناور می شود و وقتی نیروی وزن جسم از نیروی ارشمیدس بیشتر باشد جسم درون شاره غرق می شود.
 قانون ارشمیدس: به ما می گوید هر گاه جسمی را در یا روی آب بگذاریم به ان نیرویی به سمت بالا وارد میشود که اگر این نیرو برابر نیروی وزن جسم ( رو به پایین ) باشد، جسم شناور می ماند.
 قانون ارشمیدس در مورد مقدار نیروی ارشمیدس می گوید: نیروی ارشمیدس به اندازه ی وزن آبی است که به خاطر شناور شدن جسم در آب جا به جا شده است. (1)

چگالى:

در علوم پایه چگالى را مقدار جرم در واحد حجم ماده مى دانند.در صورتى که در علوم پیشرفته این تعریف از چگالى صحیح نیست و دقیقا تعریف جرم واحد حجم یا جرم مخصوص یا همان دانسیته مى باشد.در علم کل،وزن مخصوص یک ماده به وزن آب هم حجم نشان مى دهند.همچنین بین چگالى و وزن مخصوص باید تفاوت قائل شد.s ان را در شرایط استاندارد،چگالى مى گویند و ان را با

چگالى مقدار جرم موجود در واحد حجم است،ولى وزن مخصوص به معنى وزن واحد حجم ماده است.جرم مخصوص  یا  دانسیته جرم واحد حجم است.براى تعاریف جرم مخصوص در یک نقطه ،حجم کوچکى در اطراف نقطه در نظر گرفته و جرم سیال را داخل آن حجم تقسیم نموده حد این نسبت را وقتى تغییرات حجم به اپسیلون میل مى کندمى گیریم.لازم به ذکر است که واحد بسیار کوچکى است اما از فاصله ى متوسط مولکول ها ى جسم،بزرگتر است.(3)

یکاهاى رایج:

 براى چگالى:SIیکاى

- کیلومتر بر متر مکعب

    :SI یکاهاى مترى بیرون از

- کیلومتر بر لیتر.آب عموما چگالى 1 کیلو متر بر لیتر دارد،که یکاى مناسبی را فراهم میسازد.

- کیلو گرم بر دسى مترمکعب

- گرم بر میلى لیتر

- گرم بر سانتى متر مکعب

در یکاهاى سفارشى ایالات متحده یا امپراتورى،یکاهاى چگالى موارد زیر را هم شامل مى شود:

- اونس بر اینچ مکعب

- پوند براینچ مکعب

- پوند بر فوت مکعب

- پوند بر یارد مکعب

- پوند بر گالون(براى امریکا یا گالون امپراتورى)

- پوند بر بوشل امریکایى

- اسلاگ بر فوت مکعب

جهان در حال انبساط است، اما نیروهاى جاذبه بین مواد، باعث کند شدن این انبساط مى شود.هرچه جرم جهان متراکم تر باشد ،به همان اندازه چگالى آن زیادتر شده و انبساط آن کند تر مى شود.جهانى که چگالى بالایى دارد ممکن است بالاخره بخاطر قدرت نیروى جاذبه بین قسمت هاى تشکیل دهنده اش ، منقبض شود.اگر جهان به اندازه ى کافى چگالى نداشته باشد، براى همیشه در حال انبساط خواهد بود.

چگالى بحرانى:

  کیلو گرم بر متر مکعب استکه چگالى بحرانى27X10-5 اندازه ى کافى‌ که براى چگالى گفته مى شود چه قدر است؟این اندازه برابر مى باشد.چگالى بحرانى معیارى است براى باز یا بسته بودن جهان ، اگر چگالى جهان از چگالى بحرانى بیشتر باشد، جهان ، جهانى بسته خواهد بود.اگر چگالى جهان از چگالى بحرانى کمتر باشد جهان ،جهان باز خواهد بود.(4)

چگالى نسبى:

مقایسه ى چگالى دو مایع با یکدیگر یا مقایسه ى چگالى یک جامد با یک مایع خیلى راحت است.اگر چگالى جسمى کمتر از مایع باشد، در آن شناور مى شود و در غیر این صورت در آن غرق مى شود.مثلا چگالى چوب از آب کمتر است و براى همین است که چوب روى آب شناور مى ماند ( نیروی ارشمیدس )

مواد چگال:

هسته ى اتم هاى تشکیل دهنده ى مواد و ستارگان از جمله کوتوله هاى سفید ، ستاره هاى نوترونى ، ابر نواختران ، سیاه چاله ها و ... چگال ترین موادند.

قیف جدا کننده:

وسیله اى است که مایعات را بر اساس شاخص چگالى از هم جدا مى کند ، مثلا اگر مخلوط روغن و آب را در مخزن این دستگاه بریزیم، بر حسب چگالى مواد داخل این ظرف تفکیک مى شوند. اگر شیر زیر ظرف را باز کنیم ، مایعى که داراى چگالى بالاست، در زیر قرار گرفته و از دستگاه خارج مى شود تا اینکه به مرز جدایى روغن و آب برسد، در چنین حالتى شیر را مى بندیم و دستگاه با موفقیت دو مایع مخلوط را از هم جدا مى کند.(3)

تخلخل:

 نمایش مى دهند.تخلخل نسبت فضاى حفره ه اى یک سنگ یا خاک است به Qیکى از خصوصیات سنگ

به فضاى کلى آن:

                                                                                                       Q=Vv/Vt

بنابراین تخلخل عددى است بین صفر تا یک.همچنین با ضرب کردن این میزان در 100 مى توان آن را به صورت درصد نیز بیان کرد.
تخلخل عبارت است از تمام خلل فرج هاى موجود در رسوب یا سنگ که به دو صورت کل یا موثر بیان می شود. تخلخل کل شامل تمام منافذ موجود در سنگ یا رسوب است که از نسبت حجم حفره هاى موجود در سنگ به حجم کل سنگ بدست مى اید و آن را به درصد بیان مى کنند.تخلخل موثر یا مفید شامل حفره هاى متصل به هم است که قادر است مایعات را از خود عبور دهد . این تخلخل از نسبت حجم حفره هاى متصل به هم به حجم کل سنگ بدست مى اید.لازم به ذکر است که در سنگ حفره هایى وجود دارد که قادر نیستند مایعات را از خود عبور دهند، این حفره ها به نام تخلخل غیر مفید هستند و ار تفاضل تخلخل مفید از تخلخل کل بدست مى اید.

پیکنومتر:

پیکنومتر ظرفى کوچک است که حجم آن در درجه حرارت خاص در آزمایشگاه تعیین شده است (حجم پیکنومتر ثابت است) اسبابى براى تعیین چگالى و ضریب انبساط یک مایع ، متشکل است از یک ظرف شیشه اى مدرج که گنجایش حجمى معینى از یک مایع را در دماى معینى داشته باشد با توزین ظرف پر از مایع در دماهاى مختلف تغییرات چگالى و در نتیجه انبساط ظاهرى مایع را مى توان معین کرد.(5)

مواد دیر گداز :

به موادی گفته می شود که نقطه خمیری شدن آن ها بالاتر از 1520 درجه سانتیگراد می باشد .

تمام مواد تشکیل دهنده شیشه ها و سرامیک ها مواد اکسیدی می باشند .

نقطه خمیری شدن :

برای تعیین نقطه خمیری شدن از مخروط زگر Seger یا مخروط اورتون Orton استفاده می کنند به این صورت که ابتدا مخروط تهیه شده را در کوره مورد نظر قرار داده و شروع به حرارت دادن می کنیم تا هنگامی که مخروط از کمر خم شود و در اصطلاح شکسته شود این دما را نقطه خمیره گویند که اگر بیش از 1520 درجه باشد به آن دیر گداز اطلاق می شود .

پارامتر های مهم یک دیر گداز و نحوه اندازه گیری آن ها :

تعیین نقطه خمیری و درجه دیر گدازی

پایداری در برابر سرباره

استحکام در برابر شوک حرارتی (تغییرات ناگهانی درجه حرارت )

مقاومت در برابر فشار (در درجه حرارت اتاق و حرارت های بالا )

R.T (Room Temperature) و H.T ( High Temperature) که در دماهای

پایداری حجمی در عملیات حرارتی بعدی ( حرارت دادن مجدد )

تعیین نقطه خمیری و درجه دیر گدازی

این پارامتر که به وسیله دو مخروط به نام های زگر و اورتون سنجیده می شود بدین صورت است که مخروط دیر گداز را در کوره های عملیات حرارتی گذاشته و تا دمای مورد نیاز که معمولا 1520 درجه سانتی گراد است حرارت می دهند تا هنگامی که دیر گداز به نقطه خمیری خود رسیده و از کمر خم شود سپس زمان صرف شده در این عملیات را حساب کرده و رنج پایداری دیر گداز را به دست می آورند . 

استحکام(مقاومت) در مقابل شوک حرارتی

برای تعیین درجه شوک پذیری ابتدا قطعه دیر گداز مورد نظر را تا دمای کاربردی به مدت زمان معینی حرارت داده و سپس به طور ناگهانی و با سرعت زیاد آن را سرد می کنیم . باید توجه داشت که این کار را 30 مرتبه و بدون وقفه انجام داد . اگر دیر گداز بعد از 30 مرتبه ترک برداشته و یا خرد شود رنج شوک پذیری آن کم اما در غیر این صورت دیر گداز در مقابل شوک حرارتی مقاوم است.

عوامل موثر در شوک پذیری :

ضریب انبساط حرارتی

قابلیت هدایت حرارتی

 (Anisotropy) خاصیت آنیزوتروپی

فاز های تشکیل دهنده دیر گداز

تغییرات فازی طی فرآیند گرمادهی

تخلخل و دانسیته

(خواص الاستیک)

ضریب انبساط حرارتی

میزان تغییرات حجمی که جسم در مقابل حرارت از خود نشان می دهد که هر چه این ضریب پایین تر باشد پایداری این جسم بیشتر است .

نکته : شوک حرارتی تنش هایی است که بین دمای درون قطعه و دمای بیرون ایجاد می شود .*

اگر فاز های یک دیر گداز یکی باشد یعنی آن دیر گداز فقط از یک فاز تشکیل شده باشد استحکام دیر گداز در مقابل شوک حرارتی بیشتر است و هر چه تعداد فاز ها بیشتر باشد ناپایداری دیر گداز نیز بیشتر است .

تغییرات فازی طی فرآیند گرمادهی :

تغییرات فازی که بر اثر تغییر درجه حرارت به وجود می آید باعث ایجاد فاز های مایع در درجه حرارت های پایین می شود .

تخلخل و دانسیته :

تخلخل و ضریب تراکم در یک دیر گداز هر چه بیشتر باشد مقاومت آن دیر گداز در برابر شوک حرارتی بیشتر است و هر چه دانسیته کمتر باشد پایداری دیر گداز بالا تر است .

الاستیک ( ضریب کشسانی ) :

هر چه الاستیسیته یک دیر گداز بیشتر باشد پایداری آن در مقابل شوک حرارتی بیشتر است .

توضیحات آزمایش:

اهمیت مواد رسی:

1-فقط خاک های رس هستند که حالت خمیری می گیرند.2-به خاطر اکسید های الومینیم وسیلیسیم که

دارای خواص فیزیکی  و شیمیایی بالا هستند

موادرسی از سه فاز مشخص تشکیل شده اند:اکسید آلومینیوم،اکسید سیلیسیم وآب.

شاموت:مواد رسی بدون آب ساختاری،اکسیدهای اصلی دارند.اکسید های اصلی دارای دمای ذوب بالا هستند و دارای ثبات شیمیایی و فیزیکی هستند.

 کمتراهمیت آن خاک رسی بیشتر می شود.SiO2 بیشتر، Al2O3 هر چه

خود آب باعث شکل پذیری و آب کار پذیری بیشتری می شود.ولی انقباض هنگام خشک شدن بیشتر می شود.

 دارد و فاز میانی ایجاد نمی کند پس بهتر است.Al2O3 دمایذوب بالاتری نسبت به Si2O

شاموت = بیسکوییت خرد شده یا خاک رسی سوخته.

اگر مونت موریلونیت داریم باید شیب سرمایش کم شود تا ترک نخورد.

هر چه دانه بندی بزرگتر تخلخل بیشتر،دانسیته کمتر،استحکام کمتر.

هرچه بالکلی بیشتر فاز شیشه بیشتر،دمای ذوب پایین تر می آید و مواد به هم می چسبندو انقباض بیشتر است.

برای جلوگیری از انقباض شدید و دیرگدازی خاک رس از مواد شاموتی استفاده می شود.

برای ساخت دیرگداز شاموتی از شاموت و یک خاک رس استفاده می شود.

 

مواد اولیه:                شاموت%                   رس%( زنوز)

                                                                40                        60

                                                           60گرم                    90گرم

 

+5% تالک+10% آب =7.5 گرم تالک +15 گرم آب

 

دانه بندی شاموت:          30 % زیر مش 50 روی مش 70 (27 گرم)

                            40% زیر مش 70 روی مش 100 (36گرم)                 

                                    30%زیر مش 100 روی مش 230(27 گرم)

 

روش شکل دهی:پرس نیمه خشک

روند آزمایش:

4 نمونه 30 گرمی در قالب مکعب مستطیل

3 نمونه  4 گرمی استوانه ای

و ا نمونه 5 گرمی مخروط زگر

نمونه ها را ساخته سپس در 1250 به مدت 2 ساعت زینتر کرده،سپس ست های مورد نظر را روی آن انجام می دهیم.

1-مهم ترین تست،تست دیرگدازی است. 10 گرم خمیر آلومینایی (90% آلومینا و10% کائولن)ساخته روی صفحه نسوز قرار داده(صفحه شیب0 5 دارد)نمون ههای مخروط زگر را روی آن قرار می دهیم. داخل کوره در دمای 12500 می گذاریم وهر 500-500 نمونه را چک می کنیم.15 دقیقه باید در هر دما بماند.در دمایی که خم شد آن دما دمای خمیری شدن است.

2-تست شوک پذیری: یک  نمونه  مکعب مستطیل شکل داخل کوره مافلی (برای شاموتی 10000 و برای آلومینایی 12000) قرار می دهیم ،30 دقیقه بماند با انبرک در می آوریم و در آب سرد به مدت 2 دقیقه می اندازیم اگر ترک نخورده بود دوباره داخل کوره می گذاریم و تعداد سیکل ها را یادداشت می کنیم.

3-استحکام فشاری:نمونه های استوانه ای

قطر نمونه ها را با کولیس اندازه می گیریم با دستگاه میزان استحکام هر کدام را اندازه گرفته بین سه نمونه میانگین می گیریم.

4- استحکام خمشی : عرض(b) و ضخامت(h) نمونه های مکعب مستطیلی  را با کولیس اندازه گرفته و با توجه به نیروی شکستی که دستگاه می دهد استحکام را به دست می آوریم.بین سه نمونه میانگین

 می گیریم.

=δ

 P: نیروی شکست(N)  و  L:فاصله دو تکیه گاه

5-دانسیته و تخلخل  نمونه های ترک خورده یا شکسته را اندازه می گیریم.

اگر نمونه ها خوب ساخته شوند تلورانس کمی دارد.بالا ترین استحکام را کائولن زدلیتز دارد.

استوانه ها
   

قطر(mm)
   

عرض(mm)
   

ضخامت(mm)

                       1
   

12025
   

30
   

6.85

2
   

12
   

31
   

7

3
   

12
   

31
   

6.75

 
   

وزن خشک
   

وزن اشباع
   

وزن غوطه وری

نمونه1
   

14.92
   

16.9
   

9.2

نمونه2
   

15.89
   

18.18
   

9.53

نمونه3
   

15.63
   

17.62
   

9.36

میانگین
   

15.48
   

17.56
   

9.36
                               

 

بالکلی طبس
   

زنوز
   

زنوزسوپر
   

زدلیتز
   

 

 
   

15.27
   

12.84
   

12.78
   

استحکام خمشی

 
   

33.77
   

33.34
   

46.31
   

استحکام فشاری

 
   

2.53
   

2.68
   

2.723
   

دانسیته ظاهری

 
   

1.88
   

1.98
   

2.055
   

دانسیته کلی

 
   

25.36
   

25.99
   

24.5
   

تخلخل باز

<23
   

>23
   

>23
   

>23
   

شوک پذیری

1550
   

1450
   

1450
   

1500
   

دیرگدازی

 

با توجه به نتایج سایر گروه ها بالکلی از همه خاک ها دیر گدازترو زنوز از استحکام خمشی بالاتری برخوردار است.استحکام فشاری نیز زدلیتز از سایر خاک ها بالاتر است .البته ما عددهای مربوط به بالکلی(گروه4) را نداریم.

دانسیته نیز،دانسیته ی زدلیتز بیشتر می باشدو به همین علت تخلخل آن نیز کمتر از سایرین است.

شوک پذیری همه خاک ها یکسان است.

خطاهای آزمایش:

1-خطا هنگام توزین

2-خطای دستگاه universal

3-خطای باز وبسته شدن در کوره

4-خطا به هنگام پرس

مراجع

در فصل نامه ى کاشى و سرامیک شماره ى دوم و سوم))D.Engmann ،Interceram 4/2000،Pag 25 *ترجمه ى مقاله ى

www.physic.persianblog.com*وب سایت تخصصى فیزیک

http:/dancshnamch.roshd.ir*

http:/fa.wikipcdia.org/wiki/*

www.aftab.ir*

 آزمایش شماره1: ساخت و بررسی دیرگدازهای شاموتی

تئوری آزمایش:

در ابتدا برای آشنایی بیشتر با وزن غوطه وری به توضیح اجمالی راجع به نیروی ارشمیدس میپردازیم .
نیروی ارشمیدس: هر گاه جسمی را داخل شاره ای غوطه ور کنیم ، نیرویی برابر وزن شاره جا به جا   می شود. توسط آن ، بر آن وارد میگردد، که این نیرو را نیروی ارشمیدس ، یا نیروی شناوری می گویند.این بیان در واقع همان اصل ارشمیدس است که از زمان یونان باستان شناخته شده است.
وفتی نیروی ارشمیدس از نیروی وزن بیشتر باشد جسم روی سطح آزاد شاره شناور می شود و وقتی نیروی وزن جسم از نیروی ارشمیدس بیشتر باشد جسم درون شاره غرق می شود.
 قانون ارشمیدس: به ما می گوید هر گاه جسمی را در یا روی آب بگذاریم به ان نیرویی به سمت بالا وارد میشود که اگر این نیرو برابر نیروی وزن جسم ( رو به پایین ) باشد، جسم شناور می ماند.
 قانون ارشمیدس در مورد مقدار نیروی ارشمیدس می گوید: نیروی ارشمیدس به اندازه ی وزن آبی است که به خاطر شناور شدن جسم در آب جا به جا شده است. (1)

چگالى:

در علوم پایه چگالى را مقدار جرم در واحد حجم ماده مى دانند.در صورتى که در علوم پیشرفته این تعریف از چگالى صحیح نیست و دقیقا تعریف جرم واحد حجم یا جرم مخصوص یا همان دانسیته مى باشد.در علم کل،وزن مخصوص یک ماده به وزن آب هم حجم نشان مى دهند.همچنین بین چگالى و وزن مخصوص باید تفاوت قائل شد.s ان را در شرایط استاندارد،چگالى مى گویند و ان را با

چگالى مقدار جرم موجود در واحد حجم است،ولى وزن مخصوص به معنى وزن واحد حجم ماده است.جرم مخصوص  یا  دانسیته جرم واحد حجم است.براى تعاریف جرم مخصوص در یک نقطه ،حجم کوچکى در اطراف نقطه در نظر گرفته و جرم سیال را داخل آن حجم تقسیم نموده حد این نسبت را وقتى تغییرات حجم به اپسیلون میل مى کندمى گیریم.لازم به ذکر است که واحد بسیار کوچکى است اما از فاصله ى متوسط مولکول ها ى جسم،بزرگتر است.(3)

یکاهاى رایج:

 براى چگالى:SIیکاى

- کیلومتر بر متر مکعب

    :SI یکاهاى مترى بیرون از

- کیلومتر بر لیتر.آب عموما چگالى 1 کیلو متر بر لیتر دارد،که یکاى مناسبی را فراهم میسازد.

- کیلو گرم بر دسى مترمکعب

- گرم بر میلى لیتر

- گرم بر سانتى متر مکعب

در یکاهاى سفارشى ایالات متحده یا امپراتورى،یکاهاى چگالى موارد زیر را هم شامل مى شود:

- اونس بر اینچ مکعب

- پوند براینچ مکعب

- پوند بر فوت مکعب

- پوند بر یارد مکعب

- پوند بر گالون(براى امریکا یا گالون امپراتورى)

- پوند بر بوشل امریکایى

- اسلاگ بر فوت مکعب

جهان در حال انبساط است، اما نیروهاى جاذبه بین مواد، باعث کند شدن این انبساط مى شود.هرچه جرم جهان متراکم تر باشد ،به همان اندازه چگالى آن زیادتر شده و انبساط آن کند تر مى شود.جهانى که چگالى بالایى دارد ممکن است بالاخره بخاطر قدرت نیروى جاذبه بین قسمت هاى تشکیل دهنده اش ، منقبض شود.اگر جهان به اندازه ى کافى چگالى نداشته باشد، براى همیشه در حال انبساط خواهد بود.

چگالى بحرانى:

  کیلو گرم بر متر مکعب استکه چگالى بحرانى27X10-5 اندازه ى کافى‌ که براى چگالى گفته مى شود چه قدر است؟این اندازه برابر مى باشد.چگالى بحرانى معیارى است براى باز یا بسته بودن جهان ، اگر چگالى جهان از چگالى بحرانى بیشتر باشد، جهان ، جهانى بسته خواهد بود.اگر چگالى جهان از چگالى بحرانى کمتر باشد جهان ،جهان باز خواهد بود.(4)

چگالى نسبى:

مقایسه ى چگالى دو مایع با یکدیگر یا مقایسه ى چگالى یک جامد با یک مایع خیلى راحت است.اگر چگالى جسمى کمتر از مایع باشد، در آن شناور مى شود و در غیر این صورت در آن غرق مى شود.مثلا چگالى چوب از آب کمتر است و براى همین است که چوب روى آب شناور مى ماند ( نیروی ارشمیدس )

مواد چگال:

هسته ى اتم هاى تشکیل دهنده ى مواد و ستارگان از جمله کوتوله هاى سفید ، ستاره هاى نوترونى ، ابر نواختران ، سیاه چاله ها و ... چگال ترین موادند.

قیف جدا کننده:

وسیله اى است که مایعات را بر اساس شاخص چگالى از هم جدا مى کند ، مثلا اگر مخلوط روغن و آب را در مخزن این دستگاه بریزیم، بر حسب چگالى مواد داخل این ظرف تفکیک مى شوند. اگر شیر زیر ظرف را باز کنیم ، مایعى که داراى چگالى بالاست، در زیر قرار گرفته و از دستگاه خارج مى شود تا اینکه به مرز جدایى روغن و آب برسد، در چنین حالتى شیر را مى بندیم و دستگاه با موفقیت دو مایع مخلوط را از هم جدا مى کند.(3)

تخلخل:

 نمایش مى دهند.تخلخل نسبت فضاى حفره ه اى یک سنگ یا خاک است به Qیکى از خصوصیات سنگ

به فضاى کلى آن:

                                                                                                       Q=Vv/Vt

بنابراین تخلخل عددى است بین صفر تا یک.همچنین با ضرب کردن این میزان در 100 مى توان آن را به صورت درصد نیز بیان کرد.
تخلخل عبارت است از تمام خلل فرج هاى موجود در رسوب یا سنگ که به دو صورت کل یا موثر بیان می شود. تخلخل کل شامل تمام منافذ موجود در سنگ یا رسوب است که از نسبت حجم حفره هاى موجود در سنگ به حجم کل سنگ بدست مى اید و آن را به درصد بیان مى کنند.تخلخل موثر یا مفید شامل حفره هاى متصل به هم است که قادر است مایعات را از خود عبور دهد . این تخلخل از نسبت حجم حفره هاى متصل به هم به حجم کل سنگ بدست مى اید.لازم به ذکر است که در سنگ حفره هایى وجود دارد که قادر نیستند مایعات را از خود عبور دهند، این حفره ها به نام تخلخل غیر مفید هستند و ار تفاضل تخلخل مفید از تخلخل کل بدست مى اید.

پیکنومتر:

پیکنومتر ظرفى کوچک است که حجم آن در درجه حرارت خاص در آزمایشگاه تعیین شده است (حجم پیکنومتر ثابت است) اسبابى براى تعیین چگالى و ضریب انبساط یک مایع ، متشکل است از یک ظرف شیشه اى مدرج که گنجایش حجمى معینى از یک مایع را در دماى معینى داشته باشد با توزین ظرف پر از مایع در دماهاى مختلف تغییرات چگالى و در نتیجه انبساط ظاهرى مایع را مى توان معین کرد.(5)

مواد دیر گداز :

به موادی گفته می شود که نقطه خمیری شدن آن ها بالاتر از 1520 درجه سانتیگراد می باشد .

تمام مواد تشکیل دهنده شیشه ها و سرامیک ها مواد اکسیدی می باشند .

نقطه خمیری شدن :

برای تعیین نقطه خمیری شدن از مخروط زگر Seger یا مخروط اورتون Orton استفاده می کنند به این صورت که ابتدا مخروط تهیه شده را در کوره مورد نظر قرار داده و شروع به حرارت دادن می کنیم تا هنگامی که مخروط از کمر خم شود و در اصطلاح شکسته شود این دما را نقطه خمیره گویند که اگر بیش از 1520 درجه باشد به آن دیر گداز اطلاق می شود .

پارامتر های مهم یک دیر گداز و نحوه اندازه گیری آن ها :

تعیین نقطه خمیری و درجه دیر گدازی

پایداری در برابر سرباره

استحکام در برابر شوک حرارتی (تغییرات ناگهانی درجه حرارت )

مقاومت در برابر فشار (در درجه حرارت اتاق و حرارت های بالا )

R.T (Room Temperature) و H.T ( High Temperature) که در دماهای

پایداری حجمی در عملیات حرارتی بعدی ( حرارت دادن مجدد )

تعیین نقطه خمیری و درجه دیر گدازی

این پارامتر که به وسیله دو مخروط به نام های زگر و اورتون سنجیده می شود بدین صورت است که مخروط دیر گداز را در کوره های عملیات حرارتی گذاشته و تا دمای مورد نیاز که معمولا 1520 درجه سانتی گراد است حرارت می دهند تا هنگامی که دیر گداز به نقطه خمیری خود رسیده و از کمر خم شود سپس زمان صرف شده در این عملیات را حساب کرده و رنج پایداری دیر گداز را به دست می آورند . 

استحکام(مقاومت) در مقابل شوک حرارتی

برای تعیین درجه شوک پذیری ابتدا قطعه دیر گداز مورد نظر را تا دمای کاربردی به مدت زمان معینی حرارت داده و سپس به طور ناگهانی و با سرعت زیاد آن را سرد می کنیم . باید توجه داشت که این کار را 30 مرتبه و بدون وقفه انجام داد . اگر دیر گداز بعد از 30 مرتبه ترک برداشته و یا خرد شود رنج شوک پذیری آن کم اما در غیر این صورت دیر گداز در مقابل شوک حرارتی مقاوم است.

عوامل موثر در شوک پذیری :

ضریب انبساط حرارتی

قابلیت هدایت حرارتی

 (Anisotropy) خاصیت آنیزوتروپی

فاز های تشکیل دهنده دیر گداز

تغییرات فازی طی فرآیند گرمادهی

تخلخل و دانسیته

(خواص الاستیک)

ضریب انبساط حرارتی

میزان تغییرات حجمی که جسم در مقابل حرارت از خود نشان می دهد که هر چه این ضریب پایین تر باشد پایداری این جسم بیشتر است .

نکته : شوک حرارتی تنش هایی است که بین دمای درون قطعه و دمای بیرون ایجاد می شود .*

اگر فاز های یک دیر گداز یکی باشد یعنی آن دیر گداز فقط از یک فاز تشکیل شده باشد استحکام دیر گداز در مقابل شوک حرارتی بیشتر است و هر چه تعداد فاز ها بیشتر باشد ناپایداری دیر گداز نیز بیشتر است .

تغییرات فازی طی فرآیند گرمادهی :

تغییرات فازی که بر اثر تغییر درجه حرارت به وجود می آید باعث ایجاد فاز های مایع در درجه حرارت های پایین می شود .

تخلخل و دانسیته :

تخلخل و ضریب تراکم در یک دیر گداز هر چه بیشتر باشد مقاومت آن دیر گداز در برابر شوک حرارتی بیشتر است و هر چه دانسیته کمتر باشد پایداری دیر گداز بالا تر است .

الاستیک ( ضریب کشسانی ) :

هر چه الاستیسیته یک دیر گداز بیشتر باشد پایداری آن در مقابل شوک حرارتی بیشتر است .

توضیحات آزمایش:

اهمیت مواد رسی:

1-فقط خاک های رس هستند که حالت خمیری می گیرند.2-به خاطر اکسید های الومینیم وسیلیسیم که

دارای خواص فیزیکی  و شیمیایی بالا هستند

موادرسی از سه فاز مشخص تشکیل شده اند:اکسید آلومینیوم،اکسید سیلیسیم وآب.

شاموت:مواد رسی بدون آب ساختاری،اکسیدهای اصلی دارند.اکسید های اصلی دارای دمای ذوب بالا هستند و دارای ثبات شیمیایی و فیزیکی هستند.

 کمتراهمیت آن خاک رسی بیشتر می شود.SiO2 بیشتر، Al2O3 هر چه

خود آب باعث شکل پذیری و آب کار پذیری بیشتری می شود.ولی انقباض هنگام خشک شدن بیشتر می شود.

 دارد و فاز میانی ایجاد نمی کند پس بهتر است.Al2O3 دمایذوب بالاتری نسبت به Si2O

شاموت = بیسکوییت خرد شده یا خاک رسی سوخته.

اگر مونت موریلونیت داریم باید شیب سرمایش کم شود تا ترک نخورد.

هر چه دانه بندی بزرگتر تخلخل بیشتر،دانسیته کمتر،استحکام کمتر.

هرچه بالکلی بیشتر فاز شیشه بیشتر،دمای ذوب پایین تر می آید و مواد به هم می چسبندو انقباض بیشتر است.

برای جلوگیری از انقباض شدید و دیرگدازی خاک رس از مواد شاموتی استفاده می شود.

برای ساخت دیرگداز شاموتی از شاموت و یک خاک رس استفاده می شود.

 

مواد اولیه:                شاموت%                   رس%( زنوز)

                                                                40                        60

                                                           60گرم                    90گرم

 

+5% تالک+10% آب =7.5 گرم تالک +15 گرم آب

 

دانه بندی شاموت:          30 % زیر مش 50 روی مش 70 (27 گرم)

                            40% زیر مش 70 روی مش 100 (36گرم)                 

                                    30%زیر مش 100 روی مش 230(27 گرم)

 

روش شکل دهی:پرس نیمه خشک

روند آزمایش:

4 نمونه 30 گرمی در قالب مکعب مستطیل

3 نمونه  4 گرمی استوانه ای

و ا نمونه 5 گرمی مخروط زگر

نمونه ها را ساخته سپس در 1250 به مدت 2 ساعت زینتر کرده،سپس ست های مورد نظر را روی آن انجام می دهیم.

1-مهم ترین تست،تست دیرگدازی است. 10 گرم خمیر آلومینایی (90% آلومینا و10% کائولن)ساخته روی صفحه نسوز قرار داده(صفحه شیب0 5 دارد)نمون ههای مخروط زگر را روی آن قرار می دهیم. داخل کوره در دمای 12500 می گذاریم وهر 500-500 نمونه را چک می کنیم.15 دقیقه باید در هر دما بماند.در دمایی که خم شد آن دما دمای خمیری شدن است.

2-تست شوک پذیری: یک  نمونه  مکعب مستطیل شکل داخل کوره مافلی (برای شاموتی 10000 و برای آلومینایی 12000) قرار می دهیم ،30 دقیقه بماند با انبرک در می آوریم و در آب سرد به مدت 2 دقیقه می اندازیم اگر ترک نخورده بود دوباره داخل کوره می گذاریم و تعداد سیکل ها را یادداشت می کنیم.

3-استحکام فشاری:نمونه های استوانه ای

قطر نمونه ها را با کولیس اندازه می گیریم با دستگاه میزان استحکام هر کدام را اندازه گرفته بین سه نمونه میانگین می گیریم.

4- استحکام خمشی : عرض(b) و ضخامت(h) نمونه های مکعب مستطیلی  را با کولیس اندازه گرفته و با توجه به نیروی شکستی که دستگاه می دهد استحکام را به دست می آوریم.بین سه نمونه میانگین

 می گیریم.

=δ

 P: نیروی شکست(N)  و  L:فاصله دو تکیه گاه

5-دانسیته و تخلخل  نمونه های ترک خورده یا شکسته را اندازه می گیریم.

اگر نمونه ها خوب ساخته شوند تلورانس کمی دارد.بالا ترین استحکام را کائولن زدلیتز دارد.

استوانه ها
   

قطر(mm)
   

عرض(mm)
   

ضخامت(mm)

                       1
   

12025
   

30
   

6.85

2
   

12
   

31
   

7

3
   

12
   

31
   

6.75

 
   

وزن خشک
   

وزن اشباع
   

وزن غوطه وری

نمونه1
   

14.92
   

16.9
   

9.2

نمونه2
   

15.89
   

18.18
   

9.53

نمونه3
   

15.63
   

17.62
   

9.36

میانگین
   

15.48
   

17.56
   

9.36
                               

 

بالکلی طبس
   

زنوز
   

زنوزسوپر
   

زدلیتز
   

 

 
   

15.27
   

12.84
   

12.78
   

استحکام خمشی

 
   

33.77
   

33.34
   

46.31
   

استحکام فشاری

 
   

2.53
   

2.68
   

2.723
   

دانسیته ظاهری

 
   

1.88
   

1.98
   

2.055
   

دانسیته کلی

 
   

25.36
   

25.99
   

24.5
   

تخلخل باز

<23
   

>23
   

>23
   

>23
   

شوک پذیری

1550
   

1450
   

1450
   

1500
   

دیرگدازی

 

با توجه به نتایج سایر گروه ها بالکلی از همه خاک ها دیر گدازترو زنوز از استحکام خمشی بالاتری برخوردار است.استحکام فشاری نیز زدلیتز از سایر خاک ها بالاتر است .البته ما عددهای مربوط به بالکلی(گروه4) را نداریم.

دانسیته نیز،دانسیته ی زدلیتز بیشتر می باشدو به همین علت تخلخل آن نیز کمتر از سایرین است.

شوک پذیری همه خاک ها یکسان است.

خطاهای آزمایش:

1-خطا هنگام توزین

2-خطای دستگاه universal

3-خطای باز وبسته شدن در کوره

4-خطا به هنگام پرس

مراجع

در فصل نامه ى کاشى و سرامیک شماره ى دوم و سوم))D.Engmann ،Interceram 4/2000،Pag 25 *ترجمه ى مقاله ى

www.physic.persianblog.com*وب سایت تخصصى فیزیک

http:/dancshnamch.roshd.ir*

http:/fa.wikipcdia.org/wiki/*

www.aftab.ir*

 آزمایش شماره1: ساخت و بررسی دیرگدازهای شاموتی

تئوری آزمایش:

در ابتدا برای آشنایی بیشتر با وزن غوطه وری به توضیح اجمالی راجع به نیروی ارشمیدس میپردازیم .
نیروی ارشمیدس: هر گاه جسمی را داخل شاره ای غوطه ور کنیم ، نیرویی برابر وزن شاره جا به جا   می شود. توسط آن ، بر آن وارد میگردد، که این نیرو را نیروی ارشمیدس ، یا نیروی شناوری می گویند.این بیان در واقع همان اصل ارشمیدس است که از زمان یونان باستان شناخته شده است.
وفتی نیروی ارشمیدس از نیروی وزن بیشتر باشد جسم روی سطح آزاد شاره شناور می شود و وقتی نیروی وزن جسم از نیروی ارشمیدس بیشتر باشد جسم درون شاره غرق می شود.
 قانون ارشمیدس: به ما می گوید هر گاه جسمی را در یا روی آب بگذاریم به ان نیرویی به سمت بالا وارد میشود که اگر این نیرو برابر نیروی وزن جسم ( رو به پایین ) باشد، جسم شناور می ماند.
 قانون ارشمیدس در مورد مقدار نیروی ارشمیدس می گوید: نیروی ارشمیدس به اندازه ی وزن آبی است که به خاطر شناور شدن جسم در آب جا به جا شده است. (1)

چگالى:

در علوم پایه چگالى را مقدار جرم در واحد حجم ماده مى دانند.در صورتى که در علوم پیشرفته این تعریف از چگالى صحیح نیست و دقیقا تعریف جرم واحد حجم یا جرم مخصوص یا همان دانسیته مى باشد.در علم کل،وزن مخصوص یک ماده به وزن آب هم حجم نشان مى دهند.همچنین بین چگالى و وزن مخصوص باید تفاوت قائل شد.s ان را در شرایط استاندارد،چگالى مى گویند و ان را با

چگالى مقدار جرم موجود در واحد حجم است،ولى وزن مخصوص به معنى وزن واحد حجم ماده است.جرم مخصوص  یا  دانسیته جرم واحد حجم است.براى تعاریف جرم مخصوص در یک نقطه ،حجم کوچکى در اطراف نقطه در نظر گرفته و جرم سیال را داخل آن حجم تقسیم نموده حد این نسبت را وقتى تغییرات حجم به اپسیلون میل مى کندمى گیریم.لازم به ذکر است که واحد بسیار کوچکى است اما از فاصله ى متوسط مولکول ها ى جسم،بزرگتر است.(3)

یکاهاى رایج:

 براى چگالى:SIیکاى

- کیلومتر بر متر مکعب

    :SI یکاهاى مترى بیرون از

- کیلومتر بر لیتر.آب عموما چگالى 1 کیلو متر بر لیتر دارد،که یکاى مناسبی را فراهم میسازد.

- کیلو گرم بر دسى مترمکعب

- گرم بر میلى لیتر

- گرم بر سانتى متر مکعب

در یکاهاى سفارشى ایالات متحده یا امپراتورى،یکاهاى چگالى موارد زیر را هم شامل مى شود:

- اونس بر اینچ مکعب

- پوند براینچ مکعب

- پوند بر فوت مکعب

- پوند بر یارد مکعب

- پوند بر گالون(براى امریکا یا گالون امپراتورى)

- پوند بر بوشل امریکایى

- اسلاگ بر فوت مکعب

جهان در حال انبساط است، اما نیروهاى جاذبه بین مواد، باعث کند شدن این انبساط مى شود.هرچه جرم جهان متراکم تر باشد ،به همان اندازه چگالى آن زیادتر شده و انبساط آن کند تر مى شود.جهانى که چگالى بالایى دارد ممکن است بالاخره بخاطر قدرت نیروى جاذبه بین قسمت هاى تشکیل دهنده اش ، منقبض شود.اگر جهان به اندازه ى کافى چگالى نداشته باشد، براى همیشه در حال انبساط خواهد بود.

چگالى بحرانى:

  کیلو گرم بر متر مکعب استکه چگالى بحرانى27X10-5 اندازه ى کافى‌ که براى چگالى گفته مى شود چه قدر است؟این اندازه برابر مى باشد.چگالى بحرانى معیارى است براى باز یا بسته بودن جهان ، اگر چگالى جهان از چگالى بحرانى بیشتر باشد، جهان ، جهانى بسته خواهد بود.اگر چگالى جهان از چگالى بحرانى کمتر باشد جهان ،جهان باز خواهد بود.(4)

چگالى نسبى:

مقایسه ى چگالى دو مایع با یکدیگر یا مقایسه ى چگالى یک جامد با یک مایع خیلى راحت است.اگر چگالى جسمى کمتر از مایع باشد، در آن شناور مى شود و در غیر این صورت در آن غرق مى شود.مثلا چگالى چوب از آب کمتر است و براى همین است که چوب روى آب شناور مى ماند ( نیروی ارشمیدس )

مواد چگال:

هسته ى اتم هاى تشکیل دهنده ى مواد و ستارگان از جمله کوتوله هاى سفید ، ستاره هاى نوترونى ، ابر نواختران ، سیاه چاله ها و ... چگال ترین موادند.

قیف جدا کننده:

وسیله اى است که مایعات را بر اساس شاخص چگالى از هم جدا مى کند ، مثلا اگر مخلوط روغن و آب را در مخزن این دستگاه بریزیم، بر حسب چگالى مواد داخل این ظرف تفکیک مى شوند. اگر شیر زیر ظرف را باز کنیم ، مایعى که داراى چگالى بالاست، در زیر قرار گرفته و از دستگاه خارج مى شود تا اینکه به مرز جدایى روغن و آب برسد، در چنین حالتى شیر را مى بندیم و دستگاه با موفقیت دو مایع مخلوط را از هم جدا مى کند.(3)

تخلخل:

 نمایش مى دهند.تخلخل نسبت فضاى حفره ه اى یک سنگ یا خاک است به Qیکى از خصوصیات سنگ

به فضاى کلى آن:

                                                                                                       Q=Vv/Vt

بنابراین تخلخل عددى است بین صفر تا یک.همچنین با ضرب کردن این میزان در 100 مى توان آن را به صورت درصد نیز بیان کرد.
تخلخل عبارت است از تمام خلل فرج هاى موجود در رسوب یا سنگ که به دو صورت کل یا موثر بیان می شود. تخلخل کل شامل تمام منافذ موجود در سنگ یا رسوب است که از نسبت حجم حفره هاى موجود در سنگ به حجم کل سنگ بدست مى اید و آن را به درصد بیان مى کنند.تخلخل موثر یا مفید شامل حفره هاى متصل به هم است که قادر است مایعات را از خود عبور دهد . این تخلخل از نسبت حجم حفره هاى متصل به هم به حجم کل سنگ بدست مى اید.لازم به ذکر است که در سنگ حفره هایى وجود دارد که قادر نیستند مایعات را از خود عبور دهند، این حفره ها به نام تخلخل غیر مفید هستند و ار تفاضل تخلخل مفید از تخلخل کل بدست مى اید.

پیکنومتر:

پیکنومتر ظرفى کوچک است که حجم آن در درجه حرارت خاص در آزمایشگاه تعیین شده است (حجم پیکنومتر ثابت است) اسبابى براى تعیین چگالى و ضریب انبساط یک مایع ، متشکل است از یک ظرف شیشه اى مدرج که گنجایش حجمى معینى از یک مایع را در دماى معینى داشته باشد با توزین ظرف پر از مایع در دماهاى مختلف تغییرات چگالى و در نتیجه انبساط ظاهرى مایع را مى توان معین کرد.(5)

مواد دیر گداز :

به موادی گفته می شود که نقطه خمیری شدن آن ها بالاتر از 1520 درجه سانتیگراد می باشد .

تمام مواد تشکیل دهنده شیشه ها و سرامیک ها مواد اکسیدی می باشند .

نقطه خمیری شدن :

برای تعیین نقطه خمیری شدن از مخروط زگر Seger یا مخروط اورتون Orton استفاده می کنند به این صورت که ابتدا مخروط تهیه شده را در کوره مورد نظر قرار داده و شروع به حرارت دادن می کنیم تا هنگامی که مخروط از کمر خم شود و در اصطلاح شکسته شود این دما را نقطه خمیره گویند که اگر بیش از 1520 درجه باشد به آن دیر گداز اطلاق می شود .

پارامتر های مهم یک دیر گداز و نحوه اندازه گیری آن ها :

تعیین نقطه خمیری و درجه دیر گدازی

پایداری در برابر سرباره

استحکام در برابر شوک حرارتی (تغییرات ناگهانی درجه حرارت )

مقاومت در برابر فشار (در درجه حرارت اتاق و حرارت های بالا )

R.T (Room Temperature) و H.T ( High Temperature) که در دماهای

پایداری حجمی در عملیات حرارتی بعدی ( حرارت دادن مجدد )

تعیین نقطه خمیری و درجه دیر گدازی

این پارامتر که به وسیله دو مخروط به نام های زگر و اورتون سنجیده می شود بدین صورت است که مخروط دیر گداز را در کوره های عملیات حرارتی گذاشته و تا دمای مورد نیاز که معمولا 1520 درجه سانتی گراد است حرارت می دهند تا هنگامی که دیر گداز به نقطه خمیری خود رسیده و از کمر خم شود سپس زمان صرف شده در این عملیات را حساب کرده و رنج پایداری دیر گداز را به دست می آورند . 

استحکام(مقاومت) در مقابل شوک حرارتی

برای تعیین درجه شوک پذیری ابتدا قطعه دیر گداز مورد نظر را تا دمای کاربردی به مدت زمان معینی حرارت داده و سپس به طور ناگهانی و با سرعت زیاد آن را سرد می کنیم . باید توجه داشت که این کار را 30 مرتبه و بدون وقفه انجام داد . اگر دیر گداز بعد از 30 مرتبه ترک برداشته و یا خرد شود رنج شوک پذیری آن کم اما در غیر این صورت دیر گداز در مقابل شوک حرارتی مقاوم است.

عوامل موثر در شوک پذیری :

ضریب انبساط حرارتی

قابلیت هدایت حرارتی

 (Anisotropy) خاصیت آنیزوتروپی

فاز های تشکیل دهنده دیر گداز

تغییرات فازی طی فرآیند گرمادهی

تخلخل و دانسیته

(خواص الاستیک)

ضریب انبساط حرارتی

میزان تغییرات حجمی که جسم در مقابل حرارت از خود نشان می دهد که هر چه این ضریب پایین تر باشد پایداری این جسم بیشتر است .

نکته : شوک حرارتی تنش هایی است که بین دمای درون قطعه و دمای بیرون ایجاد می شود .*

اگر فاز های یک دیر گداز یکی باشد یعنی آن دیر گداز فقط از یک فاز تشکیل شده باشد استحکام دیر گداز در مقابل شوک حرارتی بیشتر است و هر چه تعداد فاز ها بیشتر باشد ناپایداری دیر گداز نیز بیشتر است .

تغییرات فازی طی فرآیند گرمادهی :

تغییرات فازی که بر اثر تغییر درجه حرارت به وجود می آید باعث ایجاد فاز های مایع در درجه حرارت های پایین می شود .

تخلخل و دانسیته :

تخلخل و ضریب تراکم در یک دیر گداز هر چه بیشتر باشد مقاومت آن دیر گداز در برابر شوک حرارتی بیشتر است و هر چه دانسیته کمتر باشد پایداری دیر گداز بالا تر است .

الاستیک ( ضریب کشسانی ) :

هر چه الاستیسیته یک دیر گداز بیشتر باشد پایداری آن در مقابل شوک حرارتی بیشتر است .

توضیحات آزمایش:

اهمیت مواد رسی:

1-فقط خاک های رس هستند که حالت خمیری می گیرند.2-به خاطر اکسید های الومینیم وسیلیسیم که

دارای خواص فیزیکی  و شیمیایی بالا هستند

موادرسی از سه فاز مشخص تشکیل شده اند:اکسید آلومینیوم،اکسید سیلیسیم وآب.

شاموت:مواد رسی بدون آب ساختاری،اکسیدهای اصلی دارند.اکسید های اصلی دارای دمای ذوب بالا هستند و دارای ثبات شیمیایی و فیزیکی هستند.

 کمتراهمیت آن خاک رسی بیشتر می شود.SiO2 بیشتر، Al2O3 هر چه

خود آب باعث شکل پذیری و آب کار پذیری بیشتری می شود.ولی انقباض هنگام خشک شدن بیشتر می شود.

 دارد و فاز میانی ایجاد نمی کند پس بهتر است.Al2O3 دمایذوب بالاتری نسبت به Si2O

شاموت = بیسکوییت خرد شده یا خاک رسی سوخته.

اگر مونت موریلونیت داریم باید شیب سرمایش کم شود تا ترک نخورد.

هر چه دانه بندی بزرگتر تخلخل بیشتر،دانسیته کمتر،استحکام کمتر.

هرچه بالکلی بیشتر فاز شیشه بیشتر،دمای ذوب پایین تر می آید و مواد به هم می چسبندو انقباض بیشتر است.

برای جلوگیری از انقباض شدید و دیرگدازی خاک رس از مواد شاموتی استفاده می شود.

برای ساخت دیرگداز شاموتی از شاموت و یک خاک رس استفاده می شود.

 

مواد اولیه:                شاموت%                   رس%( زنوز)

                                                                40                        60

                                                           60گرم                    90گرم

 

+5% تالک+10% آب =7.5 گرم تالک +15 گرم آب

 

دانه بندی شاموت:          30 % زیر مش 50 روی مش 70 (27 گرم)

                            40% زیر مش 70 روی مش 100 (36گرم)                 

                                    30%زیر مش 100 روی مش 230(27 گرم)

 

روش شکل دهی:پرس نیمه خشک

روند آزمایش:

4 نمونه 30 گرمی در قالب مکعب مستطیل

3 نمونه  4 گرمی استوانه ای

و ا نمونه 5 گرمی مخروط زگر

نمونه ها را ساخته سپس در 1250 به مدت 2 ساعت زینتر کرده،سپس ست های مورد نظر را روی آن انجام می دهیم.

1-مهم ترین تست،تست دیرگدازی است. 10 گرم خمیر آلومینایی (90% آلومینا و10% کائولن)ساخته روی صفحه نسوز قرار داده(صفحه شیب0 5 دارد)نمون ههای مخروط زگر را روی آن قرار می دهیم. داخل کوره در دمای 12500 می گذاریم وهر 500-500 نمونه را چک می کنیم.15 دقیقه باید در هر دما بماند.در دمایی که خم شد آن دما دمای خمیری شدن است.

2-تست شوک پذیری: یک  نمونه  مکعب مستطیل شکل داخل کوره مافلی (برای شاموتی 10000 و برای آلومینایی 12000) قرار می دهیم ،30 دقیقه بماند با انبرک در می آوریم و در آب سرد به مدت 2 دقیقه می اندازیم اگر ترک نخورده بود دوباره داخل کوره می گذاریم و تعداد سیکل ها را یادداشت می کنیم.

3-استحکام فشاری:نمونه های استوانه ای

قطر نمونه ها را با کولیس اندازه می گیریم با دستگاه میزان استحکام هر کدام را اندازه گرفته بین سه نمونه میانگین می گیریم.

4- استحکام خمشی : عرض(b) و ضخامت(h) نمونه های مکعب مستطیلی  را با کولیس اندازه گرفته و با توجه به نیروی شکستی که دستگاه می دهد استحکام را به دست می آوریم.بین سه نمونه میانگین

 می گیریم.

=δ

 P: نیروی شکست(N)  و  L:فاصله دو تکیه گاه

5-دانسیته و تخلخل  نمونه های ترک خورده یا شکسته را اندازه می گیریم.

اگر نمونه ها خوب ساخته شوند تلورانس کمی دارد.بالا ترین استحکام را کائولن زدلیتز دارد.

استوانه ها
   

قطر(mm)
   

عرض(mm)
   

ضخامت(mm)

                       1
   

12025
   

30
   

6.85

2
   

12
   

31
   

7

3
   

12
   

31
   

6.75

 
   

وزن خشک
   

وزن اشباع
   

وزن غوطه وری

نمونه1
   

14.92
   

16.9
   

9.2

نمونه2
   

15.89
   

18.18
   

9.53

نمونه3
   

15.63
   

17.62
   

9.36

میانگین
   

15.48
   

17.56
   

9.36
                               

 

بالکلی طبس
   

زنوز
   

زنوزسوپر
   

زدلیتز
   

 

 
   

15.27
   

12.84
   

12.78
   

استحکام خمشی

 
   

33.77
   

33.34
   

46.31
   

استحکام فشاری

 
   

2.53
   

2.68
   

2.723
   

دانسیته ظاهری

 
   

1.88
   

1.98
   

2.055
   

دانسیته کلی

 
   

25.36
   

25.99
   

24.5
   

تخلخل باز

<23
   

>23
   

>23
   

>23
   

شوک پذیری

1550
   

1450
   

1450
   

1500
   

دیرگدازی

 

با توجه به نتایج سایر گروه ها بالکلی از همه خاک ها دیر گدازترو زنوز از استحکام خمشی بالاتری برخوردار است.استحکام فشاری نیز زدلیتز از سایر خاک ها بالاتر است .البته ما عددهای مربوط به بالکلی(گروه4) را نداریم.

دانسیته نیز،دانسیته ی زدلیتز بیشتر می باشدو به همین علت تخلخل آن نیز کمتر از سایرین است.

شوک پذیری همه خاک ها یکسان است.

خطاهای آزمایش:

1-خطا هنگام توزین

2-خطای دستگاه universal

3-خطای باز وبسته شدن در کوره

4-خطا به هنگام پرس

مراجع

در فصل نامه ى کاشى و سرامیک شماره ى دوم و سوم))D.Engmann ،Interceram 4/2000،Pag 25 *ترجمه ى مقاله ى

www.physic.persianblog.com*وب سایت تخصصى فیزیک

http:/dancshnamch.roshd.ir*

http:/fa.wikipcdia.org/wiki/*

www.aftab.ir*

علم سرامیک ( Ceramics)

مترجم : حبیب الله علیخانی 
منبع: راسخون
مواد سرامیکی ، موادی غیر آلی و غیر فلزی هستند . اکثر سرامیک ها از واکنش میان یک فلز و یک غیر فلز به وجود آمده اند . به خاطر همین موضوع است که پیوند بین اتم ها یا به طور کامل یونی است یا به طور عمده یونی باخواص کوالانسی است.
واژه ی Ceramic از Keramikos که یک لغت یونانی است آمده است.
این واژه به معنای ماده ای است که پخته شده است و این بدین معناست که خواص مطلوب این مواد عمدتاً به وسیله ی عبور این مواد از پروسه ای است که ماده را در دمای بالا عمل آوری می کند . این پروسه ی عمل آوری ماده پخت ( Firing) نامیده می شود.

مواد سرامیکی در جامعه ی امروزی بسیار مهم اند . موتورهای سرامیکی و مزایایی که استفاده از مواد سرامیکی در زمینه های : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزایش کارایی دارد ، را در نظر بگیرید . در شکل 1 شما سه تصویر گلچین از نمونه ی اولیه موتور سرامیکی و تعدادی از اجزای سرامیکی خودرو را می بینید . یا اینکه ساخت توربین سرامیکی در سایز میلیمتری را در نظر بگیرید . این توربین ها در موتورهای بسیار بسیار کوچک که در آینده ساخته می شوند کاربرد دارند.

البته این را باید بدانیم که آینده زیاد دور نیست و به زودی ما تولید این موتورها را می بینیم . در شکل شماره ی 2 شما می توانید چرخ توربین ریزش درونی محوری ( Radial inflow turbine wheel) که از سیلیسیم ( Silicon) ساخته شده است را ببینید . در روش تولید آن از روش برش با یون واکنش کننده استفاده شده است . این قطعه ی تولیدی در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار میلیمتر قطر دارد . این قطعه به وسیله ی تکنولوژی جدیدی تولید شده است که این تکنولوژی برای تولید سیستم های میکرو ـ الکترومکانیکی ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده می شود . سیستم های میکروالکترومکانیکی به طور اختصار MEMS نامیده می شوند . همه ی این موتورها با یک ژانراتور الکتریکی مجتمع کامل می شوند . که انتظار می رود که وزن این موتورها تنها یک گرم باشد.
با توجه به گفته های محققین دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، یک میکروتوربین سیلیسیمی ( Silicon) اولیه که به وسیله ی روش های میکرو تولیدی نوع نیم رسانا تولید شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآید . اگر کوشش های ابتدایی با موفقیت همراه باشد دانشمندان برای استفاده از روش لیتوگرافی مشابه برای تولید موتور با توربین ریزش درونی محوری از سیلیسیم کاربید ( Silicon carbide ) برنامه ریزی می کنند . (سیلیسیم کاربید یک نوع ماده ی سرامیکی نسوز است ) . 

جداره های نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ های روشنایی و دیگر حباب ها را به وجود می آورد . تعدادی دیگر از کاربردهای جداره های نازک کوارتزی در شکل شماره ی 3 نشان داده شده است.
شاید شما تصور کنید که مس یک رسانای خوب الکتریسیته است . این حرف واقعاً درست است اما آیا این را می دانید که سرامیک ها می توانند رسانش الکتریکی بهتری نسبت به مس داشته باشد ؟! این مساله با کشف مواد سرامیکی ابررسانا در دمای بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دمای 100 درجه ی کلوین یا زیر این دما ، این مواد مقاومت الکتریکی خود را از دست می دهند . به علاوه این مواد خطوط جریان مغناطیسی را پس می زنند . که این پدیده به نام اثر میسنر ( Meissner effect ) معروف است . این اثر موجب می شود که یک قطعه آهن ربا بتواند در فضای روی یک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، یک قطار معلق سریع السیر بر اساس قوانین توضیح داده شده در شکل 4 کار می کند . در ایالات متحده ی آمریکا ، تحقیقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روی ابررسانایی و کاربردهای مواد سرامیکی متمرکز گشته است . که تصویر مربوط به ابررسانایی از سایت این دانشگاه گرفته شده است . 

نمایش کریستال های غیر آلی ، سیلیکات ( Silicate) و آلومینات ( Aluminate) و دیگر عناصر و ترکیبات معمولاً از چند وجهی های کوئوردیناسیون تشکیل شده است . هر راس چند وجهی مانند یک موقعیت پیوندی ( Ligand Position) است در شکل شماره ی 5 ، ساختار کریستالی یک ماده ابررسانای دما بالا نشان داده شده است . 
گرافیت خاصیت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکی و مقاومت به خوردگی خوبی دارد . این خواص برای بسیاری از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهایی که برای شکل دهی مطلوب مواد در ریخته گری مداوم استفاده می شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل های راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل های حرارتی ( Heat exchanger) برای صنایع شیمیایی استفاده می شود را باید از این ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سایش نسبتاً ضعیف گرافیت و اکسیداسیون آن از محدودیت های استفاده از این ماده است . که با اضافه کردن روکش های تیتانیم کاربید ( Titonium carbide) که مقاومت به سایش ، مقاومت به اکسیداسیون و مقاومت به خوردگی عالی دارد . باعث بهبود مخواص گرافیت و استفاده از این ماده در قطعات می شود . در شکل 6 ، شما تصویر چندین قطعه ی پوشش داده شده با تیتانیم کاربید(Tic) را می بیند.

علم سرامیک ( Ceramics)

مترجم : حبیب الله علیخانی 
منبع: راسخون
مواد سرامیکی ، موادی غیر آلی و غیر فلزی هستند . اکثر سرامیک ها از واکنش میان یک فلز و یک غیر فلز به وجود آمده اند . به خاطر همین موضوع است که پیوند بین اتم ها یا به طور کامل یونی است یا به طور عمده یونی باخواص کوالانسی است.
واژه ی Ceramic از Keramikos که یک لغت یونانی است آمده است.
این واژه به معنای ماده ای است که پخته شده است و این بدین معناست که خواص مطلوب این مواد عمدتاً به وسیله ی عبور این مواد از پروسه ای است که ماده را در دمای بالا عمل آوری می کند . این پروسه ی عمل آوری ماده پخت ( Firing) نامیده می شود.

مواد سرامیکی در جامعه ی امروزی بسیار مهم اند . موتورهای سرامیکی و مزایایی که استفاده از مواد سرامیکی در زمینه های : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزایش کارایی دارد ، را در نظر بگیرید . در شکل 1 شما سه تصویر گلچین از نمونه ی اولیه موتور سرامیکی و تعدادی از اجزای سرامیکی خودرو را می بینید . یا اینکه ساخت توربین سرامیکی در سایز میلیمتری را در نظر بگیرید . این توربین ها در موتورهای بسیار بسیار کوچک که در آینده ساخته می شوند کاربرد دارند.

البته این را باید بدانیم که آینده زیاد دور نیست و به زودی ما تولید این موتورها را می بینیم . در شکل شماره ی 2 شما می توانید چرخ توربین ریزش درونی محوری ( Radial inflow turbine wheel) که از سیلیسیم ( Silicon) ساخته شده است را ببینید . در روش تولید آن از روش برش با یون واکنش کننده استفاده شده است . این قطعه ی تولیدی در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار میلیمتر قطر دارد . این قطعه به وسیله ی تکنولوژی جدیدی تولید شده است که این تکنولوژی برای تولید سیستم های میکرو ـ الکترومکانیکی ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده می شود . سیستم های میکروالکترومکانیکی به طور اختصار MEMS نامیده می شوند . همه ی این موتورها با یک ژانراتور الکتریکی مجتمع کامل می شوند . که انتظار می رود که وزن این موتورها تنها یک گرم باشد.
با توجه به گفته های محققین دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، یک میکروتوربین سیلیسیمی ( Silicon) اولیه که به وسیله ی روش های میکرو تولیدی نوع نیم رسانا تولید شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآید . اگر کوشش های ابتدایی با موفقیت همراه باشد دانشمندان برای استفاده از روش لیتوگرافی مشابه برای تولید موتور با توربین ریزش درونی محوری از سیلیسیم کاربید ( Silicon carbide ) برنامه ریزی می کنند . (سیلیسیم کاربید یک نوع ماده ی سرامیکی نسوز است ) . 

جداره های نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ های روشنایی و دیگر حباب ها را به وجود می آورد . تعدادی دیگر از کاربردهای جداره های نازک کوارتزی در شکل شماره ی 3 نشان داده شده است.
شاید شما تصور کنید که مس یک رسانای خوب الکتریسیته است . این حرف واقعاً درست است اما آیا این را می دانید که سرامیک ها می توانند رسانش الکتریکی بهتری نسبت به مس داشته باشد ؟! این مساله با کشف مواد سرامیکی ابررسانا در دمای بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دمای 100 درجه ی کلوین یا زیر این دما ، این مواد مقاومت الکتریکی خود را از دست می دهند . به علاوه این مواد خطوط جریان مغناطیسی را پس می زنند . که این پدیده به نام اثر میسنر ( Meissner effect ) معروف است . این اثر موجب می شود که یک قطعه آهن ربا بتواند در فضای روی یک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، یک قطار معلق سریع السیر بر اساس قوانین توضیح داده شده در شکل 4 کار می کند . در ایالات متحده ی آمریکا ، تحقیقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روی ابررسانایی و کاربردهای مواد سرامیکی متمرکز گشته است . که تصویر مربوط به ابررسانایی از سایت این دانشگاه گرفته شده است . 

نمایش کریستال های غیر آلی ، سیلیکات ( Silicate) و آلومینات ( Aluminate) و دیگر عناصر و ترکیبات معمولاً از چند وجهی های کوئوردیناسیون تشکیل شده است . هر راس چند وجهی مانند یک موقعیت پیوندی ( Ligand Position) است در شکل شماره ی 5 ، ساختار کریستالی یک ماده ابررسانای دما بالا نشان داده شده است . 
گرافیت خاصیت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکی و مقاومت به خوردگی خوبی دارد . این خواص برای بسیاری از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهایی که برای شکل دهی مطلوب مواد در ریخته گری مداوم استفاده می شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل های راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل های حرارتی ( Heat exchanger) برای صنایع شیمیایی استفاده می شود را باید از این ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سایش نسبتاً ضعیف گرافیت و اکسیداسیون آن از محدودیت های استفاده از این ماده است . که با اضافه کردن روکش های تیتانیم کاربید ( Titonium carbide) که مقاومت به سایش ، مقاومت به اکسیداسیون و مقاومت به خوردگی عالی دارد . باعث بهبود مخواص گرافیت و استفاده از این ماده در قطعات می شود . در شکل 6 ، شما تصویر چندین قطعه ی پوشش داده شده با تیتانیم کاربید(Tic) را می بیند.

علم سرامیک ( Ceramics)

مترجم : حبیب الله علیخانی 
منبع: راسخون
مواد سرامیکی ، موادی غیر آلی و غیر فلزی هستند . اکثر سرامیک ها از واکنش میان یک فلز و یک غیر فلز به وجود آمده اند . به خاطر همین موضوع است که پیوند بین اتم ها یا به طور کامل یونی است یا به طور عمده یونی باخواص کوالانسی است.
واژه ی Ceramic از Keramikos که یک لغت یونانی است آمده است.
این واژه به معنای ماده ای است که پخته شده است و این بدین معناست که خواص مطلوب این مواد عمدتاً به وسیله ی عبور این مواد از پروسه ای است که ماده را در دمای بالا عمل آوری می کند . این پروسه ی عمل آوری ماده پخت ( Firing) نامیده می شود.

مواد سرامیکی در جامعه ی امروزی بسیار مهم اند . موتورهای سرامیکی و مزایایی که استفاده از مواد سرامیکی در زمینه های : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزایش کارایی دارد ، را در نظر بگیرید . در شکل 1 شما سه تصویر گلچین از نمونه ی اولیه موتور سرامیکی و تعدادی از اجزای سرامیکی خودرو را می بینید . یا اینکه ساخت توربین سرامیکی در سایز میلیمتری را در نظر بگیرید . این توربین ها در موتورهای بسیار بسیار کوچک که در آینده ساخته می شوند کاربرد دارند.

البته این را باید بدانیم که آینده زیاد دور نیست و به زودی ما تولید این موتورها را می بینیم . در شکل شماره ی 2 شما می توانید چرخ توربین ریزش درونی محوری ( Radial inflow turbine wheel) که از سیلیسیم ( Silicon) ساخته شده است را ببینید . در روش تولید آن از روش برش با یون واکنش کننده استفاده شده است . این قطعه ی تولیدی در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار میلیمتر قطر دارد . این قطعه به وسیله ی تکنولوژی جدیدی تولید شده است که این تکنولوژی برای تولید سیستم های میکرو ـ الکترومکانیکی ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده می شود . سیستم های میکروالکترومکانیکی به طور اختصار MEMS نامیده می شوند . همه ی این موتورها با یک ژانراتور الکتریکی مجتمع کامل می شوند . که انتظار می رود که وزن این موتورها تنها یک گرم باشد.
با توجه به گفته های محققین دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، یک میکروتوربین سیلیسیمی ( Silicon) اولیه که به وسیله ی روش های میکرو تولیدی نوع نیم رسانا تولید شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآید . اگر کوشش های ابتدایی با موفقیت همراه باشد دانشمندان برای استفاده از روش لیتوگرافی مشابه برای تولید موتور با توربین ریزش درونی محوری از سیلیسیم کاربید ( Silicon carbide ) برنامه ریزی می کنند . (سیلیسیم کاربید یک نوع ماده ی سرامیکی نسوز است ) . 

جداره های نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ های روشنایی و دیگر حباب ها را به وجود می آورد . تعدادی دیگر از کاربردهای جداره های نازک کوارتزی در شکل شماره ی 3 نشان داده شده است.
شاید شما تصور کنید که مس یک رسانای خوب الکتریسیته است . این حرف واقعاً درست است اما آیا این را می دانید که سرامیک ها می توانند رسانش الکتریکی بهتری نسبت به مس داشته باشد ؟! این مساله با کشف مواد سرامیکی ابررسانا در دمای بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دمای 100 درجه ی کلوین یا زیر این دما ، این مواد مقاومت الکتریکی خود را از دست می دهند . به علاوه این مواد خطوط جریان مغناطیسی را پس می زنند . که این پدیده به نام اثر میسنر ( Meissner effect ) معروف است . این اثر موجب می شود که یک قطعه آهن ربا بتواند در فضای روی یک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، یک قطار معلق سریع السیر بر اساس قوانین توضیح داده شده در شکل 4 کار می کند . در ایالات متحده ی آمریکا ، تحقیقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روی ابررسانایی و کاربردهای مواد سرامیکی متمرکز گشته است . که تصویر مربوط به ابررسانایی از سایت این دانشگاه گرفته شده است . 

نمایش کریستال های غیر آلی ، سیلیکات ( Silicate) و آلومینات ( Aluminate) و دیگر عناصر و ترکیبات معمولاً از چند وجهی های کوئوردیناسیون تشکیل شده است . هر راس چند وجهی مانند یک موقعیت پیوندی ( Ligand Position) است در شکل شماره ی 5 ، ساختار کریستالی یک ماده ابررسانای دما بالا نشان داده شده است . 
گرافیت خاصیت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکی و مقاومت به خوردگی خوبی دارد . این خواص برای بسیاری از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهایی که برای شکل دهی مطلوب مواد در ریخته گری مداوم استفاده می شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل های راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل های حرارتی ( Heat exchanger) برای صنایع شیمیایی استفاده می شود را باید از این ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سایش نسبتاً ضعیف گرافیت و اکسیداسیون آن از محدودیت های استفاده از این ماده است . که با اضافه کردن روکش های تیتانیم کاربید ( Titonium carbide) که مقاومت به سایش ، مقاومت به اکسیداسیون و مقاومت به خوردگی عالی دارد . باعث بهبود مخواص گرافیت و استفاده از این ماده در قطعات می شود . در شکل 6 ، شما تصویر چندین قطعه ی پوشش داده شده با تیتانیم کاربید(Tic) را می بیند.

علم سرامیک ( Ceramics)

مترجم : حبیب الله علیخانی 
منبع: راسخون
مواد سرامیکی ، موادی غیر آلی و غیر فلزی هستند . اکثر سرامیک ها از واکنش میان یک فلز و یک غیر فلز به وجود آمده اند . به خاطر همین موضوع است که پیوند بین اتم ها یا به طور کامل یونی است یا به طور عمده یونی باخواص کوالانسی است.
واژه ی Ceramic از Keramikos که یک لغت یونانی است آمده است.
این واژه به معنای ماده ای است که پخته شده است و این بدین معناست که خواص مطلوب این مواد عمدتاً به وسیله ی عبور این مواد از پروسه ای است که ماده را در دمای بالا عمل آوری می کند . این پروسه ی عمل آوری ماده پخت ( Firing) نامیده می شود.

مواد سرامیکی در جامعه ی امروزی بسیار مهم اند . موتورهای سرامیکی و مزایایی که استفاده از مواد سرامیکی در زمینه های : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزایش کارایی دارد ، را در نظر بگیرید . در شکل 1 شما سه تصویر گلچین از نمونه ی اولیه موتور سرامیکی و تعدادی از اجزای سرامیکی خودرو را می بینید . یا اینکه ساخت توربین سرامیکی در سایز میلیمتری را در نظر بگیرید . این توربین ها در موتورهای بسیار بسیار کوچک که در آینده ساخته می شوند کاربرد دارند.

البته این را باید بدانیم که آینده زیاد دور نیست و به زودی ما تولید این موتورها را می بینیم . در شکل شماره ی 2 شما می توانید چرخ توربین ریزش درونی محوری ( Radial inflow turbine wheel) که از سیلیسیم ( Silicon) ساخته شده است را ببینید . در روش تولید آن از روش برش با یون واکنش کننده استفاده شده است . این قطعه ی تولیدی در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار میلیمتر قطر دارد . این قطعه به وسیله ی تکنولوژی جدیدی تولید شده است که این تکنولوژی برای تولید سیستم های میکرو ـ الکترومکانیکی ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده می شود . سیستم های میکروالکترومکانیکی به طور اختصار MEMS نامیده می شوند . همه ی این موتورها با یک ژانراتور الکتریکی مجتمع کامل می شوند . که انتظار می رود که وزن این موتورها تنها یک گرم باشد.
با توجه به گفته های محققین دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، یک میکروتوربین سیلیسیمی ( Silicon) اولیه که به وسیله ی روش های میکرو تولیدی نوع نیم رسانا تولید شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآید . اگر کوشش های ابتدایی با موفقیت همراه باشد دانشمندان برای استفاده از روش لیتوگرافی مشابه برای تولید موتور با توربین ریزش درونی محوری از سیلیسیم کاربید ( Silicon carbide ) برنامه ریزی می کنند . (سیلیسیم کاربید یک نوع ماده ی سرامیکی نسوز است ) . 

جداره های نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ های روشنایی و دیگر حباب ها را به وجود می آورد . تعدادی دیگر از کاربردهای جداره های نازک کوارتزی در شکل شماره ی 3 نشان داده شده است.
شاید شما تصور کنید که مس یک رسانای خوب الکتریسیته است . این حرف واقعاً درست است اما آیا این را می دانید که سرامیک ها می توانند رسانش الکتریکی بهتری نسبت به مس داشته باشد ؟! این مساله با کشف مواد سرامیکی ابررسانا در دمای بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دمای 100 درجه ی کلوین یا زیر این دما ، این مواد مقاومت الکتریکی خود را از دست می دهند . به علاوه این مواد خطوط جریان مغناطیسی را پس می زنند . که این پدیده به نام اثر میسنر ( Meissner effect ) معروف است . این اثر موجب می شود که یک قطعه آهن ربا بتواند در فضای روی یک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، یک قطار معلق سریع السیر بر اساس قوانین توضیح داده شده در شکل 4 کار می کند . در ایالات متحده ی آمریکا ، تحقیقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روی ابررسانایی و کاربردهای مواد سرامیکی متمرکز گشته است . که تصویر مربوط به ابررسانایی از سایت این دانشگاه گرفته شده است . 

نمایش کریستال های غیر آلی ، سیلیکات ( Silicate) و آلومینات ( Aluminate) و دیگر عناصر و ترکیبات معمولاً از چند وجهی های کوئوردیناسیون تشکیل شده است . هر راس چند وجهی مانند یک موقعیت پیوندی ( Ligand Position) است در شکل شماره ی 5 ، ساختار کریستالی یک ماده ابررسانای دما بالا نشان داده شده است . 
گرافیت خاصیت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکی و مقاومت به خوردگی خوبی دارد . این خواص برای بسیاری از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهایی که برای شکل دهی مطلوب مواد در ریخته گری مداوم استفاده می شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل های راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل های حرارتی ( Heat exchanger) برای صنایع شیمیایی استفاده می شود را باید از این ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سایش نسبتاً ضعیف گرافیت و اکسیداسیون آن از محدودیت های استفاده از این ماده است . که با اضافه کردن روکش های تیتانیم کاربید ( Titonium carbide) که مقاومت به سایش ، مقاومت به اکسیداسیون و مقاومت به خوردگی عالی دارد . باعث بهبود مخواص گرافیت و استفاده از این ماده در قطعات می شود . در شکل 6 ، شما تصویر چندین قطعه ی پوشش داده شده با تیتانیم کاربید(Tic) را می بیند.

علم سرامیک ( Ceramics)

مترجم : حبیب الله علیخانی 
منبع: راسخون
مواد سرامیکی ، موادی غیر آلی و غیر فلزی هستند . اکثر سرامیک ها از واکنش میان یک فلز و یک غیر فلز به وجود آمده اند . به خاطر همین موضوع است که پیوند بین اتم ها یا به طور کامل یونی است یا به طور عمده یونی باخواص کوالانسی است.
واژه ی Ceramic از Keramikos که یک لغت یونانی است آمده است.
این واژه به معنای ماده ای است که پخته شده است و این بدین معناست که خواص مطلوب این مواد عمدتاً به وسیله ی عبور این مواد از پروسه ای است که ماده را در دمای بالا عمل آوری می کند . این پروسه ی عمل آوری ماده پخت ( Firing) نامیده می شود.

مواد سرامیکی در جامعه ی امروزی بسیار مهم اند . موتورهای سرامیکی و مزایایی که استفاده از مواد سرامیکی در زمینه های : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزایش کارایی دارد ، را در نظر بگیرید . در شکل 1 شما سه تصویر گلچین از نمونه ی اولیه موتور سرامیکی و تعدادی از اجزای سرامیکی خودرو را می بینید . یا اینکه ساخت توربین سرامیکی در سایز میلیمتری را در نظر بگیرید . این توربین ها در موتورهای بسیار بسیار کوچک که در آینده ساخته می شوند کاربرد دارند.

البته این را باید بدانیم که آینده زیاد دور نیست و به زودی ما تولید این موتورها را می بینیم . در شکل شماره ی 2 شما می توانید چرخ توربین ریزش درونی محوری ( Radial inflow turbine wheel) که از سیلیسیم ( Silicon) ساخته شده است را ببینید . در روش تولید آن از روش برش با یون واکنش کننده استفاده شده است . این قطعه ی تولیدی در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار میلیمتر قطر دارد . این قطعه به وسیله ی تکنولوژی جدیدی تولید شده است که این تکنولوژی برای تولید سیستم های میکرو ـ الکترومکانیکی ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده می شود . سیستم های میکروالکترومکانیکی به طور اختصار MEMS نامیده می شوند . همه ی این موتورها با یک ژانراتور الکتریکی مجتمع کامل می شوند . که انتظار می رود که وزن این موتورها تنها یک گرم باشد.
با توجه به گفته های محققین دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، یک میکروتوربین سیلیسیمی ( Silicon) اولیه که به وسیله ی روش های میکرو تولیدی نوع نیم رسانا تولید شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآید . اگر کوشش های ابتدایی با موفقیت همراه باشد دانشمندان برای استفاده از روش لیتوگرافی مشابه برای تولید موتور با توربین ریزش درونی محوری از سیلیسیم کاربید ( Silicon carbide ) برنامه ریزی می کنند . (سیلیسیم کاربید یک نوع ماده ی سرامیکی نسوز است ) . 

جداره های نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ های روشنایی و دیگر حباب ها را به وجود می آورد . تعدادی دیگر از کاربردهای جداره های نازک کوارتزی در شکل شماره ی 3 نشان داده شده است.
شاید شما تصور کنید که مس یک رسانای خوب الکتریسیته است . این حرف واقعاً درست است اما آیا این را می دانید که سرامیک ها می توانند رسانش الکتریکی بهتری نسبت به مس داشته باشد ؟! این مساله با کشف مواد سرامیکی ابررسانا در دمای بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دمای 100 درجه ی کلوین یا زیر این دما ، این مواد مقاومت الکتریکی خود را از دست می دهند . به علاوه این مواد خطوط جریان مغناطیسی را پس می زنند . که این پدیده به نام اثر میسنر ( Meissner effect ) معروف است . این اثر موجب می شود که یک قطعه آهن ربا بتواند در فضای روی یک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، یک قطار معلق سریع السیر بر اساس قوانین توضیح داده شده در شکل 4 کار می کند . در ایالات متحده ی آمریکا ، تحقیقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روی ابررسانایی و کاربردهای مواد سرامیکی متمرکز گشته است . که تصویر مربوط به ابررسانایی از سایت این دانشگاه گرفته شده است . 

نمایش کریستال های غیر آلی ، سیلیکات ( Silicate) و آلومینات ( Aluminate) و دیگر عناصر و ترکیبات معمولاً از چند وجهی های کوئوردیناسیون تشکیل شده است . هر راس چند وجهی مانند یک موقعیت پیوندی ( Ligand Position) است در شکل شماره ی 5 ، ساختار کریستالی یک ماده ابررسانای دما بالا نشان داده شده است . 
گرافیت خاصیت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکی و مقاومت به خوردگی خوبی دارد . این خواص برای بسیاری از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهایی که برای شکل دهی مطلوب مواد در ریخته گری مداوم استفاده می شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل های راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل های حرارتی ( Heat exchanger) برای صنایع شیمیایی استفاده می شود را باید از این ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سایش نسبتاً ضعیف گرافیت و اکسیداسیون آن از محدودیت های استفاده از این ماده است . که با اضافه کردن روکش های تیتانیم کاربید ( Titonium carbide) که مقاومت به سایش ، مقاومت به اکسیداسیون و مقاومت به خوردگی عالی دارد . باعث بهبود مخواص گرافیت و استفاده از این ماده در قطعات می شود . در شکل 6 ، شما تصویر چندین قطعه ی پوشش داده شده با تیتانیم کاربید(Tic) را می بیند.

علم سرامیک ( Ceramics)

مترجم : حبیب الله علیخانی 
منبع: راسخون
مواد سرامیکی ، موادی غیر آلی و غیر فلزی هستند . اکثر سرامیک ها از واکنش میان یک فلز و یک غیر فلز به وجود آمده اند . به خاطر همین موضوع است که پیوند بین اتم ها یا به طور کامل یونی است یا به طور عمده یونی باخواص کوالانسی است.
واژه ی Ceramic از Keramikos که یک لغت یونانی است آمده است.
این واژه به معنای ماده ای است که پخته شده است و این بدین معناست که خواص مطلوب این مواد عمدتاً به وسیله ی عبور این مواد از پروسه ای است که ماده را در دمای بالا عمل آوری می کند . این پروسه ی عمل آوری ماده پخت ( Firing) نامیده می شود.

مواد سرامیکی در جامعه ی امروزی بسیار مهم اند . موتورهای سرامیکی و مزایایی که استفاده از مواد سرامیکی در زمینه های : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزایش کارایی دارد ، را در نظر بگیرید . در شکل 1 شما سه تصویر گلچین از نمونه ی اولیه موتور سرامیکی و تعدادی از اجزای سرامیکی خودرو را می بینید . یا اینکه ساخت توربین سرامیکی در سایز میلیمتری را در نظر بگیرید . این توربین ها در موتورهای بسیار بسیار کوچک که در آینده ساخته می شوند کاربرد دارند.

البته این را باید بدانیم که آینده زیاد دور نیست و به زودی ما تولید این موتورها را می بینیم . در شکل شماره ی 2 شما می توانید چرخ توربین ریزش درونی محوری ( Radial inflow turbine wheel) که از سیلیسیم ( Silicon) ساخته شده است را ببینید . در روش تولید آن از روش برش با یون واکنش کننده استفاده شده است . این قطعه ی تولیدی در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار میلیمتر قطر دارد . این قطعه به وسیله ی تکنولوژی جدیدی تولید شده است که این تکنولوژی برای تولید سیستم های میکرو ـ الکترومکانیکی ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده می شود . سیستم های میکروالکترومکانیکی به طور اختصار MEMS نامیده می شوند . همه ی این موتورها با یک ژانراتور الکتریکی مجتمع کامل می شوند . که انتظار می رود که وزن این موتورها تنها یک گرم باشد.
با توجه به گفته های محققین دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، یک میکروتوربین سیلیسیمی ( Silicon) اولیه که به وسیله ی روش های میکرو تولیدی نوع نیم رسانا تولید شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآید . اگر کوشش های ابتدایی با موفقیت همراه باشد دانشمندان برای استفاده از روش لیتوگرافی مشابه برای تولید موتور با توربین ریزش درونی محوری از سیلیسیم کاربید ( Silicon carbide ) برنامه ریزی می کنند . (سیلیسیم کاربید یک نوع ماده ی سرامیکی نسوز است ) . 

جداره های نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ های روشنایی و دیگر حباب ها را به وجود می آورد . تعدادی دیگر از کاربردهای جداره های نازک کوارتزی در شکل شماره ی 3 نشان داده شده است.
شاید شما تصور کنید که مس یک رسانای خوب الکتریسیته است . این حرف واقعاً درست است اما آیا این را می دانید که سرامیک ها می توانند رسانش الکتریکی بهتری نسبت به مس داشته باشد ؟! این مساله با کشف مواد سرامیکی ابررسانا در دمای بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دمای 100 درجه ی کلوین یا زیر این دما ، این مواد مقاومت الکتریکی خود را از دست می دهند . به علاوه این مواد خطوط جریان مغناطیسی را پس می زنند . که این پدیده به نام اثر میسنر ( Meissner effect ) معروف است . این اثر موجب می شود که یک قطعه آهن ربا بتواند در فضای روی یک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، یک قطار معلق سریع السیر بر اساس قوانین توضیح داده شده در شکل 4 کار می کند . در ایالات متحده ی آمریکا ، تحقیقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روی ابررسانایی و کاربردهای مواد سرامیکی متمرکز گشته است . که تصویر مربوط به ابررسانایی از سایت این دانشگاه گرفته شده است . 

نمایش کریستال های غیر آلی ، سیلیکات ( Silicate) و آلومینات ( Aluminate) و دیگر عناصر و ترکیبات معمولاً از چند وجهی های کوئوردیناسیون تشکیل شده است . هر راس چند وجهی مانند یک موقعیت پیوندی ( Ligand Position) است در شکل شماره ی 5 ، ساختار کریستالی یک ماده ابررسانای دما بالا نشان داده شده است . 
گرافیت خاصیت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکی و مقاومت به خوردگی خوبی دارد . این خواص برای بسیاری از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهایی که برای شکل دهی مطلوب مواد در ریخته گری مداوم استفاده می شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل های راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل های حرارتی ( Heat exchanger) برای صنایع شیمیایی استفاده می شود را باید از این ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سایش نسبتاً ضعیف گرافیت و اکسیداسیون آن از محدودیت های استفاده از این ماده است . که با اضافه کردن روکش های تیتانیم کاربید ( Titonium carbide) که مقاومت به سایش ، مقاومت به اکسیداسیون و مقاومت به خوردگی عالی دارد . باعث بهبود مخواص گرافیت و استفاده از این ماده در قطعات می شود . در شکل 6 ، شما تصویر چندین قطعه ی پوشش داده شده با تیتانیم کاربید(Tic) را می بیند.

علم سرامیک ( Ceramics)

مترجم : حبیب الله علیخانی 
منبع: راسخون
مواد سرامیکی ، موادی غیر آلی و غیر فلزی هستند . اکثر سرامیک ها از واکنش میان یک فلز و یک غیر فلز به وجود آمده اند . به خاطر همین موضوع است که پیوند بین اتم ها یا به طور کامل یونی است یا به طور عمده یونی باخواص کوالانسی است.
واژه ی Ceramic از Keramikos که یک لغت یونانی است آمده است.
این واژه به معنای ماده ای است که پخته شده است و این بدین معناست که خواص مطلوب این مواد عمدتاً به وسیله ی عبور این مواد از پروسه ای است که ماده را در دمای بالا عمل آوری می کند . این پروسه ی عمل آوری ماده پخت ( Firing) نامیده می شود.

مواد سرامیکی در جامعه ی امروزی بسیار مهم اند . موتورهای سرامیکی و مزایایی که استفاده از مواد سرامیکی در زمینه های : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزایش کارایی دارد ، را در نظر بگیرید . در شکل 1 شما سه تصویر گلچین از نمونه ی اولیه موتور سرامیکی و تعدادی از اجزای سرامیکی خودرو را می بینید . یا اینکه ساخت توربین سرامیکی در سایز میلیمتری را در نظر بگیرید . این توربین ها در موتورهای بسیار بسیار کوچک که در آینده ساخته می شوند کاربرد دارند.

البته این را باید بدانیم که آینده زیاد دور نیست و به زودی ما تولید این موتورها را می بینیم . در شکل شماره ی 2 شما می توانید چرخ توربین ریزش درونی محوری ( Radial inflow turbine wheel) که از سیلیسیم ( Silicon) ساخته شده است را ببینید . در روش تولید آن از روش برش با یون واکنش کننده استفاده شده است . این قطعه ی تولیدی در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار میلیمتر قطر دارد . این قطعه به وسیله ی تکنولوژی جدیدی تولید شده است که این تکنولوژی برای تولید سیستم های میکرو ـ الکترومکانیکی ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده می شود . سیستم های میکروالکترومکانیکی به طور اختصار MEMS نامیده می شوند . همه ی این موتورها با یک ژانراتور الکتریکی مجتمع کامل می شوند . که انتظار می رود که وزن این موتورها تنها یک گرم باشد.
با توجه به گفته های محققین دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، یک میکروتوربین سیلیسیمی ( Silicon) اولیه که به وسیله ی روش های میکرو تولیدی نوع نیم رسانا تولید شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآید . اگر کوشش های ابتدایی با موفقیت همراه باشد دانشمندان برای استفاده از روش لیتوگرافی مشابه برای تولید موتور با توربین ریزش درونی محوری از سیلیسیم کاربید ( Silicon carbide ) برنامه ریزی می کنند . (سیلیسیم کاربید یک نوع ماده ی سرامیکی نسوز است ) . 

جداره های نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ های روشنایی و دیگر حباب ها را به وجود می آورد . تعدادی دیگر از کاربردهای جداره های نازک کوارتزی در شکل شماره ی 3 نشان داده شده است.
شاید شما تصور کنید که مس یک رسانای خوب الکتریسیته است . این حرف واقعاً درست است اما آیا این را می دانید که سرامیک ها می توانند رسانش الکتریکی بهتری نسبت به مس داشته باشد ؟! این مساله با کشف مواد سرامیکی ابررسانا در دمای بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دمای 100 درجه ی کلوین یا زیر این دما ، این مواد مقاومت الکتریکی خود را از دست می دهند . به علاوه این مواد خطوط جریان مغناطیسی را پس می زنند . که این پدیده به نام اثر میسنر ( Meissner effect ) معروف است . این اثر موجب می شود که یک قطعه آهن ربا بتواند در فضای روی یک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، یک قطار معلق سریع السیر بر اساس قوانین توضیح داده شده در شکل 4 کار می کند . در ایالات متحده ی آمریکا ، تحقیقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روی ابررسانایی و کاربردهای مواد سرامیکی متمرکز گشته است . که تصویر مربوط به ابررسانایی از سایت این دانشگاه گرفته شده است . 

نمایش کریستال های غیر آلی ، سیلیکات ( Silicate) و آلومینات ( Aluminate) و دیگر عناصر و ترکیبات معمولاً از چند وجهی های کوئوردیناسیون تشکیل شده است . هر راس چند وجهی مانند یک موقعیت پیوندی ( Ligand Position) است در شکل شماره ی 5 ، ساختار کریستالی یک ماده ابررسانای دما بالا نشان داده شده است . 
گرافیت خاصیت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکی و مقاومت به خوردگی خوبی دارد . این خواص برای بسیاری از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهایی که برای شکل دهی مطلوب مواد در ریخته گری مداوم استفاده می شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل های راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل های حرارتی ( Heat exchanger) برای صنایع شیمیایی استفاده می شود را باید از این ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سایش نسبتاً ضعیف گرافیت و اکسیداسیون آن از محدودیت های استفاده از این ماده است . که با اضافه کردن روکش های تیتانیم کاربید ( Titonium carbide) که مقاومت به سایش ، مقاومت به اکسیداسیون و مقاومت به خوردگی عالی دارد . باعث بهبود مخواص گرافیت و استفاده از این ماده در قطعات می شود . در شکل 6 ، شما تصویر چندین قطعه ی پوشش داده شده با تیتانیم کاربید(Tic) را می بیند.

علم سرامیک ( Ceramics)

مترجم : حبیب الله علیخانی 
منبع: راسخون
مواد سرامیکی ، موادی غیر آلی و غیر فلزی هستند . اکثر سرامیک ها از واکنش میان یک فلز و یک غیر فلز به وجود آمده اند . به خاطر همین موضوع است که پیوند بین اتم ها یا به طور کامل یونی است یا به طور عمده یونی باخواص کوالانسی است.
واژه ی Ceramic از Keramikos که یک لغت یونانی است آمده است.
این واژه به معنای ماده ای است که پخته شده است و این بدین معناست که خواص مطلوب این مواد عمدتاً به وسیله ی عبور این مواد از پروسه ای است که ماده را در دمای بالا عمل آوری می کند . این پروسه ی عمل آوری ماده پخت ( Firing) نامیده می شود.

مواد سرامیکی در جامعه ی امروزی بسیار مهم اند . موتورهای سرامیکی و مزایایی که استفاده از مواد سرامیکی در زمینه های : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزایش کارایی دارد ، را در نظر بگیرید . در شکل 1 شما سه تصویر گلچین از نمونه ی اولیه موتور سرامیکی و تعدادی از اجزای سرامیکی خودرو را می بینید . یا اینکه ساخت توربین سرامیکی در سایز میلیمتری را در نظر بگیرید . این توربین ها در موتورهای بسیار بسیار کوچک که در آینده ساخته می شوند کاربرد دارند.

البته این را باید بدانیم که آینده زیاد دور نیست و به زودی ما تولید این موتورها را می بینیم . در شکل شماره ی 2 شما می توانید چرخ توربین ریزش درونی محوری ( Radial inflow turbine wheel) که از سیلیسیم ( Silicon) ساخته شده است را ببینید . در روش تولید آن از روش برش با یون واکنش کننده استفاده شده است . این قطعه ی تولیدی در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار میلیمتر قطر دارد . این قطعه به وسیله ی تکنولوژی جدیدی تولید شده است که این تکنولوژی برای تولید سیستم های میکرو ـ الکترومکانیکی ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده می شود . سیستم های میکروالکترومکانیکی به طور اختصار MEMS نامیده می شوند . همه ی این موتورها با یک ژانراتور الکتریکی مجتمع کامل می شوند . که انتظار می رود که وزن این موتورها تنها یک گرم باشد.
با توجه به گفته های محققین دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، یک میکروتوربین سیلیسیمی ( Silicon) اولیه که به وسیله ی روش های میکرو تولیدی نوع نیم رسانا تولید شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآید . اگر کوشش های ابتدایی با موفقیت همراه باشد دانشمندان برای استفاده از روش لیتوگرافی مشابه برای تولید موتور با توربین ریزش درونی محوری از سیلیسیم کاربید ( Silicon carbide ) برنامه ریزی می کنند . (سیلیسیم کاربید یک نوع ماده ی سرامیکی نسوز است ) . 

جداره های نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ های روشنایی و دیگر حباب ها را به وجود می آورد . تعدادی دیگر از کاربردهای جداره های نازک کوارتزی در شکل شماره ی 3 نشان داده شده است.
شاید شما تصور کنید که مس یک رسانای خوب الکتریسیته است . این حرف واقعاً درست است اما آیا این را می دانید که سرامیک ها می توانند رسانش الکتریکی بهتری نسبت به مس داشته باشد ؟! این مساله با کشف مواد سرامیکی ابررسانا در دمای بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دمای 100 درجه ی کلوین یا زیر این دما ، این مواد مقاومت الکتریکی خود را از دست می دهند . به علاوه این مواد خطوط جریان مغناطیسی را پس می زنند . که این پدیده به نام اثر میسنر ( Meissner effect ) معروف است . این اثر موجب می شود که یک قطعه آهن ربا بتواند در فضای روی یک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، یک قطار معلق سریع السیر بر اساس قوانین توضیح داده شده در شکل 4 کار می کند . در ایالات متحده ی آمریکا ، تحقیقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روی ابررسانایی و کاربردهای مواد سرامیکی متمرکز گشته است . که تصویر مربوط به ابررسانایی از سایت این دانشگاه گرفته شده است . 

نمایش کریستال های غیر آلی ، سیلیکات ( Silicate) و آلومینات ( Aluminate) و دیگر عناصر و ترکیبات معمولاً از چند وجهی های کوئوردیناسیون تشکیل شده است . هر راس چند وجهی مانند یک موقعیت پیوندی ( Ligand Position) است در شکل شماره ی 5 ، ساختار کریستالی یک ماده ابررسانای دما بالا نشان داده شده است . 
گرافیت خاصیت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکی و مقاومت به خوردگی خوبی دارد . این خواص برای بسیاری از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهایی که برای شکل دهی مطلوب مواد در ریخته گری مداوم استفاده می شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل های راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل های حرارتی ( Heat exchanger) برای صنایع شیمیایی استفاده می شود را باید از این ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سایش نسبتاً ضعیف گرافیت و اکسیداسیون آن از محدودیت های استفاده از این ماده است . که با اضافه کردن روکش های تیتانیم کاربید ( Titonium carbide) که مقاومت به سایش ، مقاومت به اکسیداسیون و مقاومت به خوردگی عالی دارد . باعث بهبود مخواص گرافیت و استفاده از این ماده در قطعات می شود . در شکل 6 ، شما تصویر چندین قطعه ی پوشش داده شده با تیتانیم کاربید(Tic) را می بیند.

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

 اندازه گیری استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

 اندازه گیری استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

 اندازه گیری استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

 اندازه گیری استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

 اندازه گیری استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

 اندازه گیری استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

 اندازه گیری استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

 اندازه گیری استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )

 

 اندازه گیری استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

 

اندازه گیری  استحکام خمشی و انقباض در دو حالت خشک شده و پخته شده.

وسایل آزمایش:

500 گرم  خاک _ 180 گرم آب _ الک _ هاون _ قاشق _ لگن _ استوانه مدرج _ ترازو _ کاردک _ قالب های نمونه های استحکام و انقباض _ کمی روغن _ کولیس _ دستگاه وارد کننده نیرو _ کوره _ خشک کن

خاک مورد آزمایش : کائولن سوپر زنوز

تئوری آزمایش :

استحکام خشک :

منظور از استحکام خشک , استحکام مواد بعد از شکل گیری و خشک شدن و قبل از پخت می باشد. اهمیت استحکام خشک بدنه های خام  هنگامی مشخص می شود که به مراحل بعدی تولید ( پس از خشک شدن فرآورده ها) توجه شود. بدنه های خام پس از خشک شدن و یا در خلال آن باید پرداخت شده , احتمالا به یکدیگر چسبانده شده ( به عنوان مثال دسته و بدنه فنجان) و به نقاط دیگر حمل گردند. تمامی این اقدامات به معنی اعمال تنش به بدنه خام است. بنا بر این بدیهی است که بدنه خام باید دارای استحکام کافی جهت تحمل تنش های وارده باشد.

استحکام خشک مانند پلاستیسیته بستگی عمیقی به وجود خصوصیات ذرات کلوئیدی دارد. بنا بر این عوامل موثر در استحکام همان عوامل موثر در پلاستیسیته است که از جمله می توان به موارد زیر اشاره کرد:

 هنگامی که اندازه ذرات کانی های رسی موجود در یک نمونه, بسیار ریز و در عین حال حدودا یکسان باشد بدیهی است که به علت ابعاد بسیار ریز ذرات, مقدار پلاستیسیته و همچنین استحکام  بسیار زیاد خواهد بود.مایع جذب شده در سطح رس و نوع آن نیز یکی دیگر از عوامل ایجاد کننده و موثر در پلاستیسیته  می باشد.مولکولهای مایعات قطبی در سطح ذرات رس جذب گردیده و بدین وسیله باعث لغزش و ایجاد سهولت در حرکت صفحات رس می گردد. پس اختلاط با مایعات قطبی باعث ایجاد پلاستیسیته در خمیر می گردد. در حالی که مایعات غیر قطبی مانند بنزن هیچ نوع پلاستیسیته ای به وجود نخواهند آورد. به هر حال پلاستیسیته حاصل از هیچ مایعی قابل مقایسه با پلاستیسیته حاصل از آب نیست.

از مسائل مهم دیگر تاثیر فشار در میزان آب پلاستیسیته است.با افزایش فشار می توان پلاستیسیته یکسانی با مقدار آب کمتر به دست آورد.در صنعت سرامیک از این قانون به طور وسیع استفاده می شود.

از دیگر عوامل موثر در پلاستیسیته شکل ذرات است.مثلا ذرات رس به طور کلی دارای شکل پهنی بوده و اصطلاحا بشقابی هستند و این شکل خاص باعث ایجاد سهولت در لغزش ذرات بر روی یکدیگر و ایجاد پلاستیسیته بالا می گردد.

دسته ای از مواد آلی ایجاد کننده پلاستیسیته, ژلهای کلوئیدی ناشی از عمل باکتری ها هستند. این مورد یکی از دلایل افزایش پلاستیسیته و در نتیجه انبار کردن خمیر است. در این شرایط خمیر بدنه بر اثر فعالیت های باکتری ها اصطلاحا ترش شده و ژل های کلوئیدی به و جود می آیند.

این توضیحات به طور خلاصه این قانون کلی را بیان می کند که پلاستیسیه بیشتر به معنی استحکام خشک بیشتر است.

ضمنا باید توجه داشت که جایگزینی H+ به وسیله  Na+ باعث افزایش قابل ملاحظه استحکام خشک می گردد و این نکته ای است که در بسیاری موارد می تواند باعث ایجاد خطا در اندازه گیری پلاستیسیته گردد.در این مورد افزایش استحکام خشک به دلیل تغییر در بافت ذرات رس و نتیجتا افزایش تراکم بدنه خام است. جدول زیر تاثیر یون های مختلف را بر تخلخل نمونه و نتیجتا استحکام خشک نشان می دهد.

dried transverse strength( Ib/in2 )
   

Porosity after drying  ( % )
   

Drying shrinkage(%)
   

Forming   water ( % )
   

 

1275  
   

26.1  
   

14.0   
   

 21.2  
   

Raw clay

1150  
   

28.2  
   

15.5   
   

22.3  
   

H_ clay

1250  
   

26.3  
   

12.4   
   

19.7  
   

 Ca _ clay

1410  
   

24.6  
   

11.0   
   

18.6  
   

Na _ clay

 

قبل از اینکه در مورد اندازه گیری استحکام خشک بحث شود باید اشاراه گردد که جهت حد اقل استحکام مورد نیاز یک بدنه خام , مقدار مشخصی نمی تواند ارائه گردد.چرا که این مورد بستگی زیاد به شکل و ضخامت قطعه و نیز چگونگی حمل و نقل آن دارد.از جمله اخیر می توان این نتیجه گیری را نیز نمود که کلیه ترک ها و شکست های بدنه خام را نمی توان ناشی از کمبود استحکام خشک دانست , بلکه طراحی بد و نتیجتا شکل نا متناسب قطعه نیز می تواند باعث ایجاد تنش (در خلال خشک شدن ) و نهایتا ایجاد ترک ( در هنگام خشک شدن و یا بعد از آن ) گردد.خشک نمودن سریع نیز می تواند باعث ایجاد ترک حتی در هنگام حمل و نقل گردد. بدیهی است که هیچ یک از این ترک ها را نمی توان به کمبود استحکام خشک نسبت داد.

انقباض تر به خشک :

در تولید فر آورده های سرامیک مهم ترین وظیفه آب در بدنه ایجاد ماده ای مناسب ( پودر, خمیر , یا دوغاب) جهت شکل دادن است.بعد از شکل یافتن فرآورده ها آب وظیفه خود را انجان داده و باید از فرآورده یا بدنه خام خارج شود.عمل خشک شدن عبارت است از خروج آب به وسیله تبخیر از بدنه خام. بدیهی است که خروج آب به معنی کاهش حجم و یا ابعاد فر آورده خام می باشد . اصطلاحا به کاهش ابعاد فرآورده های سرامیکی در این مرحله از تولید انقباض تر به خشک می گویند. انقباض همواره عامل ایجاد تنش و در نتیجه احتمال تغییر شکل و وقوع ترک در بدنه می باشد.از طرف دیگر انقباض زیاد باعث ایجاد تغییراتی در ابعاد قطعه گردیده و بنا براین در مواردی که ابعاد بسیار دقیقی برای قطعه مورد نیاز است انقباض تا حد امکان باید کاهش یابد.احتمال بروز چنین خطراتی باعث شده که مرحله خشک شدن در صنعت سرامیک به عنوان یکی از خطر ناکترین مراحل تولید معرفی گردد. ولی با این همه اگر چه مقدار زیاد انقباض تر به خشک مسئله ساز است ولی مقدار کم آن همیشه مورد نیاز و مطلوب بوده چرا که باعث سهولت در خروج فرآورده شکل یافته از قالب می گردد.

بدیهی است که انقباض تر به خشک بستگی عمیقی به آب موجود در فرآورده های خام دارد ولی باید توجه داشت که آب های موجود در بدنه های خام به علت نقش و وظایف متفاوت انها در ساختمان بدنه رفتار یکسانی را در هنگام خشک شدن بروز نداده و تاثیرات آنها در انقباض تر به خشک متفاوت است.

در هنگام خشک شدن فر آورده ها اگر چه آبهای خلل و فرج نیز خارج می گردند ولی در عمل همواره مقادیری از آنها در لا به لای ذرات رس باقی می مانند مگر اینکه بدنه خام در درجه حرارتی بیش از 0C120 خشک گردد.در مقیاس صنعتی معمولا بدنه های در درجه حرارتی پایین تر از 120 درجه خشک می گردند. بنا بر این همواره مقادیری از آب خلل و فرج در بدنه باقی مانده و این موضوع بدین معنی است که در حقیقت خشک شدن نهایی فرآورده ها در اولین مراحل پخت انجام می پذیرد. اصطلاح خشک شدن کامل به مرحله ای از روند خشک شدن اطلاق می گردد که آب خلل و فرج کاملا از بین رفته است.هنگامی که یک بدنه خام به طور کامل خشک گردیده بعد از خروج از خشک کن می تواند مجددا مقادیری آب موجود در هوا را که اصطلاحا به آن مقدار رطوبت تعادلی گفته می شود در خلل و فرج خود جذب کند.به طوری که تغییرات در مقدار آب خلل و فرج با  انبساط و انقباض زیادی همراه نیست و بنا بر این این جذب رطوبت از هوا به وسیله بدنه کاملا خشک شده (اگر مقدار زیادی رس موجود باشد ) به طور معمول خطر ناک نیست. ولی با توجه به اینکه بعضی از بدنه های خام دارای مقادیر زیاد رس نیستند این عمل در فصول خاصی (معمولا پاییز و زمستان) و به خصوص در نواحی مرطوب می تواند باعث ایجاد تنش کششی و در نتیجه انبساط خشک به تر و نهایتا وقوع ترک در بدنه های خام, بعد از خروج از خشک کن گردد. در بسیاری موارد این ترک ها تا مرحله نهای تولید قابل تشخیص نبوده و فقط روی فرآورده های تولید شده لعابدار مشاهده می شوند. در چنین شرایطی افزایش استحکام تر به وسیله افزایش مقدار رس در بدنه های خام ( در صورت امکان ) و با تغییر در روند خشک شدن این مشکل را حل نمود.

آب پلاستیسیته بر عکس آب خلل و فرج به سادگی در درجه حرارت های کمتر از 100 درجه تبخیر شده و این عمل با انقباض بسیار زیادی همراه است. بدنه هایی که داراری پلاستیسیته زیادی هستند مقدار آب پلاستیسیته نیز در آنها بیشتر است. بنا براین در هنگام خشک شدن نیز مقدار انقباض تر به خشک آنها بسیار زیاد بوده و این مورد نیز به عنوان یک قانون کلی وسیله دیگری جهت تعیین پلاستیسیته خمیرهاست.. خروج آب پلاستیسیته مهم ترین عامل در ایجاد انقباض تر به خشک و یا به طور کلی تنها عامل ایجاد انقباض تر به خشک است.

روند آزمایش :

پیش آزمایش : ساخت نمونه های استحکام و انقباض

ابتدا 500 گرم از خاک که قبلا از طریق آزمایش پلاستیسیته عدد درصد آبکار پذیری آن را بدست آوردیم را در هاون می کوبیم و از الک رد می کنیم. سپس با ترازو توزین کرده و دقیقا 500 گرم را بر می داریم.با استفاده از درصد آبکار پذیری که از آزمایش پلاستیسیته برای خاکمان بدست آوردیم میزان آبی که باید به 500 گرم خاک اضافه کنیم تا یک گل مناسب از نظر شکل پذیری را به ما بدهد را بدست می آوریم. برای خاک کائولن سوپر زنور عدد درصد آبکار پذیری ففرکورن 36% بود. این به این معنی است که در هر 100 گرم خاک باید 36 گرم آب بریزیم تا حاصل گل شکل پذیر و خوب درآید . حال که ما 500 گرم خاک داریم باید 36 را در 5 ضرب کرده یعنی 180 گرم آب به آن اضافه کنیم و از آنجایی که چگالی آب یک است می توان با استفاده از استوانه مدرج 180 میلی لیتر آب را برداشت. حال گل را خوب ورز می دهیم تا کاملا یکدست شود و درون آن حباب باقی نماند.2 تا قالب نمونه داریم. یکی برای تست استحکام و یکی برای تست انقباض.قالب نمونه تست استحکام در داخل ذوذنقه ای شکل است. و قالب نمونه انقباض مربع شکل است. برای نمونه استحکام گل را از طرفی که عرض بیشتری دارد وارد می کنیم و خوب فشار می دهیم تا جای خالی در داخل نماند و باعث تضعیف استحکام نشود. تا آنجایی که می توانیم باید نمونه سالم و صافی را بدست بیاوریم. برای نمونه انقباض هم گل را داخل قالب کرده و برای بیرون آوردن قالب را از دو طوف می کشیم تا نمونه بیرون آید. حال قطر های مربع را با کاردک علامت زده و دهانه کولیس را به اندازه 4 سانتی متر باز می کنیم و روی قطر های مربع علامت می زنیم. برای تست استحکام 4 نمونه و برای تست انقباض 1 یا 2 نمونه درست می کنیم.

انقباض:

برای انقباض یک نمونه درست کردیم. بعد از اینکه داخل خشک کن قرار دادیم و کاملا خشک شد با کولیس فاصله بین دو علامت را که قبلا زدیم را اندازه گیری می کنیم. در این جا Ld  یعنی طول خشک حاصل می شود. این نمونه را در کوره قرار داده تا پخت نیز انجام گیرد. بعد از پخت نیز فاصله ی علامت های روی دو فطر را اندازه گیری کرده و میانگین 2 عدد به ما Lf  را که همان طول پخت است می دهد. حال با استفاده از روابط زیر انقباض را بدست می آوریم:

Lw – Ld / L d=40 -39.15/39.15=2.2% = درصد انقباض خشک به تر

Ld–Lf /Lf=39.15 – 38.56/38.56=1.5%=درصد انقباض پخت به خشک

Lw–Lf/Lf=40-38.56/38.56=3.7%=درصد انقباض پخت به تر(درصد

                                                                       انقباض کلی)      

Lw = طول تر        Ld = طول خشک          Lf = طول پخت

اندازه گیری استحکام به روش 3 نقطه:

نمونه هایی که داریم 2 تا به صورت خشک و 2 تا به صورت پخته شده است . حال 3 نقطه را روی هر نمونه تعیین کرده و عرض بالایی و عرض پایینی و ارتفاع آن را با کولیس اندازه می گیریم. میانگین 3 تا عدد عرض بالایی و 3 تا عرض پایینی را گرفته و میانگین عرض بالایی و عرض پایینی به ما عرض کل را می دهد. میانگین 3 ارتفاع را نیز برای هر نمونه محاسبه می کنیم. حال با استفاده از دستگاه ابتدا یک فاصله تکیه گاه مثلا 100 میلی متر را تنظیم می کنیم و بعد نیرو را وارد کرده زمانی که نمونه ما شکست نیرو را به ما می دهد. حال با استفاده از روابط زیر استحکام خمشی را اندازه گیری می کنیم:  

3 pL / 2 bh2                (N/mm2)                                        = استحکام خمشی

P  = نیرو بر حسب نیوتون

L  = فاصله تکیه گاه mm

b  = عرض mm

h  = ارتفاع mm

3x106.75x100/2x22.45x(16.1)2=2.75=استحکام خمشی نمونه پخته1

3x79.99x100/ 2x21.95x(16.2)2=2.08=استحکام خمشی نمونه پخته 2

3x29.68x100/2x 22.6x(16.4)2=0.73=استحکام خمشی نمونه خشک 3

3x42.06x100/2x22.5x(16.7)2=1.01 =استحکام خمشی نمونه خشک 4

میانگین اعداد به دست آمده:

0.87  = استحکام خام

2.415  = استحکام پخت

بحث و نتیجه گیری :


  گروه
   

نام خاک
   

درصدانقباض خشک
   

درصد انقباض تر
   

درصدانقباض    کلی
   

استحکام خام
   

استحکام پخت

    1
   

بالکی
   

  0.25
   

 4.01
   

 4.25
   

 0.135
   

 0.225

    2
   

کائولن زنوز
   

   8
   

 7.28
   

14.25
   

 1.41
   

 0.23

    3
   

کائولن سوپرزنوز
   

  2.2
   

  1.5
   

  3.7
   

 0.87
   

2.415

    4
   

بالکی
   

 3.75
   

 3.11
   

 6.75
   

0.095
   

0.155

    5
   

کائولن زدلیتس
   

 2.75
   

 1.54
   

 4.29
   

 0.96
   

 2.21

با توجه به اعداد بالا و همچنین با توجه به تئوری آزمایش و اعداد آزمایش پلاستیسیته معلوم می شود که هر چه پلاستیسیته خاک بیشتر باشد استحکام آن نیز بیشتر است. همانطور که در تئوری ذکر شد عوامل موثر در استحکام شامل عوامل موثر در پلاستیسیه نیز می شود. در مورد انقباض نیز هرچه درصد آبکار پذیری بیشتر باشد در هنگام خشک و پخت نیز آب بیشتری خارج شده و انقباض بیشتر می شود.

خطاها:

خطاهای ساخت نمونه:

اول از همه خطا هنگامی که آب پلاستیسیته را از آزمایش قبل به دست آوردیم اگر عدد پلاستیسیته دارای خطا باشد گل خوبی به ما نمی دهد و نمی توان نمونه خوبی ساخت.

هنگام ساخت نمونه اگر با دقت نمونه را نسازیم و نمونه دارای حفره یا ترک باشد یا صاف نباشد و حالت خمیده به خود بگیرد همه ی اینها باعث ایجاد خطا می شود.

خطاهای آزمایش:

اگر قطر را با کولیس دقیق اندازه نگیریم و همین طور خطای خود کولیس.

اگر هنگام اندازه گیری قطر بخشی از خاک خراشیده شود اندازه ها دارای خطا می شود.

همین طور در اندازه گیری ارتفاع و عرض نمونه های استحکام ممکن است خطا ایجاد شود.

خطای دستگاه اندازه گیری استحکام.

کتاب تکنولوژی سرامیک های ظریف ( افسون رحیمی – مهران متین )