علم سرامیک

علم سراميک ( Ceramics)

مواد سراميکي ، موادي غير آلي و غير فلزي هستند . اکثر سراميک ها از واکنش ميان يک فلز و يک غير فلز به وجود آمده اند . به خاطر همين موضوع است که پيوند بين اتم ها يا به طور کامل يوني است يا به طور عمده يوني باخواص کوالانسي است.
واژه ي Ceramic از Keramikos که يک لغت يوناني است آمده است.
اين واژه به معناي ماده اي است که پخته شده است و اين بدين معناست که خواص مطلوب اين مواد عمدتاً به وسيله ي عبور اين مواد از پروسه اي است که ماده را در دماي بالا عمل آوري مي کند . اين پروسه ي عمل آوري ماده پخت ( Firing) ناميده مي شود.

مواد سراميکي در جامعه ي امروزي بسيار مهم اند . موتورهاي سراميکي و مزايايي که استفاده از مواد سراميکي در زمينه هاي : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزايش کارايي دارد ، را در نظر بگيريد . در شکل 1 شما سه تصوير گلچين از نمونه ي اوليه موتور سراميکي و تعدادي از اجزاي سراميکي خودرو را مي بينيد . يا اينکه ساخت توربين سراميکي در سايز ميليمتري را در نظر بگيريد . اين توربين ها در موتورهاي بسيار بسيار کوچک که در آينده ساخته مي شوند کاربرد دارند.

البته اين را بايد بدانيم که آينده زياد دور نيست و به زودي ما توليد اين موتورها را مي بينيم . در شکل شماره ي 2 شما مي توانيد چرخ توربين ريزش دروني محوري ( Radial inflow turbine wheel) که از سيليسيم ( Silicon) ساخته شده است را ببينيد . در روش توليد آن از روش برش با يون واکنش کننده استفاده شده است . اين قطعه ي توليدي در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار ميليمتر قطر دارد . اين قطعه به وسيله ي تکنولوژي جديدي توليد شده است که اين تکنولوژي براي توليد سيستم هاي ميکرو ـ الکترومکانيکي ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده مي شود . سيستم هاي ميکروالکترومکانيکي به طور اختصار MEMS ناميده مي شوند . همه ي اين موتورها با يک ژانراتور الکتريکي مجتمع کامل مي شوند . که انتظار مي رود که وزن اين موتورها تنها يک گرم باشد.
با توجه به گفته هاي محققين دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، يک ميکروتوربين سيليسيمي ( Silicon) اوليه که به وسيله ي روش هاي ميکرو توليدي نوع نيم رسانا توليد شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآيد . اگر کوشش هاي ابتدايي با موفقيت همراه باشد دانشمندان براي استفاده از روش ليتوگرافي مشابه براي توليد موتور با توربين ريزش دروني محوري از سيليسيم کاربيد ( Silicon carbide ) برنامه ريزي مي کنند . (سيليسيم کاربيد يک نوع ماده ي سراميکي نسوز است ) .

جداره هاي نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ هاي روشنايي و ديگر حباب ها را به وجود مي آورد . تعدادي ديگر از کاربردهاي جداره هاي نازک کوارتزي در شکل شماره ي 3 نشان داده شده است.
شايد شما تصور کنيد که مس يک رساناي خوب الکتريسيته است . اين حرف واقعاً درست است اما آيا اين را مي دانيد که سراميک ها مي توانند رسانش الکتريکي بهتري نسبت به مس داشته باشد ؟! اين مساله با کشف مواد سراميکي ابررسانا در دماي بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دماي 100 درجه ي کلوين يا زير اين دما ، اين مواد مقاومت الکتريکي خود را از دست مي دهند . به علاوه اين مواد خطوط جريان مغناطيسي را پس مي زنند . که اين پديده به نام اثر ميسنر ( Meissner effect ) معروف است . اين اثر موجب مي شود که يک قطعه آهن ربا بتواند در فضاي روي يک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، يک قطار معلق سريع السير بر اساس قوانين توضيح داده شده در شکل 4 کار مي کند . در ايالات متحده ي آمريکا ، تحقيقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روي ابررسانايي و کاربردهاي مواد سراميکي متمرکز گشته است . که تصوير مربوط به ابررسانايي از سايت اين دانشگاه گرفته شده است .

نمايش کريستال هاي غير آلي ، سيليکات ( Silicate) و آلومينات ( Aluminate) و ديگر عناصر و ترکيبات معمولاً از چند وجهي هاي کوئورديناسيون تشکيل شده است . هر راس چند وجهي مانند يک موقعيت پيوندي ( Ligand Position) است در شکل شماره ي 5 ، ساختار کريستالي يک ماده ابررساناي دما بالا نشان داده شده است .
گرافيت خاصيت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکي و مقاومت به خوردگي خوبي دارد . اين خواص براي بسياري از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهايي که براي شکل دهي مطلوب مواد در ريخته گري مداوم استفاده مي شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل هاي راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل هاي حرارتي ( Heat exchanger) براي صنايع شيميايي استفاده مي شود را بايد از اين ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سايش نسبتاً ضعيف گرافيت و اکسيداسيون آن از محدوديت هاي استفاده از اين ماده است . که با اضافه کردن روکش هاي تيتانيم کاربيد ( Titonium carbide) که مقاومت به سايش ، مقاومت به اکسيداسيون و مقاومت به خوردگي عالي دارد . باعث بهبود مخواص گرافيت و استفاده از اين ماده در قطعات مي شود . در شکل 6 ، شما تصوير چندين قطعه ي پوشش داده شده با تيتانيم کاربيد(Tic) را مي بيند.
استفاده از مطالب اين مقاله با ذکر منبع www.rasekhoon.net بلامانع مي باشد.

علم سراميک ( Ceramics)

مواد سراميکي ، موادي غير آلي و غير فلزي هستند . اکثر سراميک ها از واکنش ميان يک فلز و يک غير فلز به وجود آمده اند . به خاطر همين موضوع است که پيوند بين اتم ها يا به طور کامل يوني است يا به طور عمده يوني باخواص کوالانسي است.
واژه ي Ceramic از Keramikos که يک لغت يوناني است آمده است.
اين واژه به معناي ماده اي است که پخته شده است و اين بدين معناست که خواص مطلوب اين مواد عمدتاً به وسيله ي عبور اين مواد از پروسه اي است که ماده را در دماي بالا عمل آوري مي کند . اين پروسه ي عمل آوري ماده پخت ( Firing) ناميده مي شود.

مواد سراميکي در جامعه ي امروزي بسيار مهم اند . موتورهاي سراميکي و مزايايي که استفاده از مواد سراميکي در زمينه هاي : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزايش کارايي دارد ، را در نظر بگيريد . در شکل 1 شما سه تصوير گلچين از نمونه ي اوليه موتور سراميکي و تعدادي از اجزاي سراميکي خودرو را مي بينيد . يا اينکه ساخت توربين سراميکي در سايز ميليمتري را در نظر بگيريد . اين توربين ها در موتورهاي بسيار بسيار کوچک که در آينده ساخته مي شوند کاربرد دارند.

البته اين را بايد بدانيم که آينده زياد دور نيست و به زودي ما توليد اين موتورها را مي بينيم . در شکل شماره ي 2 شما مي توانيد چرخ توربين ريزش دروني محوري ( Radial inflow turbine wheel) که از سيليسيم ( Silicon) ساخته شده است را ببينيد . در روش توليد آن از روش برش با يون واکنش کننده استفاده شده است . اين قطعه ي توليدي در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار ميليمتر قطر دارد . اين قطعه به وسيله ي تکنولوژي جديدي توليد شده است که اين تکنولوژي براي توليد سيستم هاي ميکرو ـ الکترومکانيکي ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده مي شود . سيستم هاي ميکروالکترومکانيکي به طور اختصار MEMS ناميده مي شوند . همه ي اين موتورها با يک ژانراتور الکتريکي مجتمع کامل مي شوند . که انتظار مي رود که وزن اين موتورها تنها يک گرم باشد.
با توجه به گفته هاي محققين دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، يک ميکروتوربين سيليسيمي ( Silicon) اوليه که به وسيله ي روش هاي ميکرو توليدي نوع نيم رسانا توليد شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآيد . اگر کوشش هاي ابتدايي با موفقيت همراه باشد دانشمندان براي استفاده از روش ليتوگرافي مشابه براي توليد موتور با توربين ريزش دروني محوري از سيليسيم کاربيد ( Silicon carbide ) برنامه ريزي مي کنند . (سيليسيم کاربيد يک نوع ماده ي سراميکي نسوز است ) .

جداره هاي نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ هاي روشنايي و ديگر حباب ها را به وجود مي آورد . تعدادي ديگر از کاربردهاي جداره هاي نازک کوارتزي در شکل شماره ي 3 نشان داده شده است.
شايد شما تصور کنيد که مس يک رساناي خوب الکتريسيته است . اين حرف واقعاً درست است اما آيا اين را مي دانيد که سراميک ها مي توانند رسانش الکتريکي بهتري نسبت به مس داشته باشد ؟! اين مساله با کشف مواد سراميکي ابررسانا در دماي بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دماي 100 درجه ي کلوين يا زير اين دما ، اين مواد مقاومت الکتريکي خود را از دست مي دهند . به علاوه اين مواد خطوط جريان مغناطيسي را پس مي زنند . که اين پديده به نام اثر ميسنر ( Meissner effect ) معروف است . اين اثر موجب مي شود که يک قطعه آهن ربا بتواند در فضاي روي يک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، يک قطار معلق سريع السير بر اساس قوانين توضيح داده شده در شکل 4 کار مي کند . در ايالات متحده ي آمريکا ، تحقيقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روي ابررسانايي و کاربردهاي مواد سراميکي متمرکز گشته است . که تصوير مربوط به ابررسانايي از سايت اين دانشگاه گرفته شده است .

نمايش کريستال هاي غير آلي ، سيليکات ( Silicate) و آلومينات ( Aluminate) و ديگر عناصر و ترکيبات معمولاً از چند وجهي هاي کوئورديناسيون تشکيل شده است . هر راس چند وجهي مانند يک موقعيت پيوندي ( Ligand Position) است در شکل شماره ي 5 ، ساختار کريستالي يک ماده ابررساناي دما بالا نشان داده شده است .
گرافيت خاصيت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکي و مقاومت به خوردگي خوبي دارد . اين خواص براي بسياري از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهايي که براي شکل دهي مطلوب مواد در ريخته گري مداوم استفاده مي شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل هاي راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل هاي حرارتي ( Heat exchanger) براي صنايع شيميايي استفاده مي شود را بايد از اين ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سايش نسبتاً ضعيف گرافيت و اکسيداسيون آن از محدوديت هاي استفاده از اين ماده است . که با اضافه کردن روکش هاي تيتانيم کاربيد ( Titonium carbide) که مقاومت به سايش ، مقاومت به اکسيداسيون و مقاومت به خوردگي عالي دارد . باعث بهبود مخواص گرافيت و استفاده از اين ماده در قطعات مي شود . در شکل 6 ، شما تصوير چندين قطعه ي پوشش داده شده با تيتانيم کاربيد(Tic) را مي بيند.
استفاده از مطالب اين مقاله با ذکر منبع www.rasekhoon.net بلامانع مي باشد.

علم سراميک ( Ceramics)

مواد سراميکي ، موادي غير آلي و غير فلزي هستند . اکثر سراميک ها از واکنش ميان يک فلز و يک غير فلز به وجود آمده اند . به خاطر همين موضوع است که پيوند بين اتم ها يا به طور کامل يوني است يا به طور عمده يوني باخواص کوالانسي است.
واژه ي Ceramic از Keramikos که يک لغت يوناني است آمده است.
اين واژه به معناي ماده اي است که پخته شده است و اين بدين معناست که خواص مطلوب اين مواد عمدتاً به وسيله ي عبور اين مواد از پروسه اي است که ماده را در دماي بالا عمل آوري مي کند . اين پروسه ي عمل آوري ماده پخت ( Firing) ناميده مي شود.

مواد سراميکي در جامعه ي امروزي بسيار مهم اند . موتورهاي سراميکي و مزايايي که استفاده از مواد سراميکي در زمينه هاي : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزايش کارايي دارد ، را در نظر بگيريد . در شکل 1 شما سه تصوير گلچين از نمونه ي اوليه موتور سراميکي و تعدادي از اجزاي سراميکي خودرو را مي بينيد . يا اينکه ساخت توربين سراميکي در سايز ميليمتري را در نظر بگيريد . اين توربين ها در موتورهاي بسيار بسيار کوچک که در آينده ساخته مي شوند کاربرد دارند.

البته اين را بايد بدانيم که آينده زياد دور نيست و به زودي ما توليد اين موتورها را مي بينيم . در شکل شماره ي 2 شما مي توانيد چرخ توربين ريزش دروني محوري ( Radial inflow turbine wheel) که از سيليسيم ( Silicon) ساخته شده است را ببينيد . در روش توليد آن از روش برش با يون واکنش کننده استفاده شده است . اين قطعه ي توليدي در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار ميليمتر قطر دارد . اين قطعه به وسيله ي تکنولوژي جديدي توليد شده است که اين تکنولوژي براي توليد سيستم هاي ميکرو ـ الکترومکانيکي ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده مي شود . سيستم هاي ميکروالکترومکانيکي به طور اختصار MEMS ناميده مي شوند . همه ي اين موتورها با يک ژانراتور الکتريکي مجتمع کامل مي شوند . که انتظار مي رود که وزن اين موتورها تنها يک گرم باشد.
با توجه به گفته هاي محققين دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، يک ميکروتوربين سيليسيمي ( Silicon) اوليه که به وسيله ي روش هاي ميکرو توليدي نوع نيم رسانا توليد شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآيد . اگر کوشش هاي ابتدايي با موفقيت همراه باشد دانشمندان براي استفاده از روش ليتوگرافي مشابه براي توليد موتور با توربين ريزش دروني محوري از سيليسيم کاربيد ( Silicon carbide ) برنامه ريزي مي کنند . (سيليسيم کاربيد يک نوع ماده ي سراميکي نسوز است ) .

جداره هاي نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ هاي روشنايي و ديگر حباب ها را به وجود مي آورد . تعدادي ديگر از کاربردهاي جداره هاي نازک کوارتزي در شکل شماره ي 3 نشان داده شده است.
شايد شما تصور کنيد که مس يک رساناي خوب الکتريسيته است . اين حرف واقعاً درست است اما آيا اين را مي دانيد که سراميک ها مي توانند رسانش الکتريکي بهتري نسبت به مس داشته باشد ؟! اين مساله با کشف مواد سراميکي ابررسانا در دماي بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دماي 100 درجه ي کلوين يا زير اين دما ، اين مواد مقاومت الکتريکي خود را از دست مي دهند . به علاوه اين مواد خطوط جريان مغناطيسي را پس مي زنند . که اين پديده به نام اثر ميسنر ( Meissner effect ) معروف است . اين اثر موجب مي شود که يک قطعه آهن ربا بتواند در فضاي روي يک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، يک قطار معلق سريع السير بر اساس قوانين توضيح داده شده در شکل 4 کار مي کند . در ايالات متحده ي آمريکا ، تحقيقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روي ابررسانايي و کاربردهاي مواد سراميکي متمرکز گشته است . که تصوير مربوط به ابررسانايي از سايت اين دانشگاه گرفته شده است .

نمايش کريستال هاي غير آلي ، سيليکات ( Silicate) و آلومينات ( Aluminate) و ديگر عناصر و ترکيبات معمولاً از چند وجهي هاي کوئورديناسيون تشکيل شده است . هر راس چند وجهي مانند يک موقعيت پيوندي ( Ligand Position) است در شکل شماره ي 5 ، ساختار کريستالي يک ماده ابررساناي دما بالا نشان داده شده است .
گرافيت خاصيت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکي و مقاومت به خوردگي خوبي دارد . اين خواص براي بسياري از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهايي که براي شکل دهي مطلوب مواد در ريخته گري مداوم استفاده مي شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل هاي راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل هاي حرارتي ( Heat exchanger) براي صنايع شيميايي استفاده مي شود را بايد از اين ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سايش نسبتاً ضعيف گرافيت و اکسيداسيون آن از محدوديت هاي استفاده از اين ماده است . که با اضافه کردن روکش هاي تيتانيم کاربيد ( Titonium carbide) که مقاومت به سايش ، مقاومت به اکسيداسيون و مقاومت به خوردگي عالي دارد . باعث بهبود مخواص گرافيت و استفاده از اين ماده در قطعات مي شود . در شکل 6 ، شما تصوير چندين قطعه ي پوشش داده شده با تيتانيم کاربيد(Tic) را مي بيند.
استفاده از مطالب اين مقاله با ذکر منبع www.rasekhoon.net بلامانع مي باشد.

علم سراميک ( Ceramics)

مواد سراميکي ، موادي غير آلي و غير فلزي هستند . اکثر سراميک ها از واکنش ميان يک فلز و يک غير فلز به وجود آمده اند . به خاطر همين موضوع است که پيوند بين اتم ها يا به طور کامل يوني است يا به طور عمده يوني باخواص کوالانسي است.
واژه ي Ceramic از Keramikos که يک لغت يوناني است آمده است.
اين واژه به معناي ماده اي است که پخته شده است و اين بدين معناست که خواص مطلوب اين مواد عمدتاً به وسيله ي عبور اين مواد از پروسه اي است که ماده را در دماي بالا عمل آوري مي کند . اين پروسه ي عمل آوري ماده پخت ( Firing) ناميده مي شود.

مواد سراميکي در جامعه ي امروزي بسيار مهم اند . موتورهاي سراميکي و مزايايي که استفاده از مواد سراميکي در زمينه هاي : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزايش کارايي دارد ، را در نظر بگيريد . در شکل 1 شما سه تصوير گلچين از نمونه ي اوليه موتور سراميکي و تعدادي از اجزاي سراميکي خودرو را مي بينيد . يا اينکه ساخت توربين سراميکي در سايز ميليمتري را در نظر بگيريد . اين توربين ها در موتورهاي بسيار بسيار کوچک که در آينده ساخته مي شوند کاربرد دارند.

البته اين را بايد بدانيم که آينده زياد دور نيست و به زودي ما توليد اين موتورها را مي بينيم . در شکل شماره ي 2 شما مي توانيد چرخ توربين ريزش دروني محوري ( Radial inflow turbine wheel) که از سيليسيم ( Silicon) ساخته شده است را ببينيد . در روش توليد آن از روش برش با يون واکنش کننده استفاده شده است . اين قطعه ي توليدي در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار ميليمتر قطر دارد . اين قطعه به وسيله ي تکنولوژي جديدي توليد شده است که اين تکنولوژي براي توليد سيستم هاي ميکرو ـ الکترومکانيکي ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده مي شود . سيستم هاي ميکروالکترومکانيکي به طور اختصار MEMS ناميده مي شوند . همه ي اين موتورها با يک ژانراتور الکتريکي مجتمع کامل مي شوند . که انتظار مي رود که وزن اين موتورها تنها يک گرم باشد.
با توجه به گفته هاي محققين دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، يک ميکروتوربين سيليسيمي ( Silicon) اوليه که به وسيله ي روش هاي ميکرو توليدي نوع نيم رسانا توليد شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآيد . اگر کوشش هاي ابتدايي با موفقيت همراه باشد دانشمندان براي استفاده از روش ليتوگرافي مشابه براي توليد موتور با توربين ريزش دروني محوري از سيليسيم کاربيد ( Silicon carbide ) برنامه ريزي مي کنند . (سيليسيم کاربيد يک نوع ماده ي سراميکي نسوز است ) .

جداره هاي نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ هاي روشنايي و ديگر حباب ها را به وجود مي آورد . تعدادي ديگر از کاربردهاي جداره هاي نازک کوارتزي در شکل شماره ي 3 نشان داده شده است.
شايد شما تصور کنيد که مس يک رساناي خوب الکتريسيته است . اين حرف واقعاً درست است اما آيا اين را مي دانيد که سراميک ها مي توانند رسانش الکتريکي بهتري نسبت به مس داشته باشد ؟! اين مساله با کشف مواد سراميکي ابررسانا در دماي بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دماي 100 درجه ي کلوين يا زير اين دما ، اين مواد مقاومت الکتريکي خود را از دست مي دهند . به علاوه اين مواد خطوط جريان مغناطيسي را پس مي زنند . که اين پديده به نام اثر ميسنر ( Meissner effect ) معروف است . اين اثر موجب مي شود که يک قطعه آهن ربا بتواند در فضاي روي يک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، يک قطار معلق سريع السير بر اساس قوانين توضيح داده شده در شکل 4 کار مي کند . در ايالات متحده ي آمريکا ، تحقيقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روي ابررسانايي و کاربردهاي مواد سراميکي متمرکز گشته است . که تصوير مربوط به ابررسانايي از سايت اين دانشگاه گرفته شده است .

نمايش کريستال هاي غير آلي ، سيليکات ( Silicate) و آلومينات ( Aluminate) و ديگر عناصر و ترکيبات معمولاً از چند وجهي هاي کوئورديناسيون تشکيل شده است . هر راس چند وجهي مانند يک موقعيت پيوندي ( Ligand Position) است در شکل شماره ي 5 ، ساختار کريستالي يک ماده ابررساناي دما بالا نشان داده شده است .
گرافيت خاصيت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکي و مقاومت به خوردگي خوبي دارد . اين خواص براي بسياري از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهايي که براي شکل دهي مطلوب مواد در ريخته گري مداوم استفاده مي شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل هاي راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل هاي حرارتي ( Heat exchanger) براي صنايع شيميايي استفاده مي شود را بايد از اين ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سايش نسبتاً ضعيف گرافيت و اکسيداسيون آن از محدوديت هاي استفاده از اين ماده است . که با اضافه کردن روکش هاي تيتانيم کاربيد ( Titonium carbide) که مقاومت به سايش ، مقاومت به اکسيداسيون و مقاومت به خوردگي عالي دارد . باعث بهبود مخواص گرافيت و استفاده از اين ماده در قطعات مي شود . در شکل 6 ، شما تصوير چندين قطعه ي پوشش داده شده با تيتانيم کاربيد(Tic) را مي بيند.
استفاده از مطالب اين مقاله با ذکر منبع www.rasekhoon.net بلامانع مي باشد.

علم سراميک ( Ceramics)

مواد سراميکي ، موادي غير آلي و غير فلزي هستند . اکثر سراميک ها از واکنش ميان يک فلز و يک غير فلز به وجود آمده اند . به خاطر همين موضوع است که پيوند بين اتم ها يا به طور کامل يوني است يا به طور عمده يوني باخواص کوالانسي است.
واژه ي Ceramic از Keramikos که يک لغت يوناني است آمده است.
اين واژه به معناي ماده اي است که پخته شده است و اين بدين معناست که خواص مطلوب اين مواد عمدتاً به وسيله ي عبور اين مواد از پروسه اي است که ماده را در دماي بالا عمل آوري مي کند . اين پروسه ي عمل آوري ماده پخت ( Firing) ناميده مي شود.

مواد سراميکي در جامعه ي امروزي بسيار مهم اند . موتورهاي سراميکي و مزايايي که استفاده از مواد سراميکي در زمينه هاي : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزايش کارايي دارد ، را در نظر بگيريد . در شکل 1 شما سه تصوير گلچين از نمونه ي اوليه موتور سراميکي و تعدادي از اجزاي سراميکي خودرو را مي بينيد . يا اينکه ساخت توربين سراميکي در سايز ميليمتري را در نظر بگيريد . اين توربين ها در موتورهاي بسيار بسيار کوچک که در آينده ساخته مي شوند کاربرد دارند.

البته اين را بايد بدانيم که آينده زياد دور نيست و به زودي ما توليد اين موتورها را مي بينيم . در شکل شماره ي 2 شما مي توانيد چرخ توربين ريزش دروني محوري ( Radial inflow turbine wheel) که از سيليسيم ( Silicon) ساخته شده است را ببينيد . در روش توليد آن از روش برش با يون واکنش کننده استفاده شده است . اين قطعه ي توليدي در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار ميليمتر قطر دارد . اين قطعه به وسيله ي تکنولوژي جديدي توليد شده است که اين تکنولوژي براي توليد سيستم هاي ميکرو ـ الکترومکانيکي ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده مي شود . سيستم هاي ميکروالکترومکانيکي به طور اختصار MEMS ناميده مي شوند . همه ي اين موتورها با يک ژانراتور الکتريکي مجتمع کامل مي شوند . که انتظار مي رود که وزن اين موتورها تنها يک گرم باشد.
با توجه به گفته هاي محققين دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، يک ميکروتوربين سيليسيمي ( Silicon) اوليه که به وسيله ي روش هاي ميکرو توليدي نوع نيم رسانا توليد شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآيد . اگر کوشش هاي ابتدايي با موفقيت همراه باشد دانشمندان براي استفاده از روش ليتوگرافي مشابه براي توليد موتور با توربين ريزش دروني محوري از سيليسيم کاربيد ( Silicon carbide ) برنامه ريزي مي کنند . (سيليسيم کاربيد يک نوع ماده ي سراميکي نسوز است ) .

جداره هاي نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ هاي روشنايي و ديگر حباب ها را به وجود مي آورد . تعدادي ديگر از کاربردهاي جداره هاي نازک کوارتزي در شکل شماره ي 3 نشان داده شده است.
شايد شما تصور کنيد که مس يک رساناي خوب الکتريسيته است . اين حرف واقعاً درست است اما آيا اين را مي دانيد که سراميک ها مي توانند رسانش الکتريکي بهتري نسبت به مس داشته باشد ؟! اين مساله با کشف مواد سراميکي ابررسانا در دماي بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دماي 100 درجه ي کلوين يا زير اين دما ، اين مواد مقاومت الکتريکي خود را از دست مي دهند . به علاوه اين مواد خطوط جريان مغناطيسي را پس مي زنند . که اين پديده به نام اثر ميسنر ( Meissner effect ) معروف است . اين اثر موجب مي شود که يک قطعه آهن ربا بتواند در فضاي روي يک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، يک قطار معلق سريع السير بر اساس قوانين توضيح داده شده در شکل 4 کار مي کند . در ايالات متحده ي آمريکا ، تحقيقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روي ابررسانايي و کاربردهاي مواد سراميکي متمرکز گشته است . که تصوير مربوط به ابررسانايي از سايت اين دانشگاه گرفته شده است .

نمايش کريستال هاي غير آلي ، سيليکات ( Silicate) و آلومينات ( Aluminate) و ديگر عناصر و ترکيبات معمولاً از چند وجهي هاي کوئورديناسيون تشکيل شده است . هر راس چند وجهي مانند يک موقعيت پيوندي ( Ligand Position) است در شکل شماره ي 5 ، ساختار کريستالي يک ماده ابررساناي دما بالا نشان داده شده است .
گرافيت خاصيت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکي و مقاومت به خوردگي خوبي دارد . اين خواص براي بسياري از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهايي که براي شکل دهي مطلوب مواد در ريخته گري مداوم استفاده مي شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل هاي راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل هاي حرارتي ( Heat exchanger) براي صنايع شيميايي استفاده مي شود را بايد از اين ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سايش نسبتاً ضعيف گرافيت و اکسيداسيون آن از محدوديت هاي استفاده از اين ماده است . که با اضافه کردن روکش هاي تيتانيم کاربيد ( Titonium carbide) که مقاومت به سايش ، مقاومت به اکسيداسيون و مقاومت به خوردگي عالي دارد . باعث بهبود مخواص گرافيت و استفاده از اين ماده در قطعات مي شود . در شکل 6 ، شما تصوير چندين قطعه ي پوشش داده شده با تيتانيم کاربيد(Tic) را مي بيند.
استفاده از مطالب اين مقاله با ذکر منبع www.rasekhoon.net بلامانع مي باشد.

علم سراميک ( Ceramics)

مواد سراميکي ، موادي غير آلي و غير فلزي هستند . اکثر سراميک ها از واکنش ميان يک فلز و يک غير فلز به وجود آمده اند . به خاطر همين موضوع است که پيوند بين اتم ها يا به طور کامل يوني است يا به طور عمده يوني باخواص کوالانسي است.
واژه ي Ceramic از Keramikos که يک لغت يوناني است آمده است.
اين واژه به معناي ماده اي است که پخته شده است و اين بدين معناست که خواص مطلوب اين مواد عمدتاً به وسيله ي عبور اين مواد از پروسه اي است که ماده را در دماي بالا عمل آوري مي کند . اين پروسه ي عمل آوري ماده پخت ( Firing) ناميده مي شود.

مواد سراميکي در جامعه ي امروزي بسيار مهم اند . موتورهاي سراميکي و مزايايي که استفاده از مواد سراميکي در زمينه هاي : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزايش کارايي دارد ، را در نظر بگيريد . در شکل 1 شما سه تصوير گلچين از نمونه ي اوليه موتور سراميکي و تعدادي از اجزاي سراميکي خودرو را مي بينيد . يا اينکه ساخت توربين سراميکي در سايز ميليمتري را در نظر بگيريد . اين توربين ها در موتورهاي بسيار بسيار کوچک که در آينده ساخته مي شوند کاربرد دارند.

البته اين را بايد بدانيم که آينده زياد دور نيست و به زودي ما توليد اين موتورها را مي بينيم . در شکل شماره ي 2 شما مي توانيد چرخ توربين ريزش دروني محوري ( Radial inflow turbine wheel) که از سيليسيم ( Silicon) ساخته شده است را ببينيد . در روش توليد آن از روش برش با يون واکنش کننده استفاده شده است . اين قطعه ي توليدي در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار ميليمتر قطر دارد . اين قطعه به وسيله ي تکنولوژي جديدي توليد شده است که اين تکنولوژي براي توليد سيستم هاي ميکرو ـ الکترومکانيکي ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده مي شود . سيستم هاي ميکروالکترومکانيکي به طور اختصار MEMS ناميده مي شوند . همه ي اين موتورها با يک ژانراتور الکتريکي مجتمع کامل مي شوند . که انتظار مي رود که وزن اين موتورها تنها يک گرم باشد.
با توجه به گفته هاي محققين دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، يک ميکروتوربين سيليسيمي ( Silicon) اوليه که به وسيله ي روش هاي ميکرو توليدي نوع نيم رسانا توليد شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآيد . اگر کوشش هاي ابتدايي با موفقيت همراه باشد دانشمندان براي استفاده از روش ليتوگرافي مشابه براي توليد موتور با توربين ريزش دروني محوري از سيليسيم کاربيد ( Silicon carbide ) برنامه ريزي مي کنند . (سيليسيم کاربيد يک نوع ماده ي سراميکي نسوز است ) .

جداره هاي نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ هاي روشنايي و ديگر حباب ها را به وجود مي آورد . تعدادي ديگر از کاربردهاي جداره هاي نازک کوارتزي در شکل شماره ي 3 نشان داده شده است.
شايد شما تصور کنيد که مس يک رساناي خوب الکتريسيته است . اين حرف واقعاً درست است اما آيا اين را مي دانيد که سراميک ها مي توانند رسانش الکتريکي بهتري نسبت به مس داشته باشد ؟! اين مساله با کشف مواد سراميکي ابررسانا در دماي بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دماي 100 درجه ي کلوين يا زير اين دما ، اين مواد مقاومت الکتريکي خود را از دست مي دهند . به علاوه اين مواد خطوط جريان مغناطيسي را پس مي زنند . که اين پديده به نام اثر ميسنر ( Meissner effect ) معروف است . اين اثر موجب مي شود که يک قطعه آهن ربا بتواند در فضاي روي يک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، يک قطار معلق سريع السير بر اساس قوانين توضيح داده شده در شکل 4 کار مي کند . در ايالات متحده ي آمريکا ، تحقيقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روي ابررسانايي و کاربردهاي مواد سراميکي متمرکز گشته است . که تصوير مربوط به ابررسانايي از سايت اين دانشگاه گرفته شده است .

نمايش کريستال هاي غير آلي ، سيليکات ( Silicate) و آلومينات ( Aluminate) و ديگر عناصر و ترکيبات معمولاً از چند وجهي هاي کوئورديناسيون تشکيل شده است . هر راس چند وجهي مانند يک موقعيت پيوندي ( Ligand Position) است در شکل شماره ي 5 ، ساختار کريستالي يک ماده ابررساناي دما بالا نشان داده شده است .
گرافيت خاصيت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکي و مقاومت به خوردگي خوبي دارد . اين خواص براي بسياري از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهايي که براي شکل دهي مطلوب مواد در ريخته گري مداوم استفاده مي شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل هاي راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل هاي حرارتي ( Heat exchanger) براي صنايع شيميايي استفاده مي شود را بايد از اين ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سايش نسبتاً ضعيف گرافيت و اکسيداسيون آن از محدوديت هاي استفاده از اين ماده است . که با اضافه کردن روکش هاي تيتانيم کاربيد ( Titonium carbide) که مقاومت به سايش ، مقاومت به اکسيداسيون و مقاومت به خوردگي عالي دارد . باعث بهبود مخواص گرافيت و استفاده از اين ماده در قطعات مي شود . در شکل 6 ، شما تصوير چندين قطعه ي پوشش داده شده با تيتانيم کاربيد(Tic) را مي بيند.
استفاده از مطالب اين مقاله با ذکر منبع www.rasekhoon.net بلامانع مي باشد.

فرآیند های شکل دهی سرامیک ها (2)

 

پرس خشک
 

پرس خشک (Dry Pressing) فرآیندی است مناسب برای شکل دهی اشکال ساده ی جامد و دارای سه مرحله است:

پرکردن قالب
 

فشرده سازی مواد
خارج کردن قطعه ی پرس شده
درشکل 1 دیاگرامی شماتیک از فرآیند پرس خشک دو طرف (double-action dry- Pressing Process) نشان داده شده است. در پرس خشک دو طرفه بخش بالا و پایینی قالب متحرک هستند و عمل فشرده سازی را انجام می دهند. هنگامی که بخش پایینی قالب در حالت پایه قرار دارد ، فضایی بوجود می آید که این فضا بوسیله ی پودر پر می شود. در فرآیند پرس خشک مخلوط پودر می تواند بین 5-0 درصد وزنی از یک بایندر داشته باشد.

(در واقع واژه ی خشک بدین معنا نیست که درصد بایندر صفراست). وقتی قالب با شیوه ی هنرمندانه ای بوسیله ی پودر پر می شود، بخش بالایی قالب پایین می آید و پودر را فشرده می کند. (میزان فشرده سازی معین است). در طی فرایند فشرده سازی ذرات پودر باید به صورت مناسب جریان پیدا کنند تا قالب به طور مناسب پر شود. در فرآیند پرس خشک توزیع ذرات بین 200-20 میکرون ترجیح داده می شود. وجود درصد بالایی از ذرات ریز باعث پدید آمدن مشکلاتی در جریان یافتن ذرات می شود. و همچنین باعث می شود ذرات پودر به قالب ها بچسبند. فشار مورد استفاده در فرآیند پرس خشک ممکن است تا 300 مگاپاسگال نیز برسد. فشار اعمال شده در این فرآیند به نوع ماده و نوع پرس بستگی دارد و معمولا برای ماکزیمم کردن دانسیته ی جسم پرس شده از فشارهای بالا استفاده می شود. پس از مرحله ی فشرده سازی پودر بخش های بالا و پایینی قالب به سمت بالا حرکت می کنند تا اینکه بخش پایینی قالب با سطح بالایی کاست قالب هم ارتفاع شود. سپس بخش بالایی قالب به طور کامل از سطح جدا می شود و از روی کاست قالب جدا می شود. توده ی پرس شده سپس از قالب جدا می شو د و بخش پایینی قالب به سمت پایین حرکت می کند و برای فرایند پرس بعدی آماده می شود. فرآیند پرس خشک بسیار ساده است و سرمایه ی مورد نیاز برای ادوات آن نیز پایین است. از این رو از این فرآیند به طور فراوان در شکل دهی سرامیک ها استفاده می شود. سرعت تولید در این به اندازه و شکل قطعات و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. سرعت تولید برای قطعات پهن مانند دیرگدازها و یا اجزای پیچیده مانند چرخ های ساینده 15-1 قطعه در دقیقه است. در مورد قطعات ساده تر یا کوچکتر مانند سیل رینگ ها (sealrings) و نازل ها ، سرعت تولید می تواند بیش از چند صد قطعه بر دقیقه باشد. قطعات مسطح کوچک مانند عایق ها ، کریرهای تراشه ای (chip Carriers) یا وسایل برش، سرعت تولید می تواند چند هزار قطعه بر دقیقه باشد.

پرس گرم
 

فرایند پرس می تواند در دمای بالا انجام شود. این فرآیند پرس گرم (hot Pressing) نامیده می شود. قالب مورد استفاده در این فرآیند بسیار شبیه به قالبی است که برای فرآیند پرس خشک استفاده می شود تفاوت اصلی این نوع قالب در این است که قالب مورد استفاده در فرآیند پرس گرم در داخل یک کوره با دمای بالا قرار دارد. (شکل 2) در طی فرآیند پرس گرم ، پودر سرامیک ممکن است در طی فرایند پرس زنیتر هم شود و این زنیتر شدن سبب تشکیل یک جزء با دانسیته ی بالا می شود.

در ادامه به بیان برخی از مزیت های این فرآیند می پردازیم:
1)نیاز نیست پودر مورد استفاده در این فرآیند از نوع خیلی مرغوب باشد.
2)تخلخل های بزرگی که بوسیله مخلوط شدن نامناسب پدید می آیند به آسانی از بین می روند.
3)ما می توانیم بدنه ای با دانسیته ی مناسب را در دمای پایین تر از دمای زنیترینگ متداول پدید آوریم. ( در واقع این دما تقریباً نصف دمای ذوب مواد است)
4)در طی فرآیند افزایش دانسیته بوسیله ی پرس گرم، رشد افراطی دانه ها یاری کریستالیزاسیون ثانویه رخ نمی دهد.
5)بوسیله ی فرایند پرس گرم می توان مواد با پیوندهای کوالانس مانند را شکل دهی کرد.
عیب اصلی فرایند پرس گرم این است که قالب های مورد استفاده در این فرآیند گران بها هستند و دوام زیادی ندارند زیرا فرآیند پرس گرم در دمای بالا انجام می شود.
فلزات به ندرت در دماهای بالاتر از 1000C° به عنوان قالب استفاده می شوند.علت این امر این است که در دمای بالاتر از 1000C° اکثر آنها نرم شده و موجب اعوجاج قالب می شوند. آلیاژهای ویژه که بیشتر آنها بر پایه ی مولیبدن (Mo) هستند، می توانند در دمای بالاتر از 1000C° و فشار 80MPa استفاده شوند. سرامیک هایی مانند رامی توان به عنوان ماده ی مورد استفاده درساخت قالب استفاده کرد و از آنها در دماهای بالاتر از 1400C° و فشار حدود 80MPa استفاده کرد.گرافیت یکی از پر استفاده ترین مواد در ساخت قالب هاست که می توان از قالب های ساخته شده از آن در دماهای بالاتر از 2200C° و فشارهای بین 10MPa استفاده کرد. مشکلی که وجود دارد این است که استفاده از قالب های گرافیتی نیازمند بوجود آوردن محیط احیایی درطی فرایند پرس کردن است.
به هر حال گرافیت دارای خواص بسیاری است که باعث می شود این ماده برای ساخت قالب مناسب باشد:
گرافیت به آسانی ماشین کاری می شود. (البته گرد وغبار آن اگر تنفس شود سمی است مانندگرد و غبار ذغال سنگ)
گرافیت ارزان قیمت است
استحکام آن با افزایش دما افزایش می یابد.
دارای مقاومت به خزش خوبی است
دارای رسانایی گرمایی استثنائی است
ضریب انبساط گرمایی آن نسبتا ً پایین است.
فرایند پرس گرم مانند پرس خشک به ساخت اشکال ساده مانند صفحات پهن، آجرها ، استوانه ها محدود می شود. ساخت قطعات پیچیده و یا اشکال بزرگ با روش پرس گرم مشکل است و در اغلب موارد امکان ساخت وجود ندارد. پرس گرم به طور گسترده در آزمایشگاههای تحقیقاتی (برای ساخت اجزای سرامیکی با خلوص و دانسیته ی بالا) استفاده می شود. اگر چه از پرس های گرم به طور گسترده در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی دولتی استفاده می شود. اما به دلیل قیمت بالای فرایند و میزان تولید پایین ، این تکنیک دارای محدودیت است.
در واقع برای تولید هر قطعه ای فرآیند شکل دهی جایگزین پرس گرم وجود دارد که هزینه ی تولید آن پایین تر است. به هر حال در بازار برخی از قطعات سرامیکی وجود دارد که به روش پرس گرم تولید شده اند. در این قطعات نیاز است تا اندازه ی دانه ها کوچک باشد، دانسیته بالا باشد (تخلخل کم باشد) و یا میزان خلوص پایین است. مثال هایی از این محصولات در جدول 2 آورده شده است.

فرآیند پرس ایزواستاتیک با استفاده از اعمال فشار هیدرواستاتیک به پودر بوسیله ی یک ظرف انعطاف پذیر انجام می شود. مزیت اعمال فشار در همه ی جهات این است که فشرده گی پودر در جاهای مختلف یکسان است و می توان بوسیله ی این فرآیند اشکال پیچیده را تولید کرد.فرآیند پرس ایزواستاتیک می تواند با اعمال گرما یا بدون اعمال گرما انجام شود.

پرس ایزواستاتیک سرد
 

درکاربردهای متنوعی از پرس ایزواستاتیک سرد (Cold Isostatic Press ) استفاده می شود. که به طور محفف به آن CIP می گویند. دراینجا ما تنها به بیان مسائل اساسی درمورد این نوع فرآیند شکل دهی می پردازیم شکل 3 فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد است که به اصطلاح به آن CIP ، وت – بگ (Wet – bag – CIP) می گویند.

در این فرآیند پودر به داخل یک کیسه ی رابری قرار داده می شود و دهانه ی کیسه بوسیله ی یک درپوش فلزی بسته می شود. کیسه ی دهانه بسته در داخل یک اتاقک با دمای بالا قرار می گیرد. که این اتاقک با مایع (معمولا یک مخلوط روغن و آب با قابلیت انحلال درهم) پر شده است. در این اتاقک به صورت هیدرواستاتیک بر پودر فشار وارد می شود. فشار اعمالی می تواند از 20MPa تا یک گیلاپاسکال متغیر باشد که فشار اعمالی بستگی به کاربرد و نوع پرس دارد. در واحدهای تولیدی معمولا از فشارهای بیش از 400 استفاده می شود. هنگامی که فرآیند پرس کردن اتمام یابد، فشار اعمالی به آهستگی برداشته می شود و اجزای پرس کنار می روند. سپس جزء پرس شده از قالب جدا می شود.
مزایای فرآیند وت – بگ عبارتند است از:
گستره ی وسیع اشکال و اندازه هایی که می توان بوسیله ی آن تولید کرد.
دانسیته ی یکنواخت محصول پرس شده
قیمت پایین ادوات مورد نیاز در این روش
معایب این روش عبارتست از :
شکل دهی وکنترل ابعاد ضعیف است (مخصوصا برای اشیاء پیچیده)
محصول تولیدی در اغلب موارد نیازمند ماشین کاری پیش از پخت است.
زمان سیکل تولید طولانی است (به طور نمونه این زمان بین 60-5دقیقه است). از این روسرعت تولید قطعه با این روش پایین است.
یک پرس ایزواستاتیک وت –بگ که برای تولید نمونه های آزمایشگاهی و اجزای با حجم کوچک استفاده می شود ، ممکن است دارای قطر داخلی 150 میلی متر وعمق 460mm باشد.پرس های وت – بگ بزرک ممکن است دارای قطر حفره ای بزرگتر از 1.8 متر و طولی بزرگتر از 3.7 متر باشند.
دیاگرام شماتیک یک قالب برای فرایند درای – بگ (dry-bag CIP) در شکل 4 نشان داده شده است.

تمایز اصلی میان درای – بگ CIP با روش قبلی در این است که قالب رابری در فرآیند درای – بگ بخش داخلی پرس محسوب می شود و مایع با فشار بالا از میان اتاقک به قالب اعمال فشار می کند. پس از فرآیند پرس، قطعه پرس شده بدون بهم خوردن قالب جدا می شود. از این رو پرس درای – بگ می تواند به سهولت به صورت اتوماتیک کار کند. واحدهای تمام خودکار از این نوع پرس ها وجود دارند و در طی 20 سال گذشته محصولات سرامیکی را با حجم بالا تولید می کنند. سرعت تولید در این سیستم ها بیشتر از 1 دقیقه بر ثانیه است و به صورت تجاری درآمده اند. در سال های متمادی است که از CIP دارای بگ برای پرس کردن بخش عایق شمع اتومبیل استفاده می شود. مراحل این فرآیند در شکل 5 نشان داده شده است.

منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton

فرآیند های شکل دهی سرامیک ها (2)

 

پرس خشک
 

پرس خشک (Dry Pressing) فرآیندی است مناسب برای شکل دهی اشکال ساده ی جامد و دارای سه مرحله است:

پرکردن قالب
 

فشرده سازی مواد
خارج کردن قطعه ی پرس شده
درشکل 1 دیاگرامی شماتیک از فرآیند پرس خشک دو طرف (double-action dry- Pressing Process) نشان داده شده است. در پرس خشک دو طرفه بخش بالا و پایینی قالب متحرک هستند و عمل فشرده سازی را انجام می دهند. هنگامی که بخش پایینی قالب در حالت پایه قرار دارد ، فضایی بوجود می آید که این فضا بوسیله ی پودر پر می شود. در فرآیند پرس خشک مخلوط پودر می تواند بین 5-0 درصد وزنی از یک بایندر داشته باشد.

(در واقع واژه ی خشک بدین معنا نیست که درصد بایندر صفراست). وقتی قالب با شیوه ی هنرمندانه ای بوسیله ی پودر پر می شود، بخش بالایی قالب پایین می آید و پودر را فشرده می کند. (میزان فشرده سازی معین است). در طی فرایند فشرده سازی ذرات پودر باید به صورت مناسب جریان پیدا کنند تا قالب به طور مناسب پر شود. در فرآیند پرس خشک توزیع ذرات بین 200-20 میکرون ترجیح داده می شود. وجود درصد بالایی از ذرات ریز باعث پدید آمدن مشکلاتی در جریان یافتن ذرات می شود. و همچنین باعث می شود ذرات پودر به قالب ها بچسبند. فشار مورد استفاده در فرآیند پرس خشک ممکن است تا 300 مگاپاسگال نیز برسد. فشار اعمال شده در این فرآیند به نوع ماده و نوع پرس بستگی دارد و معمولا برای ماکزیمم کردن دانسیته ی جسم پرس شده از فشارهای بالا استفاده می شود. پس از مرحله ی فشرده سازی پودر بخش های بالا و پایینی قالب به سمت بالا حرکت می کنند تا اینکه بخش پایینی قالب با سطح بالایی کاست قالب هم ارتفاع شود. سپس بخش بالایی قالب به طور کامل از سطح جدا می شود و از روی کاست قالب جدا می شود. توده ی پرس شده سپس از قالب جدا می شو د و بخش پایینی قالب به سمت پایین حرکت می کند و برای فرایند پرس بعدی آماده می شود. فرآیند پرس خشک بسیار ساده است و سرمایه ی مورد نیاز برای ادوات آن نیز پایین است. از این رو از این فرآیند به طور فراوان در شکل دهی سرامیک ها استفاده می شود. سرعت تولید در این به اندازه و شکل قطعات و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. سرعت تولید برای قطعات پهن مانند دیرگدازها و یا اجزای پیچیده مانند چرخ های ساینده 15-1 قطعه در دقیقه است. در مورد قطعات ساده تر یا کوچکتر مانند سیل رینگ ها (sealrings) و نازل ها ، سرعت تولید می تواند بیش از چند صد قطعه بر دقیقه باشد. قطعات مسطح کوچک مانند عایق ها ، کریرهای تراشه ای (chip Carriers) یا وسایل برش، سرعت تولید می تواند چند هزار قطعه بر دقیقه باشد.

پرس گرم
 

فرایند پرس می تواند در دمای بالا انجام شود. این فرآیند پرس گرم (hot Pressing) نامیده می شود. قالب مورد استفاده در این فرآیند بسیار شبیه به قالبی است که برای فرآیند پرس خشک استفاده می شود تفاوت اصلی این نوع قالب در این است که قالب مورد استفاده در فرآیند پرس گرم در داخل یک کوره با دمای بالا قرار دارد. (شکل 2) در طی فرآیند پرس گرم ، پودر سرامیک ممکن است در طی فرایند پرس زنیتر هم شود و این زنیتر شدن سبب تشکیل یک جزء با دانسیته ی بالا می شود.

در ادامه به بیان برخی از مزیت های این فرآیند می پردازیم:
1)نیاز نیست پودر مورد استفاده در این فرآیند از نوع خیلی مرغوب باشد.
2)تخلخل های بزرگی که بوسیله مخلوط شدن نامناسب پدید می آیند به آسانی از بین می روند.
3)ما می توانیم بدنه ای با دانسیته ی مناسب را در دمای پایین تر از دمای زنیترینگ متداول پدید آوریم. ( در واقع این دما تقریباً نصف دمای ذوب مواد است)
4)در طی فرآیند افزایش دانسیته بوسیله ی پرس گرم، رشد افراطی دانه ها یاری کریستالیزاسیون ثانویه رخ نمی دهد.
5)بوسیله ی فرایند پرس گرم می توان مواد با پیوندهای کوالانس مانند را شکل دهی کرد.
عیب اصلی فرایند پرس گرم این است که قالب های مورد استفاده در این فرآیند گران بها هستند و دوام زیادی ندارند زیرا فرآیند پرس گرم در دمای بالا انجام می شود.
فلزات به ندرت در دماهای بالاتر از 1000C° به عنوان قالب استفاده می شوند.علت این امر این است که در دمای بالاتر از 1000C° اکثر آنها نرم شده و موجب اعوجاج قالب می شوند. آلیاژهای ویژه که بیشتر آنها بر پایه ی مولیبدن (Mo) هستند، می توانند در دمای بالاتر از 1000C° و فشار 80MPa استفاده شوند. سرامیک هایی مانند رامی توان به عنوان ماده ی مورد استفاده درساخت قالب استفاده کرد و از آنها در دماهای بالاتر از 1400C° و فشار حدود 80MPa استفاده کرد.گرافیت یکی از پر استفاده ترین مواد در ساخت قالب هاست که می توان از قالب های ساخته شده از آن در دماهای بالاتر از 2200C° و فشارهای بین 10MPa استفاده کرد. مشکلی که وجود دارد این است که استفاده از قالب های گرافیتی نیازمند بوجود آوردن محیط احیایی درطی فرایند پرس کردن است.
به هر حال گرافیت دارای خواص بسیاری است که باعث می شود این ماده برای ساخت قالب مناسب باشد:
گرافیت به آسانی ماشین کاری می شود. (البته گرد وغبار آن اگر تنفس شود سمی است مانندگرد و غبار ذغال سنگ)
گرافیت ارزان قیمت است
استحکام آن با افزایش دما افزایش می یابد.
دارای مقاومت به خزش خوبی است
دارای رسانایی گرمایی استثنائی است
ضریب انبساط گرمایی آن نسبتا ً پایین است.
فرایند پرس گرم مانند پرس خشک به ساخت اشکال ساده مانند صفحات پهن، آجرها ، استوانه ها محدود می شود. ساخت قطعات پیچیده و یا اشکال بزرگ با روش پرس گرم مشکل است و در اغلب موارد امکان ساخت وجود ندارد. پرس گرم به طور گسترده در آزمایشگاههای تحقیقاتی (برای ساخت اجزای سرامیکی با خلوص و دانسیته ی بالا) استفاده می شود. اگر چه از پرس های گرم به طور گسترده در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی دولتی استفاده می شود. اما به دلیل قیمت بالای فرایند و میزان تولید پایین ، این تکنیک دارای محدودیت است.
در واقع برای تولید هر قطعه ای فرآیند شکل دهی جایگزین پرس گرم وجود دارد که هزینه ی تولید آن پایین تر است. به هر حال در بازار برخی از قطعات سرامیکی وجود دارد که به روش پرس گرم تولید شده اند. در این قطعات نیاز است تا اندازه ی دانه ها کوچک باشد، دانسیته بالا باشد (تخلخل کم باشد) و یا میزان خلوص پایین است. مثال هایی از این محصولات در جدول 2 آورده شده است.

فرآیند پرس ایزواستاتیک با استفاده از اعمال فشار هیدرواستاتیک به پودر بوسیله ی یک ظرف انعطاف پذیر انجام می شود. مزیت اعمال فشار در همه ی جهات این است که فشرده گی پودر در جاهای مختلف یکسان است و می توان بوسیله ی این فرآیند اشکال پیچیده را تولید کرد.فرآیند پرس ایزواستاتیک می تواند با اعمال گرما یا بدون اعمال گرما انجام شود.

پرس ایزواستاتیک سرد
 

درکاربردهای متنوعی از پرس ایزواستاتیک سرد (Cold Isostatic Press ) استفاده می شود. که به طور محفف به آن CIP می گویند. دراینجا ما تنها به بیان مسائل اساسی درمورد این نوع فرآیند شکل دهی می پردازیم شکل 3 فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد است که به اصطلاح به آن CIP ، وت – بگ (Wet – bag – CIP) می گویند.

در این فرآیند پودر به داخل یک کیسه ی رابری قرار داده می شود و دهانه ی کیسه بوسیله ی یک درپوش فلزی بسته می شود. کیسه ی دهانه بسته در داخل یک اتاقک با دمای بالا قرار می گیرد. که این اتاقک با مایع (معمولا یک مخلوط روغن و آب با قابلیت انحلال درهم) پر شده است. در این اتاقک به صورت هیدرواستاتیک بر پودر فشار وارد می شود. فشار اعمالی می تواند از 20MPa تا یک گیلاپاسکال متغیر باشد که فشار اعمالی بستگی به کاربرد و نوع پرس دارد. در واحدهای تولیدی معمولا از فشارهای بیش از 400 استفاده می شود. هنگامی که فرآیند پرس کردن اتمام یابد، فشار اعمالی به آهستگی برداشته می شود و اجزای پرس کنار می روند. سپس جزء پرس شده از قالب جدا می شود.
مزایای فرآیند وت – بگ عبارتند است از:
گستره ی وسیع اشکال و اندازه هایی که می توان بوسیله ی آن تولید کرد.
دانسیته ی یکنواخت محصول پرس شده
قیمت پایین ادوات مورد نیاز در این روش
معایب این روش عبارتست از :
شکل دهی وکنترل ابعاد ضعیف است (مخصوصا برای اشیاء پیچیده)
محصول تولیدی در اغلب موارد نیازمند ماشین کاری پیش از پخت است.
زمان سیکل تولید طولانی است (به طور نمونه این زمان بین 60-5دقیقه است). از این روسرعت تولید قطعه با این روش پایین است.
یک پرس ایزواستاتیک وت –بگ که برای تولید نمونه های آزمایشگاهی و اجزای با حجم کوچک استفاده می شود ، ممکن است دارای قطر داخلی 150 میلی متر وعمق 460mm باشد.پرس های وت – بگ بزرک ممکن است دارای قطر حفره ای بزرگتر از 1.8 متر و طولی بزرگتر از 3.7 متر باشند.
دیاگرام شماتیک یک قالب برای فرایند درای – بگ (dry-bag CIP) در شکل 4 نشان داده شده است.

تمایز اصلی میان درای – بگ CIP با روش قبلی در این است که قالب رابری در فرآیند درای – بگ بخش داخلی پرس محسوب می شود و مایع با فشار بالا از میان اتاقک به قالب اعمال فشار می کند. پس از فرآیند پرس، قطعه پرس شده بدون بهم خوردن قالب جدا می شود. از این رو پرس درای – بگ می تواند به سهولت به صورت اتوماتیک کار کند. واحدهای تمام خودکار از این نوع پرس ها وجود دارند و در طی 20 سال گذشته محصولات سرامیکی را با حجم بالا تولید می کنند. سرعت تولید در این سیستم ها بیشتر از 1 دقیقه بر ثانیه است و به صورت تجاری درآمده اند. در سال های متمادی است که از CIP دارای بگ برای پرس کردن بخش عایق شمع اتومبیل استفاده می شود. مراحل این فرآیند در شکل 5 نشان داده شده است.

منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton

فرآیند های شکل دهی سرامیک ها (2)

 

پرس خشک
 

پرس خشک (Dry Pressing) فرآیندی است مناسب برای شکل دهی اشکال ساده ی جامد و دارای سه مرحله است:

پرکردن قالب
 

فشرده سازی مواد
خارج کردن قطعه ی پرس شده
درشکل 1 دیاگرامی شماتیک از فرآیند پرس خشک دو طرف (double-action dry- Pressing Process) نشان داده شده است. در پرس خشک دو طرفه بخش بالا و پایینی قالب متحرک هستند و عمل فشرده سازی را انجام می دهند. هنگامی که بخش پایینی قالب در حالت پایه قرار دارد ، فضایی بوجود می آید که این فضا بوسیله ی پودر پر می شود. در فرآیند پرس خشک مخلوط پودر می تواند بین 5-0 درصد وزنی از یک بایندر داشته باشد.

(در واقع واژه ی خشک بدین معنا نیست که درصد بایندر صفراست). وقتی قالب با شیوه ی هنرمندانه ای بوسیله ی پودر پر می شود، بخش بالایی قالب پایین می آید و پودر را فشرده می کند. (میزان فشرده سازی معین است). در طی فرایند فشرده سازی ذرات پودر باید به صورت مناسب جریان پیدا کنند تا قالب به طور مناسب پر شود. در فرآیند پرس خشک توزیع ذرات بین 200-20 میکرون ترجیح داده می شود. وجود درصد بالایی از ذرات ریز باعث پدید آمدن مشکلاتی در جریان یافتن ذرات می شود. و همچنین باعث می شود ذرات پودر به قالب ها بچسبند. فشار مورد استفاده در فرآیند پرس خشک ممکن است تا 300 مگاپاسگال نیز برسد. فشار اعمال شده در این فرآیند به نوع ماده و نوع پرس بستگی دارد و معمولا برای ماکزیمم کردن دانسیته ی جسم پرس شده از فشارهای بالا استفاده می شود. پس از مرحله ی فشرده سازی پودر بخش های بالا و پایینی قالب به سمت بالا حرکت می کنند تا اینکه بخش پایینی قالب با سطح بالایی کاست قالب هم ارتفاع شود. سپس بخش بالایی قالب به طور کامل از سطح جدا می شود و از روی کاست قالب جدا می شود. توده ی پرس شده سپس از قالب جدا می شو د و بخش پایینی قالب به سمت پایین حرکت می کند و برای فرایند پرس بعدی آماده می شود. فرآیند پرس خشک بسیار ساده است و سرمایه ی مورد نیاز برای ادوات آن نیز پایین است. از این رو از این فرآیند به طور فراوان در شکل دهی سرامیک ها استفاده می شود. سرعت تولید در این به اندازه و شکل قطعات و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. سرعت تولید برای قطعات پهن مانند دیرگدازها و یا اجزای پیچیده مانند چرخ های ساینده 15-1 قطعه در دقیقه است. در مورد قطعات ساده تر یا کوچکتر مانند سیل رینگ ها (sealrings) و نازل ها ، سرعت تولید می تواند بیش از چند صد قطعه بر دقیقه باشد. قطعات مسطح کوچک مانند عایق ها ، کریرهای تراشه ای (chip Carriers) یا وسایل برش، سرعت تولید می تواند چند هزار قطعه بر دقیقه باشد.

پرس گرم
 

فرایند پرس می تواند در دمای بالا انجام شود. این فرآیند پرس گرم (hot Pressing) نامیده می شود. قالب مورد استفاده در این فرآیند بسیار شبیه به قالبی است که برای فرآیند پرس خشک استفاده می شود تفاوت اصلی این نوع قالب در این است که قالب مورد استفاده در فرآیند پرس گرم در داخل یک کوره با دمای بالا قرار دارد. (شکل 2) در طی فرآیند پرس گرم ، پودر سرامیک ممکن است در طی فرایند پرس زنیتر هم شود و این زنیتر شدن سبب تشکیل یک جزء با دانسیته ی بالا می شود.

در ادامه به بیان برخی از مزیت های این فرآیند می پردازیم:
1)نیاز نیست پودر مورد استفاده در این فرآیند از نوع خیلی مرغوب باشد.
2)تخلخل های بزرگی که بوسیله مخلوط شدن نامناسب پدید می آیند به آسانی از بین می روند.
3)ما می توانیم بدنه ای با دانسیته ی مناسب را در دمای پایین تر از دمای زنیترینگ متداول پدید آوریم. ( در واقع این دما تقریباً نصف دمای ذوب مواد است)
4)در طی فرآیند افزایش دانسیته بوسیله ی پرس گرم، رشد افراطی دانه ها یاری کریستالیزاسیون ثانویه رخ نمی دهد.
5)بوسیله ی فرایند پرس گرم می توان مواد با پیوندهای کوالانس مانند را شکل دهی کرد.
عیب اصلی فرایند پرس گرم این است که قالب های مورد استفاده در این فرآیند گران بها هستند و دوام زیادی ندارند زیرا فرآیند پرس گرم در دمای بالا انجام می شود.
فلزات به ندرت در دماهای بالاتر از 1000C° به عنوان قالب استفاده می شوند.علت این امر این است که در دمای بالاتر از 1000C° اکثر آنها نرم شده و موجب اعوجاج قالب می شوند. آلیاژهای ویژه که بیشتر آنها بر پایه ی مولیبدن (Mo) هستند، می توانند در دمای بالاتر از 1000C° و فشار 80MPa استفاده شوند. سرامیک هایی مانند رامی توان به عنوان ماده ی مورد استفاده درساخت قالب استفاده کرد و از آنها در دماهای بالاتر از 1400C° و فشار حدود 80MPa استفاده کرد.گرافیت یکی از پر استفاده ترین مواد در ساخت قالب هاست که می توان از قالب های ساخته شده از آن در دماهای بالاتر از 2200C° و فشارهای بین 10MPa استفاده کرد. مشکلی که وجود دارد این است که استفاده از قالب های گرافیتی نیازمند بوجود آوردن محیط احیایی درطی فرایند پرس کردن است.
به هر حال گرافیت دارای خواص بسیاری است که باعث می شود این ماده برای ساخت قالب مناسب باشد:
گرافیت به آسانی ماشین کاری می شود. (البته گرد وغبار آن اگر تنفس شود سمی است مانندگرد و غبار ذغال سنگ)
گرافیت ارزان قیمت است
استحکام آن با افزایش دما افزایش می یابد.
دارای مقاومت به خزش خوبی است
دارای رسانایی گرمایی استثنائی است
ضریب انبساط گرمایی آن نسبتا ً پایین است.
فرایند پرس گرم مانند پرس خشک به ساخت اشکال ساده مانند صفحات پهن، آجرها ، استوانه ها محدود می شود. ساخت قطعات پیچیده و یا اشکال بزرگ با روش پرس گرم مشکل است و در اغلب موارد امکان ساخت وجود ندارد. پرس گرم به طور گسترده در آزمایشگاههای تحقیقاتی (برای ساخت اجزای سرامیکی با خلوص و دانسیته ی بالا) استفاده می شود. اگر چه از پرس های گرم به طور گسترده در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی دولتی استفاده می شود. اما به دلیل قیمت بالای فرایند و میزان تولید پایین ، این تکنیک دارای محدودیت است.
در واقع برای تولید هر قطعه ای فرآیند شکل دهی جایگزین پرس گرم وجود دارد که هزینه ی تولید آن پایین تر است. به هر حال در بازار برخی از قطعات سرامیکی وجود دارد که به روش پرس گرم تولید شده اند. در این قطعات نیاز است تا اندازه ی دانه ها کوچک باشد، دانسیته بالا باشد (تخلخل کم باشد) و یا میزان خلوص پایین است. مثال هایی از این محصولات در جدول 2 آورده شده است.

فرآیند پرس ایزواستاتیک با استفاده از اعمال فشار هیدرواستاتیک به پودر بوسیله ی یک ظرف انعطاف پذیر انجام می شود. مزیت اعمال فشار در همه ی جهات این است که فشرده گی پودر در جاهای مختلف یکسان است و می توان بوسیله ی این فرآیند اشکال پیچیده را تولید کرد.فرآیند پرس ایزواستاتیک می تواند با اعمال گرما یا بدون اعمال گرما انجام شود.

پرس ایزواستاتیک سرد
 

درکاربردهای متنوعی از پرس ایزواستاتیک سرد (Cold Isostatic Press ) استفاده می شود. که به طور محفف به آن CIP می گویند. دراینجا ما تنها به بیان مسائل اساسی درمورد این نوع فرآیند شکل دهی می پردازیم شکل 3 فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد است که به اصطلاح به آن CIP ، وت – بگ (Wet – bag – CIP) می گویند.

در این فرآیند پودر به داخل یک کیسه ی رابری قرار داده می شود و دهانه ی کیسه بوسیله ی یک درپوش فلزی بسته می شود. کیسه ی دهانه بسته در داخل یک اتاقک با دمای بالا قرار می گیرد. که این اتاقک با مایع (معمولا یک مخلوط روغن و آب با قابلیت انحلال درهم) پر شده است. در این اتاقک به صورت هیدرواستاتیک بر پودر فشار وارد می شود. فشار اعمالی می تواند از 20MPa تا یک گیلاپاسکال متغیر باشد که فشار اعمالی بستگی به کاربرد و نوع پرس دارد. در واحدهای تولیدی معمولا از فشارهای بیش از 400 استفاده می شود. هنگامی که فرآیند پرس کردن اتمام یابد، فشار اعمالی به آهستگی برداشته می شود و اجزای پرس کنار می روند. سپس جزء پرس شده از قالب جدا می شود.
مزایای فرآیند وت – بگ عبارتند است از:
گستره ی وسیع اشکال و اندازه هایی که می توان بوسیله ی آن تولید کرد.
دانسیته ی یکنواخت محصول پرس شده
قیمت پایین ادوات مورد نیاز در این روش
معایب این روش عبارتست از :
شکل دهی وکنترل ابعاد ضعیف است (مخصوصا برای اشیاء پیچیده)
محصول تولیدی در اغلب موارد نیازمند ماشین کاری پیش از پخت است.
زمان سیکل تولید طولانی است (به طور نمونه این زمان بین 60-5دقیقه است). از این روسرعت تولید قطعه با این روش پایین است.
یک پرس ایزواستاتیک وت –بگ که برای تولید نمونه های آزمایشگاهی و اجزای با حجم کوچک استفاده می شود ، ممکن است دارای قطر داخلی 150 میلی متر وعمق 460mm باشد.پرس های وت – بگ بزرک ممکن است دارای قطر حفره ای بزرگتر از 1.8 متر و طولی بزرگتر از 3.7 متر باشند.
دیاگرام شماتیک یک قالب برای فرایند درای – بگ (dry-bag CIP) در شکل 4 نشان داده شده است.

تمایز اصلی میان درای – بگ CIP با روش قبلی در این است که قالب رابری در فرآیند درای – بگ بخش داخلی پرس محسوب می شود و مایع با فشار بالا از میان اتاقک به قالب اعمال فشار می کند. پس از فرآیند پرس، قطعه پرس شده بدون بهم خوردن قالب جدا می شود. از این رو پرس درای – بگ می تواند به سهولت به صورت اتوماتیک کار کند. واحدهای تمام خودکار از این نوع پرس ها وجود دارند و در طی 20 سال گذشته محصولات سرامیکی را با حجم بالا تولید می کنند. سرعت تولید در این سیستم ها بیشتر از 1 دقیقه بر ثانیه است و به صورت تجاری درآمده اند. در سال های متمادی است که از CIP دارای بگ برای پرس کردن بخش عایق شمع اتومبیل استفاده می شود. مراحل این فرآیند در شکل 5 نشان داده شده است.

منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton

فرآیند های شکل دهی سرامیک ها (2)

 

پرس خشک
 

پرس خشک (Dry Pressing) فرآیندی است مناسب برای شکل دهی اشکال ساده ی جامد و دارای سه مرحله است:

پرکردن قالب
 

فشرده سازی مواد
خارج کردن قطعه ی پرس شده
درشکل 1 دیاگرامی شماتیک از فرآیند پرس خشک دو طرف (double-action dry- Pressing Process) نشان داده شده است. در پرس خشک دو طرفه بخش بالا و پایینی قالب متحرک هستند و عمل فشرده سازی را انجام می دهند. هنگامی که بخش پایینی قالب در حالت پایه قرار دارد ، فضایی بوجود می آید که این فضا بوسیله ی پودر پر می شود. در فرآیند پرس خشک مخلوط پودر می تواند بین 5-0 درصد وزنی از یک بایندر داشته باشد.

(در واقع واژه ی خشک بدین معنا نیست که درصد بایندر صفراست). وقتی قالب با شیوه ی هنرمندانه ای بوسیله ی پودر پر می شود، بخش بالایی قالب پایین می آید و پودر را فشرده می کند. (میزان فشرده سازی معین است). در طی فرایند فشرده سازی ذرات پودر باید به صورت مناسب جریان پیدا کنند تا قالب به طور مناسب پر شود. در فرآیند پرس خشک توزیع ذرات بین 200-20 میکرون ترجیح داده می شود. وجود درصد بالایی از ذرات ریز باعث پدید آمدن مشکلاتی در جریان یافتن ذرات می شود. و همچنین باعث می شود ذرات پودر به قالب ها بچسبند. فشار مورد استفاده در فرآیند پرس خشک ممکن است تا 300 مگاپاسگال نیز برسد. فشار اعمال شده در این فرآیند به نوع ماده و نوع پرس بستگی دارد و معمولا برای ماکزیمم کردن دانسیته ی جسم پرس شده از فشارهای بالا استفاده می شود. پس از مرحله ی فشرده سازی پودر بخش های بالا و پایینی قالب به سمت بالا حرکت می کنند تا اینکه بخش پایینی قالب با سطح بالایی کاست قالب هم ارتفاع شود. سپس بخش بالایی قالب به طور کامل از سطح جدا می شود و از روی کاست قالب جدا می شود. توده ی پرس شده سپس از قالب جدا می شو د و بخش پایینی قالب به سمت پایین حرکت می کند و برای فرایند پرس بعدی آماده می شود. فرآیند پرس خشک بسیار ساده است و سرمایه ی مورد نیاز برای ادوات آن نیز پایین است. از این رو از این فرآیند به طور فراوان در شکل دهی سرامیک ها استفاده می شود. سرعت تولید در این به اندازه و شکل قطعات و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. سرعت تولید برای قطعات پهن مانند دیرگدازها و یا اجزای پیچیده مانند چرخ های ساینده 15-1 قطعه در دقیقه است. در مورد قطعات ساده تر یا کوچکتر مانند سیل رینگ ها (sealrings) و نازل ها ، سرعت تولید می تواند بیش از چند صد قطعه بر دقیقه باشد. قطعات مسطح کوچک مانند عایق ها ، کریرهای تراشه ای (chip Carriers) یا وسایل برش، سرعت تولید می تواند چند هزار قطعه بر دقیقه باشد.

پرس گرم
 

فرایند پرس می تواند در دمای بالا انجام شود. این فرآیند پرس گرم (hot Pressing) نامیده می شود. قالب مورد استفاده در این فرآیند بسیار شبیه به قالبی است که برای فرآیند پرس خشک استفاده می شود تفاوت اصلی این نوع قالب در این است که قالب مورد استفاده در فرآیند پرس گرم در داخل یک کوره با دمای بالا قرار دارد. (شکل 2) در طی فرآیند پرس گرم ، پودر سرامیک ممکن است در طی فرایند پرس زنیتر هم شود و این زنیتر شدن سبب تشکیل یک جزء با دانسیته ی بالا می شود.

در ادامه به بیان برخی از مزیت های این فرآیند می پردازیم:
1)نیاز نیست پودر مورد استفاده در این فرآیند از نوع خیلی مرغوب باشد.
2)تخلخل های بزرگی که بوسیله مخلوط شدن نامناسب پدید می آیند به آسانی از بین می روند.
3)ما می توانیم بدنه ای با دانسیته ی مناسب را در دمای پایین تر از دمای زنیترینگ متداول پدید آوریم. ( در واقع این دما تقریباً نصف دمای ذوب مواد است)
4)در طی فرآیند افزایش دانسیته بوسیله ی پرس گرم، رشد افراطی دانه ها یاری کریستالیزاسیون ثانویه رخ نمی دهد.
5)بوسیله ی فرایند پرس گرم می توان مواد با پیوندهای کوالانس مانند را شکل دهی کرد.
عیب اصلی فرایند پرس گرم این است که قالب های مورد استفاده در این فرآیند گران بها هستند و دوام زیادی ندارند زیرا فرآیند پرس گرم در دمای بالا انجام می شود.
فلزات به ندرت در دماهای بالاتر از 1000C° به عنوان قالب استفاده می شوند.علت این امر این است که در دمای بالاتر از 1000C° اکثر آنها نرم شده و موجب اعوجاج قالب می شوند. آلیاژهای ویژه که بیشتر آنها بر پایه ی مولیبدن (Mo) هستند، می توانند در دمای بالاتر از 1000C° و فشار 80MPa استفاده شوند. سرامیک هایی مانند رامی توان به عنوان ماده ی مورد استفاده درساخت قالب استفاده کرد و از آنها در دماهای بالاتر از 1400C° و فشار حدود 80MPa استفاده کرد.گرافیت یکی از پر استفاده ترین مواد در ساخت قالب هاست که می توان از قالب های ساخته شده از آن در دماهای بالاتر از 2200C° و فشارهای بین 10MPa استفاده کرد. مشکلی که وجود دارد این است که استفاده از قالب های گرافیتی نیازمند بوجود آوردن محیط احیایی درطی فرایند پرس کردن است.
به هر حال گرافیت دارای خواص بسیاری است که باعث می شود این ماده برای ساخت قالب مناسب باشد:
گرافیت به آسانی ماشین کاری می شود. (البته گرد وغبار آن اگر تنفس شود سمی است مانندگرد و غبار ذغال سنگ)
گرافیت ارزان قیمت است
استحکام آن با افزایش دما افزایش می یابد.
دارای مقاومت به خزش خوبی است
دارای رسانایی گرمایی استثنائی است
ضریب انبساط گرمایی آن نسبتا ً پایین است.
فرایند پرس گرم مانند پرس خشک به ساخت اشکال ساده مانند صفحات پهن، آجرها ، استوانه ها محدود می شود. ساخت قطعات پیچیده و یا اشکال بزرگ با روش پرس گرم مشکل است و در اغلب موارد امکان ساخت وجود ندارد. پرس گرم به طور گسترده در آزمایشگاههای تحقیقاتی (برای ساخت اجزای سرامیکی با خلوص و دانسیته ی بالا) استفاده می شود. اگر چه از پرس های گرم به طور گسترده در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی دولتی استفاده می شود. اما به دلیل قیمت بالای فرایند و میزان تولید پایین ، این تکنیک دارای محدودیت است.
در واقع برای تولید هر قطعه ای فرآیند شکل دهی جایگزین پرس گرم وجود دارد که هزینه ی تولید آن پایین تر است. به هر حال در بازار برخی از قطعات سرامیکی وجود دارد که به روش پرس گرم تولید شده اند. در این قطعات نیاز است تا اندازه ی دانه ها کوچک باشد، دانسیته بالا باشد (تخلخل کم باشد) و یا میزان خلوص پایین است. مثال هایی از این محصولات در جدول 2 آورده شده است.

فرآیند پرس ایزواستاتیک با استفاده از اعمال فشار هیدرواستاتیک به پودر بوسیله ی یک ظرف انعطاف پذیر انجام می شود. مزیت اعمال فشار در همه ی جهات این است که فشرده گی پودر در جاهای مختلف یکسان است و می توان بوسیله ی این فرآیند اشکال پیچیده را تولید کرد.فرآیند پرس ایزواستاتیک می تواند با اعمال گرما یا بدون اعمال گرما انجام شود.

پرس ایزواستاتیک سرد
 

درکاربردهای متنوعی از پرس ایزواستاتیک سرد (Cold Isostatic Press ) استفاده می شود. که به طور محفف به آن CIP می گویند. دراینجا ما تنها به بیان مسائل اساسی درمورد این نوع فرآیند شکل دهی می پردازیم شکل 3 فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد است که به اصطلاح به آن CIP ، وت – بگ (Wet – bag – CIP) می گویند.

در این فرآیند پودر به داخل یک کیسه ی رابری قرار داده می شود و دهانه ی کیسه بوسیله ی یک درپوش فلزی بسته می شود. کیسه ی دهانه بسته در داخل یک اتاقک با دمای بالا قرار می گیرد. که این اتاقک با مایع (معمولا یک مخلوط روغن و آب با قابلیت انحلال درهم) پر شده است. در این اتاقک به صورت هیدرواستاتیک بر پودر فشار وارد می شود. فشار اعمالی می تواند از 20MPa تا یک گیلاپاسکال متغیر باشد که فشار اعمالی بستگی به کاربرد و نوع پرس دارد. در واحدهای تولیدی معمولا از فشارهای بیش از 400 استفاده می شود. هنگامی که فرآیند پرس کردن اتمام یابد، فشار اعمالی به آهستگی برداشته می شود و اجزای پرس کنار می روند. سپس جزء پرس شده از قالب جدا می شود.
مزایای فرآیند وت – بگ عبارتند است از:
گستره ی وسیع اشکال و اندازه هایی که می توان بوسیله ی آن تولید کرد.
دانسیته ی یکنواخت محصول پرس شده
قیمت پایین ادوات مورد نیاز در این روش
معایب این روش عبارتست از :
شکل دهی وکنترل ابعاد ضعیف است (مخصوصا برای اشیاء پیچیده)
محصول تولیدی در اغلب موارد نیازمند ماشین کاری پیش از پخت است.
زمان سیکل تولید طولانی است (به طور نمونه این زمان بین 60-5دقیقه است). از این روسرعت تولید قطعه با این روش پایین است.
یک پرس ایزواستاتیک وت –بگ که برای تولید نمونه های آزمایشگاهی و اجزای با حجم کوچک استفاده می شود ، ممکن است دارای قطر داخلی 150 میلی متر وعمق 460mm باشد.پرس های وت – بگ بزرک ممکن است دارای قطر حفره ای بزرگتر از 1.8 متر و طولی بزرگتر از 3.7 متر باشند.
دیاگرام شماتیک یک قالب برای فرایند درای – بگ (dry-bag CIP) در شکل 4 نشان داده شده است.

تمایز اصلی میان درای – بگ CIP با روش قبلی در این است که قالب رابری در فرآیند درای – بگ بخش داخلی پرس محسوب می شود و مایع با فشار بالا از میان اتاقک به قالب اعمال فشار می کند. پس از فرآیند پرس، قطعه پرس شده بدون بهم خوردن قالب جدا می شود. از این رو پرس درای – بگ می تواند به سهولت به صورت اتوماتیک کار کند. واحدهای تمام خودکار از این نوع پرس ها وجود دارند و در طی 20 سال گذشته محصولات سرامیکی را با حجم بالا تولید می کنند. سرعت تولید در این سیستم ها بیشتر از 1 دقیقه بر ثانیه است و به صورت تجاری درآمده اند. در سال های متمادی است که از CIP دارای بگ برای پرس کردن بخش عایق شمع اتومبیل استفاده می شود. مراحل این فرآیند در شکل 5 نشان داده شده است.

منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton

فرآیند های شکل دهی سرامیک ها (2)

 

پرس خشک
 

پرس خشک (Dry Pressing) فرآیندی است مناسب برای شکل دهی اشکال ساده ی جامد و دارای سه مرحله است:

پرکردن قالب
 

فشرده سازی مواد
خارج کردن قطعه ی پرس شده
درشکل 1 دیاگرامی شماتیک از فرآیند پرس خشک دو طرف (double-action dry- Pressing Process) نشان داده شده است. در پرس خشک دو طرفه بخش بالا و پایینی قالب متحرک هستند و عمل فشرده سازی را انجام می دهند. هنگامی که بخش پایینی قالب در حالت پایه قرار دارد ، فضایی بوجود می آید که این فضا بوسیله ی پودر پر می شود. در فرآیند پرس خشک مخلوط پودر می تواند بین 5-0 درصد وزنی از یک بایندر داشته باشد.

(در واقع واژه ی خشک بدین معنا نیست که درصد بایندر صفراست). وقتی قالب با شیوه ی هنرمندانه ای بوسیله ی پودر پر می شود، بخش بالایی قالب پایین می آید و پودر را فشرده می کند. (میزان فشرده سازی معین است). در طی فرایند فشرده سازی ذرات پودر باید به صورت مناسب جریان پیدا کنند تا قالب به طور مناسب پر شود. در فرآیند پرس خشک توزیع ذرات بین 200-20 میکرون ترجیح داده می شود. وجود درصد بالایی از ذرات ریز باعث پدید آمدن مشکلاتی در جریان یافتن ذرات می شود. و همچنین باعث می شود ذرات پودر به قالب ها بچسبند. فشار مورد استفاده در فرآیند پرس خشک ممکن است تا 300 مگاپاسگال نیز برسد. فشار اعمال شده در این فرآیند به نوع ماده و نوع پرس بستگی دارد و معمولا برای ماکزیمم کردن دانسیته ی جسم پرس شده از فشارهای بالا استفاده می شود. پس از مرحله ی فشرده سازی پودر بخش های بالا و پایینی قالب به سمت بالا حرکت می کنند تا اینکه بخش پایینی قالب با سطح بالایی کاست قالب هم ارتفاع شود. سپس بخش بالایی قالب به طور کامل از سطح جدا می شود و از روی کاست قالب جدا می شود. توده ی پرس شده سپس از قالب جدا می شو د و بخش پایینی قالب به سمت پایین حرکت می کند و برای فرایند پرس بعدی آماده می شود. فرآیند پرس خشک بسیار ساده است و سرمایه ی مورد نیاز برای ادوات آن نیز پایین است. از این رو از این فرآیند به طور فراوان در شکل دهی سرامیک ها استفاده می شود. سرعت تولید در این به اندازه و شکل قطعات و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. سرعت تولید برای قطعات پهن مانند دیرگدازها و یا اجزای پیچیده مانند چرخ های ساینده 15-1 قطعه در دقیقه است. در مورد قطعات ساده تر یا کوچکتر مانند سیل رینگ ها (sealrings) و نازل ها ، سرعت تولید می تواند بیش از چند صد قطعه بر دقیقه باشد. قطعات مسطح کوچک مانند عایق ها ، کریرهای تراشه ای (chip Carriers) یا وسایل برش، سرعت تولید می تواند چند هزار قطعه بر دقیقه باشد.

پرس گرم
 

فرایند پرس می تواند در دمای بالا انجام شود. این فرآیند پرس گرم (hot Pressing) نامیده می شود. قالب مورد استفاده در این فرآیند بسیار شبیه به قالبی است که برای فرآیند پرس خشک استفاده می شود تفاوت اصلی این نوع قالب در این است که قالب مورد استفاده در فرآیند پرس گرم در داخل یک کوره با دمای بالا قرار دارد. (شکل 2) در طی فرآیند پرس گرم ، پودر سرامیک ممکن است در طی فرایند پرس زنیتر هم شود و این زنیتر شدن سبب تشکیل یک جزء با دانسیته ی بالا می شود.

در ادامه به بیان برخی از مزیت های این فرآیند می پردازیم:
1)نیاز نیست پودر مورد استفاده در این فرآیند از نوع خیلی مرغوب باشد.
2)تخلخل های بزرگی که بوسیله مخلوط شدن نامناسب پدید می آیند به آسانی از بین می روند.
3)ما می توانیم بدنه ای با دانسیته ی مناسب را در دمای پایین تر از دمای زنیترینگ متداول پدید آوریم. ( در واقع این دما تقریباً نصف دمای ذوب مواد است)
4)در طی فرآیند افزایش دانسیته بوسیله ی پرس گرم، رشد افراطی دانه ها یاری کریستالیزاسیون ثانویه رخ نمی دهد.
5)بوسیله ی فرایند پرس گرم می توان مواد با پیوندهای کوالانس مانند را شکل دهی کرد.
عیب اصلی فرایند پرس گرم این است که قالب های مورد استفاده در این فرآیند گران بها هستند و دوام زیادی ندارند زیرا فرآیند پرس گرم در دمای بالا انجام می شود.
فلزات به ندرت در دماهای بالاتر از 1000C° به عنوان قالب استفاده می شوند.علت این امر این است که در دمای بالاتر از 1000C° اکثر آنها نرم شده و موجب اعوجاج قالب می شوند. آلیاژهای ویژه که بیشتر آنها بر پایه ی مولیبدن (Mo) هستند، می توانند در دمای بالاتر از 1000C° و فشار 80MPa استفاده شوند. سرامیک هایی مانند رامی توان به عنوان ماده ی مورد استفاده درساخت قالب استفاده کرد و از آنها در دماهای بالاتر از 1400C° و فشار حدود 80MPa استفاده کرد.گرافیت یکی از پر استفاده ترین مواد در ساخت قالب هاست که می توان از قالب های ساخته شده از آن در دماهای بالاتر از 2200C° و فشارهای بین 10MPa استفاده کرد. مشکلی که وجود دارد این است که استفاده از قالب های گرافیتی نیازمند بوجود آوردن محیط احیایی درطی فرایند پرس کردن است.
به هر حال گرافیت دارای خواص بسیاری است که باعث می شود این ماده برای ساخت قالب مناسب باشد:
گرافیت به آسانی ماشین کاری می شود. (البته گرد وغبار آن اگر تنفس شود سمی است مانندگرد و غبار ذغال سنگ)
گرافیت ارزان قیمت است
استحکام آن با افزایش دما افزایش می یابد.
دارای مقاومت به خزش خوبی است
دارای رسانایی گرمایی استثنائی است
ضریب انبساط گرمایی آن نسبتا ً پایین است.
فرایند پرس گرم مانند پرس خشک به ساخت اشکال ساده مانند صفحات پهن، آجرها ، استوانه ها محدود می شود. ساخت قطعات پیچیده و یا اشکال بزرگ با روش پرس گرم مشکل است و در اغلب موارد امکان ساخت وجود ندارد. پرس گرم به طور گسترده در آزمایشگاههای تحقیقاتی (برای ساخت اجزای سرامیکی با خلوص و دانسیته ی بالا) استفاده می شود. اگر چه از پرس های گرم به طور گسترده در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی دولتی استفاده می شود. اما به دلیل قیمت بالای فرایند و میزان تولید پایین ، این تکنیک دارای محدودیت است.
در واقع برای تولید هر قطعه ای فرآیند شکل دهی جایگزین پرس گرم وجود دارد که هزینه ی تولید آن پایین تر است. به هر حال در بازار برخی از قطعات سرامیکی وجود دارد که به روش پرس گرم تولید شده اند. در این قطعات نیاز است تا اندازه ی دانه ها کوچک باشد، دانسیته بالا باشد (تخلخل کم باشد) و یا میزان خلوص پایین است. مثال هایی از این محصولات در جدول 2 آورده شده است.

فرآیند پرس ایزواستاتیک با استفاده از اعمال فشار هیدرواستاتیک به پودر بوسیله ی یک ظرف انعطاف پذیر انجام می شود. مزیت اعمال فشار در همه ی جهات این است که فشرده گی پودر در جاهای مختلف یکسان است و می توان بوسیله ی این فرآیند اشکال پیچیده را تولید کرد.فرآیند پرس ایزواستاتیک می تواند با اعمال گرما یا بدون اعمال گرما انجام شود.

پرس ایزواستاتیک سرد
 

درکاربردهای متنوعی از پرس ایزواستاتیک سرد (Cold Isostatic Press ) استفاده می شود. که به طور محفف به آن CIP می گویند. دراینجا ما تنها به بیان مسائل اساسی درمورد این نوع فرآیند شکل دهی می پردازیم شکل 3 فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد است که به اصطلاح به آن CIP ، وت – بگ (Wet – bag – CIP) می گویند.

در این فرآیند پودر به داخل یک کیسه ی رابری قرار داده می شود و دهانه ی کیسه بوسیله ی یک درپوش فلزی بسته می شود. کیسه ی دهانه بسته در داخل یک اتاقک با دمای بالا قرار می گیرد. که این اتاقک با مایع (معمولا یک مخلوط روغن و آب با قابلیت انحلال درهم) پر شده است. در این اتاقک به صورت هیدرواستاتیک بر پودر فشار وارد می شود. فشار اعمالی می تواند از 20MPa تا یک گیلاپاسکال متغیر باشد که فشار اعمالی بستگی به کاربرد و نوع پرس دارد. در واحدهای تولیدی معمولا از فشارهای بیش از 400 استفاده می شود. هنگامی که فرآیند پرس کردن اتمام یابد، فشار اعمالی به آهستگی برداشته می شود و اجزای پرس کنار می روند. سپس جزء پرس شده از قالب جدا می شود.
مزایای فرآیند وت – بگ عبارتند است از:
گستره ی وسیع اشکال و اندازه هایی که می توان بوسیله ی آن تولید کرد.
دانسیته ی یکنواخت محصول پرس شده
قیمت پایین ادوات مورد نیاز در این روش
معایب این روش عبارتست از :
شکل دهی وکنترل ابعاد ضعیف است (مخصوصا برای اشیاء پیچیده)
محصول تولیدی در اغلب موارد نیازمند ماشین کاری پیش از پخت است.
زمان سیکل تولید طولانی است (به طور نمونه این زمان بین 60-5دقیقه است). از این روسرعت تولید قطعه با این روش پایین است.
یک پرس ایزواستاتیک وت –بگ که برای تولید نمونه های آزمایشگاهی و اجزای با حجم کوچک استفاده می شود ، ممکن است دارای قطر داخلی 150 میلی متر وعمق 460mm باشد.پرس های وت – بگ بزرک ممکن است دارای قطر حفره ای بزرگتر از 1.8 متر و طولی بزرگتر از 3.7 متر باشند.
دیاگرام شماتیک یک قالب برای فرایند درای – بگ (dry-bag CIP) در شکل 4 نشان داده شده است.

تمایز اصلی میان درای – بگ CIP با روش قبلی در این است که قالب رابری در فرآیند درای – بگ بخش داخلی پرس محسوب می شود و مایع با فشار بالا از میان اتاقک به قالب اعمال فشار می کند. پس از فرآیند پرس، قطعه پرس شده بدون بهم خوردن قالب جدا می شود. از این رو پرس درای – بگ می تواند به سهولت به صورت اتوماتیک کار کند. واحدهای تمام خودکار از این نوع پرس ها وجود دارند و در طی 20 سال گذشته محصولات سرامیکی را با حجم بالا تولید می کنند. سرعت تولید در این سیستم ها بیشتر از 1 دقیقه بر ثانیه است و به صورت تجاری درآمده اند. در سال های متمادی است که از CIP دارای بگ برای پرس کردن بخش عایق شمع اتومبیل استفاده می شود. مراحل این فرآیند در شکل 5 نشان داده شده است.

منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton

فرآیند های شکل دهی سرامیک ها (2)

 

پرس خشک
 

پرس خشک (Dry Pressing) فرآیندی است مناسب برای شکل دهی اشکال ساده ی جامد و دارای سه مرحله است:

پرکردن قالب
 

فشرده سازی مواد
خارج کردن قطعه ی پرس شده
درشکل 1 دیاگرامی شماتیک از فرآیند پرس خشک دو طرف (double-action dry- Pressing Process) نشان داده شده است. در پرس خشک دو طرفه بخش بالا و پایینی قالب متحرک هستند و عمل فشرده سازی را انجام می دهند. هنگامی که بخش پایینی قالب در حالت پایه قرار دارد ، فضایی بوجود می آید که این فضا بوسیله ی پودر پر می شود. در فرآیند پرس خشک مخلوط پودر می تواند بین 5-0 درصد وزنی از یک بایندر داشته باشد.

(در واقع واژه ی خشک بدین معنا نیست که درصد بایندر صفراست). وقتی قالب با شیوه ی هنرمندانه ای بوسیله ی پودر پر می شود، بخش بالایی قالب پایین می آید و پودر را فشرده می کند. (میزان فشرده سازی معین است). در طی فرایند فشرده سازی ذرات پودر باید به صورت مناسب جریان پیدا کنند تا قالب به طور مناسب پر شود. در فرآیند پرس خشک توزیع ذرات بین 200-20 میکرون ترجیح داده می شود. وجود درصد بالایی از ذرات ریز باعث پدید آمدن مشکلاتی در جریان یافتن ذرات می شود. و همچنین باعث می شود ذرات پودر به قالب ها بچسبند. فشار مورد استفاده در فرآیند پرس خشک ممکن است تا 300 مگاپاسگال نیز برسد. فشار اعمال شده در این فرآیند به نوع ماده و نوع پرس بستگی دارد و معمولا برای ماکزیمم کردن دانسیته ی جسم پرس شده از فشارهای بالا استفاده می شود. پس از مرحله ی فشرده سازی پودر بخش های بالا و پایینی قالب به سمت بالا حرکت می کنند تا اینکه بخش پایینی قالب با سطح بالایی کاست قالب هم ارتفاع شود. سپس بخش بالایی قالب به طور کامل از سطح جدا می شود و از روی کاست قالب جدا می شود. توده ی پرس شده سپس از قالب جدا می شو د و بخش پایینی قالب به سمت پایین حرکت می کند و برای فرایند پرس بعدی آماده می شود. فرآیند پرس خشک بسیار ساده است و سرمایه ی مورد نیاز برای ادوات آن نیز پایین است. از این رو از این فرآیند به طور فراوان در شکل دهی سرامیک ها استفاده می شود. سرعت تولید در این به اندازه و شکل قطعات و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. سرعت تولید برای قطعات پهن مانند دیرگدازها و یا اجزای پیچیده مانند چرخ های ساینده 15-1 قطعه در دقیقه است. در مورد قطعات ساده تر یا کوچکتر مانند سیل رینگ ها (sealrings) و نازل ها ، سرعت تولید می تواند بیش از چند صد قطعه بر دقیقه باشد. قطعات مسطح کوچک مانند عایق ها ، کریرهای تراشه ای (chip Carriers) یا وسایل برش، سرعت تولید می تواند چند هزار قطعه بر دقیقه باشد.

پرس گرم
 

فرایند پرس می تواند در دمای بالا انجام شود. این فرآیند پرس گرم (hot Pressing) نامیده می شود. قالب مورد استفاده در این فرآیند بسیار شبیه به قالبی است که برای فرآیند پرس خشک استفاده می شود تفاوت اصلی این نوع قالب در این است که قالب مورد استفاده در فرآیند پرس گرم در داخل یک کوره با دمای بالا قرار دارد. (شکل 2) در طی فرآیند پرس گرم ، پودر سرامیک ممکن است در طی فرایند پرس زنیتر هم شود و این زنیتر شدن سبب تشکیل یک جزء با دانسیته ی بالا می شود.

در ادامه به بیان برخی از مزیت های این فرآیند می پردازیم:
1)نیاز نیست پودر مورد استفاده در این فرآیند از نوع خیلی مرغوب باشد.
2)تخلخل های بزرگی که بوسیله مخلوط شدن نامناسب پدید می آیند به آسانی از بین می روند.
3)ما می توانیم بدنه ای با دانسیته ی مناسب را در دمای پایین تر از دمای زنیترینگ متداول پدید آوریم. ( در واقع این دما تقریباً نصف دمای ذوب مواد است)
4)در طی فرآیند افزایش دانسیته بوسیله ی پرس گرم، رشد افراطی دانه ها یاری کریستالیزاسیون ثانویه رخ نمی دهد.
5)بوسیله ی فرایند پرس گرم می توان مواد با پیوندهای کوالانس مانند را شکل دهی کرد.
عیب اصلی فرایند پرس گرم این است که قالب های مورد استفاده در این فرآیند گران بها هستند و دوام زیادی ندارند زیرا فرآیند پرس گرم در دمای بالا انجام می شود.
فلزات به ندرت در دماهای بالاتر از 1000C° به عنوان قالب استفاده می شوند.علت این امر این است که در دمای بالاتر از 1000C° اکثر آنها نرم شده و موجب اعوجاج قالب می شوند. آلیاژهای ویژه که بیشتر آنها بر پایه ی مولیبدن (Mo) هستند، می توانند در دمای بالاتر از 1000C° و فشار 80MPa استفاده شوند. سرامیک هایی مانند رامی توان به عنوان ماده ی مورد استفاده درساخت قالب استفاده کرد و از آنها در دماهای بالاتر از 1400C° و فشار حدود 80MPa استفاده کرد.گرافیت یکی از پر استفاده ترین مواد در ساخت قالب هاست که می توان از قالب های ساخته شده از آن در دماهای بالاتر از 2200C° و فشارهای بین 10MPa استفاده کرد. مشکلی که وجود دارد این است که استفاده از قالب های گرافیتی نیازمند بوجود آوردن محیط احیایی درطی فرایند پرس کردن است.
به هر حال گرافیت دارای خواص بسیاری است که باعث می شود این ماده برای ساخت قالب مناسب باشد:
گرافیت به آسانی ماشین کاری می شود. (البته گرد وغبار آن اگر تنفس شود سمی است مانندگرد و غبار ذغال سنگ)
گرافیت ارزان قیمت است
استحکام آن با افزایش دما افزایش می یابد.
دارای مقاومت به خزش خوبی است
دارای رسانایی گرمایی استثنائی است
ضریب انبساط گرمایی آن نسبتا ً پایین است.
فرایند پرس گرم مانند پرس خشک به ساخت اشکال ساده مانند صفحات پهن، آجرها ، استوانه ها محدود می شود. ساخت قطعات پیچیده و یا اشکال بزرگ با روش پرس گرم مشکل است و در اغلب موارد امکان ساخت وجود ندارد. پرس گرم به طور گسترده در آزمایشگاههای تحقیقاتی (برای ساخت اجزای سرامیکی با خلوص و دانسیته ی بالا) استفاده می شود. اگر چه از پرس های گرم به طور گسترده در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی دولتی استفاده می شود. اما به دلیل قیمت بالای فرایند و میزان تولید پایین ، این تکنیک دارای محدودیت است.
در واقع برای تولید هر قطعه ای فرآیند شکل دهی جایگزین پرس گرم وجود دارد که هزینه ی تولید آن پایین تر است. به هر حال در بازار برخی از قطعات سرامیکی وجود دارد که به روش پرس گرم تولید شده اند. در این قطعات نیاز است تا اندازه ی دانه ها کوچک باشد، دانسیته بالا باشد (تخلخل کم باشد) و یا میزان خلوص پایین است. مثال هایی از این محصولات در جدول 2 آورده شده است.

فرآیند پرس ایزواستاتیک با استفاده از اعمال فشار هیدرواستاتیک به پودر بوسیله ی یک ظرف انعطاف پذیر انجام می شود. مزیت اعمال فشار در همه ی جهات این است که فشرده گی پودر در جاهای مختلف یکسان است و می توان بوسیله ی این فرآیند اشکال پیچیده را تولید کرد.فرآیند پرس ایزواستاتیک می تواند با اعمال گرما یا بدون اعمال گرما انجام شود.

پرس ایزواستاتیک سرد
 

درکاربردهای متنوعی از پرس ایزواستاتیک سرد (Cold Isostatic Press ) استفاده می شود. که به طور محفف به آن CIP می گویند. دراینجا ما تنها به بیان مسائل اساسی درمورد این نوع فرآیند شکل دهی می پردازیم شکل 3 فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد است که به اصطلاح به آن CIP ، وت – بگ (Wet – bag – CIP) می گویند.

در این فرآیند پودر به داخل یک کیسه ی رابری قرار داده می شود و دهانه ی کیسه بوسیله ی یک درپوش فلزی بسته می شود. کیسه ی دهانه بسته در داخل یک اتاقک با دمای بالا قرار می گیرد. که این اتاقک با مایع (معمولا یک مخلوط روغن و آب با قابلیت انحلال درهم) پر شده است. در این اتاقک به صورت هیدرواستاتیک بر پودر فشار وارد می شود. فشار اعمالی می تواند از 20MPa تا یک گیلاپاسکال متغیر باشد که فشار اعمالی بستگی به کاربرد و نوع پرس دارد. در واحدهای تولیدی معمولا از فشارهای بیش از 400 استفاده می شود. هنگامی که فرآیند پرس کردن اتمام یابد، فشار اعمالی به آهستگی برداشته می شود و اجزای پرس کنار می روند. سپس جزء پرس شده از قالب جدا می شود.
مزایای فرآیند وت – بگ عبارتند است از:
گستره ی وسیع اشکال و اندازه هایی که می توان بوسیله ی آن تولید کرد.
دانسیته ی یکنواخت محصول پرس شده
قیمت پایین ادوات مورد نیاز در این روش
معایب این روش عبارتست از :
شکل دهی وکنترل ابعاد ضعیف است (مخصوصا برای اشیاء پیچیده)
محصول تولیدی در اغلب موارد نیازمند ماشین کاری پیش از پخت است.
زمان سیکل تولید طولانی است (به طور نمونه این زمان بین 60-5دقیقه است). از این روسرعت تولید قطعه با این روش پایین است.
یک پرس ایزواستاتیک وت –بگ که برای تولید نمونه های آزمایشگاهی و اجزای با حجم کوچک استفاده می شود ، ممکن است دارای قطر داخلی 150 میلی متر وعمق 460mm باشد.پرس های وت – بگ بزرک ممکن است دارای قطر حفره ای بزرگتر از 1.8 متر و طولی بزرگتر از 3.7 متر باشند.
دیاگرام شماتیک یک قالب برای فرایند درای – بگ (dry-bag CIP) در شکل 4 نشان داده شده است.

تمایز اصلی میان درای – بگ CIP با روش قبلی در این است که قالب رابری در فرآیند درای – بگ بخش داخلی پرس محسوب می شود و مایع با فشار بالا از میان اتاقک به قالب اعمال فشار می کند. پس از فرآیند پرس، قطعه پرس شده بدون بهم خوردن قالب جدا می شود. از این رو پرس درای – بگ می تواند به سهولت به صورت اتوماتیک کار کند. واحدهای تمام خودکار از این نوع پرس ها وجود دارند و در طی 20 سال گذشته محصولات سرامیکی را با حجم بالا تولید می کنند. سرعت تولید در این سیستم ها بیشتر از 1 دقیقه بر ثانیه است و به صورت تجاری درآمده اند. در سال های متمادی است که از CIP دارای بگ برای پرس کردن بخش عایق شمع اتومبیل استفاده می شود. مراحل این فرآیند در شکل 5 نشان داده شده است.

منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton

فرآیند های شکل دهی سرامیک ها (2)

 

پرس خشک
 

پرس خشک (Dry Pressing) فرآیندی است مناسب برای شکل دهی اشکال ساده ی جامد و دارای سه مرحله است:

پرکردن قالب
 

فشرده سازی مواد
خارج کردن قطعه ی پرس شده
درشکل 1 دیاگرامی شماتیک از فرآیند پرس خشک دو طرف (double-action dry- Pressing Process) نشان داده شده است. در پرس خشک دو طرفه بخش بالا و پایینی قالب متحرک هستند و عمل فشرده سازی را انجام می دهند. هنگامی که بخش پایینی قالب در حالت پایه قرار دارد ، فضایی بوجود می آید که این فضا بوسیله ی پودر پر می شود. در فرآیند پرس خشک مخلوط پودر می تواند بین 5-0 درصد وزنی از یک بایندر داشته باشد.

(در واقع واژه ی خشک بدین معنا نیست که درصد بایندر صفراست). وقتی قالب با شیوه ی هنرمندانه ای بوسیله ی پودر پر می شود، بخش بالایی قالب پایین می آید و پودر را فشرده می کند. (میزان فشرده سازی معین است). در طی فرایند فشرده سازی ذرات پودر باید به صورت مناسب جریان پیدا کنند تا قالب به طور مناسب پر شود. در فرآیند پرس خشک توزیع ذرات بین 200-20 میکرون ترجیح داده می شود. وجود درصد بالایی از ذرات ریز باعث پدید آمدن مشکلاتی در جریان یافتن ذرات می شود. و همچنین باعث می شود ذرات پودر به قالب ها بچسبند. فشار مورد استفاده در فرآیند پرس خشک ممکن است تا 300 مگاپاسگال نیز برسد. فشار اعمال شده در این فرآیند به نوع ماده و نوع پرس بستگی دارد و معمولا برای ماکزیمم کردن دانسیته ی جسم پرس شده از فشارهای بالا استفاده می شود. پس از مرحله ی فشرده سازی پودر بخش های بالا و پایینی قالب به سمت بالا حرکت می کنند تا اینکه بخش پایینی قالب با سطح بالایی کاست قالب هم ارتفاع شود. سپس بخش بالایی قالب به طور کامل از سطح جدا می شود و از روی کاست قالب جدا می شود. توده ی پرس شده سپس از قالب جدا می شو د و بخش پایینی قالب به سمت پایین حرکت می کند و برای فرایند پرس بعدی آماده می شود. فرآیند پرس خشک بسیار ساده است و سرمایه ی مورد نیاز برای ادوات آن نیز پایین است. از این رو از این فرآیند به طور فراوان در شکل دهی سرامیک ها استفاده می شود. سرعت تولید در این به اندازه و شکل قطعات و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. سرعت تولید برای قطعات پهن مانند دیرگدازها و یا اجزای پیچیده مانند چرخ های ساینده 15-1 قطعه در دقیقه است. در مورد قطعات ساده تر یا کوچکتر مانند سیل رینگ ها (sealrings) و نازل ها ، سرعت تولید می تواند بیش از چند صد قطعه بر دقیقه باشد. قطعات مسطح کوچک مانند عایق ها ، کریرهای تراشه ای (chip Carriers) یا وسایل برش، سرعت تولید می تواند چند هزار قطعه بر دقیقه باشد.

پرس گرم
 

فرایند پرس می تواند در دمای بالا انجام شود. این فرآیند پرس گرم (hot Pressing) نامیده می شود. قالب مورد استفاده در این فرآیند بسیار شبیه به قالبی است که برای فرآیند پرس خشک استفاده می شود تفاوت اصلی این نوع قالب در این است که قالب مورد استفاده در فرآیند پرس گرم در داخل یک کوره با دمای بالا قرار دارد. (شکل 2) در طی فرآیند پرس گرم ، پودر سرامیک ممکن است در طی فرایند پرس زنیتر هم شود و این زنیتر شدن سبب تشکیل یک جزء با دانسیته ی بالا می شود.

در ادامه به بیان برخی از مزیت های این فرآیند می پردازیم:
1)نیاز نیست پودر مورد استفاده در این فرآیند از نوع خیلی مرغوب باشد.
2)تخلخل های بزرگی که بوسیله مخلوط شدن نامناسب پدید می آیند به آسانی از بین می روند.
3)ما می توانیم بدنه ای با دانسیته ی مناسب را در دمای پایین تر از دمای زنیترینگ متداول پدید آوریم. ( در واقع این دما تقریباً نصف دمای ذوب مواد است)
4)در طی فرآیند افزایش دانسیته بوسیله ی پرس گرم، رشد افراطی دانه ها یاری کریستالیزاسیون ثانویه رخ نمی دهد.
5)بوسیله ی فرایند پرس گرم می توان مواد با پیوندهای کوالانس مانند را شکل دهی کرد.
عیب اصلی فرایند پرس گرم این است که قالب های مورد استفاده در این فرآیند گران بها هستند و دوام زیادی ندارند زیرا فرآیند پرس گرم در دمای بالا انجام می شود.
فلزات به ندرت در دماهای بالاتر از 1000C° به عنوان قالب استفاده می شوند.علت این امر این است که در دمای بالاتر از 1000C° اکثر آنها نرم شده و موجب اعوجاج قالب می شوند. آلیاژهای ویژه که بیشتر آنها بر پایه ی مولیبدن (Mo) هستند، می توانند در دمای بالاتر از 1000C° و فشار 80MPa استفاده شوند. سرامیک هایی مانند رامی توان به عنوان ماده ی مورد استفاده درساخت قالب استفاده کرد و از آنها در دماهای بالاتر از 1400C° و فشار حدود 80MPa استفاده کرد.گرافیت یکی از پر استفاده ترین مواد در ساخت قالب هاست که می توان از قالب های ساخته شده از آن در دماهای بالاتر از 2200C° و فشارهای بین 10MPa استفاده کرد. مشکلی که وجود دارد این است که استفاده از قالب های گرافیتی نیازمند بوجود آوردن محیط احیایی درطی فرایند پرس کردن است.
به هر حال گرافیت دارای خواص بسیاری است که باعث می شود این ماده برای ساخت قالب مناسب باشد:
گرافیت به آسانی ماشین کاری می شود. (البته گرد وغبار آن اگر تنفس شود سمی است مانندگرد و غبار ذغال سنگ)
گرافیت ارزان قیمت است
استحکام آن با افزایش دما افزایش می یابد.
دارای مقاومت به خزش خوبی است
دارای رسانایی گرمایی استثنائی است
ضریب انبساط گرمایی آن نسبتا ً پایین است.
فرایند پرس گرم مانند پرس خشک به ساخت اشکال ساده مانند صفحات پهن، آجرها ، استوانه ها محدود می شود. ساخت قطعات پیچیده و یا اشکال بزرگ با روش پرس گرم مشکل است و در اغلب موارد امکان ساخت وجود ندارد. پرس گرم به طور گسترده در آزمایشگاههای تحقیقاتی (برای ساخت اجزای سرامیکی با خلوص و دانسیته ی بالا) استفاده می شود. اگر چه از پرس های گرم به طور گسترده در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی دولتی استفاده می شود. اما به دلیل قیمت بالای فرایند و میزان تولید پایین ، این تکنیک دارای محدودیت است.
در واقع برای تولید هر قطعه ای فرآیند شکل دهی جایگزین پرس گرم وجود دارد که هزینه ی تولید آن پایین تر است. به هر حال در بازار برخی از قطعات سرامیکی وجود دارد که به روش پرس گرم تولید شده اند. در این قطعات نیاز است تا اندازه ی دانه ها کوچک باشد، دانسیته بالا باشد (تخلخل کم باشد) و یا میزان خلوص پایین است. مثال هایی از این محصولات در جدول 2 آورده شده است.

فرآیند پرس ایزواستاتیک با استفاده از اعمال فشار هیدرواستاتیک به پودر بوسیله ی یک ظرف انعطاف پذیر انجام می شود. مزیت اعمال فشار در همه ی جهات این است که فشرده گی پودر در جاهای مختلف یکسان است و می توان بوسیله ی این فرآیند اشکال پیچیده را تولید کرد.فرآیند پرس ایزواستاتیک می تواند با اعمال گرما یا بدون اعمال گرما انجام شود.

پرس ایزواستاتیک سرد
 

درکاربردهای متنوعی از پرس ایزواستاتیک سرد (Cold Isostatic Press ) استفاده می شود. که به طور محفف به آن CIP می گویند. دراینجا ما تنها به بیان مسائل اساسی درمورد این نوع فرآیند شکل دهی می پردازیم شکل 3 فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد است که به اصطلاح به آن CIP ، وت – بگ (Wet – bag – CIP) می گویند.

در این فرآیند پودر به داخل یک کیسه ی رابری قرار داده می شود و دهانه ی کیسه بوسیله ی یک درپوش فلزی بسته می شود. کیسه ی دهانه بسته در داخل یک اتاقک با دمای بالا قرار می گیرد. که این اتاقک با مایع (معمولا یک مخلوط روغن و آب با قابلیت انحلال درهم) پر شده است. در این اتاقک به صورت هیدرواستاتیک بر پودر فشار وارد می شود. فشار اعمالی می تواند از 20MPa تا یک گیلاپاسکال متغیر باشد که فشار اعمالی بستگی به کاربرد و نوع پرس دارد. در واحدهای تولیدی معمولا از فشارهای بیش از 400 استفاده می شود. هنگامی که فرآیند پرس کردن اتمام یابد، فشار اعمالی به آهستگی برداشته می شود و اجزای پرس کنار می روند. سپس جزء پرس شده از قالب جدا می شود.
مزایای فرآیند وت – بگ عبارتند است از:
گستره ی وسیع اشکال و اندازه هایی که می توان بوسیله ی آن تولید کرد.
دانسیته ی یکنواخت محصول پرس شده
قیمت پایین ادوات مورد نیاز در این روش
معایب این روش عبارتست از :
شکل دهی وکنترل ابعاد ضعیف است (مخصوصا برای اشیاء پیچیده)
محصول تولیدی در اغلب موارد نیازمند ماشین کاری پیش از پخت است.
زمان سیکل تولید طولانی است (به طور نمونه این زمان بین 60-5دقیقه است). از این روسرعت تولید قطعه با این روش پایین است.
یک پرس ایزواستاتیک وت –بگ که برای تولید نمونه های آزمایشگاهی و اجزای با حجم کوچک استفاده می شود ، ممکن است دارای قطر داخلی 150 میلی متر وعمق 460mm باشد.پرس های وت – بگ بزرک ممکن است دارای قطر حفره ای بزرگتر از 1.8 متر و طولی بزرگتر از 3.7 متر باشند.
دیاگرام شماتیک یک قالب برای فرایند درای – بگ (dry-bag CIP) در شکل 4 نشان داده شده است.

تمایز اصلی میان درای – بگ CIP با روش قبلی در این است که قالب رابری در فرآیند درای – بگ بخش داخلی پرس محسوب می شود و مایع با فشار بالا از میان اتاقک به قالب اعمال فشار می کند. پس از فرآیند پرس، قطعه پرس شده بدون بهم خوردن قالب جدا می شود. از این رو پرس درای – بگ می تواند به سهولت به صورت اتوماتیک کار کند. واحدهای تمام خودکار از این نوع پرس ها وجود دارند و در طی 20 سال گذشته محصولات سرامیکی را با حجم بالا تولید می کنند. سرعت تولید در این سیستم ها بیشتر از 1 دقیقه بر ثانیه است و به صورت تجاری درآمده اند. در سال های متمادی است که از CIP دارای بگ برای پرس کردن بخش عایق شمع اتومبیل استفاده می شود. مراحل این فرآیند در شکل 5 نشان داده شده است.

منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton

فرآیند های شکل دهی سرامیک ها (2)

 

پرس خشک
 

پرس خشک (Dry Pressing) فرآیندی است مناسب برای شکل دهی اشکال ساده ی جامد و دارای سه مرحله است:

پرکردن قالب
 

فشرده سازی مواد
خارج کردن قطعه ی پرس شده
درشکل 1 دیاگرامی شماتیک از فرآیند پرس خشک دو طرف (double-action dry- Pressing Process) نشان داده شده است. در پرس خشک دو طرفه بخش بالا و پایینی قالب متحرک هستند و عمل فشرده سازی را انجام می دهند. هنگامی که بخش پایینی قالب در حالت پایه قرار دارد ، فضایی بوجود می آید که این فضا بوسیله ی پودر پر می شود. در فرآیند پرس خشک مخلوط پودر می تواند بین 5-0 درصد وزنی از یک بایندر داشته باشد.

(در واقع واژه ی خشک بدین معنا نیست که درصد بایندر صفراست). وقتی قالب با شیوه ی هنرمندانه ای بوسیله ی پودر پر می شود، بخش بالایی قالب پایین می آید و پودر را فشرده می کند. (میزان فشرده سازی معین است). در طی فرایند فشرده سازی ذرات پودر باید به صورت مناسب جریان پیدا کنند تا قالب به طور مناسب پر شود. در فرآیند پرس خشک توزیع ذرات بین 200-20 میکرون ترجیح داده می شود. وجود درصد بالایی از ذرات ریز باعث پدید آمدن مشکلاتی در جریان یافتن ذرات می شود. و همچنین باعث می شود ذرات پودر به قالب ها بچسبند. فشار مورد استفاده در فرآیند پرس خشک ممکن است تا 300 مگاپاسگال نیز برسد. فشار اعمال شده در این فرآیند به نوع ماده و نوع پرس بستگی دارد و معمولا برای ماکزیمم کردن دانسیته ی جسم پرس شده از فشارهای بالا استفاده می شود. پس از مرحله ی فشرده سازی پودر بخش های بالا و پایینی قالب به سمت بالا حرکت می کنند تا اینکه بخش پایینی قالب با سطح بالایی کاست قالب هم ارتفاع شود. سپس بخش بالایی قالب به طور کامل از سطح جدا می شود و از روی کاست قالب جدا می شود. توده ی پرس شده سپس از قالب جدا می شو د و بخش پایینی قالب به سمت پایین حرکت می کند و برای فرایند پرس بعدی آماده می شود. فرآیند پرس خشک بسیار ساده است و سرمایه ی مورد نیاز برای ادوات آن نیز پایین است. از این رو از این فرآیند به طور فراوان در شکل دهی سرامیک ها استفاده می شود. سرعت تولید در این به اندازه و شکل قطعات و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. سرعت تولید برای قطعات پهن مانند دیرگدازها و یا اجزای پیچیده مانند چرخ های ساینده 15-1 قطعه در دقیقه است. در مورد قطعات ساده تر یا کوچکتر مانند سیل رینگ ها (sealrings) و نازل ها ، سرعت تولید می تواند بیش از چند صد قطعه بر دقیقه باشد. قطعات مسطح کوچک مانند عایق ها ، کریرهای تراشه ای (chip Carriers) یا وسایل برش، سرعت تولید می تواند چند هزار قطعه بر دقیقه باشد.

پرس گرم
 

فرایند پرس می تواند در دمای بالا انجام شود. این فرآیند پرس گرم (hot Pressing) نامیده می شود. قالب مورد استفاده در این فرآیند بسیار شبیه به قالبی است که برای فرآیند پرس خشک استفاده می شود تفاوت اصلی این نوع قالب در این است که قالب مورد استفاده در فرآیند پرس گرم در داخل یک کوره با دمای بالا قرار دارد. (شکل 2) در طی فرآیند پرس گرم ، پودر سرامیک ممکن است در طی فرایند پرس زنیتر هم شود و این زنیتر شدن سبب تشکیل یک جزء با دانسیته ی بالا می شود.

در ادامه به بیان برخی از مزیت های این فرآیند می پردازیم:
1)نیاز نیست پودر مورد استفاده در این فرآیند از نوع خیلی مرغوب باشد.
2)تخلخل های بزرگی که بوسیله مخلوط شدن نامناسب پدید می آیند به آسانی از بین می روند.
3)ما می توانیم بدنه ای با دانسیته ی مناسب را در دمای پایین تر از دمای زنیترینگ متداول پدید آوریم. ( در واقع این دما تقریباً نصف دمای ذوب مواد است)
4)در طی فرآیند افزایش دانسیته بوسیله ی پرس گرم، رشد افراطی دانه ها یاری کریستالیزاسیون ثانویه رخ نمی دهد.
5)بوسیله ی فرایند پرس گرم می توان مواد با پیوندهای کوالانس مانند را شکل دهی کرد.
عیب اصلی فرایند پرس گرم این است که قالب های مورد استفاده در این فرآیند گران بها هستند و دوام زیادی ندارند زیرا فرآیند پرس گرم در دمای بالا انجام می شود.
فلزات به ندرت در دماهای بالاتر از 1000C° به عنوان قالب استفاده می شوند.علت این امر این است که در دمای بالاتر از 1000C° اکثر آنها نرم شده و موجب اعوجاج قالب می شوند. آلیاژهای ویژه که بیشتر آنها بر پایه ی مولیبدن (Mo) هستند، می توانند در دمای بالاتر از 1000C° و فشار 80MPa استفاده شوند. سرامیک هایی مانند رامی توان به عنوان ماده ی مورد استفاده درساخت قالب استفاده کرد و از آنها در دماهای بالاتر از 1400C° و فشار حدود 80MPa استفاده کرد.گرافیت یکی از پر استفاده ترین مواد در ساخت قالب هاست که می توان از قالب های ساخته شده از آن در دماهای بالاتر از 2200C° و فشارهای بین 10MPa استفاده کرد. مشکلی که وجود دارد این است که استفاده از قالب های گرافیتی نیازمند بوجود آوردن محیط احیایی درطی فرایند پرس کردن است.
به هر حال گرافیت دارای خواص بسیاری است که باعث می شود این ماده برای ساخت قالب مناسب باشد:
گرافیت به آسانی ماشین کاری می شود. (البته گرد وغبار آن اگر تنفس شود سمی است مانندگرد و غبار ذغال سنگ)
گرافیت ارزان قیمت است
استحکام آن با افزایش دما افزایش می یابد.
دارای مقاومت به خزش خوبی است
دارای رسانایی گرمایی استثنائی است
ضریب انبساط گرمایی آن نسبتا ً پایین است.
فرایند پرس گرم مانند پرس خشک به ساخت اشکال ساده مانند صفحات پهن، آجرها ، استوانه ها محدود می شود. ساخت قطعات پیچیده و یا اشکال بزرگ با روش پرس گرم مشکل است و در اغلب موارد امکان ساخت وجود ندارد. پرس گرم به طور گسترده در آزمایشگاههای تحقیقاتی (برای ساخت اجزای سرامیکی با خلوص و دانسیته ی بالا) استفاده می شود. اگر چه از پرس های گرم به طور گسترده در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی دولتی استفاده می شود. اما به دلیل قیمت بالای فرایند و میزان تولید پایین ، این تکنیک دارای محدودیت است.
در واقع برای تولید هر قطعه ای فرآیند شکل دهی جایگزین پرس گرم وجود دارد که هزینه ی تولید آن پایین تر است. به هر حال در بازار برخی از قطعات سرامیکی وجود دارد که به روش پرس گرم تولید شده اند. در این قطعات نیاز است تا اندازه ی دانه ها کوچک باشد، دانسیته بالا باشد (تخلخل کم باشد) و یا میزان خلوص پایین است. مثال هایی از این محصولات در جدول 2 آورده شده است.

فرآیند پرس ایزواستاتیک با استفاده از اعمال فشار هیدرواستاتیک به پودر بوسیله ی یک ظرف انعطاف پذیر انجام می شود. مزیت اعمال فشار در همه ی جهات این است که فشرده گی پودر در جاهای مختلف یکسان است و می توان بوسیله ی این فرآیند اشکال پیچیده را تولید کرد.فرآیند پرس ایزواستاتیک می تواند با اعمال گرما یا بدون اعمال گرما انجام شود.

پرس ایزواستاتیک سرد
 

درکاربردهای متنوعی از پرس ایزواستاتیک سرد (Cold Isostatic Press ) استفاده می شود. که به طور محفف به آن CIP می گویند. دراینجا ما تنها به بیان مسائل اساسی درمورد این نوع فرآیند شکل دهی می پردازیم شکل 3 فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد است که به اصطلاح به آن CIP ، وت – بگ (Wet – bag – CIP) می گویند.

در این فرآیند پودر به داخل یک کیسه ی رابری قرار داده می شود و دهانه ی کیسه بوسیله ی یک درپوش فلزی بسته می شود. کیسه ی دهانه بسته در داخل یک اتاقک با دمای بالا قرار می گیرد. که این اتاقک با مایع (معمولا یک مخلوط روغن و آب با قابلیت انحلال درهم) پر شده است. در این اتاقک به صورت هیدرواستاتیک بر پودر فشار وارد می شود. فشار اعمالی می تواند از 20MPa تا یک گیلاپاسکال متغیر باشد که فشار اعمالی بستگی به کاربرد و نوع پرس دارد. در واحدهای تولیدی معمولا از فشارهای بیش از 400 استفاده می شود. هنگامی که فرآیند پرس کردن اتمام یابد، فشار اعمالی به آهستگی برداشته می شود و اجزای پرس کنار می روند. سپس جزء پرس شده از قالب جدا می شود.
مزایای فرآیند وت – بگ عبارتند است از:
گستره ی وسیع اشکال و اندازه هایی که می توان بوسیله ی آن تولید کرد.
دانسیته ی یکنواخت محصول پرس شده
قیمت پایین ادوات مورد نیاز در این روش
معایب این روش عبارتست از :
شکل دهی وکنترل ابعاد ضعیف است (مخصوصا برای اشیاء پیچیده)
محصول تولیدی در اغلب موارد نیازمند ماشین کاری پیش از پخت است.
زمان سیکل تولید طولانی است (به طور نمونه این زمان بین 60-5دقیقه است). از این روسرعت تولید قطعه با این روش پایین است.
یک پرس ایزواستاتیک وت –بگ که برای تولید نمونه های آزمایشگاهی و اجزای با حجم کوچک استفاده می شود ، ممکن است دارای قطر داخلی 150 میلی متر وعمق 460mm باشد.پرس های وت – بگ بزرک ممکن است دارای قطر حفره ای بزرگتر از 1.8 متر و طولی بزرگتر از 3.7 متر باشند.
دیاگرام شماتیک یک قالب برای فرایند درای – بگ (dry-bag CIP) در شکل 4 نشان داده شده است.

تمایز اصلی میان درای – بگ CIP با روش قبلی در این است که قالب رابری در فرآیند درای – بگ بخش داخلی پرس محسوب می شود و مایع با فشار بالا از میان اتاقک به قالب اعمال فشار می کند. پس از فرآیند پرس، قطعه پرس شده بدون بهم خوردن قالب جدا می شود. از این رو پرس درای – بگ می تواند به سهولت به صورت اتوماتیک کار کند. واحدهای تمام خودکار از این نوع پرس ها وجود دارند و در طی 20 سال گذشته محصولات سرامیکی را با حجم بالا تولید می کنند. سرعت تولید در این سیستم ها بیشتر از 1 دقیقه بر ثانیه است و به صورت تجاری درآمده اند. در سال های متمادی است که از CIP دارای بگ برای پرس کردن بخش عایق شمع اتومبیل استفاده می شود. مراحل این فرآیند در شکل 5 نشان داده شده است.

منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton

فرآیند های شکل دهی سرامیک ها (2)

 

پرس خشک
 

پرس خشک (Dry Pressing) فرآیندی است مناسب برای شکل دهی اشکال ساده ی جامد و دارای سه مرحله است:

پرکردن قالب
 

فشرده سازی مواد
خارج کردن قطعه ی پرس شده
درشکل 1 دیاگرامی شماتیک از فرآیند پرس خشک دو طرف (double-action dry- Pressing Process) نشان داده شده است. در پرس خشک دو طرفه بخش بالا و پایینی قالب متحرک هستند و عمل فشرده سازی را انجام می دهند. هنگامی که بخش پایینی قالب در حالت پایه قرار دارد ، فضایی بوجود می آید که این فضا بوسیله ی پودر پر می شود. در فرآیند پرس خشک مخلوط پودر می تواند بین 5-0 درصد وزنی از یک بایندر داشته باشد.

(در واقع واژه ی خشک بدین معنا نیست که درصد بایندر صفراست). وقتی قالب با شیوه ی هنرمندانه ای بوسیله ی پودر پر می شود، بخش بالایی قالب پایین می آید و پودر را فشرده می کند. (میزان فشرده سازی معین است). در طی فرایند فشرده سازی ذرات پودر باید به صورت مناسب جریان پیدا کنند تا قالب به طور مناسب پر شود. در فرآیند پرس خشک توزیع ذرات بین 200-20 میکرون ترجیح داده می شود. وجود درصد بالایی از ذرات ریز باعث پدید آمدن مشکلاتی در جریان یافتن ذرات می شود. و همچنین باعث می شود ذرات پودر به قالب ها بچسبند. فشار مورد استفاده در فرآیند پرس خشک ممکن است تا 300 مگاپاسگال نیز برسد. فشار اعمال شده در این فرآیند به نوع ماده و نوع پرس بستگی دارد و معمولا برای ماکزیمم کردن دانسیته ی جسم پرس شده از فشارهای بالا استفاده می شود. پس از مرحله ی فشرده سازی پودر بخش های بالا و پایینی قالب به سمت بالا حرکت می کنند تا اینکه بخش پایینی قالب با سطح بالایی کاست قالب هم ارتفاع شود. سپس بخش بالایی قالب به طور کامل از سطح جدا می شود و از روی کاست قالب جدا می شود. توده ی پرس شده سپس از قالب جدا می شو د و بخش پایینی قالب به سمت پایین حرکت می کند و برای فرایند پرس بعدی آماده می شود. فرآیند پرس خشک بسیار ساده است و سرمایه ی مورد نیاز برای ادوات آن نیز پایین است. از این رو از این فرآیند به طور فراوان در شکل دهی سرامیک ها استفاده می شود. سرعت تولید در این به اندازه و شکل قطعات و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. سرعت تولید برای قطعات پهن مانند دیرگدازها و یا اجزای پیچیده مانند چرخ های ساینده 15-1 قطعه در دقیقه است. در مورد قطعات ساده تر یا کوچکتر مانند سیل رینگ ها (sealrings) و نازل ها ، سرعت تولید می تواند بیش از چند صد قطعه بر دقیقه باشد. قطعات مسطح کوچک مانند عایق ها ، کریرهای تراشه ای (chip Carriers) یا وسایل برش، سرعت تولید می تواند چند هزار قطعه بر دقیقه باشد.

پرس گرم
 

فرایند پرس می تواند در دمای بالا انجام شود. این فرآیند پرس گرم (hot Pressing) نامیده می شود. قالب مورد استفاده در این فرآیند بسیار شبیه به قالبی است که برای فرآیند پرس خشک استفاده می شود تفاوت اصلی این نوع قالب در این است که قالب مورد استفاده در فرآیند پرس گرم در داخل یک کوره با دمای بالا قرار دارد. (شکل 2) در طی فرآیند پرس گرم ، پودر سرامیک ممکن است در طی فرایند پرس زنیتر هم شود و این زنیتر شدن سبب تشکیل یک جزء با دانسیته ی بالا می شود.

در ادامه به بیان برخی از مزیت های این فرآیند می پردازیم:
1)نیاز نیست پودر مورد استفاده در این فرآیند از نوع خیلی مرغوب باشد.
2)تخلخل های بزرگی که بوسیله مخلوط شدن نامناسب پدید می آیند به آسانی از بین می روند.
3)ما می توانیم بدنه ای با دانسیته ی مناسب را در دمای پایین تر از دمای زنیترینگ متداول پدید آوریم. ( در واقع این دما تقریباً نصف دمای ذوب مواد است)
4)در طی فرآیند افزایش دانسیته بوسیله ی پرس گرم، رشد افراطی دانه ها یاری کریستالیزاسیون ثانویه رخ نمی دهد.
5)بوسیله ی فرایند پرس گرم می توان مواد با پیوندهای کوالانس مانند را شکل دهی کرد.
عیب اصلی فرایند پرس گرم این است که قالب های مورد استفاده در این فرآیند گران بها هستند و دوام زیادی ندارند زیرا فرآیند پرس گرم در دمای بالا انجام می شود.
فلزات به ندرت در دماهای بالاتر از 1000C° به عنوان قالب استفاده می شوند.علت این امر این است که در دمای بالاتر از 1000C° اکثر آنها نرم شده و موجب اعوجاج قالب می شوند. آلیاژهای ویژه که بیشتر آنها بر پایه ی مولیبدن (Mo) هستند، می توانند در دمای بالاتر از 1000C° و فشار 80MPa استفاده شوند. سرامیک هایی مانند رامی توان به عنوان ماده ی مورد استفاده درساخت قالب استفاده کرد و از آنها در دماهای بالاتر از 1400C° و فشار حدود 80MPa استفاده کرد.گرافیت یکی از پر استفاده ترین مواد در ساخت قالب هاست که می توان از قالب های ساخته شده از آن در دماهای بالاتر از 2200C° و فشارهای بین 10MPa استفاده کرد. مشکلی که وجود دارد این است که استفاده از قالب های گرافیتی نیازمند بوجود آوردن محیط احیایی درطی فرایند پرس کردن است.
به هر حال گرافیت دارای خواص بسیاری است که باعث می شود این ماده برای ساخت قالب مناسب باشد:
گرافیت به آسانی ماشین کاری می شود. (البته گرد وغبار آن اگر تنفس شود سمی است مانندگرد و غبار ذغال سنگ)
گرافیت ارزان قیمت است
استحکام آن با افزایش دما افزایش می یابد.
دارای مقاومت به خزش خوبی است
دارای رسانایی گرمایی استثنائی است
ضریب انبساط گرمایی آن نسبتا ً پایین است.
فرایند پرس گرم مانند پرس خشک به ساخت اشکال ساده مانند صفحات پهن، آجرها ، استوانه ها محدود می شود. ساخت قطعات پیچیده و یا اشکال بزرگ با روش پرس گرم مشکل است و در اغلب موارد امکان ساخت وجود ندارد. پرس گرم به طور گسترده در آزمایشگاههای تحقیقاتی (برای ساخت اجزای سرامیکی با خلوص و دانسیته ی بالا) استفاده می شود. اگر چه از پرس های گرم به طور گسترده در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی دولتی استفاده می شود. اما به دلیل قیمت بالای فرایند و میزان تولید پایین ، این تکنیک دارای محدودیت است.
در واقع برای تولید هر قطعه ای فرآیند شکل دهی جایگزین پرس گرم وجود دارد که هزینه ی تولید آن پایین تر است. به هر حال در بازار برخی از قطعات سرامیکی وجود دارد که به روش پرس گرم تولید شده اند. در این قطعات نیاز است تا اندازه ی دانه ها کوچک باشد، دانسیته بالا باشد (تخلخل کم باشد) و یا میزان خلوص پایین است. مثال هایی از این محصولات در جدول 2 آورده شده است.

فرآیند پرس ایزواستاتیک با استفاده از اعمال فشار هیدرواستاتیک به پودر بوسیله ی یک ظرف انعطاف پذیر انجام می شود. مزیت اعمال فشار در همه ی جهات این است که فشرده گی پودر در جاهای مختلف یکسان است و می توان بوسیله ی این فرآیند اشکال پیچیده را تولید کرد.فرآیند پرس ایزواستاتیک می تواند با اعمال گرما یا بدون اعمال گرما انجام شود.

پرس ایزواستاتیک سرد
 

درکاربردهای متنوعی از پرس ایزواستاتیک سرد (Cold Isostatic Press ) استفاده می شود. که به طور محفف به آن CIP می گویند. دراینجا ما تنها به بیان مسائل اساسی درمورد این نوع فرآیند شکل دهی می پردازیم شکل 3 فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد است که به اصطلاح به آن CIP ، وت – بگ (Wet – bag – CIP) می گویند.

در این فرآیند پودر به داخل یک کیسه ی رابری قرار داده می شود و دهانه ی کیسه بوسیله ی یک درپوش فلزی بسته می شود. کیسه ی دهانه بسته در داخل یک اتاقک با دمای بالا قرار می گیرد. که این اتاقک با مایع (معمولا یک مخلوط روغن و آب با قابلیت انحلال درهم) پر شده است. در این اتاقک به صورت هیدرواستاتیک بر پودر فشار وارد می شود. فشار اعمالی می تواند از 20MPa تا یک گیلاپاسکال متغیر باشد که فشار اعمالی بستگی به کاربرد و نوع پرس دارد. در واحدهای تولیدی معمولا از فشارهای بیش از 400 استفاده می شود. هنگامی که فرآیند پرس کردن اتمام یابد، فشار اعمالی به آهستگی برداشته می شود و اجزای پرس کنار می روند. سپس جزء پرس شده از قالب جدا می شود.
مزایای فرآیند وت – بگ عبارتند است از:
گستره ی وسیع اشکال و اندازه هایی که می توان بوسیله ی آن تولید کرد.
دانسیته ی یکنواخت محصول پرس شده
قیمت پایین ادوات مورد نیاز در این روش
معایب این روش عبارتست از :
شکل دهی وکنترل ابعاد ضعیف است (مخصوصا برای اشیاء پیچیده)
محصول تولیدی در اغلب موارد نیازمند ماشین کاری پیش از پخت است.
زمان سیکل تولید طولانی است (به طور نمونه این زمان بین 60-5دقیقه است). از این روسرعت تولید قطعه با این روش پایین است.
یک پرس ایزواستاتیک وت –بگ که برای تولید نمونه های آزمایشگاهی و اجزای با حجم کوچک استفاده می شود ، ممکن است دارای قطر داخلی 150 میلی متر وعمق 460mm باشد.پرس های وت – بگ بزرک ممکن است دارای قطر حفره ای بزرگتر از 1.8 متر و طولی بزرگتر از 3.7 متر باشند.
دیاگرام شماتیک یک قالب برای فرایند درای – بگ (dry-bag CIP) در شکل 4 نشان داده شده است.

تمایز اصلی میان درای – بگ CIP با روش قبلی در این است که قالب رابری در فرآیند درای – بگ بخش داخلی پرس محسوب می شود و مایع با فشار بالا از میان اتاقک به قالب اعمال فشار می کند. پس از فرآیند پرس، قطعه پرس شده بدون بهم خوردن قالب جدا می شود. از این رو پرس درای – بگ می تواند به سهولت به صورت اتوماتیک کار کند. واحدهای تمام خودکار از این نوع پرس ها وجود دارند و در طی 20 سال گذشته محصولات سرامیکی را با حجم بالا تولید می کنند. سرعت تولید در این سیستم ها بیشتر از 1 دقیقه بر ثانیه است و به صورت تجاری درآمده اند. در سال های متمادی است که از CIP دارای بگ برای پرس کردن بخش عایق شمع اتومبیل استفاده می شود. مراحل این فرآیند در شکل 5 نشان داده شده است.

منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

سرامیک ها در بیولوژی و پزشکی (5)

 

مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع : سایت راسخون




 

شیشه های بیواکتیو یکی دیگر از پوشش های مهم امپلنتها هستند. این شیشه ها معمولا بوسیله ی یکی از روش های زیر اعمال می شوند:
لعاب زنی (enameling)
اسپری کردن بوسیله ی شعله (Flame Spraying)
روش تشکیل پوشش به روش غوطه وری (Dip Coating)
روش اسپری شعله شبیه به روش پلاسما اسپری است با این تفاوت که گاز حامل یونیزه نشده و دماهای مورد استفاده در این روش به مراتب پایین تر از روش پلاسما اسپری است.
در روش تشکیل پوشش به روش غوطه وری امپلنت فلزی ابتدا اکسید شده سپس به داخل شیشه ی مذاب غوطه ور می شود اکسید کردن امپلنت به این دلیل است که خواص تر شوندگی فلز بهبود یابد.
روش لعاب زنی یک روش سنتی برای تولید پوشش های شیشه ای است. در این روش از یک فرم خاص شیشه به نام فریت ( frit) استفاده می شود. این ماده بوسیله ی سرد کردن سریع شیشه در داخل آب بوجود می آید. فریت که به صورت ذرات درشت است، ابتدا آسیاب شده و سپس بر روی زیر لایه ی فلزی اعمال می شود. به همراه فریت مواد خاصی مصرف می شود که چسبندگی فلز و پوشش افزایش یابد. این مواد خاص با فریت و فلز واکنش می دهند و سبب افزایش چسبندگی شیمیایی می شوند.به هر حال این روش به طور موفقیت آمیز برای اعمال شیشه های بیواکتیو استفاده نشده است و از این رو روش های دیگر جایگزین شده است.

شیشه های رادیوتراپی
 

شیشه های آلومینو سیلیکاتی ایتریایی (YAS)که شیشه هایی رادیو اکتیو هستند برای پرتو افکنی به تومورهای سرطانی درمحیط بدن استفاده می شوند. اگر چه تومورهای کبدی درحالت اولیه در ایالات متحده ی امریکا نسبتا کمیاب هستند اما این نوع ترمورها بسیار کشنده هستند. و سالانه 3000-4000 مرگ در ایالات متحده ی آمریکا و 1.2 میلیون مرگ در جهان به دلیل این تومورها رخ می دهد. نکته ی مهم تر این است که بیشتر این ترمورها قابل عمل نیستند. زیرا عمل جراحی آنها دارای پیچیدگی فراوانی است. پرتو افکنی تومورها در داخل بدن اجازه می دهد تا با تمرکز پرتو افکنی با کمترین میزان آسیب، تومور را از بین برد. این روش یکی از روش های مهم در درمان این بیماری است. شیشه های YAS به دلایل زیر برای این کار برد مناسبند:
سمی نیستند.
به آسانی رادیو اکتیو می شوند.
در حالی که رادی اکتیو هستند، این مواد از لحاظ شیمیایی نامحلول هستند.
فرآیند سل ژن برای تولید شیشه ای YAS کروی استفاده می شود. خاصیت رادیو اکتیو این نوع شیشه ها به دلیل وجود ایزوتوپ 90Yاست. این نوع ایزوتوپ از خود پرتو β ساتع می کند و دارای نیمه عمر 64.1 ساعت است. میانگین نفوذ پرتو β (الکترون ها) در بدن 2.5 میلی متر است. (ماکزیم نفوذ 10 میلی متر است). برای آنکه ماده ی رادیو اکتیو به محل های وجود تومور برسد1- 15 میلیون گوی کوچک میکرومتری به داخل شریان کبدی ترزیق می شود. در این حالت خون وظیفه ی رساندن این مواد به محل های مورد نظر را دارد. زمان درمان 2-4 ساعت است. اندازه ی قطر گوی های کوچک بین 35-15Mm است. این اندازه به صورتی است که اجازه می دهد تا جریان خون کبد آنها را حمل کند اما به اندازه ای بزرگ هستند که وارد کل جریان خون نشوند. گوی های کوچک وارد شده به کبد در محل تومورها تمرکز می یابند که علت آن این است که توده ی توموری میزان مصرف خون بیشتری نسبت به بافت های اطراف خود دارد. با وجود عناصر رادیو اکتیو در اخل تومور عمل پرتو افکنی به درستی انجام می شود و به دلیل آنکه نیمه عمر ماده ی رادیو اکتیو مورد استفاده 64.1 ساعت است پس از سه هفته اثرات رادیو اکتیویته از بین می رود.
اگر چه استفاده از گوی های کوچک رادیو اکتیو در درمان سرطان جگر در مراحل اولیه ی خود است ولی محصولات تجاری ساخته شده بوسیله ی این تکنولوژی با نام تجاری Therasphere در آمریکا و کانادا تولید می شود. و از این دارو برای درمان سرطان غیر قابل جراحی کبد استفاده می شود. سایر کاربردهای پزشکی این گوی ها در درمان سرطان های کلیه و مغز است.
شکل 1 میکروکره های ساخته شده از شیشه های برات کلسیم لیتیم (LCB) را نشان می دهد.

این نوع میکروکره ها با عبور شیشه از بین یک شعله ی با دمای بالا تولید شده اند. از روش مشابه با روش عبور از شعله می توان برای تولید میکروکره های شیشه ی YAS استفاده کرد . میکروکره های LCB به داخل میکروکره های توخالی هیدروکسی آپاتیت وارد می شود. این سیستم ها در رسانش داروئی کاربرد دارند.

دریچه های مصنوعی قلب
 

کربن یک بیوسرامیک مهم است. این ماده هم زیست سازگار پذیر است و هم از لحاظ شیمیایی خنثی است. کربن به فرم های مختلفی وجود دارد. مهم ترین فرم کربن برای کاربردهای بیومدیکالی یک نوع گرافیت پیرولیتیک (Pyrolytic graphite) است. که فرم ایزوتروپیک دما پایین (LTI Carbon) نامیده می شود.
این ماده دارای ساختاری غیر منظم بر پایه ی گرافیت است. (از این رو به آن گرافیت توربو استراتیک (turbostratic Carbon) می گویند. در کربن توربواستراتیک توالی ABABA توده از حالت چرخش رندوم خارج شده یا با لایه هایی نسبت به همدیگر جایگزین گشته است.
کریستال های کربن LTI تنها اندازه ای برابر 10 نانومتر دارند و در ماده ی بالک به صورت رندوم قرار گرفته اند. این ریز ساختار موجب می شود که ماده دارای خواص و ویژگی های فیزیکی ایزوتروپیک باشد. (برخلاف گرافیت که دارای ساختار آن ایزوتروپیک است). دانستیه وخواص مکانیکی LTI به تعداد جاهای خالی کربن درهر لایه و اعوجاج بین صفحات بستگی دارد. دانسیته ی این ماده بین 1400kg/m_3 - 2200 است. ( 2200kg/m_3 دانسیته ی تئوری است).
کربن LTI با دانستیه ی بالا سخت ترین فرم کربن استراتیک است. ما می توانیم استحکام این مواد را با افزودن Si افزایش دهیم. با افزوده شدن Si به این مواد ذرات میکرونی غیر – مداومی از β-sic تشکیل می شود که به صورت اندوم در زمینه کربین پرولیتیک (با دانه های کروی) پراکنده شده اند.
با استفاده از فرآیند رسوب دهی شیمیایی از حالت بخار (CVD) می توان کربن و Sic را به صورت مشخص رسوب داد و آلیاژهایی از Si و LTI تولید کرد. دو واکنش ممکنه عبارتند از :
تجزیه ی پروپان:
تجزیه ی متیل تری کلروسیلان:
یکی از کاربردهای اصلی کربن LTI در ساخت پروتز دریچه ی قلب است. (شکل 2)

این کاربرد یکی از کاربردهای با شرایط بسیار سخت برای مواد بیولوژیک است. اولین استفاده از کربن LTI به عنوان دریچه ی قلب در سال 1969 گزارش شده است. اکثر دریچه های مصنوعی قلب که امروزه استفاده می شوند از جنس کربن پیرولیتیک LTI پالایش یافته با سیلسیم (Si) هستند.

سرامیک دندانی
 

پرسلان های فلدسپاتیک (پرسلان هایی بر پایه ی فلدسپار) به عنوان پوشش دندان استفاده می شوند. که علت این استفاده مسائل زیبایی است . این پوشش ها معمولا 500 میکرون ضخامت دارند. امروزه این مواد عمدتاً با شیشه ها جایگزین شده اند. (اگر چه نام آنها تغییر نکرده است.) لوسیت (Lucite): فلدسپات پتاسیک) عمدتاً برای بهبود ضریب انبساط حرارتی این پوشش ها استفاده می شده است.دی کور (Dicor) یک شیشه سرامیک است که به وسیله ی کورنینگ (corning) و برای جایگزینی دندان ها توسعه یافت. در این روش دندان بوسیله ی شیشه ریخته گری می شود که در این فرآیند از یک قالب مومی استفاده می شود. سپس شیشه ی ریخته گری شده با اعمال عملیات حرارتی به سرامیک تبدیل می شود. آلومینا نیز برای تولید دندان استفاده می شود. (اگر چه به دلیل وجود تخلخل دندانهای آلومینایی در هنگام استفاده شدن می شکنند). یکی از راه بهبود این مواد پالایش آلومینا با شیشه های دارای لانتانیوم است. روش ترمیم متفاوت با این نوع امپلنت ها در شکل 3 نشان داده شده است.

منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton