علم سرامیک

خلاصه:

بهينه‌سازي يك فاكتور كليدي است كه تكنسين‌ها و محققين نمي‌توانند از آن به آساني صرف‌نظر كنند زيرا اين فاكتور بر روي كيفيت و توجيه داشتن اقتصادي فرآيند تاثيرگذار است. هنگامي كه متغيرهاي زيادي در يك فرآيند نقش داشته باشند، جهت كنترل فرآيند روش‌هاي DOE يا Design of Experiment (طراحي آزمايش‌ها) و ANN يا Artificial Neural Network (شبكه هوش مصنوعي) براي كنترل فاكتورهايي كه به نظر مي‌رسد از كنترل خارج شده‌اند بكار مي‌آيد. براي ايجاد يك مدل بهينه‌سازي، اطلاعاتي عددي از فرآيند و يا محصول مورد نياز است. اطلاعات و دانش عملي، فضا را براي صورت‌هاي ذهني كاهش مي‌دهد. بهينه‌سازي سيستماتيك در زمينه‌هاي مختلفي مي‌تواند مورد استفاده قرار گيرد. اين مقاله به طور ويژه به رفتار رئولوژيكي سوسپانسيون‌هاي سراميكي و نقش توزيع اندازه دانه در اين ميان مي‌پردازد.

--------------------------------------------------------------------------------------------

كلمات كليدي: بهينه‌سازي، رفتار رئولوژيكي، سوسپانسيون‌هاي سراميكي، توزيع اندازه دانه، شبكه هوش مصنوعي، طراحي آزمايش‌ها

--------------------------------------------------------------------------------------------

مقدمه:

واژه "بهينه‌سازي" به چه معناست؟ اگر به دايره‌المعارف نگاهي بيندازيم به اين تعاريف درخصوص بهينه‌سازي برخواهيم خورد: نقش، فرآيند، روش و يا متدولوژي‌اي كه با استفاده از آن چيزي اعم از طراحي، سيستم و ... را تا حد امكان بدون عيب، كاربردي و موثر سازد. به‌طور ويژه به رويه‌اي وابسته به رياضيات اطلاق مي‌گردد كه براي يافتن بيشترين تابع به‌كار مي‌رود. هم‌چنين تعاريف ديگري چون نقش و يا فرآيندي كه براي بهبود بخشيدن به وضعيت چيزي به‌كار مي‌رود. (ديكشنري آكسفورد)

به دليل تاثير فرآيند بهينه‌سازي بر بهبود كيفي نهايي محصولات و كاهش هزينه‌هاي توليد اين فرآيند نقش به‌سزايي در توليد دارد. ريشه فرآيند بهينه‌سازي در دانشي است كه ما نسبت به فرآيند توليد و مواد اوليه داريم. بدون فرآيند بهينه‌سازي رسيدن به كيفيت بالا در محصولات، كاري بسيار سخت است و نتيجه كار رضايت‌بخش نخواهد بود.

محققين و تكنسين‌ها اغلب تمايل دارند كه بدانند چه متغيري بر روي سيستم تاثير زيادي دارد و اطلاعات كيفي معمولاً براي رسيدن به كيفيت مطلوب كافي نيست. براي اين‌كه به شرايط مطلوب‌تري در فرآيند توليد دست يافت بايد اطلاعات كمي نيز در كنار اطلاعات كيفي مورد بررسي قرار گيرد. اگر متغيرهاي فرآيند به‌طور كامل تعريف شده و تاثيرات آن‌ها در فرآيند مشخص شوند قطعاً كار بيهوده‌اي صورت نپذيرفته است. در بسياري از موارد بايد اثر متقابل فرآيندها مورد بررسي قرار گيرد و اين اثر در بيشتر مواقع تاثير نهايي بيشتري در مقايسه با مجموع تاثيرات تك‌تك پارامترها دارد.

خوشبختانه ابزاري براي حل مشكلات و سختي‌هاي اين كار وجود دارد. روش‌هاي اصلاح شده آناليز داده‌ها با ايجاد مدل‌هاي رياضي براي فرآيند بهينه‌سازي مي‌تواند مورد مصرف قرار گيرد. هم‌چنين در اين راستا مي‌توان از نرم‌افزارهاي مختلفي كه در بازار وجود دارد براي ايجاد يك مدل رياضي صنعتي كمك گرفت. براي آموزش اين نرم‌افزارها معمولاً نياز به مهارت خاصي نيست كه با سه الي چهار روز آموزش امكان كار وجود خواهد داشت. در اين مقاله به طور ويژه به استفاده از اين روش براي بهينه‌سازي سوسپانسيون‌هاي سراميكي و دانه‌بندي مواد، بدون درنظر گرفتن ساير مراحل توليدي پرداخته شده است.

براي شروع مدل بهينه‌سازي نياز به اطلاعات عددي از فرآيند  يا توليد وجود دارد. اطلاعات و دانش عيني، در حقيقت براي به حداقل رساندن فاصله براي جنبه‌هاي ذهني است. اين كار باعث مي‌شود كه نتايج مطمئن‌تر و صحيح‌تر شده و محققين بتوانند به نتايج قابل قبول‌تري دست بيابند.

رئولوژي علمي است كه در آن از رفتار ماده هنگامي كه تحت تاثير نيروي خارجي قرار مي‌گيرد بحث مي‌نمايد. با دانستن رفتار رئولوژيك يك سوسپانسيون مي‌توانيم فرآيند سايش را بهينه نموده و مشكلات سيلوهاي ذخيره‌سازي دوغاب و اسپري‌دراير را كاهش دهيم. روش‌هاي متفاوتي براي اندازه‌گيري رفتار رئولوژيك مواد وجود دارد. روش مطلق كه در آن متغيرهاي اصلي رئولوژي ماده اندازه‌گيري مي‌‌شود كه روشي ساده‌تر بوده ولي دقت بالايي ندارد. مي‌توان از نتايج بدست آمده مواردي را كه براي مدل‌سازي و بهينه‌سازي نياز است استخراج نمود.

فاكتور توزيع اندازه دانه يك فاكتور اصلي براي كنترل رفتار رئولوژيك ماده است. تعريف توزيع اندازه دانه يك مفهوم تجربي است و به عنوان مثال فقط در حالتي كه دانه‌ها كاملاً شكل كروي داشته باشند مي‌توان درخصوص اندازه دانه صحبت نمود. ذراتي كه شكل ظاهري‌شان كمي از شكل طبيعي انحراف دارد، اندازه‌هاي بسيار متفاوتي دارند و بايد درنظر داشت كه كار با دانه‌هاي با شكل‌هاي غيرمتعارف پيچيده‌تر است. علاوه بر اين نتايج  آناليز اندازه دانه بستگي به خواص فيزيكي پايه ماده نيز دارد. به عبارت ديگر استفاده از روش‌هاي اندازه‌گيري متفاوت همانند الك كردن، تعيين توزيع اندازه با استفاده از اشعه x و آناليز تصويري نتايج متفاوتي را ارايه مي‌نمايد. بهتر است از مقايسه آناليز با استفاده از روش‌هاي متقفاوت اجتناب نمود. در شكل 1 نمونه‌اي از توزيع اندازه دانه تهيه شده از روش آناليز برگشت نور نشان داده شده است.

در عمل توزيع اندازه دانه تاثير مستقيم بر رئولوژي سوسپانسيون دارد ولي اين فقط بر روي ويسكوزيته نيست. اگر تعداد دانه‌هاي مشابه و با اندازه يكسان افزايش داشته باشد، موجب مي‌‌شود كه ويسكوزيته دوغاب بيشتر شود زيرا در اين حالت تعداد ذرات كوچك‌تر كه فضاي خالي بين دانه‌ها را پر مي‌كند كاهش يافته و در نتيجه فضاي بين ذرات افزايش مي‌يابد و مايع بيشتري در بين حفره‌ها گير كرده و نقش لغزانندگي مايع كاهش مي‌يابد.

مطلب كامل اين مقاله در شماره 10 نشريه سراميك و ساختمان به چاپ رسيده است