علم سرامیک

بررسي سيلان پذيري پودرها

منبع: کتاب

Raw material preparation and forming of Ceramic tiles, p. 257-260

S.A.L.A. srl, via Carlo Zucchi 21 A/B, 41100 Modena – Italia

از انتشارات انجمن توليدکنندگان ماشين آلات سراميک ايتاليا ACIMAC

ترجمه: ابوالفضل گروئي

ab_gerveei@yahoo.com

© هرگونه باز نشر اين ترجمه در مجله ها، وبسايتها و ديگر وسايل انتشار اطلاعات تنها با ذکر نام مترجم و نشاني کامل منبع مجاز است.

روشهاي مختلفي ميتواند براي بررسي سيلان پذيري استفاده شود که براي شکل دهي به روش خشک بسيار اهميت دارد اما متأسفانه هيچ کدام از آنها قادر به فراهم آوردن اندازه گيري تکرار پذير نيستند؛ يعني مشخصه اي که بتوان در تمام کاربردها از آن بهره گرفت.

بايد خاطر نشان شود که سيلان پذيري اثر زيادي بر گسترة وسيعي از جنبه هاي مختلف دارد؛ مانند پُر شدن حفرة قالب و پر شدن و تخلية سيلوها. همة اين رويدادها در شرايط بسيار متفاوت روي ميدهند و تنها با يک تقريب اوليه توسط يک اصل يگانه تعيين ميشوند. علاوه بر اين، عوامل زير بر سيلان پذيري تأثير زيادي دارند:

- شکل ذره هاي منفرد (شکلهاي کُروي آسانتر از شکلهاي نامنظم جريان مي يابند)،

- اندازة ذره (ذره هاي بزرگ آسانتر جريان مي يابند)،

- تُـردي (شکستگي ذرات، ذره هاي ريزتري را با شکلِ نامناسب تر به وجود مي آورد)،

- مقدار رطوبت (رطوبت بالاتر پودر سيلان پذيري کمتري به دنبال دارد)،

- ضريب اصطکاک در مقابل ديواره هاي ظرف،

- طبيعت ماده (اثرهاي مختلف جاذبه و دافعه ميتواند رخ دهد).

تمام اين جنبه ها، عناصر تغييرپذيري را در نتايج به دست آمده از يک روية اندازه گيري داخل ميکنند.

بنابراين، به غير از روشهاي مختلف آزمون، تنها آنهائي را مورد توجه قرار خواهيم داد که براي کاربردهاي صنعتي مفيدترين يا مهمترين هستند. توجه کنيد که در فرآيندهاي صنعتي که تا حد معيني کنترل شده هستند، تعيين مقدار عددي کميتها نه تنها براي چک کردن ضرورت ندارد که با گذشت زمان نيز خيلي تغيير نميکنند.

به همين دليل در توليد ممکن است از روشهائي استفاده شود که شايد از ديدگاه علمي پرسش برانگيز باشد اما براي بررسي کيفيت کالاي نيمه تمام که احتمالاً در گسترة رواداري قرار دارد، بسيار مفيد هستند.

الف) زاوية سکون

اين روش به صورت تصويري در شکل يک نشان داده شده است. اجازه داده ميشود تا پودر روي يک سطح افقي بريزد تا يک تودة مخروطي شکل را به وجود آورد. اندازه گيري زاوية α شيب سطح خارجي مخروط نسبت به سطح افقي به عنوان نشانة سيلان پذيري در نظر گرفته ميشود. هر چه پودر سيلان پذيري بيشتري داشته باشد، آسان تر خواهد بود تا به سمت پاية توده بغلطد؛ بنابراين سطح خارجي شيبدار با زاوية کوچکتر نسبت به سطح افقي به وجود مي آورد.

شکل يک – شماي آزمون اندازه گيري زاوية سکون با ريزش پودر روي يک سطح افقي.

مزيت اين روش، ساده بودن آن است. نياز به وسيلة خاصي ندارد و تنها به يک سطح و يک ظرف نياز است که اين ظرف ميتواند قيف يا محفظة ديگري با يک سوراخ باشد که اجازه دهد تا پودر به بيرون بريزد. وسيلة اندازه گيري مورد نياز يک زاويه سنج (نـقّـاله) است؛ اگر چه اندازه گيري ميتواند با درجة دقت کمتري با استفاده از خط کش مدرج نيز انجام گيرد.

در مقايسه با تعادل يک بدنة صلب روي يک صفحة شيبدار، اصطکاک داخلي با تانژانت زاوية اندازه گيري شده نشان داده ميشود:

f = tgα

وقتي f به مقادير بالا برسد، تغيير کوچکي در α با تغيير بزرگي در f همراه خواهد بود، به طوري که خطاهاي اندازه گيري ممکن است خيلي بالا بروند و اجازه ندهند تا مقادير به قدر کافي معني دار به دست آيند. از آن جا که شرط استفاده از اين روش برقراري تعادل بين نيروهاست، وجود ارتعاشها، ضربه يا ديگر اثرات لختي (اينرسي) ممکن است اعتبار نتايج را به خطر اندازند.

شکل دو – اندازه گيري زاوية سکون با استفاده از يک قيف که در انتها از يک لولة استوانه اي تشکيل شده است.

تکرارپذيري در مرحلة تشکيل مخروط ميتواند با استفاده از يک لولة استوانه اي (شکل دو) به عنوان ظرف افزايش يابد و آن را به آرامي و در سرعتي که تا حد ممکن ثابت بماند، بالا برد تا پودر به طور يکنواخت تخليه شود.

ب) سيلان از ميان حفره اي با قطر کاليبره شده

اين روش مشابه روش فورد است که براي اندازه گيري ويسکوزيته به کار ميرود و از ظرفي با بخش انتهائي مخروطي که رأس آن به سمت پائين است، استفاده ميکند (شکل سه). بخش رأس شامل سوراخي با قطر کاليبره شده است. زمان لازم براي آن که مقدار از پيش تعيين شدة پودر از ميان حفره بگذرد، اندازه گيري ميشود.

شکل سه – اساس اندازه گيري زمان تخليه.

همانند روش پيشين مشکلاتي در مورد پودرهائي با سيلان پذيري پائين ظاهر ميشود؛ به ويژه وقتي پودر به طور کامل خشک نباشد. حتي با مقادير اندک محتواي رطوبت (5-3 درصد) سيلان ممکن است نامنظم باشد و بنابراين، اثرات ديگر (مانند تشکيل آگلومره ها -ذرات به هم چسبيده- در تودة پودر داخل ظرف، بخشي از ماده که به ديواره ها چسبيده است و غيره) بر اندازه گيري تأثيرگذار باشند.

پ) نسبت هاوسنر Hausner

پودر در داخل ظرف استوانه اي قرار داده ميشود (شکل چهار) و حجم آن اندازه گيري ميشود. سپس ظرف در معرض ارتعاشهاي شديد قرار ميگيرد که باعث متراکم شدنِ پودر ميشود. پس از يک تعداد ارتعاش از پيش در نظر گرفته شده، حجم اشغال شده توسط پودر متراکم شده اندازه گيري ميشود و نسبت هاوسنر به صورت نسبت بين دانسيتة نهائي (يا ضربه زده شده) و دانسيتة آغازي (يا ريخته شده) محاسبه ميشود؛ يعني با رابطة زير

HR = δ₂ / δ₁ = V₁ / V₂ = H₁ / H₂

شکل چهار – اساس اندازه گيري نسبت هاوسنر.

توزيع متفاوت ذرات منفرد که خودشان را به نحوي آرايش ميدهند تا فضاهاي خالي بين آنها کاهش يابد، به تراکم پودر منجر ميشود. براي رسيدن به اين توزيع جديد، جنبش نسبي بين ذرات ضرورت دارد که نيروهاي اصطکاکي در داخلِ توده بر آن مؤثرند. بنابراين، نسبت هاوسنر با سيلان پذيري پودر ارتباط دارد؛ به گونه اي که در پودرهاي با سيلان پذيري بالاتر، ذرات آسانتر حرکت کرده و تراکم حاصله بالاتر است.