مقدمه
 

در اين مقاله در مورد سفال گري صحبت مي کنيم. بسياري از تکنيک هايي که امروزه براي شکل دهي سراميک هاي پيشرفته استفاده مي شود. بوسيله ي سفال گران ابداع و استفاده مي شده است. اما امروزه اينگونه فرآيندها اصلاح شده است و براي شکل دهي مواد درکاربردهاي با فناوري بالا و سراميک هاي جديد استفاده مي شود.
ما تنها مي توانيم پودر خشک را شکل دهي کرده وآن را زنيتر کنيم. اما اين مسئله مرسوم است که مقداري مايع به پودر اضافه مي شود. و سپس فرآيند شکل دهي و پخت اتفاق مي افتد. (دقيقا همانند استفاده کردن از آب در سفال گري). تغيير فرم هاي اتفاق افتاده در فرآيندشکل دهي باعث مي شود تا مخلوط با استحکام پايين چسبنده شود و به بدنه اي محکم ومنسجم تبديل شود.اين بدنه را مي توان به هندسه ي دلخواه در آورد. انتخاب عمليات شکل دهي براي يک محصول خاص به ابعاد و ثبات ابعادي محصول، ويژگي هاي زيرساختاري ، ميزان قابليت تکثير شدن نمونه بوسيله ي آن، مسائل اقتصادي و نوع شکل بستگي دارد.

لغات
 

در صنعت شکل دهي سراميک ها لغات خاصي وجود دارد. زيرا اين صنعت يک هنر قديمي است. سابقاً پودرهاي اصلي در خلوص و اندازه ي ذرات مناسب تهيه مي شد و بوسيله ي آنها مي شد اشکال مد نظر را تهيه کرد. بسياري از روش هاي شکل دهي براي محصولات سراميکي مناسب هستند. اين روش ها را مي توان به سه گروه عمده طبقه بندي کرد:
1) فشرده سازي پودر: پرس خشک، پرس گرم، پرس ايزواستاتيک سرد و...
2) ريخته گري : بوسيله ي قالب و دوغاب سراميکي
3) شکل دهي پلاستيک: اکستروژن ، قالب گيري تزريقي و... در اين فرآيند از فشار براي شکل دهي بدنه ي خام سراميکي استفاده مي شود.

فشرده سازي پودر:
 

در اين روش با فشردن پودر ماده ي سراميکي ، قطعه تشکيل مي شود. پودر ممکن است بوسيله ي فرآيند فشرده سازي خشک (بدون افزودن بايندر) ويا بوسيله ي افزودن مقدار اندکي از يک بايندر به قطعه تبديل شود. فشار اعمالي نيز مي تواند غير محوري يا ايزواستاتيک باشد.انتخاب روش فشرده سازي (پرس کردن ) به شکل محصول نهايي بستگي دارد. ما مي توانيم اشکال ساده را بوسيله ي اعمال فشار غير محوري و قعطات پيچيده را بوسيله ي اعمال فشار ايزواستاتيک توليد کنيم.

سراميک هاي ريخته گري شده
 

اين نوع از سراميک ها معمولا در دماي اتاق و بوسيله ي تهيه ي يک دو غاب حاوي ذرات پودر تهيه مي شوند. لازم به ذکر است که اين فرآيند شباهتي به فرآيند ريخته گري فلزي ندارد. دو غاب تهيه شده به داخل قالب ريخته شده و مايع آن بوسيله ي جداره ي قالب (ديفوزيون از جداره) خارج مي شود. خروج مايع از قالب سبب پديد آمدن جسمي با استحکام مناسب در داخل قالب مي شود. به اين روش ريخته گري روش ريخته گري لغزشي (Slip Casting) مي گويند. از اين روش براي شکل دهي بسياري از محصولات سراميکي سنتي (مانند ظروف تزئيني) استفاده مي شود. در سال هاي اخير از اين روش براي شکل دهي محصولات سراميکي پيشرفته (مانند پرده ها ي توربين و روتور توربين گازي) استفاده مي شود. براي توليد فيلم هاي ضخيم و صفحات از روش ريخته گري نواري (tape Casting) استفاده مي شود.

شکل دهي پلاستيک
 

اين روش بدين صورت است که به پودر سراميکي به ميزان مشخصي آب اضافه مي شود . تا پودر خاصيت پلاستيک پيدا کند و بتوان آن را تحت فشار شکل دهي کرد. اين روش ابتدائاً براي شکل دهي خاک رس استفاده مي شده است که پس از آن با انجام اعمال اصلاحي بر روي آن براي شکل دهي مواد پليمري نيز استفاده مي شود. مايع مورد استفاده در سراميک هاي سنتي بر پايه ي رس، آب است. براي سيستم هاي سراميکي که بر پايه ي رس نيستند. مواد آلي نيز ممکن است به جاي آب استفاده شوند. بايندرهاي آلي معمولا از ترکيبات چند گانه ساخته شده اند تا بتوانند وسکوزيته ي مناسب را به سيستم سراميکي بدهند و همچنين خصوصيات بعد از پخت خوبي داشته باشند.

جدول 1 روشهاي اصلي موجود در سه گروه شکل دهي را نشان مي دهد. که در هر مورد اشکالي را که مي توانيم با اين روش ها توليد کنيم نيز آورده شده است.
در ادامه برخي از واژه هاي مربوط به صنعت شکل دهي را بيان مي کنيم.

بايندر (binder)
 

بايندر ترکيبي است که استفاده مي شود تا پودر در کنار هم نگه داشته شود و بتوان پودر را شکل دهي کرد.

دوغاب (Slurry)
 

دوغاب سوسپانسيوني از ذرات سراميکي دريک مايع است.

نرم کننده (plasticizer)
 

نوعي بايندر است که باعث مي شود دوغاب نرم يا انعطاف پذير شود. اين افزودني خواص رئولوژيکي دوغاب را بهبود مي دهد.

نمونه ي خام (green)
 

قطعه اي سراميکي است که هنوز پخت نشده است.

دوغاب لعاب (Slip)
 

مخلوطي سوسپانسيوني است که به صورت پوشش بر روي بدنه ي خام قرار مي گيرد و پس از پخت بر روي بدنه تشکيل لعاب را مي دهد.
برخي از روش هاي شکل دهي که در اين مقاله به آنها مي پردازيم، بدنه هايي سراميکي توليد مي کنند که فشردگي آنها تنها براي فرآيند ماشين کاري مناسب است (ميزان استحکام آنها به حدي است که تنها بتوان آنها را ماشين کاري کرد.) به هر حال اين بدنه ها کاملا متراکم نيستند و پيوند بين دانه ها در آنها ضعيف است.اين حالت را خام بودن (green) مي گويند.در واقع در اين حالت، حالتي ميان بدنه ي زنيتر شده ي با دانسيته ي بالا و پودر نرم است. روش هاي ديگري در شکل دهي سراميک ها وجود دارد که در آنها با اعمال دماي بالا در حين شکل دهي بدنه هاي زنيتر شده با دانستيه ي بالا توليد مي شود.

بايندر و نرم کننده ها
 

در اغلب موارد نياز است تا به پودر سراميکي مقداري بايندر اضافه کنيم. بايندر دو وظيفه دارد. در برخي روش هاي شکل دهي مانند اکستروژن، بايندر پلاستيسيته ي مورد نياز براي شکل دهي را فراهم مي کند. بايندر همچنين باعث مي شد تا قطعه ي خام توليدي پس از خشک شدن استحکام کافي را داشته باشد و در طي فرآيند ساخت و پخت دفورمه نشود. يکي از ويژگي هاي مهمي که بايندرها بايد داشته باشند اين است که بتوان بايندر را در طي فرايند پخت از بين برد و آن را از ميان بدنه ي متراکم خارج کنيم، بدون آنکه بدنه معيوب شود. در اغلب موارد مواد پليمري بايندرهاي ايده آلي هستند.
در سفال گري اغلباً از آب به عنوان بايندر استفاده مي شود. در اين صنعت آب به ميزان کافي به خاک افزوده مي شود. تا گل حاصله پلاستيسيته ي مورد نياز براي شکل دهي را بدست آورد. در واقع ميزان آب در حدي است که نمونه در طي پخت ثبات خود را حفظ کند. براي بهبود خواص رئولوژيکي در اغلب موارد از نرم کننده استفاده مي شود. در اصل افزودن نرم کننده به سوسپانسيون ها به صنعت سراميک منحصر نيست و از آن در بسياري از فرآيندهاي پودري استفاده مي شود. برخي اوقاف تفاوت ميان نرم کننده و بايندر زياد واضح نيست. بايندرها همچنين در فرآيندهاي شکل دهي فلزات بوسيله ي پودر فلز نيز کاربرد دارند.

دوغاب
 

واژه ي دوغاب لعاب ( Slip) از لغتي انگليسي آمده است که به معناي کرم (cream) است کرم سوسپانسيوني از ذرات شير داخل مايع (آب) است که در فرآيند توليد پنير بوجود مي آيد.
عموماً دوغاب لعاب شامل ذرات سراميکي کوچک (زير 10 ميکرون ) است که در داخل يک محيط مايع معلق هستند. در سفال گري اين مايع معمولا آب است. سوسپانسيون بوجود آمده مي تواند حتي بيش از 60% حجمي ماده ي خشک داشته باشد. دي فلوکولانت ها (deflocculents) به دو غاب لعاب اضافه مي شود تا محيط الکترويکي هر ذره را بهبود دهد. اين مسئله موجب مي شود ذرات همديگر را دفع کنند.

دي فلوکولانت
 

دي فلوکولاسيون فرآيندي است که بوسيله ي آن توده هاي به هم چسبيده ي ذرات سراميکي موجود در مايع متلاشي شده و به ذرات تبديل مي شوند. از اين رو در فلوکولانت يک افزودني است که اين فرآيند را انجام مي دهد. به عبارت ديگر دي فلوکولاسيون مخالف دلمه شدن (coagulation) است.

کلوئيد
 

کلوئيد عموما به عنوان هر ماده اي تعريف مي شود که داراي ذرات مادي است که از محلول هاي معمولي بزرگ تر اما بسيار ريزتر از آن هستند که بدون بزرگنمايي نوري قابل ديدن باشند.
(تقريبا 10-1nm ميکرون) . کلوئيدها مي توانند به روش هاي مختلف به يکديگر پيوند دهند . سيستم هاي کلوئيدي مي توانند چندين شکل داشته باشند. فرضي که ما با آن روبرو هستيم بدين صورت است که يک ماده در ديگري پراکنده شده است. حرکت براووني يکي از پديده هايي است که در اين مخلوط ها بوجود مي آيد. دوغاب يک کلوئيد است. ما مي توانيم خواص دوغاب را بوسيله ي افزودن فلوکولانت و يا دي فلوکولانت تغيير دهيم.

دوغاب
 

ذرات رس در مايع به صورت سوسپانسيون در مي آيند.( اين مايع در مورد سفال ، آب است) . همين طور که مقدار آب دوغاب کاهش مي يابد، ميزان صلبيت آن افزايش مي يابد. لعاب هاي مورد استفاده در سفال گري داراي عملکردي شبيه به رس در مايع هستند (البته ميزان آب لعاب بيشتر است). گل کوزه گري از يک دوغاب اوليه توليد مي شود. اين دوغاب از رس هاي طبيعي توليد شده است. دوغاب به طور مکرر فيلتر مي شود تا ماده اي هموژن و با قابليت ثبات بالا پديد آيد. سپس قطعاتي از گل بوسيله ي تبخير رطوبت از کلوئيد بوجود مي آيد. محصول پاياني به مرحله ي اکستروژن مي رود و سپس در بسته بندي هاي خاص قرار مي گيرد تا رطوبت باقي مانده در آن از بين نرود.
منبع انگليسي مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton
ادامه دارد...