پرس خشک
 

پرس خشک (Dry Pressing) فرآيندي است مناسب براي شکل دهي اشکال ساده ي جامد و داراي سه مرحله است:

پرکردن قالب
 

فشرده سازي مواد
خارج کردن قطعه ي پرس شده
درشکل 1 دياگرامي شماتيک از فرآيند پرس خشک دو طرف (double-action dry- Pressing Process) نشان داده شده است. در پرس خشک دو طرفه بخش بالا و پاييني قالب متحرک هستند و عمل فشرده سازي را انجام مي دهند. هنگامي که بخش پاييني قالب در حالت پايه قرار دارد ، فضايي بوجود مي آيد که اين فضا بوسيله ي پودر پر مي شود. در فرآيند پرس خشک مخلوط پودر مي تواند بين 5-0 درصد وزني از يک بايندر داشته باشد.

(در واقع واژه ي خشک بدين معنا نيست که درصد بايندر صفراست). وقتي قالب با شيوه ي هنرمندانه اي بوسيله ي پودر پر مي شود، بخش بالايي قالب پايين مي آيد و پودر را فشرده مي کند. (ميزان فشرده سازي معين است). در طي فرايند فشرده سازي ذرات پودر بايد به صورت مناسب جريان پيدا کنند تا قالب به طور مناسب پر شود. در فرآيند پرس خشک توزيع ذرات بين 200-20 ميکرون ترجيح داده مي شود. وجود درصد بالايي از ذرات ريز باعث پديد آمدن مشکلاتي در جريان يافتن ذرات مي شود. و همچنين باعث مي شود ذرات پودر به قالب ها بچسبند. فشار مورد استفاده در فرآيند پرس خشک ممکن است تا 300 مگاپاسگال نيز برسد. فشار اعمال شده در اين فرآيند به نوع ماده و نوع پرس بستگي دارد و معمولا براي ماکزيمم کردن دانسيته ي جسم پرس شده از فشارهاي بالا استفاده مي شود. پس از مرحله ي فشرده سازي پودر بخش هاي بالا و پاييني قالب به سمت بالا حرکت مي کنند تا اينکه بخش پاييني قالب با سطح بالايي کاست قالب هم ارتفاع شود. سپس بخش بالايي قالب به طور کامل از سطح جدا مي شود و از روي کاست قالب جدا مي شود. توده ي پرس شده سپس از قالب جدا مي شو د و بخش پاييني قالب به سمت پايين حرکت مي کند و براي فرايند پرس بعدي آماده مي شود. فرآيند پرس خشک بسيار ساده است و سرمايه ي مورد نياز براي ادوات آن نيز پايين است. از اين رو از اين فرآيند به طور فراوان در شکل دهي سراميک ها استفاده مي شود. سرعت توليد در اين به اندازه و شکل قطعات و نوع پرس مورد استفاده بستگي دارد. سرعت توليد براي قطعات پهن مانند ديرگدازها و يا اجزاي پيچيده مانند چرخ هاي ساينده 15-1 قطعه در دقيقه است. در مورد قطعات ساده تر يا کوچکتر مانند سيل رينگ ها (sealrings) و نازل ها ، سرعت توليد مي تواند بيش از چند صد قطعه بر دقيقه باشد. قطعات مسطح کوچک مانند عايق ها ، کريرهاي تراشه اي (chip Carriers) يا وسايل برش، سرعت توليد مي تواند چند هزار قطعه بر دقيقه باشد.

پرس گرم
 

فرايند پرس مي تواند در دماي بالا انجام شود. اين فرآيند پرس گرم (hot Pressing) ناميده مي شود. قالب مورد استفاده در اين فرآيند بسيار شبيه به قالبي است که براي فرآيند پرس خشک استفاده مي شود تفاوت اصلي اين نوع قالب در اين است که قالب مورد استفاده در فرآيند پرس گرم در داخل يک کوره با دماي بالا قرار دارد. (شکل 2) در طي فرآيند پرس گرم ، پودر سراميک ممکن است در طي فرايند پرس زنيتر هم شود و اين زنيتر شدن سبب تشکيل يک جزء با دانسيته ي بالا مي شود.

در ادامه به بيان برخي از مزيت هاي اين فرآيند مي پردازيم:
1)نياز نيست پودر مورد استفاده در اين فرآيند از نوع خيلي مرغوب باشد.
2)تخلخل هاي بزرگي که بوسيله مخلوط شدن نامناسب پديد مي آيند به آساني از بين مي روند.
3)ما مي توانيم بدنه اي با دانسيته ي مناسب را در دماي پايين تر از دماي زنيترينگ متداول پديد آوريم. ( در واقع اين دما تقريباً نصف دماي ذوب مواد است)
4)در طي فرآيند افزايش دانسيته بوسيله ي پرس گرم، رشد افراطي دانه ها ياري کريستاليزاسيون ثانويه رخ نمي دهد.
5)بوسيله ي فرايند پرس گرم مي توان مواد با پيوندهاي کوالانس مانند را شکل دهي کرد.
عيب اصلي فرايند پرس گرم اين است که قالب هاي مورد استفاده در اين فرآيند گران بها هستند و دوام زيادي ندارند زيرا فرآيند پرس گرم در دماي بالا انجام مي شود.
فلزات به ندرت در دماهاي بالاتر از 1000C° به عنوان قالب استفاده مي شوند.علت اين امر اين است که در دماي بالاتر از 1000C° اکثر آنها نرم شده و موجب اعوجاج قالب مي شوند. آلياژهاي ويژه که بيشتر آنها بر پايه ي موليبدن (Mo) هستند، مي توانند در دماي بالاتر از 1000C° و فشار 80MPa استفاده شوند. سراميک هايي مانند رامي توان به عنوان ماده ي مورد استفاده درساخت قالب استفاده کرد و از آنها در دماهاي بالاتر از 1400C° و فشار حدود 80MPa استفاده کرد.گرافيت يکي از پر استفاده ترين مواد در ساخت قالب هاست که مي توان از قالب هاي ساخته شده از آن در دماهاي بالاتر از 2200C° و فشارهاي بين 10MPa استفاده کرد. مشکلي که وجود دارد اين است که استفاده از قالب هاي گرافيتي نيازمند بوجود آوردن محيط احيايي درطي فرايند پرس کردن است.
به هر حال گرافيت داراي خواص بسياري است که باعث مي شود اين ماده براي ساخت قالب مناسب باشد:
گرافيت به آساني ماشين کاري مي شود. (البته گرد وغبار آن اگر تنفس شود سمي است مانندگرد و غبار ذغال سنگ)
گرافيت ارزان قيمت است
استحکام آن با افزايش دما افزايش مي يابد.
داراي مقاومت به خزش خوبي است
داراي رسانايي گرمايي استثنائي است
ضريب انبساط گرمايي آن نسبتا ً پايين است.
فرايند پرس گرم مانند پرس خشک به ساخت اشکال ساده مانند صفحات پهن، آجرها ، استوانه ها محدود مي شود. ساخت قطعات پيچيده و يا اشکال بزرگ با روش پرس گرم مشکل است و در اغلب موارد امکان ساخت وجود ندارد. پرس گرم به طور گسترده در آزمايشگاههاي تحقيقاتي (براي ساخت اجزاي سراميکي با خلوص و دانسيته ي بالا) استفاده مي شود. اگر چه از پرس هاي گرم به طور گسترده در دانشگاه ها و مراکز تحقيقاتي دولتي استفاده مي شود. اما به دليل قيمت بالاي فرايند و ميزان توليد پايين ، اين تکنيک داراي محدوديت است.
در واقع براي توليد هر قطعه اي فرآيند شکل دهي جايگزين پرس گرم وجود دارد که هزينه ي توليد آن پايين تر است. به هر حال در بازار برخي از قطعات سراميکي وجود دارد که به روش پرس گرم توليد شده اند. در اين قطعات نياز است تا اندازه ي دانه ها کوچک باشد، دانسيته بالا باشد (تخلخل کم باشد) و يا ميزان خلوص پايين است. مثال هايي از اين محصولات در جدول 2 آورده شده است.

فرآيند پرس ايزواستاتيک با استفاده از اعمال فشار هيدرواستاتيک به پودر بوسيله ي يک ظرف انعطاف پذير انجام مي شود. مزيت اعمال فشار در همه ي جهات اين است که فشرده گي پودر در جاهاي مختلف يکسان است و مي توان بوسيله ي اين فرآيند اشکال پيچيده را توليد کرد.فرآيند پرس ايزواستاتيک مي تواند با اعمال گرما يا بدون اعمال گرما انجام شود.

پرس ايزواستاتيک سرد
 

درکاربردهاي متنوعي از پرس ايزواستاتيک سرد (Cold Isostatic Press ) استفاده مي شود. که به طور محفف به آن CIP مي گويند. دراينجا ما تنها به بيان مسائل اساسي درمورد اين نوع فرآيند شکل دهي مي پردازيم شکل 3 فرآيند پرس ايزواستاتيک سرد است که به اصطلاح به آن CIP ، وت – بگ (Wet – bag – CIP) مي گويند.

در اين فرآيند پودر به داخل يک کيسه ي رابري قرار داده مي شود و دهانه ي کيسه بوسيله ي يک درپوش فلزي بسته مي شود. کيسه ي دهانه بسته در داخل يک اتاقک با دماي بالا قرار مي گيرد. که اين اتاقک با مايع (معمولا يک مخلوط روغن و آب با قابليت انحلال درهم) پر شده است. در اين اتاقک به صورت هيدرواستاتيک بر پودر فشار وارد مي شود. فشار اعمالي مي تواند از 20MPa تا يک گيلاپاسکال متغير باشد که فشار اعمالي بستگي به کاربرد و نوع پرس دارد. در واحدهاي توليدي معمولا از فشارهاي بيش از 400 استفاده مي شود. هنگامي که فرآيند پرس کردن اتمام يابد، فشار اعمالي به آهستگي برداشته مي شود و اجزاي پرس کنار مي روند. سپس جزء پرس شده از قالب جدا مي شود.
مزاياي فرآيند وت – بگ عبارتند است از:
گستره ي وسيع اشکال و اندازه هايي که مي توان بوسيله ي آن توليد کرد.
دانسيته ي يکنواخت محصول پرس شده
قيمت پايين ادوات مورد نياز در اين روش
معايب اين روش عبارتست از :
شکل دهي وکنترل ابعاد ضعيف است (مخصوصا براي اشياء پيچيده)
محصول توليدي در اغلب موارد نيازمند ماشين کاري پيش از پخت است.
زمان سيکل توليد طولاني است (به طور نمونه اين زمان بين 60-5دقيقه است). از اين روسرعت توليد قطعه با اين روش پايين است.
يک پرس ايزواستاتيک وت –بگ که براي توليد نمونه هاي آزمايشگاهي و اجزاي با حجم کوچک استفاده مي شود ، ممکن است داراي قطر داخلي 150 ميلي متر وعمق 460mm باشد.پرس هاي وت – بگ بزرک ممکن است داراي قطر حفره اي بزرگتر از 1.8 متر و طولي بزرگتر از 3.7 متر باشند.
دياگرام شماتيک يک قالب براي فرايند دراي – بگ (dry-bag CIP) در شکل 4 نشان داده شده است.

تمايز اصلي ميان دراي – بگ CIP با روش قبلي در اين است که قالب رابري در فرآيند دراي – بگ بخش داخلي پرس محسوب مي شود و مايع با فشار بالا از ميان اتاقک به قالب اعمال فشار مي کند. پس از فرآيند پرس، قطعه پرس شده بدون بهم خوردن قالب جدا مي شود. از اين رو پرس دراي – بگ مي تواند به سهولت به صورت اتوماتيک کار کند. واحدهاي تمام خودکار از اين نوع پرس ها وجود دارند و در طي 20 سال گذشته محصولات سراميکي را با حجم بالا توليد مي کنند. سرعت توليد در اين سيستم ها بيشتر از 1 دقيقه بر ثانيه است و به صورت تجاري درآمده اند. در سال هاي متمادي است که از CIP داراي بگ براي پرس کردن بخش عايق شمع اتومبيل استفاده مي شود. مراحل اين فرآيند در شکل 5 نشان داده شده است.

منبع انگليسي مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton
ادامه دارد...