پرس ايزواستاتيک گرم
 

پرس ايزواستاتيک گرم (hot Isostatic Press) که به طور اختصار به آن HIP مي گويند، به صورتي کا ر ميکند که در يک زمان هم حرارت و هم فشار براي پرس کردن استفاده مي شود. در اين فرآيند يک کوره در داخل يک جداره ي با فشار بالا ساخته شده است و اشياء در داخل کوره پرس مي شوند. شکل 1 وسايل يک HIP را نشان مي دهد.

در اين فرآيند دما مي تواند بيشتر از 2000C° باشد و فشار نيز در گسترده ي 30-100MPa است. در فرايند HIP يک گاز براي ايجاد فشار استفاده مي شود. برخلاف CIP که در آن از يک مايع استفاده مي شود. متداوالترين گاز مورد استفاده در HIP، آرگن است البته گازهاي اکسيد کننده و فعال نيز در اين فرآيند استفاده مي شود. توجه داشته باشيد که جداره ي با فشار بالا در داخل کوره قرار ندارد.
دو نوع HIP وجود دارد:
محفظه اي (ENCAPSULATED) : که از يک محفظه ي با قابليت دفورمه شدن استفاده مي کند.
بدون محفظه (Not encapsulated) : دراين روش ابتدا شکل دهي و زنيترينگ انجام مي شود و سپس فرآيند پرس ايزواستاتيک گرم انجام مي شود.
درروش اصلي HIP ، پودر سراميک در داخل يک بخش فلزي انعطاف پذير قرار مي گيرد و اين بخش با قابليت تغيير فرم سپس حرارت داده شده و فشرده مي شود. اين روش سپس براي پودرهاي با اندازه ي ذرات کوچک، اصلاح شد. در اين فرآيند فشرده سازي پودر مانند فرآيندهاي ديگر پرس کردن مانند پرس خشک و يا قالب گيري تزريقي انجام مي شود. قطعه ي فشرده شده ي پخت شده سپس در داخل يک پوشش شيشه اي کپسوله مي شود که اين بخش شيشه اي پس از فرآيند HIP جدا مي شود. (مانند شکل 2)

در نوع دوم فرآيند کپسوله کردن انجام نمي شود. دراين روش ابتدا پودر با يک روش شکل دهي ديگر مانند پرس خشک يا قالب گيري تزريقي شکل دهي مي شود و سپس در دماي نسبتا ً بالا زنيتر مي شود. فرايند زنيترينگ در يک کوره انجام مي شود و هدف از اين زنيترينگ از بين بردن تخلخل هاي سطحي نمونه است. بسته شدن تخلخل هاي سطحي باعث مي شود که در HIP متعاقب، گاز بداخل اين تخلخل ها (قطعه) نفود نکنند. مراحل اين فرآيند که برخي اوقات به آن HIP زنيتر – پلاس (HIP -Sinter –plus)مي گويند. در شکل 3 نشان داده شده است.

امروزه فرايند پرس گرم ايزواستاتيک براي بسياري از اجزاي سراميک ها مانند سرمته هاي بر پايه ي آلومينا و نازل هاي سيليسيم نيتريدي مورد استفاده درصفحاد سولفورزدايي گازي، استفاده مي شود. مزيت هاي فرآيند HIP باعث شده است تا استفاده از آن در فرآيندهاي شکل دهي سراميک هاي ساختاري مانند بيشتر شود.
سراميک هاي غير اکسيدي را مي توان به وسيله ي اين فرآيندبه قطعات با دانسيته ي بالا تبديل کرد . مزيت ديگر بدنه هاي توليدي به اين روش اندازه ي دانه ي کوچک و عدم نياز به اضافه کردن افزودني هاست. دانستيه ي بالا و اندازه ي دانه ي کوچک باعث توليد قطعاتي با دانسيته ي بالا و ريزدانه مي شود. عيب اين روش قيمت بالاي آن است.

روش ريخته گري دوغابي
 

در اين روش دوغاب به داخل يک قالب ريخته مي شود. (معمولا قالب از جنس گچ قالب گيري است). قالب مورد استفاده به روش ريخته گري توليد شده است و به نحوه اي طراحي شده است که قطعه ي سراميکي بوجود آمده از آن داراي شکل واندازه ي مورد نظر است. به دليل اينکه ذرات پودر داخل دوغاب بسيار ريزند و همچنين به خاطرمساحت سطح بالا و وجود بارهاي الکترواستاتيک ، ذرات در داخل دوغاب ته نشين نمي شوند. الکترو شيمي دوغاب واقعاً پيچيده است.
سيليکات سديم به دوغاب افزوده مي شود تا از لخته شدن جلوگيري شود. پس از ريخته شدن دوغاب به داخل قالب گچي، آب دوغاب جذب قالب شده و از سوراخ هاي بسيار ريز آن خارج مي شود و يک لايه ي سراميکي بر روي جداره ي قالب پديد مي آيد. هنگامي که ضخامت اين لايه به حد مطلوب رسيد، دوغاب اضافي از داخل قالب خارج مي شود و اجازه داده مي شود تا لايه ي سراميکي خشک شود.اين مراحل در شکل 4 نشان داده شده است.

اين نوع از ريخته گري دوغابي که متداوالترين روش از آن است ، همچنين ريخته گري به روش آب کشي (Casting drain) ناميده مي شود.
ريخته گري دوغابي روش کم هزينه براي توليد قطعات پيچيده است و در صنعت سفالگري سنتي روش مقبولي درتوليد کوزه، قوري و مجسمه است.اجزاي بزرگي مانند لگن دستشوئي و ساير بدنه هاي بهداشتي نيز بوسيله ي ريخته گري دوغابي توليد مي شوند. علاوه بر توليد بدنه ها ي توخالي از ريخته گري دوغابي براي ساخت قطعات توپر بهره برده مي شود. در ريخته گري توپر دوغاب به طور مداوم به قالب تزريق مي شود. تا سرانجام قطعه ي مورد نظر به طور کامل بوجود آيد.
ريخته گري دوغابي همچنين در ساخت برخي از سراميک هاي ساختاري و فني استفاده مي شود. اين روش روشي استاندارد درتوليد بوته هاي ذوب فلز ساخته شده از آلومينا است و به صورت موفقيت آميز براي ساخت اجزاي سراميکي ساختاري با اشکال پيچيده مانند روتورهاي توربين گازي استفاده مي شود.

اکستروژن
 

فرآيند اکستروژن (extrusion) بدين صورت است که يک قطعه از جسمي با قابليت تغيير فرم از ميان روزنه ي يک قالب عبور مي کند(مانند خروج خمير دندان از تيوپ آن) . از اين فرآيند درتوليد بسياري از اجزاي سراميکي که داراي سطح مقطع يکسان و طول بزرگي هستند. استفاده مي شود. مثلا در ساخت استوانه هاي سراميکي از اين روش استفاده مي شود.(شکل 5)

گل با خواص رئولوژي مناسب براي فرآيند اکستروژن را مي توان با افزودن ميزان مناسب آب به خاک پديد آورد.مواد غير رسي مانند با مايعات چسبناک مانند پلي وينسيل الکل (PVA ) يا متيل سلولز و آب مخلوط مي شوند تا جرمي پلاستيک پديد آورند. جدول 1 ليستي از بدنه هاي توليد شده بوسيله ي اکستروژن آورده شده است.

فرآيند اکسترود کردن پليمرها از دهه ي 1860 تاکنون استفاده مي شود. دراصل اين فرايند ابتدا براي شکل دهي رابر طبيعي استفاده مي شده است. يک پرس اکستروژن شبيه به پرسي که در شکل 6 نشان داده شده است وسيله اي استاندارد براي سفال گران است.

اکستروژن همچنين در توليد حفاظ هاي آلومينايي مورد استفاده در لامپ هاي بخار سديم استفاده مي شود. (اين لامپ ها در وسايل کنترل کننده ي نشر اتوماتيک (derices automotive emission- Control) استفاده مي شود.) پايه هاي کاتاليست بخاطر پديد آوردن مساحت زياد ساخته مي شوند. اين بخش ها مي توانند در هر سانتي متر مربع صدها سلول باز داشته باشند. براي توليد اين اشکال پودر سراميک کوئورديريتي با رزين پلي پوريتان با قابليت سفت شدن هيدروليک مخلوط مي شود. مخلوط حاصله به داخل يک حمام آب اکسترود مي شود. سرعت اکسترود شدن بستگي به زمان گيرش پلي يوريتان دارد.اين سرعت معمولا دو ميلي متر بر ثانيه است. شکل حاصله سپس پخته مي شود وسراميک نهايي پديد مي آيد.

قالب گيري تزريقي
 

قالب گيري تزريقي يکي ديگر از فنوني است که به طور گسترده در شکل دهي پليمرهاي ترموپلاست استفاده مي شود. پليمرهاي ترموپلاست اين خاصيت را دارند که هنگام گرم شدن نرم مي شوند و هنگامي که سرد مي شوند. محکم مي شوند. يک چنين رويه اي مي تواند براي دفعات فراوان تکرار شود. اگر پودر سراميکي با يک پليمر ترموپلاست مخلوط شود، مي توان از آن در شکل دهي اجزاي سراميکي استفاده کرد. هنگامي که فرآيند قالب گيري تزريقي براي مخلوط پودر سراميک و پليمر انجام شود، پليمر به عنوان بايندر در نظر گرفته مي شود. پودر سراميک اضافه شده به بايندر معمولا با تعدادي ماده ي آلي ديگر مخلوط مي شود تا خواص رئولوژي آن بهبود يابد. جدول 23.4 افزودني هايي که براي شکل دهي SiCبوسيله ي قالب گيري تزريقي استفاده مي شوند را نشان داده است. تقريبا 40 درصد حجمي مخلوط را بخش آلي تشکيل مي دهد.
توده ي پلاستيک بوجود آمده از مخلوط پليمر وسراميک ابتدا حرارت داده مي شود تا نرم شود.

سپس با فشار به داخل قالب ( مانند شکل 7) فرستاده مي شود. مخلوط حرارت داده شده سياليت بالايي دارد(اين تفاوت ميان اين نوع قالب گيري با روش اکستروژن است). اجازه داده مي شود تا مخلوط در داخل قالب سرد شود. سرد شدن مخلوط باعث سخت شدن پليمر مي شود. بخاطر آنکه حجم بالايي از مواد آلي در اين مخلوط وجود دارد، شرينکيج اتفاق افتاده در طي زنيترينگ اجزاي توليدي بوسيله ي قالب گيري تزريقي بالاست. به طور نمونه وار اين شرينکيج بين %20-15 است از اين رو کنترل دقيق ابعاد قطعات توليدي مشکل است. به هر حال اشکال پيچيده ي توليدي به اين روش در طي فرايند زنيترينگ به ميزان کمي اعوحاج پيدا مي کنند.
قالب گيري تزريقي براي توليد اجزاي سراميکي با شکل پيچيده استفاده مي شود. علت آن اين است که زمان سيکل توليد در اين روش کم است و از اين رو اين فرآيند مي تواند حجم زيادي توليد داشته باشد. محدوديت اصلي اين روش اين است که قيمت ابزار آلات اوليه ي اين فرايند بسيار بالاست.مثلاً قالب مورد استفاده در ساخت پره هاي توربين بيش از 10000 دلار قيمت دارد. همچنين قالب مورد استفاده در ساخت روتور توربين ممکن است 100000 دلار قيمت داشته باشد .البته اين قالب ها به خاطر عدم مواجهه با دماي بالا، طول عمر بالايي دارند.
منبع انگليسي مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton