مترجم : حبيب الله عليخاني
منبع : سايت راسخون
ماشين کاري قطعه ي خام
براي بدست آودرن يک محصول سراميکي با شکل مناسب معمولا نياز است تا بدنه را ماشين کار ي کنيم. اين ماشين کاري را مي توان قبل و يا بعد از اينکه قطعه زنيتر شده انجام دهيم. اگر فرآيند ماشين کاري پيش از اينکه قطعه زنيتر شود انجام شود، اين فرآيند را ماشين کاري قعطه ي خام (Green Machining) گويند مزيت هاي ماشين کاري پيش از زنيترينگ اين است که زمان ماشين کاري به ميزان 1/10 (يک بخش بر 10) و قيمت ماشين کاري 1/20 کمتر است.
علت اين امر اين است که درحالت ماشين کاري خام سايش ابزارهاي ساينده کمتر است. و همچنين براي اين نوع ماشين کاري نياز کمتري به ابزارهاي ساينده ي گران بها است. جدول 1 استفاده از مواد ساينده ي مختلف را در ماشين کاري قطعات سيليسي پيش از نيتريداسيون و تبديل شدن به مقايسه کرده است.

خروج بايندر
در سفال، خروج بايندر با تبخير آب از گل شکل داده شده انجام مي شود. در ادامه ي پخت ساختار ماده ي رسي تغيير کرده و تبديلات فازي رخ مي دهد که اين تبديلات نيز با خروج آب همراه هستند. روش هاش شکل دهي سراميک هاي مهندسي مانند قالب گيري تزريقي، بدنه هاي خامي پديد مي آورد که داراي 50-30 درصد حجمي بايندر هستند.عموماً ما تلاش مي کنيم که اين بايندرها را بدون ايجاد ترک ويا اعوجاج از نمونه خارج کنيم. خروج بايندر يکي از مراحلي از فرايند شکل دهي است که احتمال تشکيل عيوب در اين مرحله زياد است. عيوبي همچون ترک و تاول زدن ها عيوبي هستند که در اين مرحله پديد مي آيند. پديد آمدن اين عيوب سبب کاهش استحکام مکانيکي و ساير خواص بدنه مي شود. مشکل ديگري که وجود دارد اين است که سيستم هاي بايندري مورد استفاده در سراميک ها معمولا داراي چندين جزءهستند که هر جزء نقطه جوش و تجزيه ي متفاوتي دارد. اجزاء با نقطه جوش پايين مانند واکس ها ممکن است به سرعت وبوسيله ي تبخير در دماي پايين از بدنه خارج شوند.
اکسيداسيون و يا تجزيه ي در دماهاي بالا سبب خروج اجزاي با جرم ملکولي بالا مي شود.
براي سراميک هاي اکسيدي ، بايندر مي تواند در طي فرآيند پخت در هوا به گازهايي همچون تبديل شود. عموما خروج بايندر از بدنه مشکلي ايجاد نمي کند. به هر حال ، برخي وضعيت ها وجود دارد که خروج بايندر از بدنه مشکل ساز مي شود، براي مثال استفاده از پلي وينيل بوتيران (Poky (vinyl buty rals) ) با است. که در اين مورد، ته مانده ي کربن مي تواند به ميزان بسيار ناچيز در بدنه باقي بماند. حتي اگر فرايندحرارت دهي در هوا به مدت 24 ساعت و در دماي 700C° انجام شود. عموما سراميک هاي غير اکسيدي را نمي توان در اتمسفر اکسيدي حرارت داد. خروج بايندر در اين نوع از بدنه ها در اتمسفر هاي کاهشي و خنثي انجام مي شود. البته فرآيند خروج بايندر در اتمسفر هاي خنثي وکاهشي با مشکلات بيشتري نسبت به اتمسفر اکسيدي مواجه است. فرآيند تجزيه ي بايندر در اين محيط ها (خنثي يا کاهشي) به درستي شناخته نشده است. و بيشتر بايندر ها در اين شرايط تجزيه از خود کربن به جاي مي گذارند. اين کربن باقي مانده مي تواند براي مراحل بعدي زنيترينگ مضر باشد.
فرآيند خروج بايندر آهسته انجام مي شود تا ميزان عيوب، کرويي کاهش يابد. شکل 1 سيکل خروج يک بايندر را نشان مي دهد. در اين نمودار يک گاز فشرده شده در بالاي قطعه عبور مي کند تا فرايند بخار شدن را يکنواخت کند. زمان خشک کردن قطعات نازک کمتر از قطعات ضخيم است.

خروج بايندر از بدنه ي سراميکي يکي از زمينه هاي تحقيقاتي فعال است. اين تحقيقات از مدل سازي تجزيه ي يايندر و نفوذ بايندر تشکيل شده است.
ماشين کاري پاياني
شکل دهي ايده آل قطعاتي پديد مي آورد که داراي شکل مطلوب هستند و خطاي ابعادي آنها درحدي قابل قبول است. همچنين اين قطعات داراي سطح پاياني مناسبي هستند. به هر حال در بسياري از موارد، اين وضعيت اتفاق نمي افتد وما نياز مند آن هستيم که عمليات ماشين کاري پاياني (قبل يا بعد از زنيترينگ) بر روي نمونه ها انجام دهيم.عموما فرآيند ماشين کاري پاياني (final Machininig) به دلايل زير انجام مي شود:
تنظيم ابعاد قطعه و رساندن ابعاد به ابعاد مطلوب
بهبود وضعيت سطح پاياني
از بين بردن عيوب سطحي
اين روش ها مي توانند گران بها باشند. در واقع فرايند ماشين کاري نهايي بخش زيادي از هزينه ي کلي ساخت را در بر ميگرد. مواد سراميکي را به سختي مي توان ماشين کاري کرد زيرا سخت و شکننده هستند. هزينه ي ماشين کاري به خاطر اين بالاست که در اين فرآيند از ابزار آلات الماسه استفاده مي شود که اين ابزار الات گران قيمت هستند. همچنين ساير ابزار آلاتي که براي برش و سايش استفاده مي شود نيز عمر کوتاهي دارند. همچنين زمان مورد نياز براي سايش بالا ست زيرا اگر بارهاي فشاري وارد بر سراميک ها بزرگ باشند امکان دارد موجب شکسته شدن آنها بشود.
روش هاي مکانيکي مورد استفاده برا ي ماشين کاري سراميک ها عبارتند از:
سايش بوسيله ي ابزارآلات ساينده. در اين ابزار ها ذرات ساينده در زمينه اي نرم تر از ذرات مانند شيشه، رابر، رزين پليمري و يا حتي فلز (مثلا WC در Co ) قرار گرفته اند و عمل سايش را انجام مي دهند.
پوليش کردن با استفاده از ذرات ساينده ي قرار داده شده بر روي سطح پارچه اي
سندبلاست کردن (Sand blasting) با استفاده از ذرات ساينده. در اين روش با استفاده از هواي فشرده شده ذرات ساينده بر روي سراميک پاچيده مي شود.
ماشين کاري با جت آب. در اين روش با استفاده از يک جت آب فشار بالا، ذرات ساينده بر روي سطح سراميکي برخورد مي کنند.
روش ماشين کاري با جت آب معمولا به عنوان روشي بسيار سريع براي ماشين کاري سراميک هاي سخت محسوب مي شود. شکل 2 اجزاي اصلي يک آلت تراش جت آب (water –jet cutter) نشان داده شده است.

سرعت برش بستگي به نوع ماده اي که مي خواهيم آن را برش دهيم بستگي دارد و مي تواند 130 ميلي متر بر دقيقه براي شيشه و 5 ميلي متر بر دقيقه براي سراميک هاي سخت و پر دانستيه مانند باشد. در جت آب، آب تا 380MPa فشرده شده و با سرعت 750 متر برثانيه از ميان يک روزنه ي ياقوتي (Sapphive OriFice) به بيرون فرستاده مي شود در جت هاي ساينده ، سرعت ها ممکن است اندکي کمتر از اين سرعت باشد.
تهيه ي سراميک هاي متخلخل
در بسياري از کاربردهاي سنتي سراميک ها، مخصوصا درکاربردهاي ساختاري و الکتريکي ، نياز است تا اجزاي سراميکي زنيتر شده کمترين ميزان تخلخل را داشته باشند. به هر حال در بسياري از کاربردهاي جديد که هر روز درحال رشد بيشتري نيز هستند. (مثلا درسراميک هاي جاذب اکثريت و سنسورهاي گازي)؛ تخلخل نه تنها مطلوب است، بلکه ضروري نيز هستند. روش هاي متنوعي براي توليد ساختارهاي متخلخل وجود دارد. برخي از اين روش ها عبارتند از :
استفاده از اندازه ذرات بزرگ با ذرات بسيار ريز سراميک ها براي جلوگيري از چيدمان پر دانسيته ي پودر سراميکي
فرايند آندرفاير (under fire). در اين فرايند يک بدنه ي خام فشرده شده و در آن تعداد زيادي تخلخل ريز پديد مي آيد.
افزودن ذرات يک ماده ي آلي (با قطر بيش از 20 ميکرون ) به مخلوط پودر سراميک. هنگامي که اين مواد آلي مي سوزند، جاي آنها را تخلخل ها مي گيرند. ما با کنترل روش توليد با اين روش مي توانيم مواد فوتونيک مزوپورس (mesoporous photonic) توليد کنيم.
استفاده از يک سيستم بايندر که داراي عوامل کف زا باشد. اين عامل کف زا مقدار زيادي حباب هوا در داخل مخلوط توليد مي کند.
اشباع کردن يک فوم متخلخل (با تخلخل هاي متصل به هم) با محلول سراميکي و سپس سوزاندن بدنه ي ذکر شده.
استفاده از يک ترکيب شيشه اي با خاصيت جدايش فازي. پس از تشکيل بدنه بوسيله ي اين ترکيب، بدنه در داخل يک محلول خورنده مانند اسيد قرار مي گيرد که در طي اين فرآيند يکي از فازهاي بدنه به طور کامل خورده شده و به جاي آن تخلخل باقي مي ماند. اين فرآيند براي توليد شيشه هاي متخلخل استفاده مي شود.
سفال هاي شکل داده شده
در ابتداي اين مقاله گفتيم که ما در مورد کوزه گري صحبت مي کنيم. در ادامه به ارائه خلاصه يا از زمينه هاي استفاده از تکنيک هاي شکل دهي مي پردازيم.برخي از روش هاي بيان شده در بخش هاي قبل در طي ميليون ها سال بوسيله ي سفال گران مورد استفاده قرار گرفته است. پرسلان هاي کلاسيک مي توانند به نازکي يک برگه ي کاغذ باشند(کمتر از O.2mm). بدنه ي بون – چيني (bone China) به اين دليل نامگذاري شده اند که در توليد آنها از خاکستر استخوان (سه تقربيا 50% ) استفاده مي شود. اين نوع بدنه جزء پرسلان هاي سخت است و مي تواند بسيار نازک از آن تهيه کرد. اين بدنه ها به حدي نازک اند که خاصيت ترانسلوسنتي در آنها به وضوح ديده مي شود.
خاک رس کاغذي (paper clay) يک ماده ي به نسبت جديد براي سفال گري است. در اين مورد رس و کاغذ به نسبت حجمي 50% از هر کدام مخلوط مي شوند. الياف کاغذ (سلولز) اضافه شده باعث افزايش استحکام بدنه ي توليدي از اين مواد مي شوند به صورتي که مي توان از اين نوع ماده، صفحاتي توليد کرد که با برش و شکل دهي آنها قبل از پخت، بدنه ي سراميکي بوجود مي آيد. با پخته شدن اين بدنه، بخش آلي آن خارج شده و بدنه ي سراميکي تشکيل مي شود که نسبت به حالت عادي بسيار سبک تر است.

همانگونه که در شکل 3 ديده مي شود. اجسام رسي توخالي بوسيله ي چرخش گل بر روي چرخ کوزه گري ساخته مي شود. در اين فرآيند کوزه گر بوسيله ي دست ويا ابزار آلات خاص بدنه ي گلي را شکل دهي مي کند.
فرآيند چنبره زني (coiling )، پينچنيگ (pinching) و اسلبينگ (slabbing) براي توليد اشياي سفالي بزرگ استفاده مي شود. شرط تهيه مناسب اين بدنه ها اين است که ضخامت در محل هاي مختلف اين بدنه ها ثابت باشد تا در طي فرايند خشک شدن و پخت، شرايط در همه جا يکسان باشد.
شيشه هاي شکل داده شده
شيشه را مي توان به وسيله ي روشهاي مختلفي شکل دهي کرد. از ريخته گري يا قالب گيري براي شکل دهي شيشه هاي تلسکوپ ولنز استفاده مي شود.
براي پرس کردن شيشه نياز به يک قالب است. اين قالب مي تواند از جنس هاي مختلفي مانند چدن خاکستري (تا 1000C° )، فولاد زنگ نزن (که مي تواند براي شکل دهي شيشه هاي بروسيليکاتي در دماي 1150C° و يا شيشه سراميک ها در دماي 1480C° استفاده شود) و يا برنز (Bronze) باشد. معمولا قالب بوسيله ي يک سيال سرد مي شود. ويسکوزيته ي شيشه در اين فرآيند بايد تقريبا 4kp باشد. مي توان بوسيله ي اين فرايند اشيائي در گستره ي وزني 5g الي 15kg را شکل دهي کرد. فرآيند شکل دهي شيشه بوسيله ي پرس در شکل 4 نشان داده شده است. اين تکنيک کاملا شبيه فرايند پرس ايزواستاتيک گرم است.

فرآيند هاي خم کردن و ريخته گري نيز روش هاي ساده اي براي شکل دهي شيشه هستند. در ريخته گري ابتدا شيشه حرارت داده مي شود و سپس به داخل يک قالب ريخته مي شود.
فرم دهي دمشي شيشه از اولين دهه ي پيش از ميلاد استفاده مي شده است. در اين روش يک تکه از شيشه در سري دمش قرار داده مي شود و بوسيله ي دميده شدن هوا از ميان سري دمش، شيشه شکل دهي مي شود. اين تکنيک به صورت دستي و اتوماتيک استفاده مي شود.
فرآيند کشش نيز براي شکل دهي تيوپ ها و صفحات شيشه اي استفاده مي شود. درکارخانجات توليد شيشه هاي فلوت ، صفحات شيشه اي بوسيله ي کشش تشکيل مي شوند. براي توليد الياف شيشه اي روش ريسندگي استفاده مي شود. در اين روش الياف تجاري شيشه بوجود مي آيند که کاربرد فراواني درکامپوزيت ها و توليد قطعات عايق و....دارند.
منبع انگليسي مقاله :
Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton