پودر اکسید منیزیم یا از کربنات منیزم یا از آب دریا به دست می آید به صورت هیدروکسید از آب دریا استخراج می شود و سپس توسط حرارت دهی به اکسید تبدیل می شود از پودر Mgo برای عایق های الکتریکی و آجر نسوز استفاده می شود.
پودر کاربید سیلیسیم (Sic): این پودر توسط فرآیند آچسان تولید می گردد در این فرآیند ماسه سلیسی () با کک (C) در یک محفظه ریخته می شود در داخل این محفظه دو الکترود وجود دارد جریان الکتریکی بین الکترودها برقرار می کنیم بر اثر ایجاد حرارت ناشی از ایجاد جریان الکتریکی کک به دمای 2200 درجه سانتی گراد می رسد در این دما کک که خاصیت احیاکنندگی دارد اکسید سیلیسیم را احیا کرده و Sic به همراه گاز مونوکسید کربن Co یا دی اکسید کربن تولید می شود بعد از اتمام واکنش مواد را از داخل مخفظه بیرون می آورند و مواد تفکیک می شود.
پودر نیترید سیلیسیم : این پودر توسط چندین فرآیند تولید می شود پودر سیلیسیم با نیتروژن در محدوده دمایی 1250 تا 1400 درجه ترکیب شده و پودر نیترید سیلیسیم سنتز می شود اگر این پودر را از کوره خارج کنیم مستقیماً قابل استفاده نیست در ابتدا باید آن را خورد و دانه بندی کنیم همچنین پودر حاصله ناخالصی های زیادی دارد (آهن- کلسیم و آلومینیوم ).
پودر نیترید سیلیسیم را با خلوص بالاتر می توان توسط احیا اکسید سیلسیم با کربن در محیطی که نیتروژن وجود دارد و واکنش با آمونیاک تهیه کرد.
سرامیک ها به دو دسته بزرگ تقسیم می شوند: سنتی و مدرن.
سرامیک های سنتی: این سرامیک ها قرن ها تولید می شود و از مواد اولیه طبیعی مثلاً مینرال های رسی با اضافه شدن آب که دارای خاصیت پلاستیک شده و با قالب شکل می پذیرد و در درجه حرارت بالا پخت می شود کاربرد این سرامیک ها در آجر، سفال، لوله های فاضلاب، کاشی، لوله ها، بوته ها، ساینده ها، کاغذ، سمباده و غیره.
سرامیک های مدرن (مهندسی یا پیشرفته): این سرامیک ها با خالص سازی مینرال های طبیعی به دست می آید و شامل اکسیدهایی نظیر و غیره می باشد.
کاربرد سرامیک های مدرن در صنایع هوافضا- عایق ها- سوخت های هسته ای و غیره.
برای ساخت یک قطعه سرامیکی ابتدا باید خواص را مورد نظر قرار داد مثلاً اینکه این قطعه در چه دمایی- در چه محیطی- تحت چه بارهایی – تحت تماس با چه موادی قرار دارد با توجه به این عوامل جنس ماده اولیه را انتخاب کرده سپس با توجه به همه این عوامل روش تولید، اندازه ذرات، توزیع ذرات و ...
را انتخاب می کنیم در خیلی از کاربردها نیاز به پوردهایی با خلوص بسیار بالا داریم بنابراین برای انتخاب پودر سرامیکی میزان خلوص پودر برای ما اهمیت دارد.
خلوص پودر سرامیکی به شدت بر خواص نظیر: دمای بالا، استحکام، مقاومت با اکسیداسیون قطعه را پایین می آورد تأثیرگذار است.
تأثیر ناخالصی در خواص قطعه سرامیکی به عوامل زیر بستگی دارد:
شیمی ماده زمینه
شیمی ناخالصی
توزیع ناخالصی
شرایط کاری قطعه
به عنوان مثال کلسیم که یک ناخالصی است مقاومت خزشی را که پرس گرم شده و حاوی Mgo به عنوان کمک زینتر است اما تأثیر کمی به مقاومت خزشی که حاوی است به عنوان کمک زینتر است تأثیر بسیار کمی دارد ناخالصی ها سبب تمرکز تنش و کاهش استحکام کششی قطعه می گردد تأثیر ناخالصی به اندازه آقال نسبت به اندازه دانه سرامیک و تفاوت انبساط حرارتی آخال و زمینه و تفاوت خواص الاستیکی زمینه و آخال.
اندازه ذرات و واکنش پذیری:
توزیع اندازه ذرات به روش متراکم سازی و شکل دهی بستگی دارد برای هر روش شکل دهی به توزیع اندازه ذرات خاصی نیاز داریم بنابراین با انتخاب روش شکل دهی به انتخاب توزیع اندازه ذرات می پردازیم اگر ذرات ما همگی در یک اندازه باشند تراکم خوب ایجاد می شود برای اینکه به حداکثر تراکم برسیم به توزیع از اندازه ذرات یا مجموعه ای از اندازه ذرات ریز و درشت نیاز داریم.
ذرات سرامیکی عموماً از نظر شکل نامنظم بوده و نمی توانند فشردگی مطلوبی داشته باشند.
عموماً درصد تخلخل بیشتر از 25% و در بعضی 50% است یکی از روش های حذف تخلخل انجام پخت است در حین عملیات پخت به مرور درصد تخلخل کاهش می یابد.
نمودار زیر مثالی برای است:
با توجه به نمودار نتیجه می گیریم هر چه درصد تخلخل اولیه بیشتر باشد درصد تخلخل بعد از عملیات پخت بیشتر بوده و قطر دانه های قطعه پخته شده بیشتر است بنابراین انتظار این را نداریم که عملیات پخت روی درصد تمام تخلخل ها تأثیر یکسانی داشته و بتواند درصد تخلخل را به صفر برساند بنابراین باید دقت نمود در کاربردهایی که نیاز داریم درصد تخلخل قطعه سرامیکی پائین باشد در انتخاب روش فشرده سازی روشی انتخاب کنیم که درصد تخلخل را به حداقل برساند مثلاً روش پرس چند جهته ودیگر اینکه با توجه به این روش فشرده سازی توزیعی از اندازه ذرات را در نظر بگیریم که درصد تخلخل پائین ترین حد ممکن باشد.
در بعضی از موارد سرامیکی مانند نسوزها نیاز به مقداری تخلخل داریم که این مقدار تخلخل به خاطر کاهش هدایت حرارتی و مقاومت در برابر شک حرارتی می باشد همچنین در نسوزها اندازه ذرات باید بزرگ باشد نسبت سطح به حجم در فرآیند ساخت قطعات سرامیکی پارامتر بسیار مهمی است هر چه نسب سطح ذرات به حجم آن بیشتر باشد نیروی محرکه ترمودینامیکی بر ای چسبیدن ذرات به یکدیگر بیشتر است ذرات ریز مساحت سطح بالایی دارند در نتیجه نیروی محرکه بسیار زیادی برای پیوند ذرات به یکدیگر وجود دارد.
پودر های ریز زمان کمتری برای عمل پخت و زینترینگ نیاز دارد همچنین برای زینترینگ پودرهای درشت زمان زیادی نیاز داریم.
بنابراین توزیع اندازه ذرات و در نتیجه واکنش پذیری ذرات در تعیین دما و زمان زینتر مهم بوده و باید در نظر گرفته شود هر چه قدر یک قطعه سرامیکی را در زمان طولانی تری در دمای بالا نگه داریم دو پدیده منفی صورت می گیرد: 1- رشد دانه 2- کاهش استحکام قطعه.
به منظور بهینه سازی استحکام و چگالش سریع پودر یا متراکم شدن سریع پودر حداقل رشد دانه مطلوب است نمونه اندازه ریز نسبت به اندازه درشت استحکام بالاتری دارد.
آماده سازی و دانه بندی پودرها:
نسوزها به کمک توزیع ذرات دو جزئی یا چند جزئی نیاز دارند ساینده ها باید در اندازه مختلفی وجود داشته باشند که هر کدام دارای اندازه باریکی می باشند.
روش های مختلف برای دانه بندی و آماده سازی پودر:
الف) روش های مکانیکی:
1- الک کردن 6- آسیاب لرزشی
2- الوتریشن 7 – توربوآسیاب (سریع)
3- جداسازی توسط هوا 8- آسیاب با انرژی سیال
4- بالمیل (آسیاب گلوله ای) 9- آسیاب چکشی
5- آسیاب استحکاکی 10- خرد کردن غلتکی
ب) روش های شیمیایی:
1- رسوب دهی 6- خشک کردن با نفت داغ
2- سل ژل 7- پلاسما
3- اختلاط مایع 8- لیزر
4- تجزیه 9- هیدروترمال
5- خشک کردن انجمادی
ج) روش های متفرقه:
1- کلسینه کردن 3- بستر سیار
2- کوره های دوار 4- سنتز احتراقی
2- کوره های دوار 4- سنتز احتراقی الف) دانه بندی مکانیکی: 1- الک کردن و غربال کردن یکی از روش های دانه بندی و تفکیک ذرات است ذرات بر اساس محدوده ی اندازه ذرات جدا می گردند ذرات بزرگتر از منافذ الک روی الک باقی مانده و ذرات کوچکتر تا رسیدن به الک با سوراخ های کوچکتر از میان الک ها عبور می کند.
اندازه الک ها مطابق با تعداد منفذها در هر اینچ خطی طبقه بندی شده است که اندازه مش نامیده می شود (1 اینچ cm59/2) یعنی یک الک با مش 16 در هر اینچ طی دارای 16 منفذ است.
جدول زیر طبق استاندارد ASTM (مهمترین استاندارد در دنیا): مواد سرامیکی خام و فن آوری شده: مواد سرامیکی اغلب بر اساس اندازه ذرات تهیه می شود به عنوان مثال پودری با مش 325 تماماً از الک مش 325 عبور کرده و نباید ذرات بزرگتر از mm44 داشته باشد مثلاً یک پودر با مش 100- تا مش 150+ دارای محدوده اندازه ذرات الکی است که ذراتی کوچکتر از الک مش 100 عبور کرده اما برای عبور از الک مش 150 بسیار بزرگتر است.
(نکته: ذرات با مش 6 سایز ذرات mm36/3-76/4) (ذرات معلق در داخل یک سیال، سوسپانسیون می باشد) الک کردن به صورت خشک یا تر: الک کردن خشک: اغلب برای ذرات بزرگتر انجام می شود روش ریع و مؤثر برای ذرات با روانی زیاد الک خشک روش معمولی برای الک کردن تا زیر مش 350 است اگر بالاتر از این مش استفاده کنیم ذرات آن قدر ریز هستند که تمایل به توده شده یا آگلومری شدن و منافذ الک را مسدود می کند در بعضی از سیستم های اتوماتیک الک جهت کمک به الک کردن از لرزش یا جریان هوا استفاده می شود.
الک تر: ذرات سرامیکی در آب یا محلول های دیگر به صورت معلق یا سوسپانسیون قرار می گیر ند.
از این روش برای الک کردن ذرات ریزتر استفاده می کنیم محلول ها می توانند به راحتی از مش کمتر از 500 عبور کنند.
نکته: (سیالیت عکس ویسکوزیته است، وسیکوزیته چسبندگی بیشتر و سیالیت یعنی روان بودن و جاری شدن بیشتر) محدودیت های روش الک کردن: تا زمانی که تجهیزات ما سالم باشد فرآیند دارای دقت کافی است اما اگر الک ها دفورمه شده یا شکسته شده باشند ذرات درشت تر را نیز عبور می دهد برای افزایش سرعت تغذیه پودر می توان نیز اعمال کرد یا توسط قلم مو و برسی ذرات را الک عبور داد.
یکی دیگر از محدودیت های الک کردن تمایل پودرها به آگلومری شدن است تعدادی از ذرات به هم چسبیده و ذره بزرگتری تشکیل می دهد در نتیجه دقت الک کردن کاهش می یابد.
آگلومری شدن سبب مسدود شدن الک و بروز مشکل در الک کردن و کارایی آن را کاهش می دهد.
2- جداسازی توسط هوا: ** این روش برای جداسازی ذرات درشت و ریز مواد سرامیکی به کار می رود جداسازی توسط نیروی گریز از مرکز و جریان هوا درون جداکننده انجام می گیرد.
ذرات در امتداد خط مرکزی وارد دستگاه شده با نیروی گریز از مرکز شتاب گرفته و به سمت خارج هدایت می شوند ذرات درشت به سمت منطقه جداسازی حرکت کرده سرعت خود را از دست داده و در منطقه مخروطی شکل بر روی هم جمع می شوند ذرات ریز به سمت بالا حرکت کرده و توسط جریان هوا به مخروط جداگانه به منظور جمع آوری برده می شود.
این روش برای جداسازی ذرات در محدوده 40 تا 400 و با سرعتی معادل 400 تن در ساعت به کار برده می شود.
از این روش در صنعت سیمان برای دانه بندی ریز استفاده می شود این جدا کننده ها معمولاً به صورت مستقیم به آسیاب خرد کن یا انواع ساینده ها در یک مدار بسته است.
این روش دارای مزایا و معایب می باشد: سیستم بسیار کارآمد است حجم زیادی برای جداسازی ذرات نیاز است محدوده اندازه ذرات کنترل شده این دستگاه 40 تا 400 است.
یکی از عیوب این سیستم عدم دقت لازم برای کنترل ذرات زیر mm10 است حضور آلودگی، حرکت ضربه ای و لرزشی ذرات سرامیکی باعث ورود آلودگی های فلزی شده ولی میزان آلودگی آن نسبت به آسیاب کمتر است.
3- الوتریشن: اصطلاحی است که به جداسازی ذرات بر اساس سرعت رسوب اطلاق می شود اگر سوسپانسیونی را در نظر بگیریم که حاوی ذرات سرامیکی ریز و درشت باشد اگر سوسپانسیون را مدتی تکان ندهیم یا ساکن بگذاریم ذرات آن در کف ظرف رسوب می کنند.
ذرات ریز با وزن مخصوص کمتر دیرتر رسوب کرده و ذرات درشت با وزن بیشتر سریع رسوب می کنند از این روش اغلب در آزمایشگاه ها استفاده می شود پودر با آب یا مایع دیگر همراه با یک عامل ترکننده یا حتی یک پراکنده ساز برای رسیدن به یک سوسپانسیون مخلوط می شود سپس تکان دادن را متوقف می کنیم، زمان معین برای رسوب می دهیم که زمان بر مبنای اندازه ذرات است مایع حاوی ذرات ریز آهسته تخلیه شده و رسوب باقی مانده ته ظرف دور ریخته شده و برای اهداف دیگر به کار می رود.
مزایا و معایب : مشکل عمده این روش این است که ذرات قبل از استفاده باید از مایع خارج شوند که این امر توسط تبخیر صورت می گیرد.
اگر الوتریشن و خروج مایع در یک سیستم بسته صورت گیر احتمال آلودگی افزایش می یابد این فرآیند نیازمند مراحل اضافی قبل از استفاده از پخت می باشد.
تمایل به برجا گذاشتن ذرات