نقش حلال در فرآیند شکل دادن سرامیک ها

تعداد بازدید: 1586
چهارشنبه 03 دي 1393

نفش حلال در شکل دادن سرامیک ها

برای بررسی نقش حلال در شکل دادن سرامیک ها (Solvent Role in Ceramic Forming) ابتدا باید به بررسی انواع آن ها پرداخت. می توان حلال را به طور ساده به دو دسته تقسیم بندی کرد:

1-  آبی

2 - آلی

اما دسته بندی بهتر بر اساس قطبیت مولکول ها انجام می گیرد:

 1- غیر قطبی

 2- قطبی

3- هیدروژنی

نیروهای بین مولکولی در یک مایع غیر قطبی کوچک و نامشخص هستند، بنابراین آرایش و جهت گیری خاصی برای مولکول ها وجود ندارد. میدان الکتریکی مولکول های قطبی میان اتم هایی که در جدول تناوبی فاصله زیادی از یکدیگر دارند، بیشتر است. مولکول های قطبی تمایل به آرایش یا جهت گیری خود نسبت به یکدیگر دارند و ایجاد این گروها که کمترین میزان انرژی را دارند با هندسه و ارتعاشات حرارتی آن ها متناسب است. گروه های قطبی نسبت به گروه های غیر قطبی با یک سطح باردار اندرکنش بیشتری دارند. جذب گروه های قطبی روی سطوح ذرات منجر به ایجاد سطحی غیر قطبی می شود و لایه جذب شده می تواند یک لایه دیگر را نیز جذب کند. فرآیند اضافه شدن لایه ها تا جایی ادامه می یابد که ارتعاشات حرارتی بر نیروهای موثر بر جهت گیری ذرات غلبه کند. پیوند هیدروژنی نیز زمانی در آب ایجاد می شود که اتم هیدروژن در نزدیکی اتمی با جفت الکترون غیر پیوندی قرار گیرد.

نقش حلال در شکل دادن سرامیک ها را می توان به دو دسته تقسیم کرد:

1- ایجاد سیالیت برای پودرها در هنگام مخلوط شدن و شکل دادن

2- حل کردن افزودنی هایی که باید با ذرات پودر ترکیب شوند و پخش یکنواخت آن ها در میان ذرات پودر

معمولا انتخاب حلال مناسب برای یک سیستم دو گزینه دارد : آب و یک حلال آلی. حلال های آلی معمولا فشار بخار بالاتر، گرمای نهان تبخیر کمتر، نقطه جوش پایین تر و کشش سطحی کمتری نسبت به آب دارند که این امر به علت پیوند های هیدروژنی قوی میان مولکول های آب است. انتخاب حلال برای یک کاربرد خاص معمولا شامل بررسی چند ویژگی می شود:

1- توانایی حل کردن سایر افزودنی ها

2- نرخ تبخیر

3- توانایی تر کردن ذرات پودر

4- ویسکوزیته

5- واکنش دهی با پودر

6- ایمنی

7- هزینه

اگر مواد شیمیایی از یک گروه عاملی باشند (مانند پلی وینیل الکل و آب) یا قطبیت مولکولی مشابه داشته باشند (مانند پلی وینیل بوتیرال و اتانول)، معمولا حلالیت جامد در مایع، افزایش می یابد. نرخ تبخیر یک عامل مهم در ریخته گری نواری صنعتی است. حلال هایی با سرعت خشک شدن بالا مانند تولوئن و 2- بوتانون (متیل اتیل کتون یا MEK) معمولا برای فرآیند ریخته گری نواری به خصوص در نوارهای ضخیم مورد استفاده قرار می گیرند. سرعت تبخیر یک حلال معمولا با گرمای نهان تبخیر آن مشخص می شود اما برخی اوقات از نقطه جوش برای تقریب زدن سرعت تبخیر استفاده می شود. برای ریخته گری نواری معمولا از مخلوط چند حلال (به عنوان مثال تری کلرو اتیلن و اتانول) استفاده می شود تا میزان حلالیت و نرخ تبخیر قابل کنترل باشد.

تر شدن ذرات دوغاب یا سوسپانسیون به وسیله حلال نیز در فرآیند شکل دادن سرامیک ها اهمیت زیادی دارد. تر شدن یک جامد با مایع به وسیله زاویه تر شوندگی بیان می شود:

زاویه تر شوندگی

که در آن γSV، γSL و γLV کشش سطحی فصل مشترک های جامد – بخار، جامد – مایع و مایع – بخار است. در عمل تر شوندگی خوب یا مد نظر است. بر طبق معادله فوق، اگر  γLV مقدار اندکی داشته باشد و γSL به طور قابل ملاحظه ای تغییر نکند، تر شوندگی خوب، بدست می آید. میزان تر شوندگی کم می تواند منجر به اثرات ناخواسته ای شود که از جمله می توان به کف کردن سوسپانسیون در هنگام آسیاب و افزایش ویسکوزیته آن اشاره کرد. کشش سطحی بالای آب نیز فرار حباب های هوا به سطح را دشوار می کند بنابراین دوغاب هایی که بر پایه آب هستند، تمایل بیشتری به کف کردن در حین فرآیند میلینگ (آسیاب) دارند. حباب های به دام افتاده می توانند عیوب نامطلوبی را در بدنه خام ایجاد کنند. استفاده از عامل تر کننده می تواند منجر به کاهش این مشکلات شود.

آب، ویسکوزیته بالاتری نسبت به حلال های آلی متداول دارد. تمایل پودرهای اکسیدی به تشکیل پیوند هیدروژنی با گروه های OH روی سطح، می تواند منجر به افزایش ویسکوزیته سوسپانسیون شود. در نتیجه میزان مواد جامد موجود در سوسپانسیون برای بالاترین ویسکوزیته قابل استفاده آن کاهش می یابد. البته این مشکل در دوغاب های آبی تا حد زیادی برطرف شده است زیرا پیشرفت های زیادی در مورد استفاده از دیسپرسانت ها و درک رفتار آن ها در محیط های آبی صورت گرفته است، اما به نظر می رسد دستیابی به سوسپانسیون هایی با درصد ذرات جامد بالاتر با استفاده از حلال های آلی آسان تر است.

سطح بسیاری از پودرها (مانند BaTiO3، AlN و Si3N4) می تواند مورد حمله شیمیایی آب قرار گیرد و منجر به تغییر خواص و ترکیب پودر شود. برای چنین پودرهایی، استفاده از حلال آلی پیشنهاد می شود زیرا اعمال لایه محافظ برای جلوگیری از حمله شیمیایی معمولا گران قیمت بوده و چندان موثر واقع نمی شود. به عنوان مثال برای کاهش حمله شیمیایی به AlN درمحیط آبی، پودر را توسط یک لایه سیلیکاتی پوشش می دهند و این سیستم را تحت حرارت قرار می دهند تا لایه Si-Al-O-N تشکیل شود، این فرآیند به شکل قابل ملاحظه ای قیمت پودر را افزایش می دهد.

هنگامی که مسئله ایمنی، هزینه و دفع پسماندها مد نظر قرار گیرد، آب مزیت بسیار بزرگی نسبت به حلال های آلی دارد. اگر چه به معایب آب اشاره شد، اما سمیت مواد آلی موجود در پساب ها منجر به استفاده از حلال های آبی شده است. سمیت و قابلیت اشتعال دو عامل مهم در میزان ایمنی استفاده از حلال هستند. نقطه اشتعال (Flash Point)، معرف قابلیت اشتعال است و بیان کننده دمایی است که در آن بخار کافی به واسطه تبخیر به وجود می آید و در نتیجه یک شعله کوچک می تواند منجر به آتش سوزی شود. حلال های آلی مانند تولوئن و MEK معمولا در ریخته گری نواری استفاده می شوند و نقطه اشتعال پایینی دارند. بنابراین باید احتیاط های لازم انجام گیرد تا از بروز انفجار جلوگیری شود. بسیاری از حلال های آلی که در شکل دادن سرامیک ها به کار می روند سمی هستند. قرار گرفتن انسان در معرض این مواد شیمیایی و پسماندهای آن از جمله نگرانی های مهم هستند. حلال های آلی مانند تری کلرواتیلن و تولوئن که به طور گسترده در ریخته گری نواری سرامیک ها مورد استفاده قرار می گیرند، مشکوک به سرطان زایی هستند.

در جدول زیر خواص فیزیکی برخی از مایعات حلال در دمای 20 درجه سانتی گراد نمایش داده شده است.

خواص فیزیکی برخی از مایعات در دمای 20 درجه سانتی گراد

نقطه اشتعال

(درجه سانتی گراد)
 

دمای جوش

(درجه سانتی گراد)
 

گرمای نهان تبخیر

(کیلوژول بر گرم)
 

ویسکوزیته

(Pa sec 10-3)
 

کشش سطحی

(N/m 10-3)
 

ثابت دی الکتریک

دانسیته

(گرم بر سانتی متر مکعب)
 

حلال
غیر قطبی یا قطبی ضعیف
23- 68.7 0.35 0.3 18 1.9 0.659 هگزان
3 111 0.35 0.6 29 2.4 0.867 تولوئن
32 140 0.33 0.7 28 2 0.881 زیلن(اورتو)
11- 80.1 - 0.65 24 2.3 0.879 بنزن
- 87 0.24 0.4 25 3 1.456 تری کلرو اتیلن
- 76.5 - 1.0 26 2.2 1.59 کربن تتراکلراید
قطبی
17- 56.0 0.55 0.3 25 21 0.781 استون
1- 80 0.44 0.4 25 18 0.805 2- بوتانون (MEK)
46 155 0.43 0.8 35 18 0.947 سیکلوهگزانون
40- 34.5 - 0.24 17 4.3 0.714 دی اتیل اتر
3- 77 0.36 0.45 24 6 0.900 اتیل استات
پیوند هیدروژنی
- 100.0 2.26 1.0 73 80 0.998 آب
18 64.6 1.10 0.6 23 33 0.789 متانول
20 78.4 0.86 1.2 23 24 0.789 اتانول
21 82.3 0.58 2.4 22 18 0.785 ایزوپروپانول
111 198 0.80 20.0 48 37 1.113 اتیلن گلیکول

 

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

Mohamed N. Rahaman, Ceramic Processing, Taylor & Francis, 2006.

شکل دادن سرامیک ها

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

حلال ها و فرآیند های سرامیکی
حلال در شکل دهی سرامیک
شکل دهی سرامیک ها و حلال هایش
حلال در دوغاب های سرامیکی
حلال دوغاب سرامیک
انواع حلال های مورد استفاده در صنعت سرامیک
انواع حلال در صنعت سرامیک
برچسب ها: شکل دادن سرامیک هاسرامیک
دریافت نشان عالی ارزش آفرینی ملی شرکت پاکمن در پنجمین کنگره برند ملی، اقتدار ملی
حضور پاکمن و دریافت نشان عالی ارزش آفرینی ملی شرکت پاکمن در پنجمین کنگره برند مل ...بیشتر
پاکمن; حامی دومین کنفرانس بین المللی نقش مهندسی مکانیک در ساخت و ساز شهری
پاکمن; حامی دومین کنفرانس بین المللی نقش مهندسی مکانیک در ساخت و ساز شهری که در ...بیشتر
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97   ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران 97
هفدهمین نمایشگاه بین المللی تاسیسات ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی تهران ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97
بیستمین نمایشگاه صنعت ساختمان و صنایع وابسته مازندران 97   ...بیشتر
تقویم نمایشگاه های بین المللی سال 1397
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
دوازدهمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات گرمایشی و سرمایشی زنجان 97
بیستمین نمایشگاه ساختمان و تاسیسات گرمایشی و سرمایشی زنجان 97   ...بیشتر
بیستمین نمایشگاه بین المللی ساختمان شیراز 97
بیستمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان شیراز 97   ...بیشتر
هفدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان و راهسازی بیرجند
هفدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان و راهسازی بیرجند 97     ...بیشتر
شانزدهمین نمایشگاه ساختمان و سیستم های گرمایشی و سرمایشی کرمانشاه
شانزدهمین نمایشگاه صنعت ساختمان و سیستم های سرمایشی و گرمایشی کرمانشاه 97 &nb ...بیشتر
یازدهمین نمایشگاه بین المللی سیستم های سرمایشی و گرمایشی ارومیه 97
چهاردهمین نمایشگاه بین المللی سیستم های گرمایشی و سرمایشی ارومیه 97   ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر