آشنایی با فرایند متالورژی پودر :
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 19:46 | بازدید : 6761 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

آشنایی با فرایند متالورژی پودر :

متالورژی پودرروشی برای ساخت و تولید به روش شكل دهی  قطعات فلزی و سرامیک است که اساس آن بر فشردن پودر مواد به شکل مورد نظر و تف‌جوشی آن است. تف جوشی در درجه حرارتی زیر نقطه ذوب صورت می‌‌پذیرد واکثرمحصولات این روش شکل دهی نیازی به ماشین کاری بعدی ویا حتی عملیات حرارتی تکمیلی ندارند وعموما دانسیته بالا(گاهی دست نیافتی به روش های دیگر هستند).

متالورژی پودربخشی کوچک ولی بسیار مهم از صنایع متالورژی می‌‌باشد. اولین کاربرد متالورژی پودربرای تولید پلاتین با دانسیته کامل بود که درقرن19میلادی  صورت گرفت چون در آن زمان امکان ذوب پلاتین به دلیل نقطه ذوب بالا وجود نداشت در آن زمان با اختراع برق توسط ادیسون صنعت الکترونیک از این ماده جهت تولید لامپ های روشنایی ویا مقاومت های الکتریکی برای تبدیل انرژی الکتریکی به گرما بهره می گرفتند. در اوایل قرن بیستم این روش به صورت عمده برای ساخت ابزارهای برشی به صورت اینسرت از جنش تنگستن کارباید توسط روش متالورژی پودر شکل داده شدند که این به خاطر خواص ویژه تنگستن برای این عملیات نظیر سختی و استحکام بالا , گرما سختی بالا ونیز ضریب انبساط حرارتی بسیار پایین نسبت به مواد دیگر بوده است.

در سال‌های ۱۹۵۰-۱۹۶۰ روشهای نوین مانند فُرج پودر و ایزو استالیک گرم در صنعت متالورژی پودر بکار گرفته شد.

گرچه روش متالورژی پودر امکانات ویژه‌ای را جهت تولید بعضی قطعات خاص فراهم ساخته است که تولید آنها از طریق روشهای دیگرغیر ممکن یا بسیارمشکل می‌‌باشد ولی زمینه‌های که باعث فراگیر شدن استفاده از این روش گردیده است، عبارتند از :

*   زمینه‌های اقتصادی

*   بهره‌وری انرژی

*   انطباق زیست محیطی

*   ضایعات بسیار پائین (گاهی بدون ضایعه)

محصولات خاصی که توسط متالورژی پودر تولید می گردند عبارتند از ; چرخ دنده ها ، بادامک ها ، فیلتر ها و یاتاقانهای آغشته به روغن

 

مزایای متالورژی پودر :

*قابلیت دسترسی به رنج وسیعی از ترکیبات

*تکنیک ایجاد شکل مشبک ویا نزدیک به مشبک

*استفاده از موادی که در سایر فرایندها مشکل هستند

*حذف یا به حداقل رساندن ضایعات ماشینکاری

*حفظ تلرانس ابعادی مناسب

*ایجاد پرداخت سطح مرغوب

*تولید قطعاتی که به وسیله مقاومت سایشی وکششی واستحکام یافته نمی توان به روشهای دیگر تولید کرد

*ایجاد تخلخل کنترل شده برای خود روانکاری و تصفیه

*سهولت تولید قطعات پیچیده وخاصی که تولید آنها از روشهای دیگر ممکن نباشد

*سازگاری با نیازهای تولید، میان اندازه تا تولید انبوه

محدودیت های متالورژی پودر :

*   محدودیت اندازه و شکل

*   قیمت بالای پودر فلزات در مقایسه با سایر روشها

*   قیمت بالای ابزار و تجهیزات برای تولید کم

*   قطعات ساخته شده  با این روش بسیار خلل و فرج دارند(بدلیل اکسیداسیون سطحی ذرات و درکل حجم قطعه )

*   قیمت بالای  قالب ها و محفظه های پودر (چون فشار وارده بر قالب برای متراکم کردن پودر زیاد است لذا باید جنس قالب سخت و مقاوم باشد)

*   امکان ساخت قطعات بزرگ محدود است .

 

 

تعاریف مهم:

پودر: دانه های ریز یک جامد که بزرگترین بعد آن کوچکتر از 1mm باشد

دانسیته ظاهری پودر (دانسیته حجمی) : عبارتست از جرم واحد حجم پودر بدون تکان دادن آن

چگالی لرزشی (نشست)  : عبارتست از چگالی قابل حصول برای پودر در اثر تکان دادن آن

چگالی نظری (theoretical) : عبارتست از چگالی ماده ای که پودر از آن ساخته شده (چگالی دانه پودر بدون تخلخل)

مواد افزودنی : این مواد ممکن است برای از بین بردن جدایش حاصل از انتقال پودر، روانسازی ، برای فشردن ، به عنوان ماده ملات (همگیر)  در جهت افزایش مقاومت خشته ، آلیاژسازی پودر و بلا خره به صورت مواد کمک کننده تف جوشی مورد استفاده قرار گیرند.

مراحل تولید قطعه در P/M:

*   تولید پودر و روشهای آن

*    مخلوط کردن

*   فشردن

*   زینتر کردن

*   عملیات نهایی

روشهای تولید پودر :

پودر فلزی را میتوان ذرات فلزی یا آلیاژی با اندازه یك تا هزار میكرون تعریف كرد.این ذرات ممن است به صورت كروی،ورقه ای ویا شكل های بی قاعده

باشند.

پودرهای فلزی تهیه شده به روش های مختلف ،پس از تولید همواره تحت عملیات تكمیلی مانند غربالكردن ،تمیزكاری،آنیلینگ،مخلوط كردن و ... قرار می گیرند و سپس استفاده می شوند.روش های تولید پودر های فلزی را می توان به سه گروه مجزا طبقه بندی كرد كه هر گروه شامل چند روش است.

1-   روش های فیزیكی

2-   روش های شیمیایی

3-   روش های مكانیكی

روش های فیزیكی تولید پودر های فلزی (اتمیزه كردن) :

بیشترین و مهمترین روش مورد استفاده برای تولید پودر فلزی،اتمیزه كرن است. تقریبا" پودر تمام فلزاتی كه امكان ذوب كردن آن ها وجود ندارد از این طریق تولید می شود.  

اتمیزه كردن را می توان به طورساده به متلاشی كردن مذاب به قطرات ریز تعریف كرد.این قطرات در محیط خنك (مایع ، گاز در بعضی موارد سطح جامد عامل منجمد كننده است).منجمد و پودر فلزی به این طریق تولید می گردد.

الف- اتمیزه كردن با سیال (گاز یا مایع)

دراین روش مذاب از انتهای تاندیش(orifice) با حجم ،شكل وقطرمعینی به میان نازل حلقوی (annular ring) یا نازل های مجزای سیال اتمیزه شده جریان می یابد و توسط جت یا جت های سیال متلاشی می شود.این متلاشی شدن با انرژی جنبشی سیال (نیتروژن، آرگون ،هلیم ،هوا یا آب ) انجام می گیرد. ذرات مذاب تولید شده در اتمسفر گازی و یا در آب ،ریخته شده و منجمد می گردد. در صورت استفاده از آب پس از جمع آوری ،پودر ها باید خشك شوند این پروسه برای تولید پودر های فلزی و آلیاژی در مقادیر و حجم های زیاد به كار می رود.اهمیت این دو روش (سیال گاز یا مایع)عمدتا" در خواص مطلوب پودرهای تولیدی است.فرایند اتمیزه كردن با سیال مایع (نوعا" آب )پیچیدگی های كمتری نسبت به گازی دارد و هزینه های سرمایه گذاری آن نیز كمتر است. جت آب كه باعث متلاشی شدن می گردد،دارای چسبندگی ،دانسیته و سرعت سرد كردن بیشتری نسبت به جت گازی است ،اما قدرت زیادی در اكسید كردن فلزات فعال دارد و در عین حال ،شكل ذرات پودر فلزی نیز بی قاعده است.

درفرایند اتمیزه كردن با گاز شكل ذرات كروی یا شبه كروی است وچنانچه از گاز خنثی در آن استفاده شود از اكسیداسیون جلوگیری می گردد.

ب) اتمیزه كردن  با نیروی گریز از مركز

درفرایند های این روش از نیروی گریز ازمركزبرای شتاب دادن به جریان مذاب وغلبه برسطح كششی آن استفاده می كنند میزان تولید پودر در این روش ها نسبت به روش های اتمیزه كردن با سیال بسیار كمتر و محدودتر است هزینه های سرمایه گذاری و قیمت پودر های تولیدی در این فرایند بسیار گران است در ذیل مهمترین روش های تولید پودر به روش اتمیزه كردن با نیروی گریز از مركز مختصرا" شرح داده می شود.

 

 

مخلوط كردن پودر

پس از آماده شدن پودر ،لازم است مواد افزودنی به آن اضافه گردد.مواد افزودنی می تواند پودر های آلیاژی برای آلیاژ سازی ،روغنكاری برای تسهیل عملیات پرس كردن ،اضافه شونده های تبخیری برای رسیدن به تخلخل مورد نظر و مواد چسبنده برای افزایش استحكام قطعه در حالت خام باشد.میزان مواد اضافه شده بیشتر تجربی است.

اضافه شونده های تبخیری یا به عبارت دیگر تولید كنندگان حفره ،موادی مثل اكسالات آمونیوم است كه در اثر حرارت به چند گاز تجزیه می شوند.زمانی كه قطعه پخته شد ،حفره هایی متناسب با ابعاد ذره ایجاد می شود.پودر های فعال معمولا حفره كمتری ایجاد می نمایند و پودر های غیر فعال برای پر دانسیته شده محتاج درجه حرارت زیادتر یا زمان بیشتری برای تفجوشی است.

پس از افزودن مواد به پودر باید مخلوط توسط همزن ،همگن شود.زمان اختلاط بسته به پودر مورد استفاده ،متفاوت است و معمولا زمان و سایر شرایط مخلوط كننده با آزمایش بهینه می شود .در بسیاری از موارد برای پیشگیری از كاهش اندازه دانه ،بروز كار سختی و جداسازی پودر ها باید از زمان های طولانی اختلاط خودداری نمود .

عوامل موثر روی اندازه ذرات حین اتمیزه کردن :

دمای مذاب : با افزایش دمای مذاب به علت کاهش ویسکوزیته دانه ها ریزتر می گردند.

قطر نازل : هر چه قطر کمتر باشد دانه ها ریزتر می گردند.

فشار انژکتور : هر چه این فشار زیاد باشد دانه ها ریزتر می گردند . در اتمیزاسیون گازی اگر زاویه برخورد گاز و مذاب خیلی کم  یابد دانه ها درشت میگردند و اگر خیلی زیاد باشد ممکن است نازل را  بند آورد. در اتمیزاسیون گازی حالت دانه ها کروی تر است .

آزمایش و ارزیابی پودر:

پودرمورد استفاده باید ابتدایا از سیلان خوبی برخوردار باشد تا به صورت یکنواخت در قالب تغذیه شود ,علاوه بر این باید چکالی ظاهری بالایی داشته باشد چرا که چگالی کم به معنای پر نشدن فضای خالی بین دانه های ریز حتی تحت فشار است یعنی باید تراکم پذیری به خوبی مشخص گردد ویا اینکه باید درصد خلوص پودر تهییه شده نیز امتحان شود, علاوه بر این رطوبت و میزان ناخالصی موجود نیز به درستی تعیین گردند.

مخلوط کردن (امتزاج)  :

مخلوط ایده ال ، مخلوطی است که همه ذرات هر ماده آن بطور یکنواخت پخش(توزیع) شده باشد . پودر های فلزات مختلف دیگر ماده ممکن است به منظور دستیابی به خواص فیزیکی و مکانیکی خاصی مخلوط گردند روانسازها ممکن است برای بهبود ویژگی جریان یافتن (روان شدن) پودر با پودر مخلوط گردند مخلوط کردن زیاد ممکن است باعث کار سختی و سایش ذرات گردد نسبت بالای مساحت رویه (ناحیه سطحی) به حجم پودر باعث حساس شدن به اکسیداسیون می گردد و ممکن است احتراق ایجاد نماید.

 

 

 

 

فرایند الكترود چرخنده

دراین فرایند انتهای یك میله درحال چرخش حول محورطولی خود ذوب گشته، قطرات مذاب به صورت گریز از مزكز به اطراف پرتاب و به صورت كروی شكل،جامد می گردند.عمل ذوب ممكن است به وسیله قوس الكتریكی از طریق یك الكترود مصرف نشدنی از جنس تنگستن صورت گیرد.در موارد پیشرفته تر از قوس پلاسما لیزر و یا بمباران الكترونی برای عمل ذوب استفاده می شود.فلزی كه باید به پودر تبدیل گردد بهبه صورت الكترود هایی با طول و قطر معین تهیه می گردد. سرعت چرخش الكترود بسته به شرایط مختلف و قطر ،ممكن است تا بیست و پنج هزار دور در دقیقه هم برسد.معمولا" عمل ذوب تحت پوشش گاز خنثی صورت می گیرد. ذرات پودر تولیدی تقریبا" كروی و در اتمسفر خنثی از درجه خلوص بیشتری برخوردار است.                                               

مزایای این روش كیفیت سطح خوب ذرات شكل كروی ذرات توزیع اندازه ذرات محدوده مشخص وامكان تولید پودرفلزات فعال است.ازمعایب این روش نیزهزینه های گران تهیه الكترود ،درشت بودن ذرات پودر،سرعت انجماد كم و نیز وجود آلودگی های ناشی از الكترود تنگستن در پودر را می توان نام برد.               

ج ) اتمیزه كردن در اثر تصادف مذاب با سطح جامد

 

در این روش از برخورد مذاب با یك سطح جامد استفاده شده است.انرژی ضربه باعث متلاشی شدن جریان قطرات مذاب به دانه های ریزتر می گردد.

1-فرایند متلاشی شدن ضربه ای در این روش برخورد بازوهای صفحه دوار با جریان مذاب كه در حال سقوط هستند تولید قطرات ریزتر مذاب و نهایتا" پودر های فلزی جامد می گردد.

2- روش دیگری نیز وجود دارد كه در آن مذاب به وسیله پلاسما یا هر نوع منبع حرارتی دیگری شبیه به آن تولید و با سرعت معین به سوی صفحه دوار و یا غلتك دوار پرتاب می شود.اندازه پودر های تولیدی به این روش زیر 10میكرومتر ،با سطوح صاف و منحنی و سرعت انجماد زیاد است. برای مذاب های با چسبندگی بیشتر ،سرعت قطرات مذاب باید بیشتر اختیار شود.

د) اتمیزه كردن مكانیكی

در این فرایند عمل متلاشی شدن مذاب با یكی از روش های مكانیكی صورت می گیرد.

1-اتمیزه كردن نوردی

دراین فرایند جریانی ازمذاب پس از اینكه توسط گرم كننده ها بشدت حرارت داده شد،بلافاصله به داخل سیستم نورد رفته ،با غلتك های درحال گردش،نورد،و تبدیل به پودر می شود و در محفظه ای سرد ،و جمع اوری می گردد.

 

2-اتمیزه شدن اولتراسونیگ

این فرایند طراحی جدیدی از اتمیزه شدن گازی است كه ازنازل مخصوص تشكیل شده است.

ایده این فرایند براساس وجود لوله شوك موج هارتمن در یك نازل گازی به عنوان تولید كننده امواج شوكی با فركانس اولتراسونیك و سرعت های مافوق صوت پایه گذاری شده است . در این روش جریان فلز مذاب در اثر برخورد با گازه های با سرعت های مافوق صوت و فركنس هایی بین 120-60 كیلو هرتز متلاشی و به ذرات پودر بسیار بسیار ریز تبدیل می گردد.

در این فرایند تاثیر عواملی مانند فشار گاز ،دبی گاز ، دانسیته مذاب ،فوق ذوب وخصوصیات فلز در ذرات پودر تولیدی وجود دارد. از مزایای این روش می توان تولید پودر های كروی بسیار ریز با دامنه توزیع كوچك و بدون تخلخل گازی را نام برد.

 

 

عملیات پیش از فشردن

1-   همگن کردن و اختلاط

عوامل موثر در همگن و مخلوط کردن مواد پودری مشتمل اند بر جنس و اندازه دانه ها ، نوع و اندازه مخلوط کن ، حجم نسبی پودر در مقایسه با حجم مخلوط کن و همچنین سرعت و زمان مخلوط سازی . بعلاوه فاکتوهای محیطی از قبیل رطوبت نیز بر سهولت مخلوط سازی تاثیر مگذارند.

2-   روانسازی پودر :

روانسازی پودر های فلزی عمدتا بوسیله استیاراتهای با مبنای آلومینیوم ، روی ، لیتیم ، منیزیم و کلسیم انجام می گیرد طول زنجیره مولکولی این مواد حدود 12 تا 22 اتم کربن بوده ، فعالیت سطحی آنها زیاد است و در دماهای نسبتا کم ذوب می شوند .

3-   خشک کردن پاششی :

پودر ریز و سخت موادی از قبیل تنگستن ، مولیبدن ، کربور تنگستن و اکسید آلومینیوم از جمله پودرهای کند جریان و دارای چگالی ظاهری کم می باشد با کلوخه سازی این پودرهای ریز می توان سیالیت آنها را افزایش داد بدین منظور پودر را با یک ماده آلی و عاملی فرار مخلوط شده و دوغابی می سازد که بدرون محفظه گرم شده ای پاشیده شده و در اثر نیروی کشش سطحی بصورت دانه های کلوخه شده کروی در می آید .

فشردن پودر :

هدف اصلی فشردن پودر عبارت است از تولید خشته باویژگیهای مورد نظر با ایجاد حداقل اصطکاک بین پودر و جداره قالب . برای این منظور باید نسبت نیروهای محوری به شعاعی درحد امکان کاهش یابد تا سایش قالب به میزان کمینه آن رسده و راندمان فشردن بهبود یابد . نسبت ارتفاع به قطر خشته نیز به منظور همگن کردن ویژگیهای قطعه کوچک انتخاب می شود.

فشردن پودر و افزایش چگالی انباشتی  آن نیاز به اعمال نیروی خارجی دارد . فشردن پودر چند مرحله دارد که  در مرحله نخست فشردن در اثر تغییر آرایش دانه ها و سر خوردن آنها بر روی یکدیگر تعداد نقاط تماس زیاد می شود فشردن بیشتر چگالی پودر را از طریق بزرگ شدن سطوح تماس در اثر تغییر شکل موم سان افزایش داده و باعث ایجاد کار سختی و در همان حال بوجود آمدن سطوح تماس تازه بین دانه ای می شود . در این مرحله سطوح تماس حالت تخت بخود می گیرد .

در خلال فشردن ، جوش سرد ایجادشده در سطوح تماس دانه ها باعث ایجاد استحکام خشته پودر می شود . استحکام پس از فشرده شدن ، و پیش از تف جوشی خشته ، استحکام خام نامیده می شود . با افزایش بیشتر فشار میزان تغییر شکل موم سان دانه های پودر نیز بیشتر شده و از سطوح تماس بین آنها به درون دانه ها و بطن خشته گسترش می یابد . در این حالت با کاهش میزان تخلخل دانه کاملا کار سخت می شود . روشن است که هر گونه افزایش چگالی خشته پودر مستلزم وارد شدن فشار بیشتر از طرف عامل خارجی ، بر آن است

فشردن پودراغلب موارد ، به کمک دوسمبه که یکی در بالا و دیگری در پایین قالب قرار گرفته انجام می شود سمبه بالایی پیش از مرحله پر کردن قالب از دهانه محفظه آن فاصله می گیرد .

موقعیت سمبه پایینی در هنگام تغذیه پودر به قالب اصطلاحا وضعیت پر شدن نامیده می شود و ورود میزان معین و از پیش تعین شده پودر به درون محفظه قالب را امکان پذیر می سازد . ریزش پودر بدرون قالب بوسیله یک کفشک خوراک دهنده لرزان صورت گرفته و سمبه پایینی در وضعیت فشردن پودر در موقعیتی قرار می گیرد که پودر بخش مرکزی محفظه فالب را پر نماید ، بدین وسیله پس از پر شدن قالب ، سمبه پایینی قدری پاییین تر رفته و سمبه بالایی نیز بدرون قالب وارد می شود .

فشردن پودر با اعمال فشار از طرف هر دو سمبه انجام می شود و پس از پایان کار سمبه بالایی از محفظه قالب خارج شده و سمبه پایینی  خشته را بیرون می اندازد .

پیوند هایی که در اثر فشردن پودر بین دانه های آن بوجود می آید تامین کننده استحکام قطعه خام حاصل از شکل دهی می باشد . بالا بودن چگالی انباشتی پودر به ایجاد پیوند های بین دانه ای کمک کرده و تمیز بودن سطح دانه ها استحکام  پیوند ها را افزایش می دهد . بعلاوه اگر نیروی فشردن پودر زیاد باشد ٬ بیروهای برشی باعث خرد شدن لایه های نازک سطحی روی دانه ها خواهد شد .

هر چه دانه های پودر ریزتر باشند فشردن آنها مشکر تر خواهد بود زیرا منفذهای درشت ٬ در مقایسه بامنافذ ریز ٬ ساده تر فرو می ریزند ٬ از این رو است که آهنگ چگالش ٬ در اثر فشردن ٬ برای پودرهای درشت دانه تند تر است . پودرهای دارای تخلخل درونی مشکل فشرده شده و چگالش آنها در مرحله نخست شکل دهی تنها دراثر فروپاشی منافذ بزرگتر بین دانه ها صورت می گیرد ٬ بهمین لحاظ تراکم پذیری این گونه پودرها در مراحل آغازین فشردن بالا است ولی دربرابر چگالش زیاد مقاوم می باشد.

 

فرایند فشردن دو طرفه (compaction with double acting pressure )

 در این حالت بر خلاف فرایند یكطرفه ،اعمال فشار  حداقل به وسیله دو سمبه از بالا و پایین همزمان انجام می شود.قطعه به دست آمده ،توزیع چگالی بهتری دارد و حال آن كه مقدار آن در وسط قطعه كمتر است.

 

فرایند فشردن ایزواستاتیكisostatic press):

این فرایند بیشتر برای تولید قطعات با شكل های پیچیده و دستیابی به قطعات با دانسیته بسیار زیاد (نزدیك به تئوری ) استفاده می شود.در واقع ،در روش های فشردن معمولی ،اعمال فشار در دو جهت است كه این امر سبب عدم دسترسی به توزیع یكسان چگالی می گردد.با استفاده از پرس های ایزواستاتیك می توان  قطعه را از تمام جهات به طور یكسان تحت فشار قرار داد و قطعه ای با خواص مكانیكی بهتر تولید كرد.                                                               

 

الف ) پرس های ایزواستاتیك سرد (cold isostatic press)

پرس های ایزواستاتیك سرد كه در آن ،تنها از فشار استفاده می گردد.بدین ترتیب كه پودر مورد نظر درون قالب های انعطاف پذیر ریخته شده،بعد از تخلیه هوای قالب و درزگیری ،توسط یك محیط سیال،قالب تحت فشار قرار می گیرد.پس از شكل گیری پودر قطعه از قالب خارج می گردد.

ب ) پرس ایزواستاتیك گرم (warm isostatic press)

انجام کار مکانیکی در دمای بالا تر از دمای تبلور مجدد را کار مکانیکی گرم می گویند گاهی درPM دوعمل فشردن و زینتر کردن را با هم انجام می دهند(در دمای بالای تبلور مجدد) که به آن عمل فشردن گرم می گویند که این کاردر اثر نیروی فشاری ایزواستاتیک (فشار پایستار و در همه جهات کاملا مساوی را ایزو استاتیک می نامند.) انجام می گیرد.

مسلما سرعت عمل در این روش زیاد و هزینه تمام شده کمتر است اما علاوه بر این حصول برخی خواص از قبیل کا هش پدیده نفوذ علل الخصوص در ساخت اینسرت های برشی جایی که چسبنده بودن براده به ابزار مطرح می گردد بهتر از مراحل قبلی ذکر شده است و همین امر زمینه را برای گسترش کاربردهای این فرایند فراهم ساخته است .

پرس های ایزواستاتیك گرم كه برای افزایش تفجوشی درمراحل بعدی و كنترل دقیق خروج مواد افزودنی پودر می توان هنگام اعمال فشار از دمای نسبتا" پایینی نیز استفاده كرد (دما در حدود 200 درجه سانتی گراد). دو فرایند فوق شبیه به یكدیگر و فقط وجود دمای پایین در روش اول مورد اختلاف است.

 

ج )پرس های ایزواستاتیك داغ (hotisostatic press)

پرس های ایزواستاتیك داغ كه علاوه بر فشردن پودر در قالب،عمل تفجوشی نیز اتفاق می افتد. این روش بیشتر برای شكل گیری پودر هایی است كه خاصیت تراكم پذیری تراكم پذیری آن ها كم است. پودر فلزاتی نظیر برلیم ،اورانیم ،زیركونیم و تیتانیم از این گروه هستند.

فرایند آهنگری پودر (powder forging)

این روش تقریبا" همانند روش آهنگری معمول است با این تفاوت كه بلوك اولیه آن از طریق فرایند های متالورژی پودر تهیه می شود.بلوك اولیه را بر حسب شكل قطعه نهایی طراحی نموده،توسط پرس های معمولی شكل می دهند و تفجوشی می نمایند.سپس آن را در قالب نهایی قرار داده،آهنگری می كنند.این عمل علاوه بر از بین رفتن تخلخل بلوك اولیه سبب دستیابی به شكل هندسی دقیق قطعه و بهبود خواص مكانیكی خواهد شد.از روش آهنگری پودر برای تولید قطعاتی استفاده می شود كه بایستی تخلخل آن های حداقل باشد و بتواند در محیط های با تنش زیاد كار كند.بیشتر قطعات آهنگری پودر از خانواده های آلیاژ آهنی است كه از پودر اتمیزه شده و گرافیت استفاده می شود.

پودر گرافیت به دو منظور استفاده می شود اول احیای اكسیدها در همگام تفجوشی و دوم تامین كربن لازم برای آلیاژ سازی البته نقش روانكاوی گرافیت را نیز نباید از یاد برد.بلوك اولیه برای جلوگیری از اكسیداسیون هنگام آهنگری و روانكاوی با مواد مخصوص در قالب پوشش داده می شود.

 

 

با زیاد شدن فشار شکل دهی ،چگالی خشته افزایش یافته ، که طبعا بهبود ویژگیهای قطعه تف جوش را نیز به دنبال خواهد داشت . البته هر چه فشار زیادتر شود قطعه در قالب جفت تر شده و لذا نیروی بیرون اندازی نیز زیادتر خواهد شد . روانسازی دیواره قالب ویا پودر اصطکاک جداره قالب رادر خلال بیرون اندازی کاهش می دهد. دراین حال نیز در اثر بیرون اندازی خشته ، تنش آن آزاد و نتیجتا ابعادش از ابعاد محفظه قالب بزرگتر خواهد شد. این رجعت کش سان معمولا کمتر از 0.3 درصد ابعاد قالب بوده، ولی وجود تنش وکرنش دیفرانسیلی  دردرون قطعه خام ممکن است باعث شکست آن گردد.

فشردن ، پودر را به توده ای شکل گرفته ودارای اسحکام کافی برای جابجایی و انجام فرایندها بعدی تبدیل می کند. متداولترین روش فشردن پودر ، شکل دهی آن در قالب سخت و در اثر اعمال فشار در یک راستا (هم محور) است . نخستین مساله مورد نظر در فرایند شکل دهی دستیابی به قطعه خام دارای چگالی و استحکام مطلوب است. نیروی فشارنده پودر بطور یکنواخت به بطن آن منتقل نشده و لذا خشته پودری چگالی همگنی نخواهد داشت . ویژگیهای پودر واکنش آن در مقابل تنش های فشردن را تحت تاثیر قرار داده و بسته به نوع  پود ر، اندازه و شکل آن و همچنین شکل قطعه می توان از شقوق مختلف فشردن استفاده کرد .

فشار را می توان بطور پیوسته و ناپیوسته اعمال کرد . سرعت انتقال نیروبه پودر نیز باعث تفاوت بین روشهایی از قبیل فشردن انفجاری و فشردن  متعارف شده است ، بعلاوه دما متغیر دیگری است که بسته به روش انتخابی از دمای اتاق تا 2000 درجه سانتی گراد تغییر می کند .

در روش ایزواستاتیک ، به عکس روش متعارف ، قالب قابلیت انعطاف داشته و فشار اعمال شده نیز به عکس فشار یک امتدادی در قالب سخت ، از همه طرف وارد می شود.

پس از کنترل مناسب مخلوط ریخته شده در قالب آن را می فشارند تا چگالی آن بالا رود که محصول حاصل از این فشار قطعه خام نامیده می شود.

عمل فشردن پودر در قالب توسط یکی ار انواع قالب های پرس(با ساختر کلی سمبه ماتریسی به همراه یک قطعه بیرون انداز) : پرس مکانیکی و ابزار صلب فشاری (به صورت دستی و ربای تولید قطعات کوچک)صورت می گیرد اما امروزه برای تولید انبوه و قطعات بزرکتر از پرس های هیدرولیکی و یا هیدرولیک_مکانیک و حتی پنوماتیک استفاده می گردد ,در دهه ی اخیر از روش های دیگری نظیر نورد آهنگری ویا حتی فشار ناشی از موج انفجار نیز در PMبهره گرفته اند.

این فرایند همانند کار ایزو استاتیک سرد است چرا که در این فرایند عمل تبلور مجدد صورت نمی گیرد بلکه تنها در اثر فشار چگالی قطعه افزایش می یابد و مواد پودر به هم فشرده شده و بین مواد پیوند های ثانویه ای ایجاد می گیرد.

 

جدول مربوط به میزان فشار متعارف برای کاربرد های مختلف :

 

 کاربرد                             فشار فشردن (مگا پاسکال)

----------------------------------------------------------

فلزات متخلخل و فیلتر ها                              70_40

فلزات دیر گداز و کاربید ها                          200­_10

قطعات ماشین                                       350_150

یاتاقان ها و قطعات آهنی                         1650_700

 

*   گاهی اوقات قالب گیری قطعات کوچک به صورت تزریقی صورت می پذیرد یعنی پودر مورد نظر به حالت خمیری در می آید(دمای مواد پایین تر از مذاب است )و با سیالیت مناسب در داخل قالب پرس قرار می گیرد در این حالت فشار مورد نیاز بسیار پایین واین عمل با پرس های ساده تری صورت می گیرد.که از مزایای دیگر تزریق می توان به یکنواختی کامل تر دانه بندی محصول اشاره کرد.

 

فرایند نورد  (powder rolling)

نورد پودر فرایندی است كه در آن پودر مورد نظر به طور مداوم از بین غلتك های معینی كه می توانند در وضعیت عمودی ،افقی یا مایل قرار گرفته باشند،عبور كرده به شكل صفحه یا تسمه تفجوشی نشده از آن خارج گردد.

سپس صفحه مزبور از درون كوره ای با اتمسفر و دمای كنترل شده عبور داده شده،در صورت بیاز بازهم تحت عملیات نورد قرار می گیرد.

مرحله مهم در فرایند نورد پودر،چگونگی تغذیه پودر به درون غلتك هاست ، به گونه ای كه چگالی صفحه نورد شده در طول پهنا ثابت قرار گیرد.

در انتها بعد از تولید صفحه یا تسمه از فرایند نورد پودر ،آن را به طور مداوم از درون كوره تفجوشی عبور داده و آن را نورد گرم می كنند.گاهی اوقات صفحه تفجوشی شده را نورد نموده سپس تحت عملیات تفجوشی قرار داده و مجددا" نورد می كنند.

فرایند تزریق پودر

فرایند قالب گیری تزریقی روش كم نظیری برای شكل دادن هر گونه پودر فلزی و غیر فلزی است . دانه های پودر در این روش بسیار ریزتر از سایر روش هاست و مقدار مواد ترموپلاستیك نیز برای سیلان بیشتر پودر به كار می رود.البته در این فرایند فشار از روش های دیگر كمتر است، اما به دلیل اینكه پودر به وسیله مواد پلاستیكی و حرارت ،حالت خمیری به خود می گیرد، بنابراین فشار اعمال شده به شكل ایزواستاتیك بوده و چگالی حاصل نیز از توزیع بسیار خوب و یكنواختی برخوردار است.قطعات پیچیده و ظریف را براحتی می توان از این روش تولید كرد.به دلیل ریزبودن ذرات پودر ،دمای تفجوشی در مقایسه با سایر فرایند ها كمتر است.همچنین اتمسفر تفجوشی بیشتر مخلوطی از گاز احیایی مانند هیدروژن انتخاب می شود.خواص مكانیكی قطعات تولید شده از این روش همانند سایر روش های تولید ،با افزایش چگالی افزایش یافته و چنانچه چگالی آن ها در محدوده 93% تا 97% تئوری باشد خواص حاصل تقریبا" در حد قطعات نوردی است.

فرایند فشردن داغ (hot press)

برای تولید قطعات با دانسیته زیاد و میكرو ساختار كنترل شده می توان از روش فشردن داغ ، كه در آن اعمال فشار و حرارت با هم انجام می شود استفاده می شود.در واقع این روش همانند تولید قطعه از طریق پرس ها ی معمولی است با این تفاوت كه قطعه علاوه بر فشار تحت اتمسفر كنترل شده حرارت نیز می بینند.با وجودی كه كیفیت قطعات تولیدی با این روش بسیار خوب است،به دلیل مشكلات زیاد در طراحی ، ساخت و تولید (امكان جوش خوردن قطعه به قالب ، سرعت تولیدی كم ، سایش و جزش ابزاز آلات پرس ) و مشكلات برای ایجاد اتمسفر كنترل شده، این روش زیاد مورد توجه نیست .

فرایند اكستروژن داغ (Hot Extrusion)

این فرایند تلفیقی از فشردن و كار مكانیكی در حالت گرم است كه موجب تولید قطعه ای با دانسیته بالا می گردد. نوع تغییر فرم انجام شده در این روش با پرس ایزواستاتیك گرم و یا نورد گرم قابل رقابت است.اصولا" از سه روش عمده برای اكستروژن استفاده می گردد.در حالت اول پودر آماده شده در مخزن گرم شده به دستگاه ریخته و مستقیما" اكسترود می شود.این روش مناسب آلیاژ های منیزیم است كه گرمای مخزن بعد از 15 تا 30 ثانیه پودر را گرم ،و آن را آماده عمل می كند.

حالت دوم بزای اكستروژن گرم الیاژهای آلومینیوم مناسب است.در این روش ابتدا پودر در حالت سرد پرس و سپس تفجوشی شده  یا تحت عملیات پرس گرم قرار گرفته و بعد همانند روش اكستروژن آلیاژ های ریختگی عمل می شود.در روش سوم ابتدا پودر دروم كپسول های فلزی (متناسب با سطح اكستروژن)ریخته شده ،سپس تفجوشی می شود .

 

 

 

تف جوشی (زینترینگ)

عبارتست از حرارت دادن پودر دردمای زیر دمای ذوب فلز طوریکه در این دما پودرهای فلزی بتوانند پیوند ایجاد کنند .(70تا 80%نقطه ذوب)یکی از مشخصه های مهم تف جوشی حساسیت شدید پیشرفت آن نسبت به دما است .

نیروی محرکه و مکانیزم تف جوشی دو مقوله متفاوتند . عامل نخستین که معمولاانرژی سطحی است ، نیروی لازم برای انتقال جرم را فراهم می سازد ، انرژی سطحی در واحد حجم با قطر دانه  پودرتناسب معکوس دارد و از این رو ریز شدن دانه ها باعث افزایش نیروی محرکه  فرایند خواهد شد و البته باید توجه داشت که تمام انرژی سطحی بصورت نیروی محرکه ظهور نکرده بلکه مقداری از آن صرف ایجاد مرزدانه ها می گردد که این مرزها نیز دارای انرژی مرزدانه ای می باشند . بنابراین نیروی محرکه موثر ممکن است بسیار کم و نتیجتا آهنگ تف جوشی هم کند باشد.

در عملیات تف جوش قطعه ی خام مرحله ی قبل در یک محیط با جو کنترل شده تا دمایی در حدود 70تا80% دمای ذوب ماده حرارت داده می شود وبه مدت کافی در این دما باقی می ماند وبعد به حالت کنترل شده سرد می گردد,در حالی که در مورد موادی که اختلاف نقطه ی ذوب بالا دارند دمای زینتر کردن می تواند بالای نقطه ذوب یک یا  چند ماده تشکیل دهنده باشد .

خود عمل زینتر کردن از 3 مرحله ی زیر تشکیل می شود:

1-   سوزاندن و پاک کردن مواد روانساز و چسب

2-   افزایش و نگه داشتن دمای بالا برای جوش خوردن بافت

3-   سرد کردن کنترل شده محصول نهایی برای حصول خواص نهایی

 

 

 

مراحل تف جوشی(زینترینگ) :

1-   مرحله نخست تف جوشی :

تماس نقطه ای بین دانه های پودرمنجر به رشد گلوگاههایی می شود که آهنگ  گسترش آنها بستگی به مکانیزم انتقال جرم داشته ، و هر چه سرعت رسیدن ماده از مجاری و مسیرها ی مختلف به منطقه تماس تندتر باشد تف جوشی نیز آهنگ بالاتری خواهد داشت .

در مرحله اول در یک محیط احیا کننده (محیطی که تا حدودی بازی است و مانعی برای اکسیداسیون مواد قطعه ی خام) قطعه ی خام حرارت می بیند تا چسب ویا مواد روان ساز از آن تبخیر گردند,در این مرحله ماده ی حاصل متخلخل می شود که خود همین مسئله در ساخت صافی ها و فیلتر ها چاره ساز است (به دلیل خلل و فرج ناشی از تبخیر چسب).

با تغییر اندازه دانه ها می توان مکانیزم  غالب فرایند را نیز تغییر داد ، معمولا تف جوشی  دانه های ریز تر بامکانیزم نفوذ سطحی انجام می شود و آهنگ میانگین تف جوشی نیز تندتر می باشد

بطور کلی ، رشد گلوگاه دانه های پودر ریزتر از آهنگ تند تری برخوردار بوده و با انتخاب زمان تف جوشی کوتاهتر و یا دماها ی کمتر می توان به نتایج مطلوب دست یافت . در مقابل دانه های درشت تر کند تر تف جوش شده و برای دستیابی به نتایج مشابه با مورد پیشین نیاز به زمان تف جوشی طولانی تر یا دمای بالاتری می باشد.

2-   مرحله دوم تف جوشی :

این مرحله از تف جوشی از نظر شکل گیری ویژگیهای قطعه از بیشترین اهمیت برخوردار بوده و مشخصه اصلی آن چگالش همراه با رشد دانه ها است . ساختار منافذ در مرحله میانی صاف شده ولی تا مرحله نهایی بصورت بهم پیوسته باقی می مانند . تغییرات ابعادی ناشی از تف جوشی در بسیاری از موارد مطلوب نبوده ، و در اینگونه موارد بمنظور کاهش میزان چگالش شکل دهی در فشار بالا انجام شده و زمان ودمای تف جوشی کاهش داده می شود . بعکس د رمورد فلزات دیرگداز تاکید بیشتر ، بر چگالش قطعه است. لذاست که مرحله دوم تف جوشی را باید از زوایای متفاوت مورد توجه قرار داد .

در مرحله ی دوم باز هم دما افزایش می یابد(گاهی تا 90%نقطه ذوب مخلوط) تا مواد به خوبی به هم جوش بخورند و بعد تا مدتی دما ثابت می ماند تا موقعیت ساختاری مجموعه ثابت گردد.

در آغاز مرحله دوم جدایش منفذها از مرزدانه ها ناچیز می باشد . ولی با پیشرفت فرایند چگالش ، کمتر بودن تحرک منافذ باضافه کاهش نیروی پیوند دهنده آنها باعث جداشدنشان می گردد . جداشدن منافذ از مرز دانه ها عامل محدود کنده چگالی نهایی ناشی از تف جوشی می باشد .

برای دستیابی به چگالی های تف جوشی بالا ، لازم است دشد دانه در خلال تف جوشی محدود شود ، آهنگ این رشد بهتحرک مرزدانه ، نیروی وارد برآنو نیروهای بازدارنده بستگی دارد .

طولانی بودن زمان تف جوشی برای دستیابی به ویژگیهای مطلوب و چگالش قطعه ضروری است . از طرف دیگر دما برفرایند تف جوشی تاثیری پیچیده دارد و آهنگ نفوذ ، رشد دانه و جابجایی منافذ ، جملگی فرایندهای فعال شونده با گرما می باشند . در بسیاری از مواد این اتفاقات بستگی به مورفولوژی قطعه دارد ، بعلاوه چون ریز ساختار قطعه دائما در حال تغییر می باشد . بیشترین تاثیر دما بر آهنگ نفوذ و رشد دانه می باشد وآهنگ چگالش با افزایش ضریب نفوذ و کاهش اندازه دانه ها  شدت می یابد.

3-   مرحله سوم تف جوشی :

 مرحله پایانی تف جوشی فرایندی کند است که در آن منافذ کروی مجزا ازهم بامکانیزم نفوذ حجمی منقبض می گردد. منفذی که بر روی مرز دانه قرار گرفته است بوسیله نیروی قابل ملاحظه ای که از زاویه دو وجهی کوچک ناشی می شود ، به مرز دانه وصل شده است. پس از گسسته شدن پیوند بین منفذ و مرز دانه ، لازمست منفذ آزاد شده تهیجاها رابه سمت مرزدانه های اطراف هدایت نماید تا انقباض که فرایندی کند نیز هست ، ادامه یابد .

همچنین در اثر طولانی شدن دوره گرمایش ، فرایند درشت شدن منافذ باعث خواهد شد که اندازه میانگین آنها افزایش یافته ولی از تعداد آنها کاسته شود. تفاوت بین انحنا  منافذ منجر به رشد منافذ بزرگتر در قبال از بین رفتن کوچکترها، که ناپایدارند ، خواهد شد.

فشردن پودر باعث کاهش میزان تخلخل آن و در عین حال افزایش تعداد نابجایی درپودرمی شود با توجه به کاهش تخلخل انقباض حاصل از تف جوشی نیز کم شده و زیادتر شدن نابجایی تند شدن آهنگ اولیه فرایند تف جوشی رابه دنبال خواهد داشت . بنابراین فشردن پودردر افزایش استحکام مکانیکی ، چگالی ، ثابت ماندن هندسه قطعه و کنترل ابعادی آن تاثیر مثبت بر جای می گذارد .

دلیل عمده استفاده از فرایند تف جوشی ، تاثیر آن بر ویژگیهای خشته پودراست و هر چه دامنه پیشروی آن بیشتر باشد ، معمولا قطعه از کیفیت های بالاتری برخودار می باشد.

از نقطه نظر تف جوشی کوچک بودن دانه های پودر یک مزیت بحساب می آید و هر چه دانه ها ریز تر باشند آهنگ فرایند تندتر خواهد شد ، البته این ریزی پرس کردن (فشردن) دانه ها رامشکل تر می کند. طولانی کردن زمان هر چند میزان تف جوشی قطعه راافزایش می دهد ولی هزینه رابالا برده و بعلاوه رشد دانه ها رابهمراه دارد.

دمای تف جوشی یکی از متغیرهای بسیار موثر بر تف جوشی است ، و هرچه افزایش یابد آهنگ فرایند نیز تند تر می شود ، لیکن هزینه های طراحی کوره و انرژی مصرفی در اثر بیشتر شدن دما فزونی می یابد.

تف جوشی مخلوط های پودری بامشکلات زیادی مواجه است و برای همگن شدن قطعه و حذف گرادیان ترکیب شیمیایی باید دما و زمان کنترل شود. تف جوشی مخلوط  پودرهای ریز دانه ، بخاطر کوتاه بودن مسیر های نفوذ با سهولت بیشتری انجام می شود واگر ضریب نفوذ دو مولفه پودر با هم اختلاف زیادی داشته باشد ممکن است . در قطعه منفذ ایجاد شود . این مساله ، بخصوص درحالیکه نقطه ذوب عنصر آلیاژی پایین تر باشد ، باعث متورم شدن قطعه می گردد. مثالی از این مورد افزایش آلومینیوم به آهن است ، که  ذوب ّآلومینیوم درخلال تف جوشی باعث تورم قطعه می گردد. عدم کنترل چرخه تف جوشی نیز می تواند به تشکیل فازهای مخرب از قبیل ترکیبات بین فلزی شکننده بیانجامد .

تمام فلزات ، باستثناء چند مورد ، درخلال تف جوشی نیاز به نوعی حفاظت از اکسایش دارند ، زیرا اکسید سطح پودر اتصال دانه ها از طریق نفوذ رابااشکال مواجه ساخته و از گسترش ویژگیهای مکانیکی جلوگیری می کند . اتمسفر تف جوشی همچنین می تواند به زدایش ماده روانساز وملات استفاده شده در فرایند فشردن پودر نیز کمک نماید.

با توجه به اینکه سطح دانه ها همیشه از قشر نازکی از اکسید پوشیده می باشد ، وجود اتمسفر احیاکننده نه تنها از اکسایش بیشتر آنها جلوگیری می کند بلکه هر گونه اکسید قبلی رانیز احیاء می نماید.

تف جوشی اغلب ویژگیهای مهندسی مواد را بهبود می بخشد حرکات اتمی باعث ایجاد پیوند بین ذرات شده و در نتیجه استحکام مکانیکی و دیگر ویژگیهای قطعه ارتقاء می یابد . به منظور تشدید فرایند تف جوشی می توان از فشار خارجی  و یاافزودنیها ی شیمیایی بهره گیری کرد ، اینگونه عملیات می تواند چگالی قطعه را به مقدار نظری آن برساندو از همین رو مورد توجه خاص محققین قرار گرفته است .

متالورژی پودر در انبوه سازی  قطعات از کارایی چشمیگیری برخوردار بوده و می توان از بهره وری ذاتی آن بنحو اتحسن استفاده  کرد . از جمله مزایای انکار ناپذیر این تکنولوژی که تولید اقتصادی بسیاری از فراورده ها  را میسر کرده است ، می توان به کنترل ابعادی وامکان ساخت قطعات دارای اشکال پیچیده  اشاره کرد .

 

 

 

ویژگیهای پودر فلزی

ویژگیهای  یك پودر مهم می باشد زیرا معمولا انتخاب یك روش فرایند ویژه به وسیله این مورد انجام می شود . مشخصات پودر تقریبا یك روش پیچیده است نه فقط ویژگی های منحصر به فرد ذرا ت (اندازه ، شكل و غیره)‌ بایستی تعیین شوند ؛ بلكه هم چنین مشخصات توده پودر (توزیع اندازه ذرات ، ویسكوزیته ظاهری و غیره ) و خلل و فرج در توده پودر (اندازه متوسط خلل و خروج ها ،‌حجم خلل و خروج ها ) . به طور كلی مشخصات زیر بایستی تعیین شوند :

 

تركیب شیمیایی : تركیب شیمیایی همانند حجم ناخالصی می تواند با شیوه های شیمیایی تجزیه و تحلیل معمولی تعیین شود؛فراترازاطلاعات شیمیایی جرم،‌اغلب نیازی برای دانستن شرایط سطح پودر وجود دارد (اكسیداسیون رشته های آلی قابل مشاهده ، پوشش سطح و غیره ) اندازه گیری اتلاف وزن هیدروژن (ASTM E159) می تواند ایده ای در رابطه با اكسیداسیون سطح بیان كند ، هنگامی كه میزان غلظت می تواند به وسیله انحلال اسید اندازه گیری شود . در برخی موارد خاص ، وسیله الكترونی طیف سنجی مورد نیاز است .

ساختار درونی ذرات : جدایش ریز ، خلل و فرج داخلی و رسوب كردن می تواند به وسیله ی تكنیك های میكروسكوپی مرسوم مانند میكروسكوپ نوری و میكروسكوپ الكترونی مطالعه شود .

اندازه ی متوسط ذرات و توزیع اندازه ذرا ت : انواع رنج وسیعی  از روش ها برای اندازه گیری توزیع اندازه ذرات در دسترس هستند ، یك شیوه از توانایی چشم برای سریع دیدن ذرا ت با اندازه نا پیوسته در یك میكروسكوپ استفاده می كند (ASTM E20) روش مشهور دیگر الك كردن (غربال زنی ) می باشد : پودر از طریق دسته ای از غربال ها با افزایش اندازه منفذ (Mesh) و مقدار پودر در هر غربال بهره برداری می شود ، وزن می شود . تكنیك های دیگر براساس اندازه گیری رسوبی، رسانایی الكتریكی ، پراكندگی نور یا حتی تكنیك های اشعه x برای بسیاری از پودرهای ظریف می باشند.

 

شكل ذرات : یك حالت ممكن برای شكل ذرات در شكل6-2 نشان داده شده است شكل ذرات بسیار مهم است و بایستی با توزیع اندازه در نظر گرفته شود ؛ كه می تواند توسط میكروسكوپ الكترونی تعیین شود .

مساحت رویه: 

مساحت سطح ویژه به صورت سطح بر واحد جرم بیان می شود (m2/g) و به شكل پودر ، بسیار وابسته است  مساحت رویه می تواند توسط تكنیك جذب تعیین شود .

چگالی ظاهری :

چگالی ظاهری پودر به معنای وزن بر واحد حجم پودر تعریف می شود بعد از ریختن از طریق یك جریان سنجش (ASTM B212,ASTM B213)Hall ویا یک حجم سنج B329) SCOTT (ASTM

چگالی انباشتگی (لرزشی):

چگالی انباشتگی،وزن تقسیم بر حجم بعد از ارتعاش پودر است ASTM B527))

دبی : دبی پودر فلز بر ویژگی های نهایی محصول  

موضوعات مرتبط: نانو پودر ها , ,

|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


نانوپودر چيست؟
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 19:44 | بازدید : 1235 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

نانوپودر چيست؟ 

پودر‌ها ذرات ريزي هستند كه از خُرد كردن قطعات جامد و بزرگ، يا ته‌نشين شدن ذرات جامدِ معلق در محلول‌ها به دست مي‌آيند. بنابراين، نانوپودرها را ميتوان مجموعه‌ي از ذرات دانست كه اندازه‌ي آنها كمتر از 100 نانومتر است. (اگر يك متر را يك ميليارد قسمت كنيم، به يك نانومتر ميرسيم. طبق تعريف، ساختار نانومتري ساختاري است كه اندازه‌ي آن كمتر از 100 نانومتر باشد.)

 


چه پودري را ميتوان نانوپودر به شمار آورد؟ 

پودرها در سه حالت نانوپودر به شمار ميآيند: 

حالت اول: ساختار ذرات تشكيل‌دهنده‌ي پودر، در حد نانومتر باشد. 

يعني اگر ساختار ذرات تشكيل‌دهنده‌ي يك پودر را به صورت يكي از اشكال منظم هندسي در نظر بگيريم، ميانگين اندازه‌ي اضلاع آن بين 1 تا 100 نانومتر باشد. مهمترين اشكال هندسي، كُره و مكعب‌اند. اگر ساختار ذرات تشكيل‌دهنده‌ي پودر را كُره فرض كنيم، بايد قطر كُره كمتر از 100 نانومتر باشد و چنانچه ساختار آنها مكعب فرض شود، ميانگين اضلاع مكعب بايد در محدوده‌ي 1 تا 100 نانومتر قرار گيرد. به عبارت حسابيتر، ميانگين اضلاع مكعب بايد در اين رابطه صدق كند: 

1 نانومتر < (a+b+c)/3 < 100 نانومتر 

براي مثال، بلورهاي نمك طعام ساختاري مكعب‌شكل دارند. (شكل شماره‌ي 1) 

يادآوري: اگر بيشترِ ذرات تشكيل‌دهندة پودر، ابعادي ميان 1 تا 100 نانومتر داشته باشند، آن پودر، نانوپودر محسوب ميشود. 

 

شكل 1: ساختار بلور نمك طعام، مكعبي است. 

حالت دوم: دانه‌هاي تشكيل‌دهندة پودر، ابعاد نانومتري داشته باشند. 

در حالتي كه اندازه‌ي ذرات تشكيل‌دهنده‌ي پودر از صد نانومتر بيشتر باشد، كافي است دانه‌هاي آن ابعاد نانومتري داشته باشند تا نانوپودر به شمار آيند. يك مثال براي فهم اين موضوع، اتم‌هايي هستند كه به صورت منظم و درون سلول‌هايي كه آنها را "دانه" ميناميم، كنار هم قرار گرفته‌اند. مواد بلوري جامد نيز از سلول‌هاي ريزي تشكيل شده‌اند كه به آنها دانه مي‌گويند. درون هر دانه، اتم‌ها در يك جهت خاص و رديف‌هاي موازي چيده شده‌اند و تفاوت دو دانة مجاورِ هم، تفاوت در همين جهت‌گيري اتم‌هاست. 

 

شكل 2: اين ذره، حاوي سه دانه است. 

 

شكل 3: اتم‌ها با زاويه‌ي 45 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند. 

 

شكل 4: اتم‌ها با زاويه‌ي 90 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند. 

 

شكل 5: اتم‌ها با زاويه ي 120 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند. 

در دانه‌ي 1 (شكل 3)، اتم‌ها در رديف‌هاي موازي و با زاويه‌ي 45 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند. در دانه‌ي 2 (شكل 4) اتم‌ها با زاويه‌ي 90 درجه و در دانه‌ي 3 (شكل 5) اتم‌ها با زاويه‌ي 120 درجه نسبت به افق چيده شده‌اند. وقتي اين سه دانه در كنار يكديگر قرار بگيرند، يك ذره تشكيل مي‌شود. (شكل 6) به فضاي خالي بين دانه‌ها «مرز دانه» مي‌گويند. مرز دانه محلي است كه جهت چيده شدن اتم‌ها عوض مي‌شود. 

همچنين دانه‌ها را ميتوان مانند آجرهاي يك ديوار فرض كرد. در اين صورت، مرز بين دانه‌ها ملات بين آجرهاست. اگر قطر اين دانه‌ها بين 1 تا 100 نانومتر باشد، ذرات حاصل تشكيل نانوپودر مي‌دهند. 

هر چه قطر دانه‌هاي يك ذره كمتر باشد (البته با حجم ثابت)، تعداد دانه‌هاي تشكيل‌دهنده‌ي آن بيشتر خواهد بود (واضح است كه هر چه آجرهاي تشكيل‌دهنده‌ي يك ديوار 1 متر در 1 متر كوچكتر باشند، تعداد آجرها بيشتر خواهد بود) و هر چه تعداد دانه‌ها بيشتر شود، مانند گره‌هاي يك فرش، تار و پود آن محكمتر و درهم‌تنيده‌تر است و بنابرين استحكام محصول بيشتر خواهد بود. 

 

شكل 6: سه دانه در مجاورت هم قرار گرفته‌اند تا يك ذره را تشكيل دهند. 

يادآوري: اگر درصد قابل توجهي از دانه‌هاي تشكيل‌دهنده‌ي ذرات، نانومتري باشند، پودر، نانوپودر محسوب ميشود. 

حالت سوم: ذرات نانوپودر و ذرات پودر معمولي تركيب شوند. 

در اين حالت، پودر را «نانوپودر كامپوزيتي» مينامند. كامپوزيت كه از كلمه‌ي انگليسي composition گرفته شده، به معني تركيب دو يا چند چيز است. ملموس‌ترين مثال براي كامپوزيت، كاه‌گل است. در كاه‌گل رشته‌هاي كاه در زمينه‌ي گِل پراكنده شده‌اند. در نانوپودرهاي كامپوزيتي نيز ذرات نانومتري در زمينه‌ي ذرات بزرگتر (غير نانومتري) پراكنده شده‌اند (شكل 7). 

 

شكل 7: ذرات با قطر نانومتري در زمينه پراكنده شده‌اند. 

علت تركيب شدن آنها اختلاف خواص اين دو ماده است. در كامپوزيت معمولاً زمينه از يك ماده‌ي نرم و افزودني از ماده‌ي سخت انتخاب مي‌شود. در اين صورت، هنگامي‌ كه به ماده نيرو وارد مي‌شود، زمينه نيرو را به رشته يا پودر اضافه‌شده منتقل مي‌كند تا بتواند در برابر نيروي واردشده‌ مقاومت بيشتري داشته باشد. (شكل شماره‌ي 8) 

 

شكل 8 : در يك نانوكامپوزيت، ذرات نانويي در زمينه‌اي غيرنانويي پراكنده شده‌اند .
موضوعات مرتبط: نانو پودر ها , ,

|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


بررسي روش‌هاي توليد نانوپودرها با استفاده از سيالات فوق بحراني
جمعه 3 / 2 / 1393 ساعت 19:43 | بازدید : 1105 | نویسنده : میلاد محمدزاده | ( نظرات )

بررسي روش‌هاي توليد نانوپودرها با استفاده از سيالات فوق بحراني

خلاصه : 
روش‌هاي متعددي براي توليد نانوپودرها وجود دارد كه هر روش مي‌تواند منجر به تهيه نانوپودرهايي با خواص متفاوت شود. اخيراً سيالات فوق بحراني (SCF) يا گازهاي فشرده بعنوان يك محيط مناسب براي كريستاليزاسيون و توليد نانوپودرها پيشنهاد شده‌اند. سيالات فوق بحراني داراي خواص شبه گازي و شبه مايع مي‌باشند كه علاوه بر ارزان بودن، اثر آلوده‌كنندگي نيز ندراند و موجب كنترل دقيق فرآيند كريستاليزاسيون شده و توانايي توليد ذرات بسيار ريز با مورفولوژي‌ و توزيع اندازة ذرات مناسب را فراهم مي‌آورد. در اين مقاله به توضيح فرآيندهاي مختلف توليد نانوپودرها بر پايه سيال فوق بحراني اعم از انبساط سريع محلول فوق بحراني (RESS)، آنتي‌حلال فوق بحراني (SAS)، ذرات حاصل از محلول اشباع گازي (PGSS)، كاهش فشار محلول آلي مايع منبسط شده (DELOS) و مقايسه اين روشها پرداخته شده است. همچنين توضيح مختصري دربارة پارامترهاي مهم و مؤثر بر روي محصول نهايي، مزيت‌هاي خاص هر روش و برخي داده‌هاي تجربي آورده شده است.

 

1- مقدمه
نانوپودرها از مهم‌ترين محصولات فناوري‌نانو با كاربردهاي گسترده در صنايع مختلف هستند. از جمله اين كاربردها مي‌توان به توليد مواد منفجره با پتانسيل بالاتر، رنگ‌ها و روكش‌ها، پليمرها و بيوپليمرها، واسطه‌هاي شيميايي، چسب‌ها، نانوكامپوزيت‌ها، ساينده‌ها، ابرساناها و غيره اشاره كرد. با توجه به اينكه كاربردهاي زيادي براي نانوپودرها در زمينه‌هاي مختلف وجود دارد، لذا توجه فراواني روي روش‌هاي توليد نانوپودرها تمرکز يافته است. 
روش‌هاي رايج براي كاهش اندازه ذرات شامل آسياب‌كاري، خشك كردن پاششي و تبخير حلال است؛ هرکدام از اين روش‌ها داراي معايبي نظير تغيير کيفيت به علت اثرات حرارتي يا شيميايي، توزيع گسترده اندازه ذرات، مصرف زياد حلال، و مشکلات زدودن حلال مي‌باشند. براي مثال فرايند خشك كردن پاششي مي‌تواند از لحاظ حرارتي موجب تخريب تركيبات شود، يا در فرايند آسياب‌كاري، توزيع گسترده اي از اندازه پودرها حاصل شود و در روش‌هاي تبخير حلال/ امولسيون، زدودن حلال‌هاي باقي‌مانده مشكل باشد. بنابراين تركيبات خاص مثل مواد منفجره، واسطه‌هاي شيميايي، پيگمنت‌ها و رنگ‌ها به دليل حساس بودن نمي‌توانند در چنين فرايندهايي به كار روند. 
اخيراً سيال‌هاي فوق بحراني (SCF) يا گازهاي فشرده به عنوان يك محيط مناسب براي انجام فرايند تبلور و توليد نانوپودرها پيشنهاد شده‌اند. يك سيال فوق بحراني تركيبي است كه در دما و فشار بالاتر از نقطه بحراني خود قرار دارد. به عنوان مثال سيال فوق بحراني مورد استفاده مي‌تواند كربن دي‌اكسيد باشد كه علاوه بر ارزان بودن، اثر آلوده‌كنندگي نيز ندارد و پارامترهاي بحراني آن ( PC= 73. 9 bar , TC= 31. 1˚C) در يك دستگاه صنعتي به سادگي قابل حصول است. استفاده از سيال فوق بحراني، كنترل دقيق فرايند تبلور و توانايي توليد ذرات بسيار‌ ريز و يكسان (از نظر اندازه) با مورفولوژي‌هاي مناسب را فراهم مي‌آورد. همچنين وجود خواصي نظير نفوذ شبه گازي آن و امکان حذف کامل آن در انتهاي فرايند، باعث جلب توجه زياد به سمت آن شده است. به طوركلي اين سيال‌ها در تكنولوژي‌هاي توليد نانوپودرها، در سه حالت جسم حل‌شونده، و آنتي‌حلال و کمک حلال مصرف مي‌شوند. جدول (1) مقايسه بين روش‌هاي بر پايه سيال فوق بحراني و ساير روش‌هاي موجود را براي توليد نانو و ميکروذرات، از نظر اندازه نشان مي‌دهد. 
2- روش‌هاي توليد نانوپودرها بر پايه سيال فوق بحراني
2-1- انبساط سريع سيال فوق بحراني (RESS)

جدول1. مقايسه اندازه ذرات حاصل از روش‌هاي بر پايه سيال فوق بحراني و ساير روش‌هاي توليد نانو و ميکروذرات

تکنيک

اندازه ذره (ميکرومتر)

500-1000

150- 500

50-150

10-50

< 10

< 1

Cutting mills

Yes

Yes

No

No

No

No

Crusher

Yes

No

No

No

No

No

Universal and pin mills

Yes

Yes

Yes

Yes

No

No

Hammer mill

Yes

Yes

Yes

Yes

No

No

Mechanical mills with internal classifier

No

Yes

Yes

Yes

No

No

High-compression roller mills and table roller mills

No

No

No

Yes

Yes

No

Jet mills

No

No

No

Yes

Yes

No

Dry-media mills

No

No

No

Yes

Yes

No

Wet-media mills

No

No

No

No

Yes

Yes

Recrystallization from solutions

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Spray drying

--

--

--

--

Yes

Yes

Supercritical fluid

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

Yes

انبساط سريع سيالات فوق بحراني (RESS) يك تكنيك كريستاليزاسيون است كه از خواص يك سيال فوق بحراني مثل CO2 به عنوان يك حلال براي تسهيل توليد نانوپودر استفاده مي‌کند. 
مطابق شكل (1) ، فرايند RESS از طريق وارد كردن CO2 مايع با دما و فشار بالا به منظور دستيابي به سيال فوق بحراني آغاز مي‌شود. سيال فوق‌ بحراني سپس در اتوكلاو با حل ‌شونده مخلوط مي‌شود. در اين سيستم، سرعت جريان تا زماني مهم است كه تعادل ترموديناميكي برقرار نباشد. مرحله بعدي مستلزم كاهش فشار مخلوط از فشار بالا به فشار اتمسفري به وسيله نازل است. اين كاهش سريع فشار موجب هسته‌زايي (به وسيله كاهش قدرت انحلال حلال) مي‌شود. زماني كه CO2 گازي در شرايط محيط قرار مي‌گيرد، مواد حل‌شونده رسوب مي‌كنند و در يك مخزن جمع مي‌شوند. سپسCO2 از طريق يك دريچه به بيرون از محفظه منتقل، و نهايتاً تصفيه و بازيافت مي‌شود. مورفولوژي نانوپودرها و کريستال‌ها هر دو به ساختار ماده و پارامترهاي حاكم بر فرايندRESS (دما، افت فشار، هندسه نازل و. . ) وابسته است. از جمله مطالعات انجام شده مي‌توان به توليد ريز ذرات پليمري نظير پلي‌كاپرولاكتون و پلي‌متيل متاكريلات توسط Lele و Shine، توليد نانوذرات CdS (سولفيد كادميم) توسط Sun، توليد نانوپودرهاي سراميکي از جمله آلومينا و سيليس اشاره نمود. 
فرايند RESS داراي مزاياي متعددي است. هرچند اين فرايند در فشارهاي بالا اتفاق مي‌افتد اما دماي مورد نياز نسبتاً پايين است. مزيت ديگر اين فرايند نبود خطرات محيطي است. البته بزرگ‌ترين مزيت آن قابليت ساخت ذرات بسياركوچك در مقياس ميكرو و نانو با توزيع اندازه ذرات مناسب و عاري از حلال است. از معايب اصلي فرايند مي‌توان به نسبت بالاي گاز/ماده به واسطه حلاليت پايين ماده، نياز به فشار بالا و مشکل جدايش ذرات زيرميکرون از حجم بزرگي از گاز در مقياس صنعتي اشاره كرد. 
2-2-فرايند آنتي‌حلال فوق بحراني (SAS)
فرايند آنتي‌ حلال فوق بحراني از سيستم‌هاي دوتايي حلال/ آنتي‌حلال براي توليد ميكروپودرها و نانوپودرها استفاده مي‌كند. در اين روش، سيال فوق بحراني (به طور مثال CO2) به عنوان يك آنتي حلال عمل كرده، باعث متبلور شدن جسم حل‌شونده مي‌شود. دو تكنيك اساسي براي اين فرايند وجود دارد  كه در ذيل شرح مي‌شوند. 
2-2-1-عمليات ناپيوسته 
در اين تكنيك يك سيال فوق بحراني، به عنوان آنتي حلال سبب ترسيب جامدات مي‌شود. جامدات ابتدا در يك مايع حل مي‌شوند و يك سيال براي ترسيب ذرات جامد افزوده مي‌شود. افزايش سريع سيال، موجب كاهش ناگهاني دانسيته مايع و انبساط حجمي آن شده، باعث مي‌شود كه مخلوط مايع به حالت فوق اشباع برسد و ماده حل‌شونده به صورت ذرات ميكرو يا نانومتري رسوب كند (شكل2) . مزيت اين تكنيك كنترل اندازه ذرات از طريق سرعت تزريق آنتي حلال، غلظت اوليه مواد در محلول، و دما است. در فرايند ناپيوسته، پروفيل انبساط حجمي مايع تابعي از دما، پروفيل فشار، نوع حلال و آنتي حلال، و قدرت همزن است. 
2-2-2-عمليات نيمه پيوسته يا پيوسته 
به طور كامل در تكنيك‌هاي آنتي حلال ناپيوسته، به دليل حذف شدن فاز مايع تكنيك‌ آنتي حلال پيوسته توسعه داده شده است. در تكنيك‌هاي آنتي‌ حلال پيوسته مثلاً سيستم‌هاي استخراج حلال آئروسل (ASES) ، فازهاي مايع و فوق بحراني به طور پيوسته به داخل يك محفظه وارد مي‌شوند. قطرات مايع خيلي كوچك، در ابعاد زير ميلي‌متر، با يك مقدار مازاد از سيال فوق بحراني برخورد مي‌كنند.


شكل (3) فرايند آنتي‌حلال پيوسته را نشان مي‌دهد. براي توليد قطرات مايع كوچك در نازل، محلول مايع در فشار bar 20 بيشتر از فشار كاري محفظه تبلور پمپ مي‌شود. محدوده اندازه ذرات توليد شده از 0. 1 تا 250 ميكرون قابل تغيير است. در فرايند آنتي‌ حلال پيوسته، اثر متغيرهاي دما، فشار، غلظت محلول تزريقي، طبيعت حلال‌هاي مايع و سيال فوق بحراني بر خواص فيزيكي محصول، بررسي و بهينه مي‌شود. 
از فرايند SAS براي توليد تركيبات منفجره، كاتاليست‌ها، ابررساناها، پليمرها، نانواسفرها يا ميكرواسفرها، ميكروفيبرهاي با قطرهاي 0.01 µm بيشتر و برخي تركيبات دارويي استفاده مي‌شود. در سال 1988 Schmid توانست ذرات تريامسينولون با قطر  5-10 µm را با استفاده از حلال THF توليد كند . در سال 1992، Krukonis و همكارانش توانستند از فرايند SAS براي تبلور و جداسازي دو ماده منفجره RDX و HMX استفاده كنند . 
2-3-توليد ذره از طريق فرايند محلول اشباع گازي (PGSS)
در توليد ذره از طريق فرايند محلول اشباع گازي، از يك سيال فوق بحراني، به عنوان يك جسم حل‌شونده براي ايجاد تبلور در يك محلول استفاده مي‌شود. فرايند PGSS براي ساخت نانوذراتِ با توانايي كنترل توزيع اندازه ذرات به كار برده مي‌شود. نيروي محركه فرايند PGSS، افت ناگهاني دماي محلول تا زير نقطه ذوب حلال است. با اين عمل، محلول از فشار كاري به شرايط اتمسفري تغيير وضعيت مي‌دهد، كه در نتيجه آن مي‌توان اثر ژول ـ تامسون را مشاهده كرد. سرمايش سريع محلول موجب تبلور جسم محلول شده، هسته‌زايي هموژن براي تشكيل ذرات به وجود مي‌آيد. فرايند PGSS يك فرايند دو مرحله‌اي است (شكل4) . در اين فرايند، محلولي از ذوب كردن محصول مورد نظر، تحت اثر سيال فوق بحراني ايجاد مي‌شود. اين شرايط موجب افزايش حلاليت SCF در محلول مايع حاصل مي‌شود، به طوري كه يك محلول اشباع گازي به دست مي‌آيد. در اين مرحله محلول به تعادل و يكنواختي مي‌رسد و سپس تا شرايط اتمسفر منبسط مي‌شود. يك فيلتر در محفظه انبساط، پودرهاي توليد شده را جمع‌آوري مي‌كند. محصول به دليل عاري بودن از حلال نياز به شست‌وشو ندارد و مي‌توان SCF را در صورت نياز برگشت داد.  
Rodrigues و همكاران اثرات چشمگير تغييرات فشار بر روي مورفولوژي ذرات را نشان داده‌اند. در فشارهاي بالاتر، 16-18 Mpa مورفولوژي ذرات حاصل به صورت كروي خواهد بود. وقتي فشار به 12-14 Mpa افت مي‌كند، مورفولوژي به طور چشمگيري تغيير مي‌كند. ذرات حاصل پهن‌تر هستند و برجستگي‌هاي سطح آنها گسترش مي‌يابد. اين برجستگي‌ها ميخي شكل هستند و در نتيجه افت‌ فشار، تمايل به بزرگ‌تر شدن دارند. اين پديده در تصوير ميكروسكوپ الكتروني شكل (4) نشان داده شده است.

 

شکل5. تصاوير ميکروسکوپ الکتروني ذرات کامپوزيتي Theophilline/HPO تشکيل شده توسط فرايند PGSS در a: 18 مگاپاسکال و b: 14 مگاپاسکال

شكل (5) همچنين نشان مي‌دهد كه كاهش فشار باعث افزايش تجمع و انباشتگي ذرات مي‌شود. اين اختلاف‌ در مورفولوژي‌ها مي‌تواند به واسطه تفاوت در شروع هسته‌زايي باشد. در فشارهاي پايين‌تر، هسته‌زايي در فرايند انبساط سريع سيالات فوق بحراني زودتر شروع مي‌شود اين امر موجب به وجود آمدن ساختارهايي رشته مانند خواهد شد؛ جهت به دست آوردن ذرات كروي، نياز به فشارهاي بالاتر است. بنابراين هسته‌زايي در فرايند انبساط ديرتر شروع مي‌شود. اگرچه تغيير فشار تأثير قابل توجهي در مورفولوژي ذرات دارد، اما هيچ اثري روي اندازه يا توزيع اندازه ذرات ندارد. 
مزيت مهم فرايند PGSS، نياز آن به فشار پايين‌ت‌ر در مقايسه با RESS، مصرف پايين‌تر گاز به دليل نسبت‌هاي کمتر گاز در مايع، و توانايي تشكيل نانوپودرها بدون نياز به حلال‌ است كه هزينه‌هاي عملياتي را در دو حالت كاهش مي‌دهد: اولاً اينكه نياز به حلال‌هاي شيميايي گران، كاهش مي‌يابد؛ ثانياً به دليل به كار نگرفتن حلال‌ها، محصول از خلوص بالايي برخوردار است و نيازي به حذف باقي‌مانده حلال نيست. از ديگر مزاياي فرايند PGSS، توانايي تشكيل نانوكامپوزيت‌ها يا ذرات انكپسوله شده است. يكي از عيوب فرايند PGSS، نياز به يك SCF است كه بايستي در داخل يك حلال حل شود. عيب ديگر فرايند PGSS در مشكلات مربوط به حل كردن يك SCF، داخل چندين حلال با حلاليت‌هاي متفاوت SCF است. اين عيب در هنگام توليد نانوذرات كامپوزيتي يا توليد ذرات انكپسوله شده مهم خواهد بود.  
2-4- كاهش فشار محلول آلي مايع منبسط شده (DELOS) 
برخلاف هر روش ديگر، روش كاهش فشار محلول آلي مايع منبسط شده، فرايندي است كه براي تشكيل نانوپودرها از يك سيال فوق بحراني به عنوان كمك حلال استفاده مي‌كند. فرايند DELOS براي حل‌شونده‌هاي آلي در حلال‌هاي آلي و مخصوصاً براي توليد پليمرها، رنگ‌ها و ذرات دارويي مفيد است. نيروي محركه اين فرايند، افت شديد و سريع دما است. اين اتفاق وقتي مي‌افتد كه محلول فشرده شده از فشار عملياتي تا فشار اتمسفر منبسط شود. به ليل اينكه سيستم قبل از شروع انبساط براي رسيدن به تعادل تلاش مي‌كند، لذا افت فشار و دما در سراسر محلول يكنواخت است. اين افت سريع دما به علت كاهش ظرفيت اشباع محلول، باعث تبلور ذرات حل شده مي‌شود.

شکل6. شماتيک فرايند DELOS

شكل 6 فرايند سه مرحله‌اي ساده DELOS نشان مي‌دهد. مرحله اول عبارت از انحلال ماده حل‌شونده در داخل حلال آلي است. انجام اين مرحله در درون يك محفظه مقاوم به فشار صورت مي‌گيرد. اين محفظه براي به دست آوردن دماي عملياتي مورد نياز گرم مي‌شود. وقتي مرحله اول كامل شد، سيال فوق بحراني پيش‌گرم شده داخل حلال حل مي‌شود تا فشار عملياتي مورد نياز حاصل شود. در اين حال زمان كافي براي محلول سه جزئي فراهم مي‌شود تا به تعادل و دماي كار برسد. بعد از رسيدن به تعادل، محلول در فشار اتمسفري منبسط مي‌شود. نيتروژن خالص در داخل محفظه محلول پمپ مي‌شود تا فشار عملياتي را در مدت انبساط حفظ كند. يك فيلتر در بالاي محفظه انبساط قرار مي‌گيرد تا پودرهاي حل‌شده را جمع ‌كند. پودرهاي حاصل مي‌توانند با استفاده از سيال فوق بحراني خالص شست‌وشو شوند و حلال‌هاي مورد استفاده در اين فرايند نيز به آساني جدا و در صورت نياز برگشت داده شوند.

جدول2. مقايسه انواع فرايندهاي توليد نانوپودرها بر پايه سيال فوق بحراني

DELOS

PGSS

SAS

RESS

 

کمک حلال

حل شونده

آنتي حلال

حلال

نقش سيال فوق بحراني

دما

دما

حلاليت

فشار

نيروي محرکه

-

پايين

متوسط

بالا

فشار گاز مصرفي

بالا

پايين- متوسط

پايين- متوسط

بالا

فشار

بلي

خير

بلي

خير

حلال

آسان

آسان

آسان

مشکل

جدايش جامد/گاز

مشکل

خير

مشکل

خير

جدايش حلال/گاز

3 مرحله

2 مرحله

3 مرحله

2 مرحله

مدت فرايند

ميکرو و نانو

ميکرو و نانو

ميکرو و نانو

ميکرو و نانو

اندازه ذره

بلي

بلي

بلي

بلي

انکپسولاسيون

زماني كه فرايند تبلور از طريق DELOS به يك افت دماي بزرگ وابسته است، بازده روش مي‌تواند از طريق افزايش مقداري از سيال فوق بحراني مورد استفاده، زياد شود. با وجود اين، مشکل محدوديت در مقدار مورد استفاده از سيال فوق بحراني وجود دارد. اگر اين محدوديت بروز كند، فرايند DELOS امكان‌ناپذير خواهد بود و در عوض تبلور از طريق فرايند SAS اتفاق مي‌افتد. وقتي غلظت سيال فوق بحراني به غلظت محدودكننده مي‌رسد، اندازه ذرات و توزيع اندازه ذرات به حداقل مي‌رسد. بنابراين كنترل اندازه ذرات از طريق كنترل غلظت سيال بحراني امكان‌پذير است. از طريق اين روش ذراتي در مقياس نانو، ميكرو و ماكرو قابل دست‌يابي خواهند بود. 
جدول (2) خلاصه‌اي از انواع فرايندهاي توليد نانوپودرها بر پايه سيال فوق بحراني و مقايسه آنها را نشان مي‌دهد. 
3- نتيجه‌گيري 
استفاده از روش‌هاي نوين جهت توليد ذرات ريز در مقياس نانو يا ميکرو، باعث مرتفع ساختن مشکلات روش‌هاي قديمي شده، منجر به توزيع اندازه ذرات کنترل شده مي‌شود. همچنين با به كارگيري روش‌هاي بر پايه سيال فوق بحراني، خلوص بالايي از بلورهاي تشکيل شده و شکل هندسي مطلوب بدست مي‌آيد.

موضوعات مرتبط: نانو پودر ها , ,

|
امتیاز مطلب : 0
|
تعداد امتیازدهندگان : 0
|
مجموع امتیاز : 0


صفحه قبل 1 صفحه بعد

منوی کاربری


عضو شوید


نام کاربری
رمز عبور

:: فراموشی رمز عبور؟

عضویت سریع

نام کاربری
رمز عبور
تکرار رمز
ایمیل
کد تصویری
موضوعات
نویسندگان
نظر سنجی

سطح وبسایت چطوری در نظر میگیرید

خبرنامه
براي اطلاع از آپيدت شدن وبلاگ در خبرنامه وبلاگ عضو شويد تا جديدترين مطالب به ايميل شما ارسال شود



دیگر موارد


خبرنامه وبلاگ:

برای ثبت نام در خبرنامه ایمیل خود را وارد نمایید



تبادل لینک هوشمند

تبادل لینک هوشمند

برای تبادل لینک ابتدا ما را با عنوان Special reference Metallurgy و آدرس metallurgyy.lxb.ir لینک نمایید سپس مشخصات لینک خود را در زیر نوشته . در صورت وجود لینک ما در سایت شما لینکتان به طور خودکار در سایت ما قرار میگیرد.






آمار وب سایت

آمار مطالب

:: کل مطالب : 384
:: کل نظرات : 16

آمار کاربران

:: افراد آنلاین : 8
:: تعداد اعضا : 955

کاربران آنلاین


آمار بازدید

:: بازدید امروز : 9
:: باردید دیروز : 0
:: بازدید هفته : 109
:: بازدید ماه : 3141
:: بازدید سال : 10092
:: بازدید کلی : 142398