بخشی از مقاله
چکیده
در تحقیق حاضر از روش سانتریفوژ براي بررسی و ارزیابی نحوه کنترل گرادیان ترکیبی در مخلوطی از آلومینا و زغال و نیز آلومینا و گرافیت بهره گرفته شد. هدف از استفاده از زغال و گرافیت ایجاد تضاد رنگی شدید با آلومینا جهت پردازش تصویر بوده است. در نتیجه تعمیم نتایج براي حالت زینترشده نمونهها و تخمین الگوي توزیع تخلخل در نبود گرافیت و زغال میسر میشود. با آنالیز تصاویر به دست آمده از مقاطع نمونههاي ساخته شده، توسط نرم افزار CLEMEX، توزیع و درصد فراوانی هر فاز تعیین گردید.
نتایج ارزیابی هاي کمی و کیفی توسط نرم افزار نشان داد که میزان، اندازه و الگوي گرادیان فازها به نوع دستگاه سانتریفوژ، سرعت و زاویه دوران، نسبت پودرها در مخلوط و اندازه ذرات زغال بستگی دارد. با کنترل پارامترهاي مؤثر بر فرایند، نمونه هایی با الگوهاي مورد نظر و متفاوت از تخلخل قابل تولید خواهد بود.
.1 مقدمه
مفهوم اولیه - Functionally Graded Material - FGM نخستین بار توسط دانشمندان علم مواد ژاپنی در اوایل دهه 1980 بیان شد.[1] این مواد کامپوزیتی شامل دو یا چند فاز با ریزساختار ناهمگن می باشند که خواص آن ها به طور ملایم و پیوسته از یک سطح به سطح دیگر قطعه تغییر می کند
روش هاي مختلفی براي تولید مواد سرامیکی با ساختار گرادیانی وجود دارد که از جمله آنها روش ریخته گري دوغابی ، روش ریخته گري گریز از مرکز، روش قالب گیري گریز از مرکز و روش هاي پر کردن قالب کنترل شده را می توان نام برد4]و.[5 در عین حال سانتریفوژ ذرات جامد یکی از روش هاي مقرون به صرفه و متداول در تولید اینگونه مواد می باشد.
اساس کار در این روش این است که نیروي گریز از مرکز به ذرات جامد موجود در یک مایع ویسکوز اعمال می شود که در این حالت حرکت ذرات از قانون استوکس پیروي می کند
اخیراً استفاده از آلومینا در ساخت FGM ها مورد توجه قرار گرفته است.[11] آلومینا از گروه سرامیک هاي مهندسی است که به دلیل خواصی نظیر استحکام بالا، مقاومت به سایش و خوردگی بالا، خنثی بودن از لحاظ شیمیایی و توانایی کار در دماهاي بالا، در کاربردهاي مهندسی، زیست شناسی، بیو مواد، پیل هاي سوختی، الیاف نوري و اتصالات کاربرد گسترده اي دارد. استفاده از کربن - به شکل زغال و یا گرافیت - به عنوان یک ماده سوختنی براي ایجاد تخلخل و همچنین بدلیل اختلاف چگالی مناسب آن با آلومینا به عنوان فاز پراکنده شونده براي ایجاد گرادیان مفید می باشد.
پودر هاي سرامیکی اغلب به دلیل وجود نیروهاي جاذبه واندروالس بین ذره اي، تمایل به کلوخه شدن دارند. این تمایل را با اضافه کردن روانسازهاي مناسب که خواص سطح ذرات پودري را تغییر می دهند می توان محدود کرد؛ طوري که نیروهاي دافعه از نیروهاي جاذبه بزرگ تر شده و ذرات بتوانند در مخلوط معلق بمانند. استفاده از روانساز، ویسکوزیته دوغاب با محتواي جامد بالا را به طور چشمگیري کاهش می دهد. بنابراین امکان حرکت و جابجایی ذرات را تحت نیروي گریز از مرکز تسهیل می کند
در این تحقیق براي تولید ماده اي با گرادیان ترکیبی از روش سانتریفوژ ذرات جامد آلومینا و زغال - و یا گرافیت - در حضور یک واسط سیال استفاده شده است. این سیال غلیظ شامل پودرهاي آلومینا و زغال به همراه روانساز DOLAPIX CE64 و همچنین چسب - Carboxy Methyl Cellulose - CMC به منظور ایجاد استحکام خام در قطعات پس از سانتریفوژ کردن می باشد.
پارامترهاي مختلفی روي گرادیان ایجاد شده تأثیر می گذارند. در صورتی که بتوان این پارامترها و اهمیت و تأثیر آنها را شناسایی و بررسی کرد می توان گرادیان ایجاد شده را کنترل نمود.[6] به منظور تولید نمونه هایی با الگوهاي متنوع از گرادیان، متغیرهایی مانند نوع دستگاه سانتریفوژ، سرعت و زاویه دوران، کسر حجمی فازها و نوع فاز پراکنده شونده تغییر داده شد. این بررسی به کمک آنالیز سطح مقطع ماده تولید شده توسط نرم افزار پردازش تصویر CLEMEX 5 انجام شد.
.2 مواد و روش تحقیق
در ابتدا براي بررسی امکان ایجاد گرادیان ترکیبی در مخلوط هاي جامد از طریق سانتریفوژ، آزمایش هاي اولیه توسط گلوله هاي پلیمري با رنگ هاي متفاوت انجام شد. نتایج نشان داد که تولید این دسته از مواد به روش فوق امکان پذیر است. سپس آزمایش هاي اصلی با استفاده از آلومینا و زغال انجام پذیرفت.
تست ها توسط دو مدل دستگاه سانتریفوژ انجام شد: سانتریفوژ با زاویه گردش ثابت نسبت به محور دوران و سانتریفوژ افقی. مواد استفاده شده در این پژوهش آلومینا با مش 325 - اندازه ذره 44 میکرون -
گرید تجاري و پودر زغال با مش60-80 - اندازه ذره 250-177 میکرون - تهیه شده از شرکت گل بانو تربت جام بود. در شکل 1 شماتیکی از روند انجام کار در دستگاه سانتریفوژ مایل نشان داده شده است. از آنجا که در تست هاي اولیه سرعت بهینه 1500 rpm بدست آمد، کلیه تست ها با این سرعت انجام شد.
آلومینا و زغال به نسبت وزنی یکسان انتخاب شدند. در لوله ابتدا ماده چگال تر و سپس فاز پراکنده شونده بر روي آن ریخته شد. همچنین این تست با مخلوط آلومینا و گرافیت روغنی با نسبت وزنی مساوي در زمان هاي متفاوت انجام شد.
شکل .1 روند انجام کار در دستگاه سانتریفوژ مایل
