پاورپوینت مکانیزم ها و مراحل تفجوشی

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

مکانیزم ها و مراحل تفجوشی

اسلاید 2 :

روشهای سنتز نانوساختارها
روشهای حرارتی
دوم

اسلاید 3 :

مقدمه
تفجوشی یا سینتر یکی از مهمترین روشهای شکلدهی مواد فلزی و سرامیکی است، که در نتیجه آن، قطعه حجیم با استحکام مناسب از ذرات پودر بدست میآید.

نيروي محركه براي تفجوشي و نفوذ جهت پركردن خلل وفرج موجود در ساختار، كاهش انرژي سطحي بیان گردید.

جهت تبدیل نمونه پودری به یک قطعه با استحکام مناسب و خواص مورد نظر، مکانیزمهایی در دمای بالای کوره اتفاق میافتد و این باعث بروز مراحلی در حین پروسه تفجوشی میشود.

اسلاید 4 :

مکانیزمهای تفجوشی
فرایند تفجوشی مواد پلی کریستال، توسط انتقال ماده از طریق مسیرهای مختلف انجام میشود.
مسیر انتقال ماده از نواحی با پتانسیل شیمیایی بالاتر به نواحی با پتانسیل شیمیایی پایینتر خواهد بود.
حداقل شش مکانیزم در تفجوشی مواد پلی کریستال وجود دارد:
نفوذ سطحی (Surface Diffusion)
نفوذ شبکهای (Lattice Diffusion) از مرز دانه و از سطح
انتقال گاز (Vapor Transport)
نفوذ مرزدانه ای (Grain Boundary Diffusion)
تغییر شکل پلاستیک (Plastic Flow)

اسلاید 5 :

مکانیزم های فرآیند تفجوشی مواد پلی کریستال

اسلاید 6 :

مکانیزمهای تفجوشی
مکانیزم های تف جوشی باعث تشکیل اتصالات شیمیایی بین ذرات پودری شده و بنابراین استحکام نمونه خام، در حین پروسه تفجوشی افزایش مییابد.

تعدادی از این مکانیزمها باعث انقباض یا چگالش ترکیب پودری میگردد.

میتوان مکانیزمهای تفجوشی را به دو دسته مکانیزمهای چگالشی و مکانیزهای غیر چگالشی تقسیمبندی کرد.

مکانیزم های غیر چگالشی:
مکانیزم هایی مانند نفوذ سطحی، نفوذ شبکهای از سطح و انتقال گاز
باعث اتصالات شیمیایی شده ولی نقشی در چگالش پودر ایفا نمیکنند .

مکانیزمهای چگالشی:
مکانیزمهایی مانند نفوذ مرزدانه ای، نفوذ شبکه ای از مرزدانه و تغییر شکل پلاستیک
هم باعث اتصالات شیمیایی شده و هم چگالش پودرها را باعث میشوند.

اسلاید 7 :

مراحل تفجوشی
ايجاد پيوند اوليه بين ذرات پودر(Initial Bonding among Particles)
بيشترين تغيير در ميزان استحكام، نه بيشترين استحكام، در اين مرحله رخ مي دهد، ولي انقباضي در ساختار اتفاق نمي افتد.
در مورد قطعاتي با خلل وفرج بالا ، فرایند تف جوشی آنها در همين مرحله متوقف مي شود.
پيوند بين ذرات در نقاطي كه در تماس كامل با يكديگر مي باشند، اتفاق مي افتد.

اسلاید 8 :

مراحل تفجوشی
رشد گلوگاه (Neck Growth)
اتصال شیمیایی بین ذرات به صورت گلوگاه است.
در اين مرحله شعاع انحناي گلوگاه تشكيل شده بين ذرات، شروع به افزايش مي كند .
شبيه سازي مرحله اول و دوم تفجوشي به كمك دو گلوله شيشه اي در دماي 1000 درجه سانتيگراد

اسلاید 9 :

مكانيزم هاي حاكم بر تفجوشي در مرحله رشد گلوگاه

اسلاید 10 :

مراحل تفجوشی
بسته شدن شبكه حفره ها(Pore Channel Closure)
بطور كلي حفرات درون ساختار را مي توان به دو دسته تقسيم نمود:

حفرات مرتبط(Interconnected Pores):
در اين حالت هنوز ارتباط بين حفرات باقيمانده در سيستم از بين نرفته است و این حفرات کماکان در ارتباط هستند.

حفرات منفرد(Isolated Pores):
در اين حالت حفرات بصورت نقاط مجزا در ساختار وجود دارد و ارتباط آنها از بین رفته است.
در اين مرحله، در اثر انجام مكانيزم هاي نفوذي، حفرات از حالت مرتبط به منفرد تبديل مي شوند.

اسلاید 11 :

مراحل تفجوشی
مدور شدن حفرات (Pore Rounding)
حفرات با شکل های مختلف دارای انرژی های متفاوتی هستند.
این موضوع به دلیل سطح ویژه متفاوت آنها می باشد.
حفرات کروی به دلیل سطح حداقلی خود دارای کمترین انرژی می باشند.
در این مرحله در اثر كاهش انرژي سطحي، شکل حفرات از حالت غیر منظم به حالت گرد تبديل مي شود.

اسلاید 12 :

مراحل تفجوشی
چگالش يا انقباض حفره اي (Densification or Pore Shrinkage )
در اين مرحله حفرات شروع به از بين رفتن مي كنند.
مسئله ي بسيار حايز اهميت، محل قرار گرفتن حفره جهت انجام فرآيند انقباض است.
مرزدانه بعنوان يك مسير مناسب جهت انجام فرآيند نفوذ مطرح مي باشد.
وقتي حفره اي در مرزدانه قرار دارد، .
انتقال ماده جهت انقباض آن نه تنها از طريق مرزدانه بلكه از درون دانه نيز انجام مي پذيرد. بنابراین انقباض و انتقال ماده يك فرآيند هم جانبه خواهد بود.
در صورت حضور حفره در درون دانه، .
انقباض آن از همه طرف يكسان نخواهد بود.

اسلاید 13 :

مراحل تفجوشی

 چگالش يا انقباض حفره اي

جدا شدن حفرات از مرزدانه در اثر تحرك بالاي آن، نه تنها موجب باقيماندن حفرات در ساختار مي شود، بلكه موجب عدم رسيدن به دانسيته هاي بالا در پايان تفجوشي خواهد شد.
تأثير جدا شدن يك حفره از مرزدانه و تفاوت مسير نفوذي در انقباض آن (شكل a : حفره جدا از مرزدانه و نفوذ از درون دانه، شكل b : حفره متصل به مرزدانه و نفوذ از درون دانه و خود مرزدانه)

اسلاید 14 :

يكي از پديده هاي مرسوم كه هنگام بالا رفتن دما براي تمام مواد پلي كريستال رخ مي دهد، پديده رشد دانه است.
بزرگ شدن دانه ها خواص مكانيكي مواد را تضعيف مي نمايد. بنابراين در تمام فرآيندهاي توليد جلوگيري از رشد دانه از اهميت بسيار بالايي برخوردارست.
هر عاملي كه بتواند تحرك مرز دانه يا Mobility آن را كمتر نمايد، مي تواند با جلوگيري از رشد دانه در بهبود خواص مكانيكي سودمند باشد.
وجود حفرات و همچنين ناخالصي ها با نيروي
بازدارنده اي كه به مرز وارد مي نمايند، تحرك آن
را تا حد زيادي كاهش مي دهند.

اسلاید 15 :

اگر ميزان تحرك مرزدانه را با Mb نمايش دهيم و نيروي محركه حركت آن را برابر F در نظر بگيريم، آنگاه سرعت حركت مرزدانه از رابطه زير تبعيت مي نمايد.

هنگامي كه تعداد N عدد حفره در واحد سطح مرزدانه به آن متصل باشند و نيرويي كه به مرزدانه وارد مي كنند برابر Fp باشد، آنگاه مي توان در مورد سرعت حركت مرزدانه چنين بيان نمود:

از آنجا كه اتصال حفره و مرزدانه به معني برابر بودن سرعت حركت اين دو است، بنابراين داريم:

بر اين اساس ميزان تحرك مرزدانه بر اساس رابطه زير كاهش مي يابد:

اسلاید 16 :

اگر NMb>>Mp باشد، آنگاه.

ميزان تحرك مرزدانه از رابطه MNET=Mp/N تبعيت مي نمايد، كه تابع تعداد حفرات متصل به مرز است.
در حالت ديگر اگر NMb< نيروي اعمالي از سوي حفرات بر مرزدانه قابل صرفنظر بوده و MNET=Mb خواهد بود. در اين حالت حفرات، ديگر نقشي در تحرك مرزدانه ندارند.

عامل تعيين كننده در اين حالت نيروي بازدارنده اي است كه از سوي اتمهاي حل شده و ناخالصي ها به مرزدانه وارد مي شود.
حالت ديگري نيز وجود دارد كه تحرك مرزدانه از حفره آنقدر بيشتر است كه.

مرزدانه براحتي از حفره جدا مي شود و حفره به درون دانه مي رود.

اسلاید 17 :

نقشه حفره- مرزدانه جهت پيش بيني جدايش يا عدم جدايش حفره از مرزدانه

اسلاید 18 :

نقشه حفره-مرزدانه شديداً تابعي از ميزان حفرات و همچنين درصد ناخالصي موجود در سيستم مي باشد.

اساس جدايش حفرات از مرزدانه، اندازه دانه و اندازه حفره مي باشد.:

هنگامي كه اندازه حفرات به نسبت اندازه دانه بزرگ باشد، حفرات بصورت متصل به مرز باقي مي مانند و عامل مؤثر در كند شدن حركت مرزدانه همان حفرات مي باشد (Pores attached, Pore drag).

اگر حفرات به نسبت دانه كوچك باشند، آنگاه وجود يا عدم وجود اين حفرات تأثيري در تحرك مرزدانه ندارد و تنها ناخالصي هاي موجود درسيستم حركت مرز دانه را كند مي كنند. در اين حالت نيز حفرات بصورت متصل باقي خواهند ماند (Pores attached, Solute drag).

درحالت سوم اگر اندازه حفرات و دانه ها به يك نسبت بزرگ باشند، جدايش بين حفره و مرزدانه رخ خواهد داد، كه مطلوب نيست (Pores Separate, Solute drag).
اندازه حفرات و اندازه دانه نبايد به اين منطقه بحراني برسد، در غير اينصورت چگالش در حين تفجوشي بخوبي انجام نمي گيرد.

اسلاید 19 :

با افزايش دانسيته ماده در حين تفجوشي و افزايش اندازه دانه ها در سيستم، امكان تحرك آنها افزايش يافته و امكان جدايش حفرات از دانه ها بيشتر مي شود.
جدا شدن حفرات از مرزدانه با زياد شدن دانسيته و افزايش اندازه دانه ها در سيستم آلومينا با مقادير اندكي منيزيم (مسير نشان داده شده مسير انجام فرآيند تفجوشي است)، خطوط نقطه چين مربوط به عدم حضور ناخالصي در سيستم است.

اسلاید 20 :

براي جلوگيري از عدم جدايش حفرات از مرزدانه دو راه وجود دارد:
در بسياري از موارد براي كم كردن سرعت حركت مرزدانه و جلوگيري از رشد دانه، ناخالصيهايي در حد ppm به سيستم افزوده مي شود تا.
با كم كردن تحرك مرزدانه، از جدايش حفرات از مرزدانه جلوگيري كنند.

بعنوان مثال در مورد سيستم آلفا- آلومينا اضافه كردن مقادير جزئي MgO ، SiO2 ، Y2O3 و يا ZrO2 مي تواند علاوه بر ريز كردن دانه بندي نهايي، در رسيدن به دانسيته هاي بالا نيز مؤثر باشد.
با افزايش سرعت گرم كردن، پيش از افزايش نرخ رشد دانه، چگالش را در قطعات ايجاد نماييم.