افزودنی و شکل دهی سرامیک (ADDITIVES)

در شکل دهى سرامیک ها از افزودنى هاى معینى استفاده مى شود و گاهى اوقات جزئى از درصد وزنى هستند که اغلب براى کنترل خصوصیات مواد و رسیدن به شکل دهى مطلوب و همچنین رسیدن به تراکم و یکنواختى در بدنه خام لازم است. در روش هایى مانند ریخته گرى نوارى و مدلهاى تزریقى انتخاب افزودنى مناسب جهت شکل دهى یکى از مهم ترین قسمتهاى فرایند شکل دهى محسوب مى شود. افزودنى ها به دو نوع آلى و معدنى تقسیم مى شوند. افزودنى هاى آلى به صورت ترکیبات طبیعى و مصنوعى وجود دارند که در حقیقت در شکل دهى سرامیک هاى مدرن به کار مى روند زیرا تقریبا به طور کامل در مرحله پخت تجزیه شده و از بدنه خارج مىشوند. درصورتیکه از بدنه خارج نشوند تاثیر نامطلوبى بر روى ریز ساختار نهایى خواهند داشت.همچنین افزودنى هاى آلى مى توانند با محدوده وسیعى از مواد ترکیب شوند و تعداد زیادى از ترکیب هاى شیمیایى را براى کاربردهاى تخصصى ایجاد کنند.

افزودنى هاى معدنى عموما نمى توانند بعد از مرحله فرم دهى خارج شوند به همین خاط این افزودنى ها در صنایع سرامیک هاى سنتى کاربرد دارند یعنى جایى که باقى ماندن آنها تاثیرى بر روى خواص بدنه نهایى ایجاد نمى کند.

افزودنى ها را به دلیل تنوع کاربردى خاص مى توان به چهار گروه اصلى تقسیم کرد:

1. حلالها

2. دیسپرسنت ها (که به عنوان عامل دفلوکولنت هستند)

3. چسب ها

4. پلاستی سایزرها

ممکن است دربعضى از روش هاى شکل دهى به افزودنى نیاز باشد از کاربرد هاى دیگر افزودنى ها روانسازى و ترشوندگى است. اصول شیمیایى و رهنمودهاى کاربردى به منظور انتخاب افزودنى ها براى فرایند ها را مى توان فرمول بندى کرد. اگر چه به خاطر رنج وسیعى از روش هاى شیمیایى قابل استفاده و همچنین ناقص بودن علم در ارتبط با ساختار شیمیایى و مکانیزم انجام فرایندها معمولا یک راه براى انتخاب افزودنى ها براى یک سیستم وجود ندارد. موفق ترین روش پیدا کردن افزودنى مناسب به روش آزمون و خطا انجام مى شود.

حلال ها

دو کاربرد مهم مایعات عبارت است از :

1. ایجاد روانسازى براى پودرها در حین شکل دهى.

2. به عنوان حلال براى انحلال افزودنى ها به منظور یکنواخت کردن پودر در حین آماده سازى یا پراکندن افزودنى ها در سراسر پودر.

در انتخاب یک یک درگیرى در بین انتخاب آب و یک مایع آلى است. حلال هاى آلى معمولا داراى فشار بخار بالاتر، گرماى نهان تبخیر پایین تر، نقطه جوش و کشش سطحى کمترى نسبت به آب مى باشند.

عموما چندین حلال آلى با ویسکوزیته کمتر از آب وجود دارند. معمولا براى انتخاب دقیق یک مایع براى کاربرد معین در یک ترکیب باید به نکات زیر توجه کرد:

1. توانایى حل کردن افزودنى هاى دیگر

2. سرعت تبخیر سطحى

3. توانایى تر کردن پودر ها

4. ویسکوزیته

5. واکنش پذیرى با پودر

6. ایمنى

7. قیمت

معمولا قابلیت انحلال یک جامد در مایع در صورتیکه عوامل شیمیایى وابسته والبته گروه هاى وابسته نظیر poly (vinyl alcohol) و گروه هاى OH آب و مولکول هاى قطبى نظیر poly (vinyl butyral) و اتانول وجود داشته باشد آسان مى گردد.

سرعت تبخیر سطحى یک فاکتور مهم صنعتى در ریخته گرى نوارى است، جایى که ریخته گرى نوارى است خشک شدن و مانند پوسته از روى نوارهاى حمل کنده وبلند شدن براى انبار کردن به صورت پیوسته انجام مى شود. حلال هاى سریع خشک تلوئن و اتیل متیل کتون معمولا براى ریخته گرى نوارى به خصوص نوارهاى ضخیم استفاده مى شوند و گاهى اوقات از آب براى نوارهاى نازک استفاده مى شود. سرعت تبخیر سطحى یک مایع به وسیله گرماى نهان تبخیر آن تعیین مى شود اما گاهى اوقات از نقطه جوش به عنوان یک راهنما استفاده مى شود.

ترشوندگى یه جامد توسط به وسیله یک مایع به زاویه اتصال θ بستگى دارد که θ از فرمول زیر محاسبه مى شود:

بین فاز جامد - بخار

کشش سطحى بین فاز جامد - مایع

کشش سطحى بین فاز مایع - گاز

ترشوندگى مناسب (θ کم) به صورت تجربى و با تمرین به دست مى آید (6-6). مقدار θ با کاهش lvγ درصورتى که slγ به طور قابل ملاحظه اى تغییر نکند افزایش مى یابد که معمولا با استفاده از یک حلال آلى یا با اضافه کردن surfactantها به آب براى کاهش کشش هاى سطحى lvγ کم شود. شیمى مواد فعال در سطح (surfactant) و مکانیزم عملکرد آن ها در فصل بعد توضیح داده میشود.

ترشوندگى کم (poor wetting) مى تواند تاثیر نامطلوب مانند پف کردن مایع در طى آسیاب کردن و افزایش ویسکوزیته سوسپانسیون داشته باشد. کشش سطحى بیشتر از آب رهایى حباب ها را از سطح بسیار مشکل مى سازد، بنابراین وقتى که استفاده از مایعات آلى با دوغاب هاى آبى مقایسه شود میبینیم که آن ها تمایل بیشترى به پف کردن در طى آسیاب دارد.

گیر افتادن حباب هاى هوا تاثیر زیان آورى در بدنه ها دارند. عموما سببب ترک در بدنه خام مى شوند، کاهش lvγ به وسیله روش هاى گفته شده در بالا مى تواند این مشکل را کاهش دهد. آب در مقایسه با زمانى که از یک روان ساز آلى مانند تلوئن استفاده مىشود ویسکوزیته بالایى دارد و تمایل باند هاى هیدروژن آن با گروه هاى هیدروکسیل بر سطوح پودرهاى اکسید مى تواند بر شیب غلظت ذرات در ویسکوزیته دوغاب تاثیر گذارد که معمولا نتیجه اش یک کاهش در حجم جامدات سوسپانسیون با بیشترین ویسکوزیته قابل کارکرد است.

ADDITIVES