فرآوری پیشرفته سرامیک

موضوع: سرامیک
مولفان: محمد ان. رحمان
مترجمان: حسین سرپولکی، سهیل مهدوی، آرش یزدانی
تعداد صفحات: ۶۰۵ صفحه

فهرست:
۱- کلیات

• فرآیندهای ساخت سرامیک

واکنش­‌های فاز گازی(رسوب شیمیایی از فاز بخار، اکسیداسیون مستقیم فلز، اتصال واکنشی: نیترید سیلیسیم، اکسیدها، کاربید سیلیسیم) – روش‌هایی بر پایه پیش‌ماده مایع (فرآوری سل – ژل، پیرولیز پلیمرها: کاربید سیلیسیم، نیترید سیلیسیم، نیترید بور و کاربید بور) – تولید از پودرها (ریخته_­­گری مذاب) - پخت پودرهای متراکم شده

• نگرشی اجمالی به ساخت سرامیک­‌های پلی کریستال از پودر

• سنتز پودر  و تعیین خصوصیات پودر – متراکم کردن پودر – فرآیند زینتر – ریز ساختار سرامیک‌­ها

• مطالعه موردی در فرآوری: ساخت TiO_۲ از پودرها

۲- سنتز پودرها

• ویژگی های مطلوب پودر به وسیله روش‌های شیمیایی

• روش های سنتز پودر

• آماده سازی پودر توسط روش‌های مکانیکی

خردایش (آسیاب غلتکی پرفشار، آسیاب هوای فشرده، آسیاب گلوله­‌ای، سنتز مکانو شیمیایی)

• سنتز پودر به وسیله روش های شیمیایی

واکنش­‌های حالت جامد (تجزیه، واکنش شیمیایی بین جامدات، احیاء) – محلول­‌های مایع (رسوب از محلول: اصول، جوانه‌زنی، رشد ذرات توسط رسوب از محلول، توزیع کنترل‌شده اندازه ذرات، رشد دانه توسط اگریگیت شدن، رشد ذره توسط کامل شدن (رسش) استوالد، روش کار رسوب از محلول، آبکافت یا هیدرولیز محلول­‌های آلکوکسیدهای فلزی، آبکافت یا هیدرولیز محلول­‌های حاوی نمک فلزات، رسوب اکسیدهای پیچیده، رسوب تحت شرایط هیدروترمال، ذرات پوشش داده شده با ذرات پوششی، تولید صنعتی پودرها توسط رسوب از محلول) - تبخیر مایع  (خشک کردن افشان‌ه­ای، پیرولیز افشان‌ه­ای، خشک کردن افشان‌ه­ای دوغاب­‌ها، خشک کردن انجمادی) – روش‌­های بر پایه ژل ( فرآوری سل – ژل، روش پچینی، روش ژل سیترات، فرآیند گلایسین نیترات) – واکنش مایع غیر آبی

• واکنش­‌های فاز بخار

واکنش گاز جامد، واکنش بین یک مایع و یک گاز، واکنش بین گازها

۳- تعیین مشخصات پودر

• تعیین مشخصات فیزیکی

انواع ذرات (ذرات اولیه، آگلومره­‌ها، ذرات، گرانول، فلاک یا خوشه­‌ها، کلوییدها، اگریگیت­‌ها یا انبوهه) – اندازه و توزیع اندازه ذره ( تعریف اندازه ذره، میانگین اندازه ذره، نمایش اطلاعات اندازه ذرات) – شکل ذره – اندازه‌­گیری اندازه ذره و توزیع اندازه (میکروسکوپی، غربال، ته­‌نشینی یا رسوب، روش‌­های ناحیه احساس (دریافت) الکتریکی(شمارنده کولتر)، پخش نور، پهن شدن پیک اشعه x – مساحت سطح – تخلخل ذرات ( جذب سطحی گاز، تخلخل سنجی جیوه‌­ای، چگالی سنجی(پیکنومتری)

• ترکیب شیمیایی

طیف نمایی اتمی نوری: جذب اتمی و نشر اتمی – طیف نمایی فلورسانس اشعه x

• ساختار بلوری و ترکیب فازی

• تعیین مشخصات سطح

ساختار سطح – شیمی سطح (طیف نمایی الکترون اوژه(AES)، طیف نمایی فوتو الکترون اشعه(XPS)، طیف سنجی جرم یونی ثانویه(SIMS)

۴- علم فرآوری کلوییدی

• انواع کلوییدها

• نیروی جاذبه سطحی

نیروهای واندروالس بین اتم­ها و مولکول­‌ها – نیروهای واندروالس بین بدنه­‌های ماکروسکوپیک – تعیین ثابت هاماکر – اثر مداخله محیط

• پایداری دوغاب کلوییدی

• پایداری الکترو استاتیک

گسترش بارها بر روی ذرات اکسیدی در آب ( جانشینی ایزو مورفی، جذب سطحی یون­‌ها از محلول) – منشا تشکیل لایه مضاعف الکتریکی – لایه مضاعف ایزوله شده – بار سطحی – نیروی دافعه بین دو لایه مضاعف – پایداری دوغاب­‌های تثبیت شده به صورت الکترواستاتیکی – سینتیک فلوکوله شدن – پدیده­‌های الکتروسینتیک ( تکنیک میکروالکتروفورتیک، مفهوم پتانسیل زتا)

• پایداری استریک

جذب پلیمرها از محلول -  منبع پیدایش پایداری استریک -  تاثیر کیفیت حلال و دما – پایداری دوغاب­‌های پایدار شده به روش استریک – پایداری با بسپارها در محلول آزاد

• پایداری الکترواستریک

تجزیه پلی­‌الکترولیت­ها در محلول- جذب پلی­‌الکترولیت­ها از محلول - پایداری دوغاب­‌های پایدار شده به روش الکترواستاتیک

• ساختار کلوییدهای متراکم شده

• رئولوژی دوغاب کلوییدی

خواص رئولوژیکی – عوامل موثر در رئولوژی دوغاب­‌های کلوییدی( تاثیر نیروهای درون ذره­ای: سیستم­­­های کره سخت، سیستم­‌های کره نرم، سیستم­‌های فلوکوله، تاثیر برهم‌­کنش­های درونی ذرات بر گرانوری- تاثیر ویژگی­‌های ذرات)

۵- فرآوری سل – ژل

• انواع ژل­ها

ژل­‌های ذره­ای – ژل­‌های بسپاری (پلیمری)

• فرآوری سل – ژل سیلیکات­های آبدار

تاثیر PH (بسپارش در PH محدوده ۲ تا ۷، بسپارش بالاتر از  PH۷،  بسپارش زیر PH ۷)

• آلکوکسیدهای فلزی

آماده‌­سازی آلکوکسیدهای فلزی ( واکنش‌­های بین فلزات و الکل­ها، واکنش­‌های حاوی کلریدهای فلزی، روش­‌های متفرقه) – خواص اصلی (خواص فیزیکی، خواص شیمیایی)

• فرآوری سل – ژل آلکوکسیدهای سیلیسیوم

پیش ماده‌­ها – آبکافت و تراکم (شرایط کاتالیز اسیدی، شرایط کاتالیز شده قلیایی) – رشد بسپار (مدل­‌های رشد بسپار : مدل­‌های رشد کلاسیک، مدل‌های رشد سینتیکی، تکامل ساختاری سیلیکات­‌ها سل ­– ژل، اندازه‌گیری­‌های رئولوژیکی – ژل شدن – کهنگی ژل­ها – خشک کردن ژل­‌ها (خشک کردن متداول: مراحل خشک کردن، نیروی محرکه انقباض، انتقال مایع، فرآیند فیزیکی خشک کردن، تنش‌های ناشی از خشک شدن، ممانعت از ترک­­‌خوردگی. خشک کردن فوق بحرانی، تغییرات ساختاری خشک شدن) – تراکم ژل حین زینتر کردن

• روش­‌های آماده­‌سازی سل – ژل

آماده‌سازی ژل­‌های ذره‌­ای ( ژل­‌های تک جزیی، ژل­‌های چند جزیی) – ژل­‌های بسپاری (استفاده از آلکوکسیدهای دوتایی، هیدرولیز جزیی کندترین آلکوکسید واکنش‌گر، استفاده از مخلوط آلکوکسیدها و نمک­‌های فلزی، افزودن آرام مقادیر کم آب، سرعت­‌های هیدرولیز هماهنگ: مقایسه روش‌های آماده سازی)

• کاربردهای فرآوری سل – ژل

لایه­‌ها و پوشش‌­ها (پوشش­‌دهی غوطه‌­وری­، پوشش­‌دهی چرخشی، تحول ساختاری در لایه­‌ها) – الیاف – یکپارچه­‌ها – مواد متخلخل

۶- تراکم پودر و شکل دادن سرامیک­‌ها

• متراکم کردن ذرات

متراکم سازی منظم کره­‌های تک سایز – تراکم اتفاقی ذرات (ذرات تک سایز، مخلوط­‌های دوتایی از ذرات کروی، مخلوط‌­های دوتایی از ذرات غیر کروی، مخلوط­‌های سه­‌تایی و چندتایی، توزیع پیوسته اندازه ذرات) 

• افزودنی­‌ها در شکل‌­دهی سرامیک­‌ها

حلال­‌ها – پراکنده‌­سازها (یون‌ها و ملکول­‌های غیرآلی ساده، بسپارهای زنجیره کوتاه با یک سرگروه عاملی(فعال‌کننده­ سطحی یا سورفکتانت)، بسپارهای با وزن ملکولی کم تا متوسط) – چسب­‌ها – پلاستی سایزرها (نرم­کننده‌­ها) – سایر افزودنی­ها

• شکل­‌دهی سرامیک­ها

پرس خشک و نیمه خشک ( تراکم یا فشرده سازی در قالب: خوراک مواد (پودرها یا گرانول­‌ها)، پرکردن قالب، مرحله تراکم یا فشرده‌سازی، عواملی که بر فشردگی ذرات تاثیر می­‌گذارند، عواملی که بر فشردگی گرانول­‌ها تاثیر می‌­گذارند، خارج کردن بدنه پودری متراکم شده، عیوب متراکم‌سازی. تراکم یا فشرده‌سازی ایزو استاتیک (پرس هم­‌محور)) – روش‌­های ریخته­‌گری (ریخته­‌گری دوغابی: دستگاه­‌های ریخته‌­گری دوغابی، تاثیر نفوذپذیری بدنه (لایه) ریخته شده، تاثیر عوامل قالب، تاثیر عوامل دوغاب، عیوب ریزساختاری در بدنه‌­های خام حاصل از ریخته‌­گری دوغابی. ریخته‌­گری فشاری، ریخته‌گری نواری: آماده‌سازی دوغاب، فرآیند ریخته­‌گری نواری، عیوب ریزساختاری در ورقه‌­های ریخته‌­گری نواری شده. ریخته‌گری ژلی: مونومرها (تک پارها) و بسپارش، مواد قالب. رسوب الکتروفورتیک: سینتیک و مکانیزم رسوب­‌گذاری – روش­‌های شکل­‌دهی پلاستیک (اکستروژن: مکانیک اکستروژن، عیوب اکستروژن. کواکستروژن، قالب‌­گیری تزریقی: ویژگی­‌های پودر،  سیستم چسب، مخلوط پودر – چسب، قالب‌گیری) – ساخت جامد شکل آزاد (استریو لیتوگرافی، تولید قطعات لایه‌­ای، مدل­‌سازی رسوب­­‌گذاری ذوبی، زینتر انتخابی با استفاده از لیزر، تکنیک­‌های چاپ و ریخته­‌گری)

• خشک کردن سرامیک­‌های گرانوله

خشک کردن لایه­‌های گرانوله – خشک کردن جامدهای گرانوله(فرآیند فیزیکی خشک کردن، ترک و اعوجاج)

• حذف چسب (بایندر)

خروج از طریق جریان مویینه – خارج کردن حلال – چسب‌زدایی حرارتی (مراحل و مکانیزم­‌ها، مدل­‌های چسب‌­زدایی حرارتی، چسب‌­زدایی حرارتی در عمل)

• ریز ساختارهای خام و ویژگی­های آن­ها