Ceramic Processing 1
-
Upload
nutthita -
Category
Technology
-
view
3.761 -
download
3
Transcript of Ceramic Processing 1
620211 Introduction to Ceramic Engineering
Nutthita Chuankrerkkul
14 January 2011
2
ณัฏฐิตา ชวนเกริกกุลสถาบันวจิัยโลหะและวัสดุจุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย
โทร 02-2184234Email: [email protected]
Acknowledgements: The source of materials, reproduced for fair use in teaching and research from many web pages and powerpoint slides, have been cited on individual slide.Please accept the author’s sincere appreciation.
3
References:
- เซรามิกส , ปรีดา พมิพขาวขํา, กรุงเทพ: จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย 2547- เครื่องปนดินเผา พื้นฐานการออกแบบและปฏบิัตงิาน , สุขุมาล เล็กสวัสดิ์,
กรุงเทพ: จุฬาลงกรณมหาวทิยาลัย 2548- Principles of Ceramics Processing by James S. Reed, John Wiley &
Sons, 1998- Ceramic Processing by R.A. Terpstra, Paul Pex, and Andre de Vries,
Chapman & Hall, 1995- Injection molding of metals and ceramics by Randall M. German and
Animesh Bose, MPIF 1997- Ceramic fabrication technology by Roy W. Rice, Marcel Dekker, 2003- ขอมลูจากอินเตอรเน็ต
4
Materials
MetalsPolymerCeramics
http://www.wikimedia.org
5
Topics
Processing & Machinery: comminution, mixing
Rheology: binder, viscosity
Forming techniques: hand throwing, uniaxial die pressing,isostatic pressing (CIP, HIP), injection moulding, extrusion, slip casting, tape casting, gel casting
Porous ceramics, Ceramic matrix composites (CMC)
Literature review on research & development in ceramics
6
กระบวนการผลิตเซรามิก
7
A decision tree for various powder processing situation (adapted from German, 2005)
production quantity
Under 100
per year
complexity
simple complex
greenmachining
freeformfabrication
100 to 10,000per year
2D or 3D
2D 3D
long thin
coldisostaticpressing
deposition
slurrycasting
2D or 3D
2D 3D
squat flatlong
die compact
extrusion
tape cast
injection molding
Over 10,000per year
8
กระบวนการผลิตเซรามิก
VDO
Ceramic Processing
http://www.youtube.com/watch?v=ifcb0tU72TY
http://www.youtube.com/watch?v=k22QIFb2Fls
Emma Bridgewater Factory Tour
Plate making @ Emma Bridgewater
10
Powder Processing
Clay + WaterCeramic powder + Binder
Powder Technology
Powder Processing
Properties; Characterisation
& Testing
Particle size, shape, fabrication, microstructure, chemistry
MixingShaping, formingDrying, binder burn outFiring/ Sintering
DensityMicrostructureProperties:
mechanical, thermal, electrical, magnetic
11
Powder Characterisation
Powder: collections of particlesPowder samplingParticle size measurementParticle shapeSurface areaChemical characterisation
12
Particle size measurement
Scanning electron microscopeScreening/ Sieve analysis
20635
3245018080
4532521270
7520025060
10614050035
150100100018
Opening, µmMesh sizeOpening,
µmMesh size
Standard Sieve Size
SedimentationLight scatteringX-ray techniqueAcoustic spectroscopy
13
Particle shapes
Manufacturing Processes for Engineering Materials 5th ed., 2008
14
การขึ้นรูปผลิตภัณฑเซรามิก
ขึ้นอยูกับชนิด รูปราง คุณภาพและสมบัตขิองผลิตภัณฑที่ตองการ
0-43,000-20,000Dust press การอัดเนื้อดินปนที่เปนฝุน
5-101,000-15,000Dry press การอัดเนื้อดินปนแหง
15-2050-10,000Extrusion การรีดและอัดผานหัวแบบ
25-305-50Plastic โดยอาศัยความเหนียว
20-30Hydro staticSlip casting การเทแบบ
% น้ําความดันที่ใช psiวิธีการขึ้นรูป
15
การขึ้นรูปโดยอาศัยความเหนียว1. การขึ้นรูปโดยอาศัยแปนหมุน (Throwing)
http://www.youtube.com/v/EVpXgSLwYdI
http://www.youtube.com/watch?v=w0Qe0T5Xd3sTeapot Throwing
16
การขึ้นรูปโดยอาศัยความเหนียว2. การขึ้นรูปโดยอาศัยเครือ่ง Jig (Jiggering)
17
การขึ้นรูปโดยอาศัยความเหนียว2. การขึ้นรูปโดยอาศัยเครือ่ง Jig (Jiggering)
http://www.youtube.com/watch?v=qN5ZFimktxEJiggering
18
การขึ้นรูปโดยการรีดและอัดผานหัวแบบExtrusion
19
ความเหนียวดินแตละชนดิที่ใชขึ้นรูปผลิตภณัฑเซรามิก มีความเหนียวแตกตางกัน
ดินที่มีความเหนียวมาก เชน ดินสําหรับปนโอง ราชบุรี หรือดินสําหรับปนกระถางตนไม หมอดิน
การขึ้นรูปโดยอาศัยความเหนียว
20
1. ขนาดและรูปราง อนุภาคละเอยีดจะมีความเหนียวดีกวาอนุภาคหยาบอนุภาคที่มีรูปรางไมเปนระเบียบ มีความเหนียวดีกวาอนุภาคที่มีรูป
รางเปนลูกบาศก หรือทรงกลมเพราะ จะมีเนื้อที่สัมผัสกันมากกวา จึงมีแรงดูดซึ่งกันและกันมากกวา
2. การใชของเหลวที่มีประจุ และมีความหนืดมากผสม จะชวยเพิ่มความเหนียวได
3. ชนิดและปริมาณของอนมุูลที่ถูกดูดซับบนผิวของเนื้อดินเชน เนื้อดินที่มี H+ หรือ Ca+2 อยูบนผิว จะมีความเหนียวดีกวา
องคประกอบที่มีผลตอความเหนียว
21
4. สารอินทรีย ชวยใหความเหนียวดีขึ้น เชน บอลลเคลยมีความเหนียวดีกวาดินขาวการขึ้นรูปผลิตภัณฑเซรามิก(ที่ไมใชดิน) เชน อะลูมินา มักจะใชพวก
กาว แปง ขี้ผึ้ง เปนตัวชวยใหเกิดความเหนียว (binder-ตัวประสาน)5. การหมักและการนวด
ชวยใหความเหนียวดีขึ้น เนื่องจากทําใหเนือ้ดินกับน้ํารวมตัวกันไดดี และทั่วถึง
องคประกอบที่มีผลตอความเหนียว
22
การขึ้นรูปโดยอาศัยแปนหมุน (Throwing)วตัถุดิบและการเตรยีมเนื้อดินปน
ขั้นการเตรียมเนื้อดินปน ของบานทาไห จ.อบุลราชธานี- นําดินมาหมกัในบอดินเปนเวลา 1-2 วัน- เมือ่ดนิเปอยยุยแลวจะนํามานวดผสมกับทราย- สําหรับการผลิตครกจะใชดิน 1 สวนผสมกับทราย 2 สวน- นําไปนวดผสมดวยเครื่องนาน 2-3 ชั่วโมง- ตองนวดจนดินไมจบักันเปนเม็ด
http://www.material.chula.ac.th
23
การขึ้นรูปโดยอาศัยแปนหมุน (Throwing) วิธีนี้ตองอาศัยความชํานาญเปนพิเศษ
การขึ้นรูปชิ้นงานบนแปนหมุนบานทาไห ตําบลทาไห อําเภอเขือ่งใน จงัหวดัอุบลราชธานี
http://www.material.chula.ac.th
24
การขึ้นรูปโดยอาศัยเครื่อง Jig (Jiggering)วธิีนี้ดัดแปลงมาจากการขึ้นรูปโดยแปนหมุน
วางเนื้อดินปนบนแบบปลาสเตอรที่ติดอยูกับแปนหมุน แลวกดแมแบบอีกอันหนึ่งลงบนเนื้อดินปน
25
การขึ้นรูปโดยอาศัยเครื่อง Jig (Jiggering)นิยมใชกันมากในโรงงานอุตสาหกรรมผลิตถวยชาม
26
การขึ้นรูปโดยอาศัยเครื่อง Jig (Jiggering)สิ่งที่ควรจะคํานึงถึงเวลาขึ้นรูปดวยวิธีนี้
1. แบบปลาสเตอรตองมีสมบัติสม่ําเสมอ2. เนื้อดินปนตองมีสมบัติสม่ําเสมอ3. เนื้อดินปนตองวางตรงจุดกึ่งกลางของแบบ4. ความเร็วของแปนหมุนตองพอเหมาะ
เครื่องที่ใชคนคุม 300-400 รอบตอนาทีเครื่องอัตโนมัติ 500-1,200 รอบตอนาที
5. การตากแหงใหสม่ําเสมอ เพื่อใหชิ้นงานหลุดออกจากแบบไดงาย
27
กระบวนการผลิตเซรามิก (จาน)
http://home.howstuffworks.com/lenox3.htm
28
กระบวนการผลิตเซรามิก (จาน)
http://home.howstuffworks.com/lenox3.htm
29
กระบวนการผลิตเซรามิก (ถวย)
http://home.howstuffworks.com/lenox3.htm
30
ประกอบดวยวัตถุดิบ 3 ประเภท คือ1. ดิน (Clay) คือวัตถุดิบที่มีความเหนียว2. ฟลักซ (Flux) หมายถึงสารที่ทําใหเกิดการหลอมเหลว
ชวยลดจุดสุกตัว เชน เฟลดสปาร3. ฟลเลอร (Filler) เปนสารที่ควบคุมความเหนียวและการ
หดตัว เชน ควอตซ ทราย ซิลิกา ดินเชื้อ
เนื้อดินปน (Clay Body)
ดินเชื้อ – ดินที่ผสมกับแกลบแลวนําไปเผา หลังจากนั้นนํามาบด และใสลงเปนสวนผสมในเนื้อดินปน
31
การรีดและการอัดผานหัวแบบ (Extrusion)ทําโดยการอัดเนื้อดินปนที่มีความเหนียวผานกระบอกสูบ อาจมีการ
ดูดอากาศออกดวย ผลิตภัณฑที่ไดออกมาจะมีรูปรางตามปลายกระบอกสูบ
http://www.designinsite.dk
32
- Extrusion is used to form long shapes with constant cross sectional such as rods, tubes or honeycombs.- The powder-binder mixture is placed in a heated barrel.- The shaping die is at the exit of the barrel.- Usually, the feedstock is evacuated during mixing to avoid bubbles in the extrudate.
- Once the binder set, it acts as glue to hold particles in place during handling and is subsequently removed prior to sintering
Extrusion
33
Honeycomb ceramics have a uniform lattice structure, low expansion coefficient, good thermal shock resistance, higher specific surface area, low-pressure drop, and low density. They're made of either cordierite or mullite ceramic materials.
Cordierite honeycomb ceramics are mainly used as catalyst support for the automobile and for purification waste gas of industrial organic processing, and as filters in melting metal.
Honeycomb Ceramic
34
การรีดและการอัดผานหัวแบบ (Extrusion)
Fig. 1 Schematic illustration of the preparation of porous alumina ceramics with unidirectionally aligned pores by the extrusion method, and microstructures of the obtained porous alumina ceramics.
http://www.rmat.ceram.titech.ac.jp/research-e/lotus-e.html
35
Powder Injection Mouldingเหมาะสําหรับการผลิต- ชิ้นสวนขนาดเล็กที่มรีูปรางซับซอน- วัสดุทีม่ีจดุหลอมเหลวสูง ไดแก เซรามิก หรือโลหะบางชนดิ- ชิ้นงานมีรูปรางใกลเคยีงรูปรางสุดทาย (near net shape)มีขอดีคอื- ประหยดั และลดการสูญเสียวัตถดุบิ - ลดขั้นตอน และลดคาใชจายในการตดัแตงชิ้นงาน
กระบวนการฉีดขึ้นรูปวัสดุผง
36
Ceramic injection moulding
http://www.macstourport.com/capabilities_injectionmoulding.htm
37http://www.pim-international .com
Powder injection moulding
38
Metal injection moulding
http://www.mpif.org
http://www.pim-international .com
VDO
Powder injection moulding
http://www.youtube.com/watch?v=zCfUd7ZEOjg
http://www.youtube.com/watch?v=Ecn3Gl3AaZ8
40
การบาน
1. สืบคนบทความวิจัยที่เกี่ยวของกับกระบวนการฉีดขึ้นรูปวัสดุผง อยางนอย 1 เรื่อง
2. สรุป เนื้อหาบทความเหลานั้น เชน - ชนิดและลักษณะเฉพาะของวัสดผุง ชนิดตัวประสาน อัตราสวนตวัประสานที่ใช- ปริมาณสวนผสมวัสดุผงกับตัวประสาน - วธิีการกําจัดตัวประสาน ผลลัพธ- สมบัติที่มีการทดสอบและผลการทดสอบ- การนําวัสดุ/ผลติภณัฑไปใชงาน