Kili şekillendirmek için gerekli su içeriği ve basınca kıyasla, geleneksel seramiklerin şekillendirilmesinde kullanılan şekillendirme yöntemlerinin

Transkript

1 Kili şekillendirmek için gerekli su içeriği ve basınca kıyasla, geleneksel seramiklerin şekillendirilmesinde kullanılan şekillendirme yöntemlerinin dört kategorisi

2 PLASTİK ŞEKİLLENDİRME Şekillendirme basıncı düşük olduğu için su oranı yüksek ve kuruma küçülmesi fazladır. 1 - Elle Şekillendirme (çömlekçi tornası) İnsanoğlunun ilk mekanik olarak şekillendirdiği seramik çömlekçi tornası ile yapılmıştır. Yere paralel olarak döner bir tabla üzerinde homojen hale getirilmiş yarı yaş hamurun yerleştirilmesi daha sonrada parmak ve avuç ile şekil verilir. Saksı, vazo vb düşük kaliteli seramiklerin üretiminde kullanılır. Seri üretime elverişli değildir. Güzel sanatların vazgeçilmez yöntemlerindendir.

3 2- Tornada Kalıpla Şekillendirme Simetrik olup, form yapısı yarım kürenin altında kalan kase, fincan, çanak, saksı gibi formların şekillendirilebildiği mekanik bir sistemdir. Bu sistemde formu veren iki faktörden biri alçı diğeri ise formun iç veya dış kesiti şeklindeki metal şablondur. Metallerdeki sıvama yöntemine benzer Bu amaçla ekstrüzyon makinesinde havası alınmış çamur kullanılır. Dönmekte olan alçı kalıp içine konan yarı yaş hamur üstten metal şablon ile kalıp içine sıvanır. Şablon ile kalıp arasında kalan boşluk şekillendirilmek istenen formun kesiti haline gelmektedir. Şekillendirme bitince alçı kalıp üzerine sıvanan hamur alçı ile birlikte dışarı alınır. Alçı kalıp seramik hamurun suyunu emdiği için form hacimce küçülür ve yapışık olduğu alçı formdan ayrılır.

4 Tabak Şekillendirme Tornası Kase Torna, Seramik makinası

5 EKSTRÜZYON Üniform uzun ürünler elde etmek ve daha sonra istenen boyda kesilmek boşluğundan geçmek üzere sıkıştırılması. üzere, kilin bir kalıp Ürünler: İçi boş tuğlalar, şekillendirilmiş kiremitler,fırın tüpleri, izolatörler, katalitik konvertör,elektronik altlıklar, termokupl koruyucu tüpler üretilmektedir Sıvama ve plastik presleme gibi diğer seramik işleme yöntemleri için başlangıç kil çamuru oluşturmak içinde kullanılmaktadır. EKSTRÜZYON CİHAZI Ekipman, kilin karıştırılmasına yardımcı olmak ve kalıp boşluğundan çıkarmak üzere İtmek için vida tipi bir hareket kullanır.

6 EKSTRÜZYONDA KULLANILAN BAĞLAYICI VE DİĞER İLAVELER Yapılan başlıca ilave bağlayıcı olup; temel fonksiyonu ekstrüzyon esnasında her seramik parçayı kaplayarak akışkanlık ve ekstrüzyon sonrası şekilli parçaya ham mukavemet sağlamaktır. Bağlayıcılar organik ve inorganik esaslı olarak iki grupta toplanır. Organik bağlayıcılara örnek: Polivinil alkol, balmumu, termoplastik reçine, akrilik, un, nişaşta. İnorganik bağlayıcılara örnek: Kil, bentonit, koloidal silika, etil silikat,fosfatlar. İşlem sonunda organik bağlayıcı yanar, inorganik bağlayıcılar ise işlem sonunda yapıda kalır ve seramiğin bileşiği haline gelir. Seramik parçacıkları genellikle kötü akış özellikleri gösterdiğinden prosesin uygulanması için bazı eklemeler gerekmektedir. Az miktarlardaki diğer ilaveler ise yağlayıcılar, ıslatıcılar,dağıtıcılar, plastikleştiriciler ve köpük oluşumunu engelleyen malzemelerdir.

7

8 Çeşitli seramiklerin ekstrüzyonunda kullanılan kimyasal bileşimler

9 EKSTRÜZYON İŞLEM KADEMELERİ Toz hazırlama, şarj hesabı, karıştırma, ekstrüzyon, kurutma, pişirme ve kalite kontrolden meydana gelmektedir. Ekstrüzyonun dezavantajları kuruma, bağlayıcının uzaklaştırılması ve sinterleme operasyonları sırasında ortaya çıkar. Karışıma katılan bağlayıcı ve çözücünün kurutma prosesinde tamamının ya da bir kısmının alınması gerekir. Ekstürize edilen ürünlerin kurutma işlemi bu prosesin en kritik safhasıdır. Özellikle uzun boyutlu ve küçük çaplı tüplerin kurutulması büyük hassasiyet gerektirmektedir. Ürünlerin düzgün ve hasarsız bir şekilde kurutulması için kontrollü nem ve ısıl işleme tutulması gerekmektedir. Aksi taktirde eğilmeler ve çatlamalar meydana gelmektedir. Kurutma işlemi genelde ürünlerin oda sıcaklığında ve yüksek nem oranında (yaklaşık %90 nemlilik) tutulması ile başlar ve daha sonra kademe kademe nem oranının düşürülmesi ve sıcaklığın arttırılması ile sürdürülür. Uzun boyutlu seramik tüp veya çubukların sinterlenmesi genelde asılı şekilde yapılmaktadır. Böylece ürünlerin tüm yüzeyleri aynı ısıyı görerek küçülmektedirler.

10 ENJEKSİYON KALIPLAMA Enjeksiyon kalıplama prosesi ; seramik bağlayıcı toz karışımlarını ısı ile yumuşatarak bir kalıp boşluğuna zorlanarak doldurulması, burada soğutularak istenilen şekle getirilmesi esasına dayanmaktadır. Enjeksiyonla başarılı olarak üretilen seramik ürünlerinin bazıları şunlardır : bujiler iplik yönlendiricileri elektronik parçalar seramik maçalar diş telleri

11 Bu yöntemde üretim kademeleri: Homojen bir seramik toz-organik bağlayıcı karışımının hazırlanması, Seramik tozunun hazırlanması ve bağlayıcı formülasyonlarının geliştirilmesi Enjeksiyon kalıplama ile parçaların şekillendirilmesi, Şekillendirilmiş parçadan bağlayıcının uzaklaştırılması ve parçanın sinterlenmesi

12 PRESLEME Presleme çeşitli işlemlerle hazırlanmış tozların bir kalıp içerisinde basınç uygulanarak belirli bir şekli almak amacıyla sıkıştırılması şeklinde tanımlanabilir. Karışık şekilli parça üretimine elverişli değildir. Presleme yolu ile şekillendirmede basınç yüksek, rutubet oranı düşüktür. Rutubet oranı düşük olduğu için kuruma küçülmesi çok düşüktür. Bu yöntemle şekillendirilen seramiklerde çarpılma ve boyut uyumsuzluğu pek olmaz. Boyut toleranslarının az olduğu elektrik ve elektronik seramiklerin üretiminde yaygın bir yöntemdir. Ateş tuğlasının %85 i, silika tuğlaların hemen hemen tamamı presleme yöntemiyle üretilmektedir. Yer karosu, fayans, düşük mukavemetli elektrik porselenler kuru presleme yöntemiyle üretilirler Yaygın olarak kullanılan iki farklı presleme yaklaşımı söz konusudur. Tek eksenli presleme İzostatik presleme.

13 PRESLEME ÖNCESİ TOZ HAZIRLAMA VE GEREKLİ İLAVELER Presleme için üniform yükleme yapmak en önemli toz parametresidir. Bu nedenle çoğu presleme işlemlerinde aglomere toz kullanılır. Büyük parçacıklar küçüklere göre daha kolay akarlar. Sonuç olarak 20 µm µ m lik parçacık büyüklükleri genellikle seçilebilir. 20 µ m den küçük parçacıklar tozun % 10 undan çoksa o zaman akışta problem olabilir ve tozlar hem alt hem de üst prese (çekiç) yapışabilir. Sprey kurutma veya diğer yöntemlerle malzemenin aglomerasyonu sağlandığında mükemmel akış davranışları ortaya çıkar. Püskürtmeli kurutucudan elde edilen tozun morfolojisini gösteren bir mikro yapı görüntüsü

14 Presleme için gerekli katkı maddeleri : Bağlayıcı, Plastikleştirici, Yağlayıcı ve sinterlemeyi kolaylaştırıcı yardımcı maddedir. Bağlayıcılar: Hem presleme esnasında yağlama sağlamakta; ve hem de taşıma, inceleme ve ham işleme için yeterli ham parça mukavemetini sağlamaktadır. Plastikleştirici: Bağlayıcıların şekillendirmeye katkılarını daha da ilerletir. Yağlayıcı: Hem taneler arası ve hem de tane-kalıp cidar sürtünmesini azaltmaktadır. Ürün Bağlayıcı Plastikleştirici Yağlayıcı Al 2 O 3 Polivinil alkol Polietilen glikol Al Stearat MoZn ferrit Polivinil alkol Polietilen glikol Zn stearat Baryum Titanat Polivinil alkol Polietilen glikol Stearik asit Tuğla Kil Su Kolloidal talk ve kil

15 TEK EKSENLİ (EKSENEL PRESLEME ) Tek eksenli presleme: Sabit bir ıstampa yada pistondan eksenel yönde bir basınç uygulanmasıyla sabit bir kalıp içinde tozun sıkıştırılmasından meydana gelmektedir. Parça duvar ve parça parça sürtünmeleri nedeniyle tek eksenli Preslemede basınç dağılımı homojen değildir. Yoğunluk basınca göre değişir. İnce parçaların preslenmesinde dağılım farklıdır. Basınç dağılımında yükseklik / çap ilişkisi önemlidir. Çift tesirli preslenen numune, tek tesirliye göre hem daha homojendir hem de daha yoğundur. Yoğunluk farkları, ham halde, çarpılmaya ya da çatlamaya yol açabilir. Uygun bağlayıcı veya yağlayıcı kullanılarak sürtünmeler azaltılabilir, bu da yoğunluk farklarını azaltır.

16 Tek eksenli presleme, kuru ve yaş olmak üzere iki şekilde uygulanabilir. Kuru Presleme: Otomatik olarak yapılan preslemenin büyük bir kısmı, granüle edilmiş yada Püskürtmeli kurutucuda kurutulmuş %0-4 arasında nem içeren toz ile gerçekleştirilir. Tozların sıkışması, granüllerin ezilmesiyle ve partiküllerin sıkı paketlenmeyi sağlayacak bir biçimde mekanik olarak yeniden dağılımıyla gerçekleşir. Kuru presleme ile üretilen ürünler arasında porselen fayanslar, kesme aletleri, öğütme tekerlekleri, çip taşıyıcılar ve yalıtkanlar vardır. Yaş Presleme: Yaş preslemede %10-15 arasında nem içeren bir toz kullanımı söz konusu olup; bu tür işlem, genellikle kil içeren bileşimlerin preslenmesinde kullanılır. Kullanılan besleme tozu, presleme sırasında plastik olarak deformasyona uğrar ve kalıp boşluğunun şeklini alır. Preslenmiş parçaların düşük mukavemetleri nedeniyle taşınmasındaki zorlukların sonucu olarak otomasyona pek uygun olmayan bir yöntemdir. Ayrıca boyutsal toleransların tutturulmasında da sorunlar yaşanabilmektedir.

17 Tek eksenli preslemede karşılaşılan başlıca problemler şunlardır: Uygun olmayan yoğunluk veya parça boyutu Kalıp aşınması Çatlama ve Yoğunlukta değişim.

18 İZOSTATİK (EŞEKSENLİ) PRESLEME Seramik tozlarını her yönde üniform bir şekilde preslemek suretiyle seramik ürünlerini oluşturmaktadır. İzostatik preslemenin genel avantajları : 1- Üniform basınç birleşimi bu proses de diğer yöntemlere göre boyut probleminin, kısmen kuru preslemede uzunluk ve çap probleminin de önüne geçilmiştir. 2- Homojen dağılmış basınçtan dolayı tutarlı yoğunluklar, çekme payları ve yeniden üretilebilirlik mevcuttur. 3- Genellikle kalıp giderlerini azaltmakta 4- Kısa süreli proseslerde, uzun kuruma zamanına ve bağlayıcı madde yanışına gerek yoktur. Genel sınırlamaları şöyledir : 1- Nispeten zayıf şekil ve boyut kontrolü, genellikle ham şekillendirme (preslenmiş malzemenin sinterlenmeden önce şekillendirilmesi gerekmektedir. 2- Basit şekillere uygulanması mümkündür. Parçaların karışıklığıyla ilgili limitler sadece preslenmeden sonra yapılacak aletli işleme kabiliyetine bağlıdır.

19 İzostatik Tek eksenli preslemeyle üretilen ince cidarlı bir potanın ham yoğunluk değerleri

20

21 YAŞ TORBALI İZOSTATİK PRESLEME Bu proseste esnek kalıp toz ile tamamen doldurularak kapatılır. Daha sonra içi bir sıvı ile (normalde bor yağı/su karışımı) dolu basınç kabına yerleştirilir ve hidrostatik olarak preslenir. Basınç tipe göre 21 ve 690 MPa arasında değişmektedir

22 KURU TORBALI (DRY-BAG) İZOSTATİK PRESLEME Kuru - torbalı izostatik preslemede elastik kalıp presin bir parçası halindedir Kalıp doldurulur, toz preslenir ve preslenmiş tane kalıbı rahatsız etmeksizin çıkarılmaktadır. Tipik presleme basıncı 21 ila 275 Mpa arasında değişmektedir

23

24

25 High Pressure Sintering High Pressure Sintering

26

27 3D CERAMİC PRİNTER