پرس

روش پرس پودر در مجموع برای شکلهای نسبتا ساده مورد استفاده قرار می گیرد. در محدوده سرامیکهای ظریف مهمترین کاربرد این روش جهت تولید کاشیهای دیواری و کاشیهای کف طریف می باشد. شکل ساده و تقریبا یکسان و قراردادی کاشیها باعث گردیده که این روش شکل دادن در مورد کاشیها تا حدود زیادی خود کار گردد. به نحوی که صنعت تولید کاشی را می توان یکی خودکارترین شاخه های صنایع تولید سرامیکهای ظریف دانست. در تولید کاشی، فشار پرس به طور عادی حدود 50 تا 100 تن بر هر کاشی و مقدار تولید حدود 50 تا 100 عدد در هر دقیقه می باشد.[1]
پرس را میتوان در 4 روش کلی تقسیم شود:
1-پرس خشک
2-پرس گرم
3-پرس ایزواستاتیک سرد
4-پرس ایزواستاتیک گرم
پرس خشک مناسب برای شکل دهی اشکال جامد ساده می باشد و از 3 مرحله تشکیل شده است.پر کردن قالب(Die)، فشرده سازی محتوی و خارج کردن قطعه پرس شده.
در پرس دوطرفه(double-action press) هر دو پانچ بالایی و پایینی حرکت میکنند.هنگامی که پانچ پایینی در پایین ترین اندازه ی خود قرار دارد حفره ای به وجود می آید که توسط پودر آماده شده پر می گردد.در پرس خشک (غیر رسی)بین %5-0 چسب اضافه می شود. poly vinyl alcohol) PVA) و (poly ethylene glycol) PEGدو نوع از معروفترین چسب های به کار رفته در پرس خشک می باشند.وقتی که حفره پر شد پودر همسان با بالای قالب می گردد.پانچ بالایی به پایین آمده و پودر را به اندازه حجم از پیش تعیین شده یا فشار نهایی (set pressure) در حین پرس کردن ذرات پودر باید در میان پانچ ها جریان داشته باشند بنابراین فضای بین آنها بطور یکنواخت پر می گردد. ذراتی با اندازه ی µm20-200 برای پرس خشک مورد نظر قرار می گیرد. حجم بالایی از نسبت ذرات ریز باعث مشکلاتی در جریان ذرات می گردد و همچنین باعث بر جا ماندن ذرات بر روی با پنچ می شوند.
فشار به کاررفته در پرس خشک ممکن است به اندازه300µPaباشد که این بستگی به نوع ماده و نوع پرس دارد. بعد از پرس هر دو پانچ به بالا آورده می شود تا جاییکه پانچ پایینی هم سطح قالب گردد. سپس پانچ بالایی را از پودر می زداییم و سر انجام قطعه پرس شده را خارج می کنیم. پانچ پایینی، پایین آورده شده و این حلقه تکرار می شود. بخاطر اینکه کار با پرس خشک ساده می باشد و اجزا اصلی آن هزینه کمی دارد، برای پروسه شکل دهی سرامیک ها در حجم بالا مورد استفاده قرار می گیرد. سرعت تولید بستگی به اندازه و شکل مورد نظر و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. برای قطعه های زیاد مانند مواد دیرگداز و مواد پیچیده مانند چرخهای سوپاپ، سرعت تولید بین 15-1 قطعه در دقیقه است. در یک بازدید از کارخانه وجوود، شما می توانید بشقابهای نهار خوری را ببینید که در یک پروسه ادامه دار توسط پرس خشک تولید می گردند. اجسام و قطعات کوچک مانند سر لوله آب(Nozzle) مهر استامپ(Seal-ring) سرعت تولید صدها قطعه در دقیقه است. قطعات صاف کوچک مانند مقره ها چیپ یا ابراز برش می توانند هزاران قطعه در دقیقه تولید شوند.[2]
همچنان که مشاهده میگردد در روش پرس پودر شکل و دانه بندی ذرات بسیار مهم است بنابراین در این موارد باید کنترل و دقت لازم به عمل آید.در دستگاه های پرس جدیدتر،جهت مقابله با مشکل حبس هوا،معمولا کاشی ها با دو ضربه شکل میگیرد.بدین وسیله امکان خروج هوا قبل از ضربه دوم و نهایی وجود خواهد داشت.در محدوده سرامیک های ظریف،علاوه بر کاشی،بعضی از مقره ها نیز به روش پرس پودر شکل می گیرند.در این حالت مقدار آب موجود بیشتر می باشد و حتی ممکن است تا 15 درصد برسد.
مهم ترین مزایای این روش را می توان حد خودکاری بسیار بالا، حذف و یا کاهش مرحله خشک کردن فرآورده ها و عدم وجود و یا وجود مقدار کمی انقباض تر به خشک و در نتیجه امکان حصول به فرآورده هایی با ابعاد دقیق تر و یکسان تر دانست.در مورد نقاط ضعف این روش،اگر از محدودیت استفاده از روش پرس پودر در تولید فرآورده های با شکل پیچیده صرفنظر کرد،باید هزینه های زیادی که استفاده از این روش دارد را مد نظر داشت.مهم ترین نقطه ضعف این روش شاید عدم امکان حصول به تراکم مناسب و یکنواخت در فرآورده ها باشد.[1]
عیب عدم یکنواختی (عیب ابعاد ) : عیوب عدم یکنواختی بیانگرتلرانس در خواص فیزیکی و مکانیکی محصول است این عیب ناشی از دانستیه و در واقع اختلاف ضخامت گرانول پر شده در پرس و یا اختلاف در فشار پرستغییر در ترکیب بدنه, تغییرات مکانیزم آماده سازی پودر و توزیع اندازه ذرات می تواند مورد فوق را ایجاد نماید حتی تلرانس در میزان رطوبت نیز منجر به بروز عیب می گردد . دستگاه پنتومتری : میزان فشردگی در نقاط مختلف یک بدنه را نشان می دهد . 
عیب پوسته ای شدن (لمینیشن ) عواملی که سبب ایجاد این عیب می شود عبارتند از : 1- عدم تلرانس ابعادی بین پانج و قالب. 2- ریز بودن بیش از حد پودر 3- عدم ایجینگ گرانول . 4- ضخامت زیاد پودری که داخل قالب ریخته شده است . 5- ترکیب بدنه . 6-عدم یکنواختی رطوبت و توزیع اندازه ذرات . 7- خشک بودن بیش از حد پودر . 8- و زیاد بودن فشار پرس در ضربه اول . 
فاکتور پرسپذیری : به تجربه ثابت شده وقتی P.S بین 2-4 باشد بهترین حالت را در فرم دهی (شکل دهی ) داریم اگر P.S کمتر از 2 باشد عیب لمینیشن _پوستگی شاهد خواهیم بود 

استحکام خشک ---------------------- = P.S » فاکتور پرس پذیریاستحکام خام 
عیب هالو(Halo ) :
عیب هالو پلیسه های کنار کاشی اگر میزان ذرات ریز زیاد باشد در اثر ضربه اول و دوم به دلیل تمایل هوا به خروج از درزها جریان هوای ایجاد می شود که سبب حرکت ذرات ریز به کنار های قالب شده و حالت پلیسه مانندی در کناره ها ایجاد می شود برای رفع این عیب باید ذرات ریز را کم کرد رطوبت پودر را افزایش داد سرعت ضربه اول و دوم را کاهش داد و کاهش تلرانس ابعادی بین یانج و قالب . عیب کثیف شدن قالب ها : قابلیت چسبیدن گرانول به قالب به موارد زیر بستگی دارد . 1- درجه حرارت قالب هر چقدر درجه حرارت قالب کم باشد گرانول کمتر خشک شده و قالب زود کثیف می شود . 2- رطوبت پودر: هر چه پلاستیسیته ترکیب بیشتر باشد در رطوبت یکسان قابلیت کثیف شدن کمتر می شود . 3-ترکیب پودر هر پلاستیسیته ترکیب بیشتر باشد در رطوبت یکسان قابلیت کثیف شدن کمتر می شود یعنی هر چه P.S بیشتر باشد کثیف شدن کمتر است . 4- اندازه ذرات : هر چه ذرات ریز تر باشد کثیف شدن قالب کمتر می شود به تجربه دیده شده ذراتی که با اندازه 70-75 میکرون حداقل کثیفی را ایجاد می کنند دلیل این امر این است که : 1- کمتر بودن رطوبت نسبی ذرات ریز نسبت به کل پودر . 2- در حین خروج هوا از قطعه این ذرات سریع تر حرکت کرده و باعث تمیز شدن نقاط کثیف می گردد . 5- تکنو لوژی تهیه پودر : به تجربه ثابت شده پودری که توسط اسپری درایر تهیه می شود تمایل بیشتری جهت کثیف کردن قالب دارد . 
روش های برطرف کردن عیب کثیفی قالب :
1- افزایش دمای قالب . 2- استفاده از رابرهای مناسب جهت پانج آئینه . 3- تمیز کردن قالب توسط آب و گازوئیل . عیب عدم قائمه بودن : در صورتی که ضخامت پودری که به داخل قالب هدایت می شود در نقاط مختلف یکنواخت نباشد در نتیجه فشردگی منطقه حاصله در نقاط مختلف یکنواخت نخواهد بود و این اختلاف در انقباض منجر به عیب عدم قائمه بودن می باشد[4].
پرس همچنین می توانند در دمای بالا اتفاق بیافتد که به پرس گرم(Hot pressuring) معروف است. قالب مورد استفاده در پرس گرم همانند پرس خشک است. مهمترین تفاوت اینست که در پرس گرم قالب(Die assembly) درون یک کوره قرار دارد در حین پرس گرم، در پودرهای سرامیکی عمل زینتر هم اتفاق می افتد تا فرم یک جز با دانسیته بالا را به خود بگیرد.
مزایای این روش:
1.پودر لازم نیست تا دارای کیفیت بالا می باشد.
2.تخلخلهای بزرگ که ناشی از غیر یکنواختی همزدن می باشد به آسانی قابل رفع است.
3.می توانیم در دمایی کمتر نسبت به زمانی که بدون فشار عمل زینتر انجام می شود عمل فشرده سازی را انجام دهیم.
4.قابلیت متراکم کردن موادی را مانند B4C،Sic،Si3N4 که دارای پیوندهای کووالانت هستند بدون افزودنی می باشد.
5.کریستاله شدن دوباره(Secondary Recrystalliyation) اتفاق نمی افتد هنگامیکه دما را در هنگام متراکم کردن در اندازه کم نگه داریم مهمترین ضعف این روش در نوع قالب است. چون قالبی که در دمای بالا طاقت بیاورد گران است و اساسا زیاد دوام ندارد.
محصولات تولیدی در پرس گرم محدود هستند؛ با توجه به قیمت بالای آن تنها در مراکز دولتی و آزمایشگاهها مورد استفاده قرار می گیرد.
پرس ایزواستاتیک سرد (Cold isostatic pressing) و پرس ایزواستاتیک گرم (Hot isostatic pressing) دو نوع دیگر پرس هستند که اساس کلی آنها فشار از تمام جهات می باشد.[2]
روش پرس "ایزواستاتیک و یا هیدرواستاتیک" در حقیقت از تکامل روش پرس خشک و یا نیمه خشک و به منظور ایجاد قطعه با تراکم همگن و یکنواخت بوجود آمده است در این روش فشار در جهات مختلف یکسان می باشد و در نتیجه تراکم تقریبا یکسانی در نقاط مختلف قطعه بوجود می آید.در این حالت احتمال تغییر شکل در قطعه وجود نخواهد داشت.اساس روش پرس ایزواستاتیک به طور ساده بدین صورت است که پودر به طور یکنواخت در درون یک کیسه لاستیکی قرار داده شده و سپس این کیسه توسط یک مایع واسطه مثل روغن یا آب تحت فشار قرار می گیرد.مایع واسط باعث انتقال فشار وارده به طور یکنواخت به کیسه لاستیکی می شود.
این پرس بین MPa 20 تا 1GPa متغیر است که بستگی به نوع پرس و عملکرد آن دارد.
پس از انجام پرس فشار را آهسته کم میکنیم و قطعه پرس شده را خارج میکنیم.
مزایا:
1-اندازه ها و اشکال وسیع قابل تولید هستند.
2-دانسیته یکنواخت در قطعه پرس شده.
3-قیمت کم ابزار.
ضعف ها:
1-اشکالی با کنترل ضعیف بر روی زوایا و طراحی مخصوصا در محصولات پیچیده[2]
اسپری درایر:
دو نوع اسپری درایر داریم:
1-Co current spray dryer
2-Mixed-Flow spray dryer
اسپری درایرینگ پروسه اسپری کردن یک دوغاب( (Slurryدرون خشک کن گرمیست تا گرانول های تقریبا کروی که نسبتا همگن هستند تولید گردند.
پراکندگی قطرات کوچک با مساحت ویژه بالا در هوای خشک کن، تاثیر خشک کنندگی بهتری را فراهم می آورد.اسپری درایر برای تولیدات ذرات گرانولی مورد استفاده از پودر های فریت،تیتانات،آلومینا و کاربید ها در پرس به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.
عمل آسیاب کردن معمولا برای پراکنده کردن پودر هایی که جمع شده اند و مخلوط کردن ثانویه در حین ریز سازی انجام میشود بنابر این مقدار مواد ناهمگن کاهش می یابد.با اعمال نظارت اسپری درایرها گرانول های کروی تولید میکنند.گرانو ل هایی با اندازه هایی بزرگ تر ازmµ20 جریان یافته وبه خوبی در پروسه پرس،فشرده میشوند.ظرفیت صنعتی اسپری درایرها بین 10 تا چند صد کیلوگرم در ساعت است.[3]
مراجع:
1-مهران متین، افسون رحیمی-تکنولوژی ساخت سرامیکهای ظریف-شرکت صنایع خاک چینی ایران-1368

2-C.Barry Carter. M. Grant Norton-Ceramic Materials Science and Engineering-2007-pages 414-416
3- James S Reed-Principles of Ceramic Engineering-Willey Interscience Publication-1988 

4-www.power.smsm.ir

فیروز رضائی ; ۱:۱٢ ‎ب.ظ ; ۱۳٩٠/٥/٢٥