Ceramic Processing 1

6,202 views

Published on

Published in: Technology
0 Comments
7 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
6,202
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
8
Actions
Shares
0
Downloads
268
Comments
0
Likes
7
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Ceramic Processing 1

  1. 1. 620211 Introduction to Ceramic Engineering Nutthita Chuankrerkkul 14 January 2011
  2. 2. ณัฏฐิตา ชวนเกริกกุล สถาบันวิจัยโลหะและวัสดุ จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย โทร 02-2184234 Email: Nutthita.C@chula.ac.thAcknowledgements:The source of materials, reproduced for fair use in teaching and research frommany web pages and powerpoint slides, have been cited on individual slide.Please accept the author’s sincere appreciation. 2
  3. 3. References:- เซรามิกส , ปรีดา พิมพขาวขํา, กรุงเทพ: จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย 2547- เครืองปนดินเผา พื้นฐานการออกแบบและปฏิบัตงาน , สุขุมาล เล็กสวัสดิ์, ่ ิ กรุงเทพ: จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย 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- ขอมูลจากอินเตอรเน็ต 3
  4. 4. MaterialsMetalsPolymerCeramics http://www.wikimedia.org 4
  5. 5. TopicsProcessing & Machinery: comminution, mixingRheology: binder, viscosityForming techniques: hand throwing, uniaxial die pressing, isostatic pressing (CIP, HIP), injection moulding, extrusion, slip casting, tape casting, gel castingPorous ceramics, Ceramic matrix composites (CMC)Literature review on research & development in ceramics 5
  6. 6. กระบวนการผลิตเซรามิก 6
  7. 7. A decision tree for various powder processing situation (adapted from German, 2005) production quantity Under 100 to Over 100 10,000 10,000 per year per year per year complexity 2D or 3D 2D or 3D simple complex 2D 3D 2D 3D green freeform long thin squat long flatmachining fabrication cold deposition die compact tape cast isostatic pressing slurry extrusion injection casting molding 7
  8. 8. กระบวนการผลิตเซรามิก 8
  9. 9. VDO Ceramic Processinghttp://www.youtube.com/watch?v=ifcb0tU72TYEmma Bridgewater Factory Tourhttp://www.youtube.com/watch?v=k22QIFb2FlsPlate making @ Emma Bridgewater
  10. 10. Powder Processing Particle size, shape, fabrication, microstructure, chemistry Powder Technology Density Microstructure Properties: Powder mechanical, Processing thermal,Clay + Water electrical,Ceramic powder + Binder magneticMixing Properties;Shaping, forming CharacterisationDrying, binder burn out & TestingFiring/ Sintering 10
  11. 11. Powder CharacterisationPowder: collections of particles Powder sampling Particle size measurement Particle shape Surface area Chemical characterisation 11
  12. 12. Particle size measurementScanning electron microscopeScreening/ Sieve analysis Standard Sieve Size Opening, Opening, Mesh size Mesh size µm µm 18 1000 100 150 35 500 140 106Sedimentation 60 250 200 75Light scattering 70 212 325 45X-ray techniqueAcoustic spectroscopy 80 180 450 32 635 20 12
  13. 13. Particle shapes Manufacturing Processes for Engineering Materials 5th ed., 2008 13
  14. 14. การขึ้นรูปผลิตภัณฑเซรามิก วิธการขึ้นรูป ี ความดันที่ใช psi % น้ําSlip casting Hydro static 20-30การเทแบบPlastic 5-50 25-30โดยอาศัยความเหนียวExtrusion การรีดและ 50-10,000 15-20อัดผานหัวแบบDry press การอัดเนื้อ 1,000-15,000 5-10ดินปนแหงDust press การอัด 3,000-20,000 0-4เนื้อดินปนที่เปนฝุน ขึ้นอยูกับชนิด รูปราง คุณภาพและสมบัตของผลิตภัณฑที่ตองการ  ิ  14
  15. 15. การขึ้นรูปโดยอาศัยความเหนียว1. การขึ้นรูปโดยอาศัยแปนหมุน (Throwing) http://www.youtube.com/watch?v=w0Qe0T5Xd3s Teapot Throwing http://www.youtube.com/v/EVpXgSLwYdI 15
  16. 16. การขึ้นรูปโดยอาศัยความเหนียว2. การขึ้นรูปโดยอาศัยเครือง Jig (Jiggering) ่ 16
  17. 17. การขึ้นรูปโดยอาศัยความเหนียว2. การขึ้นรูปโดยอาศัยเครือง Jig (Jiggering) ่ http://www.youtube.com/watch?v=qN5ZFimktxE Jiggering 17
  18. 18. การขึ้นรูปโดยการรีดและอัดผานหัวแบบExtrusion 18
  19. 19. การขึ้นรูปโดยอาศัยความเหนียว ความเหนียว ดินแตละชนิดที่ใชขึ้นรูปผลิตภัณฑเซรามิก มีความเหนียวแตกตางกันดินที่มีความเหนียวมาก เชน ดินสําหรับปนโอง ราชบุรี หรือดินสําหรับปนกระถางตนไม หมอดิน 19
  20. 20. องคประกอบที่มีผลตอความเหนียว 1. ขนาดและรูปราง อนุภาคละเอียดจะมีความเหนียวดีกวาอนุภาคหยาบ อนุภาคที่มีรูปรางไมเปนระเบียบ มีความเหนียวดีกวาอนุภาคที่มีรูปรางเปนลูกบาศก หรือทรงกลม เพราะ จะมีเนื้อที่สัมผัสกันมากกวา จึงมีแรงดูดซึ่งกันและกันมากกวา 2. การใชของเหลวที่มีประจุ และมีความหนืดมากผสม จะชวยเพิ่มความเหนียวได 3. ชนิดและปริมาณของอนุมูลที่ถูกดูดซับบนผิวของเนื้อดิน เชน เนื้อดินที่มี H+ หรือ Ca+2 อยูบนผิว จะมีความเหนียวดีกวา 20
  21. 21. องคประกอบที่มีผลตอความเหนียว 4. สารอินทรีย ชวยใหความเหนียวดีขึ้น เชน บอลลเคลยมีความเหนียวดีกวาดินขาว การขึ้นรูปผลิตภัณฑเซรามิก(ที่ไมใชดิน) เชน อะลูมินา มักจะใชพวกกาว แปง ขี้ผ้ง เปนตัวชวยใหเกิดความเหนียว (binder-ตัวประสาน) ึ 5. การหมักและการนวด ชวยใหความเหนียวดีขึ้น เนื่องจากทําใหเนือดินกับน้ํารวมตัวกันไดดี ้และทั่วถึง 21
  22. 22. การขึ้นรูปโดยอาศัยแปนหมุน (Throwing)วัตถุดิบและการเตรียมเนื้อดินปน ขั้นการเตรียมเนื้อดินปน ของบานทาไห จ.อุบลราชธานี - นําดินมาหมักในบอดินเปนเวลา 1-2 วัน - เมือดินเปอยยุยแลวจะนํามานวดผสมกับ ่  ทราย - สําหรับการผลิตครกจะใชดิน 1 สวน ผสมกับทราย 2 สวน - นําไปนวดผสมดวยเครื่องนาน 2-3 ชั่วโมง - ตองนวดจนดินไมจบกันเปนเม็ด ั http://www.material.chula.ac.th 22
  23. 23. การขึ้นรูปโดยอาศัยแปนหมุน (Throwing)วิธีน้ตองอาศัยความชํานาญเปนพิเศษ ี การขึ้นรูปชิ้นงานบนแปนหมุน บานทาไห ตําบลทาไห อําเภอเขืองใน จังหวัดอุบลราชธานี ่ http://www.material.chula.ac.th 23
  24. 24. การขึ้นรูปโดยอาศัยเครื่อง Jig (Jiggering) วิธีนี้ดัดแปลงมาจากการขึ้นรูปโดยแปนหมุน วางเนื้อดินปนบนแบบปลาสเตอรที่ติดอยูกับแปนหมุน แลวกดแมแบบ อีกอันหนึ่งลงบนเนื้อดินปน 24
  25. 25. การขึ้นรูปโดยอาศัยเครื่อง Jig (Jiggering)นิยมใชกันมากในโรงงานอุตสาหกรรมผลิตถวยชาม 25
  26. 26. การขึ้นรูปโดยอาศัยเครื่อง Jig (Jiggering)สิ่งที่ควรจะคํานึงถึงเวลาขึ้นรูปดวยวิธนี้ี 1. แบบปลาสเตอรตองมีสมบัติสม่ําเสมอ 2. เนื้อดินปนตองมีสมบัติสม่ําเสมอ 3. เนื้อดินปนตองวางตรงจุดกึ่งกลางของแบบ 4. ความเร็วของแปนหมุนตองพอเหมาะ เครื่องที่ใชคนคุม 300-400 รอบตอนาที เครื่องอัตโนมัติ 500-1,200 รอบตอนาที 5. การตากแหงใหสม่ําเสมอ เพื่อใหชิ้นงานหลุดออกจากแบบไดงาย 26
  27. 27. กระบวนการผลิตเซรามิก (จาน) http://home.howstuffworks.com/lenox3.htm 27
  28. 28. กระบวนการผลิตเซรามิก (จาน) http://home.howstuffworks.com/lenox3.htm 28
  29. 29. กระบวนการผลิตเซรามิก (ถวย) http://home.howstuffworks.com/lenox3.htm 29
  30. 30. เนื้อดินปน (Clay Body) ประกอบดวยวัตถุดิบ 3 ประเภท คือ 1. ดิน (Clay) คือวัตถุดิบที่มีความเหนียว 2. ฟลักซ (Flux) หมายถึงสารที่ทําใหเกิดการหลอมเหลว ชวยลดจุดสุกตัว เชน เฟลดสปาร 3. ฟลเลอร (Filler) เปนสารที่ควบคุมความเหนียวและการ หดตัว เชน ควอตซ ทราย ซิลิกา ดินเชื้อดินเชื้อ – ดินที่ผสมกับแกลบแลวนําไปเผา หลังจากนั้นนํามาบด และใสลงเปนสวนผสมในเนื้อดินปน 30
  31. 31. การรีดและการอัดผานหัวแบบ (Extrusion) ทําโดยการอัดเนื้อดินปนที่มีความเหนียวผานกระบอกสูบ อาจมีการดูดอากาศออกดวย ผลิตภัณฑท่ไดออกมาจะมีรปรางตามปลายกระบอกสูบ ี ู http://www.designinsite.dk 31
  32. 32. Extrusion - Extrusion is used to form long shapes with constant cross sectionalsuch 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 inthe extrudate. - Once the binder set, it acts as glue to hold particles in place duringhandling and is subsequently removed prior to sintering 32
  33. 33. Honeycomb Ceramic Honeycomb ceramics have a uniform lattice structure, lowexpansion coefficient, good thermal shock resistance, higherspecific surface area, low-pressure drop, and low density. Theyremade of either cordierite or mullite ceramic materials. Cordierite honeycomb ceramics are mainly used as catalystsupport for the automobile and for purification waste gas ofindustrial organic processing, and as filters in melting metal. 33
  34. 34. การรีดและการอัดผานหัวแบบ (Extrusion)Fig. 1 Schematic illustration of the preparation of porous alumina ceramics withunidirectionally aligned pores by the extrusion method, and microstructures ofthe obtained porous alumina ceramics. http://www.rmat.ceram.titech.ac.jp/research-e/lotus-e.html 34
  35. 35. กระบวนการฉีดขึ้นรูปวัสดุผง Powder Injection Moulding เหมาะสําหรับการผลิต - ชิ้นสวนขนาดเล็กที่มรูปรางซับซอน ี - วัสดุทมีจดหลอมเหลวสูง ไดแก เซรามิก หรือ ี่ ุ โลหะบางชนิด - ชิ้นงานมีรูปรางใกลเคียงรูปรางสุดทาย (near net shape) มีขอดีคอื - ประหยัด และลดการสูญเสียวัตถุดบ ิ - ลดขั้นตอน และลดคาใชจายในการตัดแตงชิ้น งาน 35
  36. 36. Ceramic injection moulding http://www.macstourport.com/capabilities_injectionmoulding.htm 36
  37. 37. Powder injection moulding http://www.pim-international .com 37
  38. 38. Metal injection mouldinghttp://www.mpif.org http://www.pim-international .com 38
  39. 39. VDO Powder injection mouldinghttp://www.youtube.com/watch?v=zCfUd7ZEOjghttp://www.youtube.com/watch?v=Ecn3Gl3AaZ8
  40. 40. การบาน1. สืบคนบทความวิจัยที่เกี่ยวของกับกระบวนการฉีดขึ้นรูป วัสดุผง อยางนอย 1 เรื่อง2. สรุป เนื้อหาบทความเหลานั้น เชน - ชนิดและลักษณะเฉพาะของวัสดุผง ชนิดตัวประสาน อัตราสวนตัวประสานที่ใช - ปริมาณสวนผสมวัสดุผงกับตัวประสาน - วิธีการกําจัดตัวประสาน ผลลัพธ - สมบัติที่มีการทดสอบและผลการทดสอบ - การนําวัสดุ/ผลิตภัณฑไปใชงาน 40

×