علم سرامیک

آسیاب گلوله ای سیاره ای:
این نوع آسیاب یکی از انواع بسیار متداول در آلیاژسازی مکانیکی است که تا چند صد گرم پودر را در هر بار آسیاب می کنند . این نوع آسیاب شامل دو تا چهار محفظه است که روی یک دیسک نصب شده اند . محفظه ها حول محور عمودی خود دوران می کنند و به طور همزمان دیسک نگهدارنده محفظه ها نیز در جهت مخالف با چرخش محفظه ها دوران دارد .
در این نوع آسیاب ، محفظه دو نوع حرکت چرخشی خواهد داشت که در نتیجه گلوله های داخل محفظه آسیاب تا مسافتی به جداره ی داخلی آن چسبیده و در نقطه ای معین از جداره جدا شده و به سمت مقابل برخورد می کنند .
آسیاب گلوله ای ارتعاشی:
این نوع آسیاب که یکی از آسیاب های رایج در MA در مقیاس آزمایشگاهی است در هر بار قادر به آسیاب کردن 20-10 گرم پودر می باشد . در آسیاب های ارتعاشی ، چند گلوله داخل محفظه ای کوچک جای می گیرند و محفظه ی آسیاب که روی یک بازو محکم شده است با فرکانس بالا ارتعاش می کند .
یکی از انواع متداول آسیاب های ارتعاشی آزمایشگاهی ، آسیاب لرزشی Spex 8000 است که بیشتر در امریکا به کار می رود . در آسیاب Spex حرکات ارتعاشی در سه بعد صورت می گیرد به طوری که دامنه ی حرکت در یک بعد بیشتر از دو بعد دیگر است .
• اگر چه سرعت خطی گلوله ها در آسیاب گلوله ای سیاره ای بیشتر از آسیاب ارتعاشی است اما به دلیل فرکانس بالای ضربات در آسیاب ارتعاشی ، این آسیاب نسبت به آسیاب سیاره ای پرانرژی تر محسوب می شود .
آسیاب غلتشی:
این نوع آسیاب از یک محفظه ی استوانه ای بزرگ حاوی تعداد زیادی گلوله و یا میله تشکیل شده و ظرفیت بالایی در حدودKg 100-0.5 دارا می باشد . محفظه به صورت افقی به وسیله ی دو غلتک چرخان می غلتد . در این نوع آسیاب ، گلوله ها بر اثر نیروی گریز از مرکز تا مسافتی به دیواره ی محفظه چسبیده بالا می روند ، سپس با غلبه ی نیروی جاذبه در ارتفاع مشخصی به پایین سقوط می کنند . با تغییر سرعت چرخش غلتک ها سرعت آسیاب کردن نیز افزایش می یابد ، اما بیش از یک سرعت بحرانی نیروی گریز از مرکز بر جاذبه غلبه کرده و گلوله ها به جداره ی استوانه می چسبند .
آسیاب شافتی:
آسیاب های شافتی همانند آسیاب های غلتشی دارای یک محفظه ی استوانه ای و تعداد زیادی گلوله بوده و ظرفیت تولید بالایی نیز دارند . در این نوع آسیاب ها محفظه ی استوانه ای ثابت است و حرکت گلوله ها توسط تعدادی پروانه که بر روی یک شافت عمودی نصب شده اند صورت می گیرد.
لذا کنترل درجه حرارت به وسیله ی عبور یک سیال در فاصله ی بین دو جداره ی محفظه به سهولت فراهم می گردد ولی آب بندی اینگونه آسیاب ها برای انجام عملیات آلیاژسازی مکانیکی تحت شرایط خلا و یا اتمسفر خنثی مشکل است .
• آسیاب های غلتشی و شافتی نسبت به سایر آسیاب ها از انرژی کمتری برخوردار هستند اما به دلیل ظرفیت تولید بالاتر در مقیاس صنعتی قابل استفاده می باشند .
آسیاب مغناطیسی:
آسیاب مغناطیسی عملکردی مشابه به آسیاب غلتشی دارد با این تفاوت که در این نوع آسیاب یک میدان مغناطیسی جایگزین نیروی جاذبه شده است . این نوع آسیاب برای کاربردهای آزمایشگاهی مفید بوده و تا 100 گرم پودر را در هر مرحله آسیاب می کند .
• در تمامی انواع آسیاب ها محفظه ی آسیاب و گلوله ها باید از سختی بالا (Rc 60 – 50 ) برخوردار باشد تا میزان سایش آنها حداقل شود .
متغیرهای فرایند:
از مهمترین متغیر ها که روی نوع و ساختار محصول نهایی اثر دارند عبارتند از :
• نوع آسیاب
• جنس ، اندازه و توزیع اندازه ی گلوله های آسیاب
• نسبت وزنی گلوله ها به پودر
• میزان پرشدن محفظه
• اتمسفر درون محفظه
• زمان آسیاب کردن
• درجه حرارت
نوع آسیاب:
انرژی آسیاب بر روی ترمودینامیک و کینتیک واکنش های شیمیایی و تغییر حالتهای متالورژیکی و در نتیجه بر روی نوع وساختار محصول نهایی و زمان عملیات آلیاژسازی مکانیکی تاثیر می گذارد .
انرژی هر آسیاب با افزایش سرعت چرخش محفظه آن و در نتیجه افزایش انرژی سینتیک گلوله ها افزایش می یابد .

جنس ، اندازه و توزیع اندازه ی گلوله های آسیاب:

اندازه و جرم گلوله ها بر انرژی سینتیک گلوله ها تاثیر می گذارد . به طوری که با افزایش جرم هر گلوله انرژی سینتیک گلوله در هر ضربه افزایش می یابد .
جرم مخصوص گلوله ها نیز بر انرژی سینتیک گلوله ها تاثیرگذار است . در صورت ثابت بودن سایر عوامل ، افزایش جرم مخصوص گلوله ها باعث افزایش انرژی سینتیک آنها در هنگام برخورد می شود که این باعث افزایش سرعت فرایند آلیاژسازی مکانیکی می گردد .
تحقیقات نشان داده است که در صورت استفاده از گلوله هایی با اندازه های متفاوت ، برخوردهای موثرتری اتفاق می افتد .
نسبت وزنی گلوله ها به پودر:
با افزایش نسبت وزنی گلوله ها به پودر ، زمان لازم برای آلیاژسازی مکانیکی کاهش می یابد .
نسبت وزنی گلوله ها به پودر در آسیاب های آزمایشگاهی معمولا" 10:1 توصیه می شود . اما در آسیاب های کم انرژیتر نسبت وزنی گلوله به پودر 50:1 و یا حتی 100:1 مناسب است .
میزان پرشدن محفظه:
از آنجایی که آلیاژسازی مکانیکی در نتیجه ی انرژی ضربه ای گلوله ها اتفاق می افتد وجود فضای کافی محفظه برای حرکت آزادانه ی گلوله ها الزامی است . لذا میزان پرشدن محفظه با پودر و گلوله ها عامل مهمی در سرعت فرایند می باشد .
معمولا" نباید بیش از 50 درصد از فضای محفظه ی آسیاب را با گلوله ها و پودر اشغال نمود .
اتمسفر درون محفظه:
مهمترین تاثیر اتمسفر بر آلیاژسازی مکانیکی آلودگی پودر است . به عنوان مثال وجود هوا در محفظه آسیاب می تواند منجر به اکسیداسیون و نیتراسیون پودر اولیه گردد .
معمولا" آلیاژسازی مکانیکی تحت اتمسفر خنثی انجام می شود اما بسته به کاربرد ممکن است از گازهایی مانند نیتروژن و یا هیدروژن نیز استفاده شود .
زمان آسیاب کردن:
زمان آلیاژسازی یکی از مهمترین متغیرهای این فرایند است .
مدت زمان آسیاب کردن به عوامل زیر بستگی دارد :
• نوع آسیاب و انرژی آن
• نسبت وزنی گلوله به پودر
• درجه حرارت
نکته : افزایش زمان آلیاژسازی مکانیکی بیش از مقدار لازم باعث افزایش آلودگی پودر مواد اولیه و ایجاد فازهای ناخواسته میشود .
درجه حرارت:
درجه حرارت تاثیر به سزایی بر نوع و ساختار محصول نهایی در فرایند ma دارد . برای مثال تولید نانوکریستال ها در دمای بالاتر سبب بزرگتر شدن اندازه ی دانه های نهایی می شود .
• حصول ساختارهای آمورف در دماهای بسیار پایین و یا بسیار بالا امکان پذیر نیست