بررسي تأثير عوامل مهم در ساخت فيلترهای فومی سراميكی بر پايه كاربيد سيليسيم به منظور كاربرد در صنايع ريخته گري چدن
يكي از مؤثرترين روش هاي حذف آخال و ناخالصي ها در ريخته گري قطعات فلزی كاربرد فيلترهاي متخلخل سراميكي است. ساخت فيلترهای فومی سراميكی بر پايه كاربيد سيليسم از روش غوطه وري اسفنج پليمري از جنس پلي اورتان در دوغاب سراميكي استفاده شد.
دوغاب سراميكي حاوي ذرات ريز در حد ميكرون و زير ميكرون كاربيد سيليسيم ،آلومينا ، بالكلي و زيركن بود. افزودني هاي ديگر مانند سيليس كلوئيدي و 3F كربوكسي متيل سلولز براي افزايش خاصيت چسب و ايجاد 4 تيكسوتروپي به دوغاب اضافه شدند. پس از ساخت فيلترها ويژگي هاي مكانيكي و ريز ساختاري فيلترها مورد بررسي قرار گرفت.
به وجود آمدن فاز مولايت در كنار فاز كاربيد سيليسيم در ريز ساختار فيلترها يكي از عوامل استحكام بخشي و افزايش ديرگدازي است به وسيله كه آزمون پراش اشعه ايكس بوجود آمدن اين فازها اثبات شد. براي مقايسه عملكرد فيلتر داخلي با فيلترهاي وارداتي مذاب چدن نشكن از فيلترها عبور داده شد و دانسيته ریخته گری قطعات مقايسه گرديد.
نتايج نشان دادند كه فيلتر داخلي عملكردي نزديك به فيلتر خارجي دارد. بررسي ريزساختار به وسيله تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM ) نشان داد كه فازهاي سراميكي كاربيد سيليسم و مولايت به صورت پراكنده و كاملاً هموژن در داخل ريز ساختار فيلترها تشكيل شده اند.
انواع فیلتر های سرامیکی
فيلترهاي سراميكي به سه دسته هسته هاي صافي، شبكه يا پارچه هاي بافته شده و فيلترهاي سراميكي موزاييكي تقسيم بندي ميشوند. فيلترهاي سراميكي موزاييكي خود شامل دو گروه فيلترهای سلولي سرامیکی و فيلترهای فومی سراميكی مي باشند. روش ساخت هسته هاي صافي ، شبكه هاي بافته شده و فيلترهاي سلولي به ترتيب از راه پرس، بافتن الياف هاي سراميكي و اكسترود ميباشد.
روش های تولید فيلترهای فومی سراميكی
روش هاي توليد فيلترهای فومی سراميكی با حفره هاي باز را ميتوان در سه دسته طبقه بندي كرد. اين روش ها :شامل استفاده از اسفنج، استفاده از عوامل فوم كننده می باشد. روش اول ، استفاده از مادهاي به عنوان نگهدارنده استفاده از اسفنج نخستين بار در اوايل سال 1960 مورد استفاده قرار گرفت . در اين روش از يك اسفنج طبيعي و يا فوم پلي اورتان به عنوان قالب استفاده ميشود، دوغاب سراميكي را روي آن پوشش مي دهند و سپس آن را پخت می کنند.
روش دوم (استفاده از عوامل فوم كننده) برپايه توليد حباب هاي هوا در مذاب سراميك در هنگام پخت قطعه استوار مي باشد، در اين روش مخلوطي از تركيب مواد سراميكي مورد نظر و مواد آلي شكل داده مي شوند. مواد آلي در هنگام پخت ايجاد حباب مي كنند و باعث ايجاد فوم مورد نظر مي گردند، اين روش براي نخستين بار در سال 1973 معرفي گرديد.
برای تولید فوم سراميكي در روش سوم (استفاده از ماده اي به عنوان نگهدارنده) از يك قطعه متخلخل به عنوان نگه دارنده شو استفاده مي شود.براي مثال، ابتدا نمك كلريد سديم به صورت متخلخل شكل داده مي شود و سپس آن را در پلي كاتبوسيلان غوطه ور مي كنند تا پليمر درون تخلخل هاي قطعه نفوذ كند، سپس نمك را حل كرده و با تجزيه حرارتي پليمر باقي مانده به فوم SiC دست پيدا ميكنند. براي توليد فيلترهای فومی سراميكی به طور معمول از روش نخست (استفاده از اسفنج) استفاده مي شود.
روش ساخت فيلترهای فومي در اين روش به ترتيب شامل انتخاب اسفنج پليمري مناسب كه عموماً از جنس پلياورتان ميباشد، آماده سازي اسفنج پليمري، تهيه و آماده سازي دوغاب سراميكي، غوطه وري اسفنج پليمري درون دوغاب سراميكي، خارج كردن دوغاب اضافي از اسفنج پليمري، خشك كردن نمونه، حذف پليمر در هنگام پخت و عمليات پخت و زينترينگ مي باشد.
ساختمان سه بعدي و به هم پيوسته فيلترهای فومی سراميكی و ويژگي آنها در جداسازي بيشتر آخال ها كارايي فيلتراسيون آنها را نسبت به ساير فيلترهاي سراميكي بيشتر ميكند .فيلترها فومي بايد داراي استحكام فشاري مناسب، ديرگدازي بالا، پايداري شيميايي و مقاومت به شوك حرارتي باشند تا هنگام عبور مذاب از آنها در درون قالب دچار تخريب و منشأ آلودگي در مذاب نشوند.
آخالها از منابع گوناگوني مانند ديواره كوره مذاب، واكنش مذاب با محيط اطراف، سرباره، كف مذاب، ذرات ديرگداز پاتيل ها و ملاقه ها، ناخالصي هاي موجود در ماسه ريخته گري و اكسيداسيون مذاب در اثر تلاطم هنگام ورود به قالب ميتوانند وارد مذاب شوند. استفاده از فيلتر در ريختهگري فلزات سبب كاهش ضايعات و بهبود ويژگي هاي، بهبود ماشين كاري، ساده شدن سيستم بارريزي و بهبود در توليدات مي شود.
حذف آخال ها به وسيله فيلترهای فومی سراميكی باعث افزايش استحكام كشش نهايي و استحكام تسليم، افزايش مقاومت به خستگي، بهبود جوش پذيري فلزات، بهبود سياليت تا حدود 25 و % افزايش مقاومت به پارگي گرم در ریخته گری قطعات مي شود. براي ساخت فيلترهاي دما بالا معمولاً از فيلترهای فومی سراميكی از جنس كاربيدسيليسيم به دليل داشتن استحكام بالا، مقاومت به شوك حرارتي، هدايت حرارتي مناسب، مقاومت به سايش و مقاومت به خوردگي بالايي كه در مقابل سرباره دارند استفاده ميشود.
بررسي عملكرد فيلترهاي ساخته شده
براي بررسي عملكرد فيلترهاي ساخته شده و مقايسه با فيلتر خارجي، در داخل يك قالب ماسه هاي دو فيلتر داخلي و خارجي درون سيستم راهگاهي تعبيه شدند و يك تغذيه براي اين دو فيلتر در نظر گرفته شد تا زمان بارريزي نيز يكسان باشد. براي كارگذاري فيلتر مناسب در داخل قالب بايد با توجه مساحت تنگه و سطح مؤثر فيلتر اندازه آن انتخاب شود.
دانسيته تئوري چدن نشكن درحدود 7.2 گرم بر سانتيمتر مكعب است، بنابراين هرچقدر دانسيته عملي به اين مقدار نزديكتر باشد ، يعني فيلتر عملكردي مناسب داشته و آخال و ناخالصي را به دانسيته از روش ارشميدس استفاده شد. در شكل 4 خود جذب كرده است. پس از ريخته گري براي اندازه گيري نمودار دانسيته ریخته گری قطعات با استفاده از فيلتر خارجي، فيلتر داخلي و بدون فيلتر با هم مقايسه شده است.
