Successfully reported this slideshow.
620211 Introduction to Ceramic Engineering          Nutthita Chuankrerkkul             28 January 2011
RheologyGreek: rheos = stream currentRheology is the science of flow and deformation                                      ...
www.vscht.cz/sil/sil_cz/seminar/2003/13_Sarraf_Hamid.ppt                                                           3
Common flow behaviours               Newtonian                    Pseudoplastic                      Dilatant             ...
Capillary rheometerA rheometer is an instrument  used to measure rheological  properties like shear stress,  shear rate, a...
Graph from capillary rheometer                                     B                                         AA           ...
The powder injection moulding process                    http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=1080                   ...
Extrusion- ให้แรงกระทากับวัสดุที่มีความเหนียว ทาการรีดผ่านหัวแบบ- เป็นวิธีการผลิตที่ได้รับความนิยม สาหรับทั้งที่เป็นวัสดุเ...
ExtrusionExtrusion is used to form long shapes with constant  cross sectional such as rods, tubes or honeycombs.Feedstock ...
Examples of compositions used in extrusion                                      Ceramic Processing and Sintering          ...
Four main types of additives are used: 1. Dispersant: decreases the viscosity of the    mixture & increases the volume con...
ExtruderAn extruder is a machine that forces material  through a die by applying pressure.Two basic types include:  1. pis...
Piston typePiston extrusion is a batch process, typically  used for small scale forming, i.e. pilot or lab  trials.       ...
Screw type                                       http://www.designinsite.dkA complex and complicated piece of equipmentWea...
HoneycombHoneycomb ceramics have a uniform  lattice structure, low expansion coefficient, good  thermal shock resistance, ...
VDO           Ceramic Extrusion ’s Productshttp://www.youtube.com/watch?v=rmtFp-SV0tYCatalytic Converter Deconstructedhttp...
ExtrusionPowder      Binder     Mixture    Extrusion   Debinding    Sintering                     17
Ceramics Bingoเติมคาที่เกี่ยวข้องกับ……………………..                                   18
19
Ceramic processing• Powder compaction: dry pressing, cold isostatic  pressing, hot isostatic pressing• Plastic forming: ex...
21
กระบวนการหล่อแบบ มี 2 วิธี1. การหล่อแบบโดยให้น้าดินแข็งตัวอยู่ในแบบเลย -   solid casting เหมาะส้าหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความหนา...
Slip casting  Aoki RYOTA                             Yan-Ze JIANG     Japan                                   China     Pe...
Yan-Ze JIANG Jeongyong LEE                              China   South Korea       Blue VaseSlip casting, porcelain        ...
Solid casting & Drain casting                      Callister, Materials Science and Engineering, 2007                     ...
VDO                                 Slip castinghttp://www.youtube.com/watch?v=W1YCRs6QtEYSlip Casting at the Emma Bridgew...
สิ่งส้าคัญของการขึ้นรูปด้วยวิธหล่อแบบ                                       ี1. การเตรียมน้าดิน: จะต้องมีความละเอียด และคว...
การเตรียมน้้าดินพฤติกรรมของดินในน้้า  - ประจุที่อยู่บนผิวของอนุภาคของดิน ท้าให้อนุภาคของ  ดินมีพฤติกรรมดูดหรือผลักกันในน้้...
30
การกระจายลอยตัวในขณะที่ดินจับตัวกันและจมลง อนุภาคของดินจะมี  การดูดซึ่งกันและกัน ท้าให้ค่าความหนืดสูงเมื่อปริมาณตัวท้าให้เ...
การกระจายลอยตัว    • ความหนืด                                                 Fully deflocculated                         ...
Viscometer             33
Slip casting• usually carried out at room temperature• requires ceramic particles to be suspended in a  liquid to form a s...
Slip casting               http://www.keram.se/eng/pdf/slam_eng.pdf                                                      35
Slip castinghttp://www.britannica.com/                  36
Plaster mould •Plaster of Paris •A material based on calcium sulfate hemihydrate, nominally CaSO4·0.5H2O. •It is created b...
Water-to-plaster ratio•Consistency 70•Water 70 parts : Plaster 100 parts•Usually by weight            65 parts of water wi...
Mould making       http://www.lenham-pottery-models.co.uk/moldmaking/index_mold.html 39
Mould making       http://www.lenham-pottery-models.co.uk/moldmaking/index_mold.html 40
Mould making       http://www.lenham-pottery-models.co.uk/moldmaking/index_mold.html 41
Mould making       http://www.lenham-pottery-models.co.uk/moldmaking/index_mold.html 42
Mould making       http://www.lenham-pottery-models.co.uk/moldmaking/index_mold.html 43
Mould making       http://www.lenham-pottery-models.co.uk/moldmaking/index_mold.html 44
Slip casting(1) Pour casting slip   (2) When the slip      (3) The mold is leftinto the mold,          has time to set the...
Slip casting(4) When the slip has     (5) The mold is        (6) The seam left bydried sufficiently, the   carefully separ...
Drying and firing:             Shrinkage                                       15-20% of original moist sizeFigure 11.27 S...
Figure - Usual steps in traditional ceramics processing: (1) preparation of raw   materials, (2) shaping, (3) drying, and ...
Tape casting
Tape casting- thin sheets of green ceramic cast as   flexible tape- used for integrated circuits and capacitors- cast from...
Tape castinghttp://www.britannica.com/                                            51
Tape casting- The process consists of a stationary casting knife,a reservoir for powder suspensions, a movingcarrier and a...
Tape casting- The wet cast layer passes into a drying chamber,and the solvent is evaporated from surface,leaving a dry mem...
Tape casting- process variables- Particle size and surface area- Formulation (binders, additives)- Cleanliness (dust, etc....
Tape castinghttp://www.britannica.com/                               http://www.lintec.co.jp                              ...
Gel casting
Gel castingSilicon nitride turbine wheel                                                              Alumina gears       ...
Mix and mill ingredients. Mix ceramic powder    with water (or a nonaqueous solvent), a    dispersant, and gel-forming org...
Unmold. Remove the ceramic from the mold.Dry. Let the cast ceramic dry thoroughly to    remove most of the solvent, prefer...
Gel casting      http://www.ms.ornl.gov/researchgroups/process/cpg/gelpubs/GelChap.pdf                                    ...
Ceramic Processing 3
Prochain SlideShare
Chargement dans…5
×

Ceramic Processing 3

6 757 vues

Publié le

Publié dans : Technologie
  • มีข้อมูลเรื่อง flocculation/deflocculation process ที่ละเอียดกว่านี้มัียค่ะ มีแหล่งข้อมูลแนะนำบ้างรึเปล่าค่ะ
       Répondre 
    Voulez-vous vraiment ?  Oui  Non
    Votre message apparaîtra ici

Ceramic Processing 3

  1. 1. 620211 Introduction to Ceramic Engineering Nutthita Chuankrerkkul 28 January 2011
  2. 2. RheologyGreek: rheos = stream currentRheology is the science of flow and deformation 2
  3. 3. www.vscht.cz/sil/sil_cz/seminar/2003/13_Sarraf_Hamid.ppt 3
  4. 4. Common flow behaviours Newtonian Pseudoplastic Dilatant (shear thinning) (shear thickening) Shear stressShear stress Shear rate Shear rate Shear rate ViscosityViscosity Shear rate Shear rate Viscosity Shear rate 4
  5. 5. Capillary rheometerA rheometer is an instrument used to measure rheological properties like shear stress, shear rate, and shear viscosity.Capillary rheometry is a technique whereby a sample undergoes extrusion through a die of defined dimensions and the shear pressure drop across the die recorded at set volumetric flow rates. 5
  6. 6. Graph from capillary rheometer B AA B 6
  7. 7. The powder injection moulding process http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=1080 7
  8. 8. Extrusion- ให้แรงกระทากับวัสดุที่มีความเหนียว ทาการรีดผ่านหัวแบบ- เป็นวิธีการผลิตที่ได้รับความนิยม สาหรับทั้งที่เป็นวัสดุเซรามิกดั้งเดิม (conventional) และเซรามิกก้าวหน้า(advance)- ใช้สาหรับผลิตภัณฑ์ที่มีภาคตัดขวางคงที่ เช่น ท่อ 8
  9. 9. ExtrusionExtrusion is used to form long shapes with constant cross sectional such as rods, tubes or honeycombs.Feedstock is similar to that used in powder injection moulding.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 in the extrudate.Once the binder set, it acts as glue to hold particles in place during handling and is subsequently removed prior to sintering 9
  10. 10. Examples of compositions used in extrusion Ceramic Processing and Sintering 10
  11. 11. Four main types of additives are used: 1. Dispersant: decreases the viscosity of the mixture & increases the volume concentration of ceramic particles 2. Binder: ensures the cohesion of the green parts 3. Plasticizer: is used to modify the intrinsic rheological behaviour of the binder 4. Lubricant: minimizes friction between the mixtures and the mixing tools 11
  12. 12. ExtruderAn extruder is a machine that forces material through a die by applying pressure.Two basic types include: 1. piston type extruders 2. screw type extruders 12
  13. 13. Piston typePiston extrusion is a batch process, typically used for small scale forming, i.e. pilot or lab trials. http://www.loomis-gmbh.de 13
  14. 14. Screw type http://www.designinsite.dkA complex and complicated piece of equipmentWear in the extruder can be serious, reduce life time of parts and barrel , and contaminates the product with metallic particles. 14
  15. 15. HoneycombHoneycomb ceramics have a uniform lattice structure, low expansion coefficient, good thermal shock resistance, higher specific surface area, low-pressure drop, and low density. Theyre made of either cordierite or mullite ceramic materials.Cordierite honeycomb ceramics are mainly used as catalyst support for the automobile and for purification waste gas of industrial organic processing, and as filters in melting metal. 15
  16. 16. VDO Ceramic Extrusion ’s Productshttp://www.youtube.com/watch?v=rmtFp-SV0tYCatalytic Converter Deconstructedhttp://www.youtube.com/watch?v=eox_vzpDm4kMaking a Three Part Clay Vase
  17. 17. ExtrusionPowder Binder Mixture Extrusion Debinding Sintering 17
  18. 18. Ceramics Bingoเติมคาที่เกี่ยวข้องกับ…………………….. 18
  19. 19. 19
  20. 20. Ceramic processing• Powder compaction: dry pressing, cold isostatic pressing, hot isostatic pressing• Plastic forming: extrusion, injection moulding :- using pressure to shape the green ceramic• Casting: slip casting, tape casting:- using a mould or using liquid/ slurry containing ceramic 20
  21. 21. 21
  22. 22. กระบวนการหล่อแบบ มี 2 วิธี1. การหล่อแบบโดยให้น้าดินแข็งตัวอยู่ในแบบเลย - solid casting เหมาะส้าหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความหนา รูปร่างซับซ้อน2. การหล่อแบบโดยมีการปล่อยน้้าดินที่เหลือทิ้ง - drain casting เหมาะส้าหรับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการผนังบาง ความหนาสม่้าเสมอ 22
  23. 23. Slip casting Aoki RYOTA Yan-Ze JIANG Japan China Petite Bijoux Assemblage-1Slip casting, porcelain Slip casting, bone china http://blog-bat.blogspot.com/2007_05_01_archive.html 23
  24. 24. Yan-Ze JIANG Jeongyong LEE China South Korea Blue VaseSlip casting, porcelain Series of Vases W - Perforations 2006 Casting, pierced decoration, porcelain, glaze http://blog-bat.blogspot.com/2007_05_01_archive.html 24
  25. 25. Solid casting & Drain casting Callister, Materials Science and Engineering, 2007 26
  26. 26. VDO Slip castinghttp://www.youtube.com/watch?v=W1YCRs6QtEYSlip Casting at the Emma Bridgewaterhttp://www.youtube.com/watch?v=vaUFN-q3_mkHow Toilets are made
  27. 27. สิ่งส้าคัญของการขึ้นรูปด้วยวิธหล่อแบบ ี1. การเตรียมน้าดิน: จะต้องมีความละเอียด และความเหนียวของ วัตถุดิบควบคุมความหนืด การไหลตัว (ปริมาณน้้า และ สารช่วย กระจายตัว)2. แม่พิมพ์ปูนปลาสเตอร์: มีคุณภาพ ผิวเรียบ และมีการดูดซึมน้้าดี มีรูปทรงลวดลาย และความยากง่ายในการแกะแบบ3. อัตราการหล่อตัว: เป็นตัวก้าหนดความหนาของผลิตภัณฑ์ ควบคุมโดยเวลาที่ใช้ และ อัตราการหล่อ4. การแกะแบบ อบแห้ง และเผา: การหดตัวและความแข็งแรงเมื่อ แห้ง และหลังเผาที่มา: ผศ.ดร.ธนากร วาสนาเพียรพงศ์ 28
  28. 28. การเตรียมน้้าดินพฤติกรรมของดินในน้้า - ประจุที่อยู่บนผิวของอนุภาคของดิน ท้าให้อนุภาคของ ดินมีพฤติกรรมดูดหรือผลักกันในน้้าดินที่มีสมบัติเป็นกรด อนุภาคของดินจะดูดซึ่งกัน และกัน ท้าให้เกิดการจับตัว (Flocculation)ในน้้าดินที่มีสมบัติเป็นด่าง อนุภาคของดินจะผลักกัน ท้า ให้เกิดการกระจายลอยตัวในน้้าดิน (Deflocculation) 29
  29. 29. 30
  30. 30. การกระจายลอยตัวในขณะที่ดินจับตัวกันและจมลง อนุภาคของดินจะมี การดูดซึ่งกันและกัน ท้าให้ค่าความหนืดสูงเมื่อปริมาณตัวท้าให้เกิดการกระจายลอยตัวเพิ่มขึ้น (deflocculant) การกระจายลอยตัวจะมีมากขึ้น และ ความหนืดจะลดลงที่ความหนืดต่้าสุด ถ้าเติมตัวท้าให้เกิดการกระจาย ลอยตัวลงไปอีก ความหนืดจะมีค่าสูงขึ้น 31
  31. 31. การกระจายลอยตัว • ความหนืด Fully deflocculated ตัวช่วยให้เกิดการกระจายลอยตัวhttp://www.worldcyberu.com/samplelessoncp4.htm 32
  32. 32. Viscometer 33
  33. 33. Slip casting• usually carried out at room temperature• requires ceramic particles to be suspended in a liquid to form a slurry• the slurry is then poured into a porous mould (liquid diffuses out through the mould)• a particulate compact is formed in the mould• process for traditional ceramics, i.e. table ware, sanitary wares• advanced ceramics: alumina crucibles 34
  34. 34. Slip casting http://www.keram.se/eng/pdf/slam_eng.pdf 35
  35. 35. Slip castinghttp://www.britannica.com/ 36
  36. 36. Plaster mould •Plaster of Paris •A material based on calcium sulfate hemihydrate, nominally CaSO4·0.5H2O. •It is created by heating gypsum to about 150 °C.2 CaSO4·2H2O → 2 CaSO4·0.5H2O + 3 H2O (released as steam) This photo was taken by Rüdiger Wölk 37
  37. 37. Water-to-plaster ratio•Consistency 70•Water 70 parts : Plaster 100 parts•Usually by weight 65 parts of water will give a heavy, dense plaster 75 parts of water to 100 parts of plaster will give a soft, absorbent mould which will wear easily and may break 38
  38. 38. Mould making http://www.lenham-pottery-models.co.uk/moldmaking/index_mold.html 39
  39. 39. Mould making http://www.lenham-pottery-models.co.uk/moldmaking/index_mold.html 40
  40. 40. Mould making http://www.lenham-pottery-models.co.uk/moldmaking/index_mold.html 41
  41. 41. Mould making http://www.lenham-pottery-models.co.uk/moldmaking/index_mold.html 42
  42. 42. Mould making http://www.lenham-pottery-models.co.uk/moldmaking/index_mold.html 43
  43. 43. Mould making http://www.lenham-pottery-models.co.uk/moldmaking/index_mold.html 44
  44. 44. Slip casting(1) Pour casting slip (2) When the slip (3) The mold is leftinto the mold, has time to set the inverted to avoidpouring against the required thickness, ripples spoiling thecollar. the surplus away. inside surface. http://potteryhk.com/Slip_casting.htm 45
  45. 45. Slip casting(4) When the slip has (5) The mold is (6) The seam left bydried sufficiently, the carefully separated the mold is gentlyspare inside the collar & the cast removed. fettled or cleanedis trimmed away. when the cast is leather hard. http://potteryhk.com/Slip_casting.htm 46
  46. 46. Drying and firing: Shrinkage 15-20% of original moist sizeFigure 11.27 Shrinkage of wet clay caused by removal of water during drying. Shrinkage may be asmuch as 20% by volume. Source: F. H. Norton, Elements of Ceramics. Addison-Wesley PublishingCompany, Inc. 1974. 47
  47. 47. Figure - Usual steps in traditional ceramics processing: (1) preparation of raw materials, (2) shaping, (3) drying, and (4) firingPart (a) shows the workpart during the sequence, while (b) shows the condition of the powders 48
  48. 48. Tape casting
  49. 49. Tape casting- thin sheets of green ceramic cast as flexible tape- used for integrated circuits and capacitors- cast from liquid slip (ceramic + organic solvent) Callister, Materials Science and Engineering, 2007 50
  50. 50. Tape castinghttp://www.britannica.com/ 51
  51. 51. Tape casting- The process consists of a stationary casting knife,a reservoir for powder suspensions, a movingcarrier and a drying zone. In preparing flat sheetceramic membranes, the powder suspension ispoured into a reservoir behind the casting knife, andthe carrier to be cast upon is set in motion.-The casting knife gap between the knife blade andcarrier determines the thickness of the cast layer.Other variables which are important include reservoirdepth, speed of carrier and viscosity of the powdersuspension. 52
  52. 52. Tape casting- The wet cast layer passes into a drying chamber,and the solvent is evaporated from surface,leaving a dry membrane precursor on the carriersurface. 53
  53. 53. Tape casting- process variables- Particle size and surface area- Formulation (binders, additives)- Cleanliness (dust, etc.)- Tape casting layer thickness- Lamination conditions- Binder burnout cycles http://www3.ntu.edu.sg/mae/Research/Programmes/Adv_Materials/tape.htm 54
  54. 54. Tape castinghttp://www.britannica.com/ http://www.lintec.co.jp 55
  55. 55. Gel casting
  56. 56. Gel castingSilicon nitride turbine wheel Alumina gears http://www.ms.ornl.gov/researchgroups/process/cpg/gelpubs/GelChap.pdf http://www.ornl.gov/info/ornlreview/rev28-4/text/gelcast.htm 57
  57. 57. Mix and mill ingredients. Mix ceramic powder with water (or a nonaqueous solvent), a dispersant, and gel-forming organic monomers (later linked together to form a "binder," or polymer-water gel that binds the ceramic particles together).Deair. Place the mixture under a partial vacuum to remove air from it (otherwise bubbles could form, causing flaws in the final product).Add catalyst. Add a "polymerization initiator" that kicks off the gel-forming chemical reaction.Cast. Pour the ceramic slurry into molds made of metal, glass, plastic, or wax to cast it into desired shapes.Create a gel. Heat the molds in a curing oven. The catalyst will cause the monomers to form large cross-linked polymer molecules that trap water, creating a rubbery polymer-water gel. The gel permanently immobilizes the ceramic particles in the desired shape defined by the molds. It is this setting step that gives gelcasting its name. 58
  58. 58. Unmold. Remove the ceramic from the mold.Dry. Let the cast ceramic dry thoroughly to remove most of the solvent, preferably at a high relative humidity (90%) to minimize warping and cracking.Machine, if desired. The molded and dried material looks and feels like chalk. It has very high strength. At this stage of the process, this "green body ceramic" is stronger than a green body ceramic made by any conventional technique before sintering. But the gelcast ceramic is soft enough to be "green-machined" by carbide steel tools.Burn out binder and sinter. The last two steps can be combined into one step. It involves firing, or baking, the ceramic at 550°C and then as high as 1800°C in a furnace. This heating process accomplishes two goals. At the lower temperature, it "burns out" the polymer remaining in the ceramic; this polymer must be removed carefully or else the final product may have defects and cracks. At the higher temperature, the furnaces intense heat sinters the ceramic, making it hard and dense. 59
  59. 59. Gel casting http://www.ms.ornl.gov/researchgroups/process/cpg/gelpubs/GelChap.pdf 60

×