شبیه‌سازی تغییرشکل‌های پیروپلاستیک بدنه‌های سرامیکی در هنگام فرایند سینتر حالت مایع به‌کمک آنالیز اجزای محدود

هرگونه تغییرشکل‌ ناخواسته و برگشت‌ناپذیر در بدنه‌های سرامیکی در هنگام فرایند سینتر حالت مایع که ناشی از اثر هم‌زمان تنش‌های مکانیکی و حرارتی است، به تغییرشکل‌های پیروپلاستیک مشهور هستند. این تغییرشکل‌ها به‌صورت‌های مختلفی مانند کاهش دقت ابعادی، اعوجاج، ترک و یا انهدام قطعه سرامیکی، خود را نشان می‌دهند. اصلاح این تغییرشکل‌ها پس از سینتر بدنه‌های سرامیکی با فرایندهای گران‌قیمتی مانند تراشکاری و پرداخت‌کاری در بعضی موارد امکان‌پذیر خواهدبود‎؛ در غیراین‌صورت، فرایند تولید بدنه سرامیکی باید از ابتدا به‌گونه‌ای تکرارشود تا از ایجاد مجدد این تغییرشکل‌ها جلوگیری‌شود. بنابراین، پیش‌بینی و شبیه‌سازی مقدار و محل این تغییرشکل‌ها همواره از اهمیت بسیار زیادی در بین محققان و تولیدکنندگان بدنه‌های سرامیکی برخوردار بوده است. تغییر خواص فیزیکی و مکانیکی با دما برای بدنه‌های سرامیکی در هنگام سینتر حالت مایع نقش اساسی در پیش‌بینی این تغییرشکل‌های پیروپلاستیک و در نهایت دقت ابعادی بدنه نهایی دارد. در این تحقیق، نخست بر اساس آزمون انحراف‌سنجی روی نمونه‌های سرامیکی، یک مدل ریاضی برای معادله میزان تغییرشکل پیروپلاستیک با زمان سینتر و سپس، مدل ریاضی دیگری برای معادله ضریب گرانروی دینامیک با دمای سینتر، به‌کمک روش AIC انتخاب‌شد. مدل‌های انتخاب‌شده در معادلات بنیادی فرایند سینتر حالت مایع، جایگزین و با روش آنالیز اجزای محدود به کمک زیربرنامه خزش در نرم افزار آباکوس، حل‌شدند. تطابق قابل‌قبول بین نتایج فرایند شبیه‌سازی و آزمون انحراف‌سنجی، حاکی از انتخاب صحیح مدل ریاضی انتخاب‌شده در این تحقیق است. تکرارپذیری، صحت‌ و دقت‌سنجی مدل ریاضی انتخاب‌شده با دو آزمون‌ تجربی دیگر شامل آزمون سینترخمشی و سینترحالت آزاد، انجام‌شد. پس از تایید تکرارپذیری، صحت و دقت فرایند شبیه‌سازی، به پیش‌بینی و مقایسه با شواهدتجربی برای چندین خاصیت مهم فیزیکی و مکانیکی بدنه سرامیکی در هنگام سینتر حالت مایع پرداخته شد. از این خواص مهم، می‌توان به انقباض جهت‌دار، چگالی نسبی و توزیع آن،  ضریب‌موثر برشی‌گرانرو، ضریب‌موثر حجمی‌گرانرو، تنش‌موثر سینتر و تنش هیدرواستاتیک اشاره‌نمود. نتایج حاکی از توزیع غیریکنواخت چگالی در نمونه‌های آزمون انحراف‌سنجی و سینترخمشی است؛ رفتار جهت‌دار انقباض برای نمونه‌های سرامیکی ساخته‌شده به روش ریخته‌گری نیز مشاهده گردید؛ تنش موثرسینتر همواره از تنش هیدرواستاتیک بزرگ‌تر است، که منجربه ادامه و تکامل فرایند سینتر می‌شود. تغییرات ضریب‌موثر حجمی‌گرانرو با زمان سینتر، توقف در شیب نزولی انقباض‌حجمی در مراحل پایانی فرایند سینتر را نشان می‌دهد؛ که این رفتار نیز با آزمون دیلاتومتری ثابت‌شد.  

Keywords:

Pyroplastic deformation , Finite element analysis , Dynamic viscosity modulus , Hard porcelain , Liquid phase sintering , تغییرشکل پیروپلاستیک , آنالیز اجزای محدود , ضریب‌گرانروی دینامیک , پرسلان سخت , سینتر حالت مایع