مطالعه آزمايشگاهي و عددي فرآيند خشك شدن سراميك‌ها و ايجاد ترك درآنها

Experimental and numerical study of the ceramic drying process and cracking

اكثر عيوب خشك كردن محصولات سراميكي به علت انقباضي است كه در اثر حذف رطوبت از قطعه طي خشك شدن رخ مي‌دهد. سرعت هوا، دماي محيط، درصد رطوبت قطعه و محيط پارامترهاي تاثير گذار بر خشك كردن سراميك‌ها هستند. بررسي تجربي اثرات عوامل فوق بر روي خشك شدن قطعه، وقت گيرو هزينه بر است كه مدل‌سازي فرآيند مي‌تواند راه مناسبي براي مطالعه آن باشد. از مدل خشك شدن مي-توان به عنوان ابزاري مناسب جهت مهندسي معكوس در راستاي طراحي و ساخت قالب‌هاي سراميكي استفاده نمود. همچنين مدل سازي، توانايي شناسايي تمركز تنش را دارا بوده و مي توان پارامترها را در راستاي كنترل و يا حذف تنش ها تغيير داد. در اين تحقيق به طور تجربي فرآيند خشك شدن يك قطعه سراميكي با حجم 100×50×20 ميلي‌متر مكعب در سه دمايC°35، 55 و 75 انجام شد و همزمان تغييرات درجه حرارت سطح قطعه طي فرآيند خشك شدن به كمك دوربين ترموگرافي بررسي گرديد. تاثيرات دماي خشك كنبرتوزيع تنش، انقباضات، ايجاد ترك و مدت زمان رسيدن به ترك مورد مطالعه قرار گرفته است. با استفاده از آزمايشات، ضرايب نفوذ رطوبت و انتقال جرم محاسبه و مدل سازي فرآيند انجام شد.

Drying is one of the main processes during manufacturing ceramic products. The part shrinks as the water content evaporates. Shrinkage phenomenon during the drying of ceramic materials can cause defects such as crack and deformation as a result. Since many parameters influence the ceramics drying & drying shrinkage, the experimental investigation of all of them is time consuming and expensive. Numerical simulation for drying process can be an appropriate method so as to control and improve the defects mentioned above, and it can also be as a tool for mold and ceramic parts design in reverse engineering. The objective of the current research is to study the drying of a ceramic material with known chemical composition and to analyses the process using Finite Element Analysis method. Deformation values were experimentally measured using machine vision and image processing techniques. Strain vectors were determined based on which a comparison could be performed between analytical and experimental model. The drying model developed was verified by experiments.