5. Bố cục của luận văn
3.5.2. Một số kỹ thuật tạo hỡnh
Trong cụng nghệ chế tạo gốm, tạo hỡnh cỏc bản gốm ỏp điện dạng hỡnh trụ núi riờng và cỏc bản gốm cú kớch thước nhỏ, mỏng, hỡnh dạng phức tạp hơn núi chung, là cụng việc khú khăn nhất. Để tiến hành quỏ trỡnh thiờu kết trước hết phải qua một cụng đoạn quan trọng là tạo hỡnh. Sự khụng đồng nhất và sai hỏng tồn tại của phụi trong quỏ trỡnh tạo hỡnh sẽ khụng thể dễ dàng loại bỏ trong quỏ trỡnh thiờu kết. Do đú, kiểm soỏt vi cấu trỳc của phụi cú thể cung cấp lợi ớch đỏng kể cho kiểm soỏt vi cấu trỳc của sản phẩm cuối cựng. Việc lựa chọn một phương phỏp tạo hỡnh phụ thuộc vào kớch thước, hỡnh dạng và giỏ cả của sản phẩm chế tạo.
Hỡnh 3.12. Phương phỏp ộp khuụn chế độ đơn (trỏi) và ộp nổi (phải)
Trong cỏc nghiờn cứu trước, việc chế tạo biến tử dạng hỡnh trụ mỏng bằng phương phỏp ộp khuụn gặp rất nhiều khú khăn. Vỡ thế ở phần kỹ thuật tạo hỡnh này, cần nghiờn cứu và phỏt triển một quy trỡnh cụng nghệ mới để chế tạo được nhúm biến tử loại này.
Hiện nay cú khỏ nhiều phương phỏp để tạo hỡnh cỏc phụi gốm, như đỳc rút và đỳc tấm, phương phỏp lắng đọng điện di, phương phỏp tạo hỡnh dẻo, phương phỏp ộp đựn, ộp phun,…Tuy nhiờn, phương phỏp nộn bột khụ hoặc bột nhóo trong khuụn vẫn là một trong những phương thức tạo hỡnh được sử dụng rộng rói nhất trong ngành gốm [5].
Quỏ trỡnh tổng thể bao gồm ba bước: làm đầy khuụn, nộn bột, và đẩy bột nộn ra khỏi khuụn. Cú ba chế độ nộn chớnh, được nờu trong cỏc thành phần của chuyển động tương đối của khuụn và chày ộp. Trong chế độ hoạt động đơn, phần đầu của chày di chuyển nhưng phần cuối của chày và khuụn được cố định. Đõy là phương thức tạo hỡnh đơn giản nhất thường được sử dụng ở quy mụ phũng thớ nghiệm để tạo hỡnh cỏc phụi gốm cú hỡnh dạng đơn giản, kớch thước nhỏ. Trong chế độ tỏc động kộp, toàn bộ chày di chuyển, nhưng khuụn là cố định. Trong chế độ ộp nổi, phần trờn của chày và khuụn dịch chuyển, nhưng chày dưới được cố định. Cơ chế tỏc động kộp cú khả năng cung cấp tớnh đồng nhất đúng gúi tốt hơn và được sử dụng phổ biến hơn trong cụng nghiệp.
Hỡnh 3.13. Hai chế độ ộp đẳng ỏp: (a) ộp tỳi ướt và (b) ộp tỳi khụ
Một hạn chế của phương phỏp ộp khuụn núi trờn là ỏp suất tỏc dụng khụng được truyền đồng đều đến bột. Làm cho mật độ trong cỏc phần khỏc nhau của phụi thay đổi vỡ sự phõn bố ứng suất khụng đều. Ta cú thể làm sự thay đổi mật độ này bằng cỏch ộp đẳng ỏp, nộn khụ hoặc bỏn khụ. Nhưng về mặt vi cấu trỳc của phụi rất khú kiểm soỏt so với phương phỏp tạo hỡnh dựa trờn sự keo húa.
ẫp đẳng hướng liờn quan đến việc tỏc dụng ỏp suất thủy tĩnh lờn bột chứa trong khuụn cao su mềm dẻo. Cú hai chế độ ộp đẳng tĩnh: ộp tỳi ướt và ộp tỳi khụ (Hỡnh 3.13).
Trong ộp tỳi ướt, khuụn cao su dẻo cú hỡnh dạng phụi cần chế tạo được đổ đầy bột. Khuụn được ngõm trong một bỡnh ỏp lực chứa đầy dầu, và ộp. Sau khi ộp, khuụn được lấy ra khỏi bỡnh chịu ỏp lực và phụi được lấy ra. ẫp tỳi ướt là phự hợp hơn cho sự hỡnh thành của cỏc phụi cú hỡnh dạng phức tạp và kớch thước lớn. Trong ộp tỳi khụ, khuụn được cố định trong bỡnh ỏp lực và khụng cần phải loại bỏ. Áp lực được tỏc dụng lờn bột nằm giữa một khuụn cao su dày và một lừi cứng. Sau khi giải phúng ỏp lực, phụi được lấy ra khỏi khuụn. ẫp tỳi khụ dễ tự động húa hơn so với ộp tỳi ướt. Nú đó được sử dụng để hỡnh thành cỏc vật liệu gốm hỡnh trụ bằng cỏch nộn hỗn hợp bột sứ xung quanh lừi kim loại, và ống cao su rỗng.
Khi so sỏnh với ộp khuụn, sự hỡnh thành cỏc khuyết tật trong ộp đẳng ỏp ớt nghiờm trọng hơn. Tuy nhiờn sự phõn lớp cũng như nứt vi phụi vẫn cú
thể xảy ra nếu ỏp suất được giải phúng quỏ nhanh. Trờn cơ sở này, đó thử nghiệm chế tạo biến tử hỡnh trụ rỗng bằng phương phỏp sử dụng khuụn cao su và ộp đẳng tĩnh.
Cỏc bước chế tạo biến tử hỡnh trụ rỗng:
1.Sử dụng dung dịch kết dớnh 5% PVA (5 g PVA và 95 g nước). Tỷ lệ khối lượng kết dớnh và bột là 5%. Tức là 5 g dung dịch PVA cho 95 g bột. Lượng dung dịch PVA tớnh toỏn cho mỗi mẻ bột gốm được trộn đều với bột bằng nghiền tay và sau đú nghiền bi trong thời gian 1 giờ. Nguyờn liệu tiếp tục được sàng qua rõy để đạt sự đồng đều của bột.
2.Bột được đổ đầy vào khuụn ộp cao su Hỡnh 3.14 một cỏch từ từ và rung nhẹ. Khúa hai nắp cao su trờn và dưới bằng vũng khúa thộp.
Hỡnh 3.14. Cấu tạo khuụn ộp đẳng tĩnh: 1 - Nắp cao su trờn và dưới; 2 –Hỡnh trụ rỗng bằng cao su; 3- Hỡnh trụ lừi bằng thộp
3.Cho khuụn trờn vào lũng kớch thủy lực. Khúa kớch thủy lực và tiến hành ộp ở ỏp lực 100 MPa. Duy trỡ lực ộp núi trờn trong khoảng 15 phỳt và để giảm từ từ về giỏ trị nhỏ nhất. Tiến hành cẩn thận lấy mẫu ra khỏi khuụn ộp.
Hỡnh 3.15. Cỏc hỡnh trụ rỗng sau khi lấy ra khỏi khuụn ộp
4. Nung định hỡnh và lựa chọn mẫu
Do kết cấu của vật liệu được ộp từ bột tương đối khụ, kớch thước của mẫu lớn lại cú hỡnh trụ, lượng bột sử dụng cho một mẫu nhiều (55 ữ 90 g) nờn phải thờm một cụng đoạn tạm gọi là nung định hỡnh và lựa chọn mẫu. Mục đớch của cụng đoạn này là sau khi ộp định hỡnh được hỡnh dạng của biến tử, chỳng ta cần kiểm tra để loại bỏ mọi khối bột ộp hỡnh xuyến xuất hiện khuyết tật cú thể cú. Núi chung cỏc khuyết tật thường gặp khi ộp mẫu là mẫu bị nứt hoặc phõn lớp mà đú là những khuyết tật khụng thể cho ta một mẫu cú tớnh chất tốt. Đối với cỏc mẫu càng lớn, cỏc khuyết tật này càng dễ gặp hơn đặc biệt là tỡnh trạng phõn lớp. Thường thường nếu ta quan sỏt mẫu sau khi ộp bằng mắt thường hoặc bằng kớnh lỳp cầm tay, đó cú thể phỏt hiện được cỏc mẫu bị nứt và khi đú mẫu bị loại bỏ trước khi nung thiờu kết.
Để khắc phục ta chọn phương phỏp xử lý như sau: cỏc mẫu đó được chọn bằng cỏch xem xột bằng mắt sẽ được nung với tốc độ tăng nhiệt chậm (2oC/phỳt) ở vựng nhiệt độ dưới 200oC, sau đú tăng nhiệt với tốc độ 5oC/phỳt đến nhiệt độ 700oC và giữ nhiệt độ này trong 1 giờ. Đõy cũng chớnh là nhiệt độ đốt chỏy hết chất kết dớnh và tăng cường tớnh tạo pha của vật liệu. Mẫu sau khi được nung như trờn cú kết cấu tương đối chắc (nhưng vẫn cũn đủ mềm để cú thể gia cụng nguội). Điều quan trọng là nếu mẫu cú khuyết tật thỡ cú thể phỏt hiện được dễ dàng. Bột trong cỏc mẫu bị khuyết tật vẫn cũn tớnh chất của bột sau nung sơ bộ vỡ chỳng chỉ mới nung được qua nhiệt độ 700oC, là nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ nung sơ bộ. Tiếp tục kiểm tra và lựa chọn được những mẫu hoàn hảo. Mẫu nào cú khuyết tật sẽ được nghiền ra làm lại. Thực tế cho thấy cụng đoạn này là rất hiệu quả, nhờ mẫu được lựa chọn hai lần đó giảm hẳn tỷ lệ hư hỏng của mẫu cuối, do đú tiết kiệm được vật tư nguyờn liệu.
Quỏ trỡnh nung thiờu kết và ủ nhiệt và phõn cực vẫn được thực hiện với cỏc thụng số cụng nghệ như đó trỡnh bày ở phần trờn. Hỡnh 3.16 là hỡnh ảnh một số loại biến tử gốm ỏp điện hỡnh trụ rỗng đó chế tạo được.
Hỡnh 3.17 là phổ cộng hưởng ỏp điện của một số biến tử hỡnh trụ cú trong phao PΓБ-HM-1. Vật liệu của phao này là gốm BaTiO3.
Hỡnh 3.18. Phổ cộng hưởng của biến tử hỡnh trụ gốm CH3A-U
Cú thể nhận xột rằng, dạng cộng hưởng của hai loại biến tử hỡnh trụ cú cựng kớch thước từ gốm BaTiO3 và gốm CH3A-U là khỏ giống nhau. Tuy nhiờn, do vật liệu khỏc nhau nờn tần số cộng hưởng của chỳng khỏc nhau. Điều khỏc biệt là bậc nhảy của đỉnh cộng hưởng từ gốm CH3A-U cao hơn so với gốm BaTiO3 (cỡ một bậc) và tần số cộng hưởng dịch mạnh về phớa tần số thấp.
Hiện nay, cỏc tàu ngầm hiện đại hoạt động với tần số thấp để “tàng hỡnh” trước cỏc thiết bị cảm biến, do đú việc nghiờn cứu vật liệu gốm mới với cỏc thụng số tối ưu, cú độ nhạy cao và tần số cộng hưởng thấp sẽ là ứng cử viờn tốt. Cỏc thiết bị cảm biến này sẽ đỏp ứng yờu cầu về tớnh năng, kĩ thuật.
Vậy cú thể núi, với kết quả tạo ra được biến tử gốm hỡnh trụ là cơ sở tạo cỏc cảm biến trong phao thủy õm vụ tuyến thụ động. Làm chủ được cụng nghệ sản xuất trong nước với giỏ thành thấp, dễ dàng chế tạo, nõng cao năng lực chiến đấu và phũng vệ quốc gia.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ