Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Precis simulerer produksjonen av keramisk tape

Anonim

Produsenter av keramisk tape må for øyeblikket stole på egen erfaring når det gjelder å konfigurere båndegenskapene. Men nå letter en ny kombinasjon av makroskopisk og mikroskopisk simulering denne prosessen ved å forutsi hvordan slurryen vil strømme gjennom maskinen og bestemme justeringen av de keramiske partiklene.

annonse


Nevn "keramikk" og folk tenker vanligvis på produkter som kopper, tannimplantater og servanter. Få mennesker vet at dette materialet også brukes i bilutblåsnings- og temperatursensorer, der det er installert i form av keramisk tape. I dette tilfellet tjener det keramiske materialet som et substrat for elektriske kretser som er utsatt for ekstremt høye temperaturer. Porøse keramiske bånd brukes også i filtersystemer, for eksempel for å spenne vann, melk, øl og vin i næringsmiddelindustrien. Nøkkelen til suksess for disse programmene er å sørge for at båndet har nøyaktig de riktige egenskapene når det produseres. Foreløpig kan produsentene imidlertid lære å få de egenskapene de vil ha kun av erfaring, fordi deres kostbare produksjonsanlegg vanligvis kjører døgnet rundt. Det er rett og slett ingen tid til å kjøre omfattende testgrupper gjennom maskinen, og resultatene fra små laboratorieforsøk kan ikke skaleres opp uten at usikkerhetene kryper inn. Justering av keramiske tapeegenskaper er derfor et spørsmål om prøving og feiling med mange ukjente faktorer.

Forskere ved Fraunhofer Institutt for materialmekanikk IWM i Freiburg har nå kommet opp med en ny kombinasjon av simuleringsmetoder som betydelig reduserer antall ukjente faktorer i denne prosessen. Ved hjelp av datasimuleringer kan de nå avgjøre hva som skjer i keramiske båndstøpningsprosesser på både makroskopisk og mikroskopisk nivå. Fra makroskopisk perspektiv kan forskerne beregne hvordan flytende keramikk, eller slurry, beveger seg gjennom maskinen. På et mikroskopisk nivå kan de analysere hvordan mikrometerskala keramiske partikler justeres i oppslemmingen og deretter i selve båndet. Ingen annen simuleringsmetode i Europa bruker denne unike kombinasjonen av teknikker. "Vår SimPARTIX®-programvare gir oss mulighet til å ta en måling i flere skalaer for å simulere kassettprosessprosessen og viser oss nøyaktig hvilken effekt enkelte parametere har på tapeets egenskaper, " sier Pit Polfer, en forsker ved IWM. Produsenter kan bruke denne informasjonen til å optimalisere prosesskontroll, minimere avfall og forbedre kvaliteten på produktene sine.

Så hvordan produseres keramisk tape faktisk "døde mellomrom" i støpekammeret, begynner det å nedbrytes. Hvis denne slammet til slutt havner i båndet, kan det kompromittere kvaliteten - noe som til slutt betyr mer avfall. Simuleringen viser produsentene hvordan støpekammerets geometri påvirker slurry-strømmen. Hvor sitter den flytende keramikken fast? Hvordan endrer strømningsmønsteret når du endrer geometrien til legebladet? Ved å simulere disse endringene, gjør det mulig for keramiske produsenter å prøve lovende støpekammergeometrier i et virtuelt miljø først, og dermed på den høye prisen ved å teste eksperimentelle lekblad på virkelige produksjonslinjer.

Sammen med denne makroskopiske simuleringen bestemmer forskerne også slurryens egenskaper på et mikroskopisk nivå - og det er denne tilnærmingen som gjør kombinasjonen så unik. For eksempel undersøker de hvilken innvirkning enkelte keramiske partikler har på hverandre og hvordan de justeres i rommet. Kjører beregningene for all oppslemmingen på denne måten, ville være altfor komplisert, så forskerne plukker ut forskjellige dråper væske i materialet. Hvordan drar disse dråpene seg gjennom systemet? Og hvordan er de keramiske partiklene rettet inn i disse dråpene? "Vi kan da ekstrapolere disse beregningene for å utlede oppførselen til den keramiske slurryen som helhet, " sier Polfer. Det gjør det mulig å justere partikkeljusteringen og størrelsesgradienter i båndet, og gir en mer målrettet måte å produsere keramisk tape på for bestemte applikasjoner.

annonse



Historie Kilde:

Materialer fra Fraunhofer-Gesellschaft . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.