ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ-ΤΟΜΕΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ-ΤΟΜΕΑΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΛΙΚΩΝ Ιούνιος 2016-(Καθ. Β.Ζασπάλης) ΤΕΣΤ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΑΠΟ ΤΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ Ερώτηση 1 (10 μονάδες) Στις παρακάτω εικόνες (ηλεκτρονικού μικροσκοπίου) δίνονται στιγμιότυπα μικροδομής από μια διεργασία πυροσυσσωμάτωσης κάποιου δείγματος συμπιεσμένης κόνης Ι) Να διαταχθούν οι εικόνες σύμφωνα με τη χρονική σειρά που εμφανίζονται καθώς εξελίσσεται η μικροδομή στη διεργασία της πυροσυσσωμάτωσης (5 μονάδες) Η σωστή σειρά είναι Σωστές απαντήσεις: 5/7 ΙΙ) Ποια από τις εικόνες αντιστοιχεί στο αρχικό, ποια στο ενδιάμεσο και ποια στο τελικό στάδιο της πυροσυσσωμάτωσης; (5 μονάδες) Αρχικό: εικόνα 3 Ενδιάμεσο: εικόνα 4 Τελικό εικόνα 5 Σωστές απαντήσεις: 2/7 *Η εικόνα 1 αφορά ασύμμετρη ανάπτυξη κόκκων που αποτελεί απόκλιση από την ομαλή ανάπτυξη μικροδομής και κατά συνέπεια δεν ανήκει σε κανένα από τα τυπικά στάδια της πυροσυσσωμάτωσης. Ερώτηση 2 (10 μονάδες) Ένας από τους κανόνες που πρέπει να τηρηθούν όταν μια εργαστηριακά βελτιστοποιημένη διεργασία κονιορτοποίησης με σφαιρόμυλους μεταφέρεται σε βιομηχανική κλίμακα είναι η διατήρηση της συχνότητας περιστροφής. Α: Σωστό Β: Λάθος Λάθος Σωστές απαντήσεις: 6/7

2 Ερώτηση 3 (10 μονάδες) Eάν θερμανθεί επαρκώς η ιδανική μικροδομή κόκκων της εικόνας τότε: (ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή) Α. To μέσο μέγεθος κόκκων θα μεγαλώσει διότι το σύστημα θα επιδιώξει τη μείωση της επιφανειακής του ενέργειας με μείωση της διεπιφάνειας των ορίων των κόκκων. Β. Το μέσο μέγεθος κόκκων θα μικραίνει διότι το σύστημα θα επιδιώξει τη μείωση της επιφανειακής του ενέργειας με αύξηση της διεπιφάνειας των ορίων των κόκκων. Γ. Το μέσο μέγεθος κόκκων θα παραμείνει σταθερό διότι παρά τις θερμοδυναμικές τάσεις μείωσης της επιφανειακής ενέργειας δεν υπάρχει οδηγούσα δύναμη για τη μετακίνηση των ορίων των κόκκων. Σωστή είναι η πρόταση Γ. (Για τη μετακίνηση ορίου κόκκων απαιτείται καμπυλότητα ώστε να δημιουργηθούν οι απαραίτητες βαθμίδες.) Σωστές απαντήσεις: 4/7 Eρώτηση 4 (10 μονάδες) Η ζώνη αντίδρασης ενός σωματιδίου μετά από 25 ώρες παραμονής σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία έχει πάχος το 10% της διαμέτρου. Μετά από πόσες ώρες παραμονής θα αναμέναμε το πάχος να διπλασιαστεί; Α. Μετά από 50 ώρες Β. Μετά από 100 ώρες Γ. Μετά από 625 ώρες Μετά από 100 ώρες. Η αύξηση του πάχους L είναι ανάλογη της τετραγωνικής ρίζας του χρόνου Σωστές απαντήσεις: 0/7 (!!!) L 2 L 1 t 2 t 1 2 t 2 25 t 2 = 10 t 2 = 100 Ερώτηση 5 (10 μονάδες) Σε ένα κεραμικό οξείδιο (ΜΟ) έχει αποδειχθεί πως κατά την πυροσυσσωμάτωση υπάρχει αλληλεπίδραση με το περιβάλλον σύμφωνα με την αντίδραση: Ο Ο Χ 1 2 Ο 2(g) + V O + 2e To υλικό αυτό πυροσυσσωματώνεται στην ίδια θερμοκρασία, μια φορά σε ατμόσφαιρα αέρα και μια φορά σε ατμόσφαιρα αζώτου. Σε ποια περίπτωση θα επιτευχθεί η μεγαλύτερη πυκνότητα; Α. Στην περίπτωση πυροσυσσωμάτωσης σε αέρα Β. Στην περίπτωση πυροσυσσωμάτωσης σε άζωτο Γ. Και στις δύο περιπτώσεις θα επιτευχθεί η ίδια πυκνότητα Στην περίπτωση πυροσυσσωμάτωσης σε άζωτο Σωστές απαντήσεις: 7/7 (!!!)

3 Ερώτηση 6 (10 μονάδες) Διαθέτετε δύο κόνεις (1 και 2) τα χαρακτηριστικά συμπίεσης (πυκνότητα συναρτήσει πίεσης) των οποίων δίνονται στην Εικόνα. Ι) Ποια από τις δύο κόνεις θα επιλέγατε για τη συμπίεση προϊόντων μικρών διαστάσεων; Α. Την 1 Β. Την 2 ΙΙ) Ποια από τις δύο κόνεις θα επιλέγατε για τη συμπίεση προϊόντων μεγάλων διαστάσεων; Α. Την 1 Β. Την 2 I) Tην 1 ΙΙ) Την 2 *Σε μικρών διαστάσεων προϊόντα οι πτώσεις πίεσης είναι μικρές και όλα τα στοιχεία του προϊόντος υποβάλλονται στην ίδια πίεση συμπίεσης. Κατά συνέπεια επιλέγουμε την κόνη που συμπιέζεται καλύτερα δηλαδή αυτή που δίνει τη μεγαλύτερη πυκνότητα. Σε προϊόντα σχετικά μεγάλων διαστάσεων υπάρχει σημαντική πτώση πίεση με αποτέλεσμα να μην συμπιέζονται όλα τα τμήματα του προϊόντος στην πίεση συμπίεσης αλλά σε κάποια μικρότερη. Εδώ είναι σημαντικό να μην μεταβάλλεται ισχυρά η πυκνότητα με την πίεση συμπίεσης διότι έτσι θα δημιουργηθούν έντονες διαφορές πυκνότητας που θα οδηγήσουν σε θραύση κατά την πυροσυσσωμάτωση. Άρα εδώ επιλέγουμε την καμπύλη που παρουσιάζει τη μικρότερη μεταβολή με την πίεση δηλαδή την καμπύλη 2. Σωστές απαντήσεις: 4.5/7 Ερώτηση 7 (10 μονάδες) Θεωρείστε μια διεργασία που αποτελείται από τα παρακάτω τρία στάδια, δηλαδή το προϊόν είναι η κονιορτοποιημένη κόνη και η οποία λειτουργεί σε ένα τυποποιημένο σετ λειτουργικών και διεργασιακών παραμέτρων. Αν για κάποιο λόγο αυξηθεί η θερμοκρασία προθέρμανσης τότε (για όλες τις άλλες παραμέτρους σταθερές το μέσο μέγεθος κόκκων του προϊόντος. Α. Θα αυξηθεί Β. Θα μειωθεί Γ. Θα παραμείνει το ίδιο Β. Θα μειωθεί Αυξάνοντας τη θερμοκρασία προθέρμανσης μειώνουμε τη δραστικότητα της κόνης κατά την πυροσυσσωμάτωση οπότε στον ίδιο χρόνο (πυροσυσσωμάτωσης) θα έχουμε μικρότερο μέσο μέγεθος κόκκων. Σωστές απαντήσεις: 1/7

4 Ερώτηση 8 (10 μονάδες) Θεωρείστε μια διεργασία που αποτελείται από τα παρακάτω στάδια, δηλαδή το προϊόν είναι το πυροσυσσωματωμένο πολυκρυσταλλικό δοκίμιο και η οποία λειτουργεί σε ένα τυποποιημένο σετ λειτουργικών και διεργασιακών παραμέτρων. Εάν για κάποιο λόγο κατά την κονιορτοποίηση παραχθεί πιο λεπτόκοκκη σκόνη από αυτήν της τυποποιημένης διεργασίας για να διατηρηθεί η ίδια πυκνότητα στο τελικό προϊόν θα πρέπει Α. Να αυξήσουμε τη θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης Β. Να μειώσουμε τη θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης Γ. Δεν χρειάζεται να κάνουμε καμιά επέμβαση, η τελική πυκνότητα θα παραμείνει ίδια Β. Να μειώσουμε τη θερμοκρασία πυροσυσσωμάτωσης Λεπτόκοκκη σκόνη (δηλ. μεγαλύτερη ειδική επιφάνεια) σημαίνει μεγάλη δραστικότητα στην πυροσυσσωμάτωση η θερμοκρασία της οποίας θα πρέπει να μειωθεί για να διατηρηθεί η πυκνότητα και κυρίως για να αποφευχθεί ασύμμετρη ανάπτυξη κόκκων. Σωστές απαντήσεις: 6/7 Ερώτηση 9 (10 μονάδες) Η εφαρμογή θλιπτικής τάσης κατά την πυροσυσσωμάτωση ενισχύει τον ρυθμό πυκνοποίησης γιατί η εφαρμογή μηχανικής τάσης αυξάνει την μεταβολή της ελεύθερης ενέργειας Gibbs (ΔG) της διεργασίας Α. Σωστό Β. Λάθος Β. Λάθος Το ΔG της διεργασίας παραμένει το ίδιο. Η θλιπτική τάση μεταβάλλει την ενέργεια σχηματισμού κενού Schottky και έτσι αυξάνει τη βαθμίδα κενών μεταξύ κοίλης και επίπεδης επιφάνειας (βλέπε σημειώσεις) Σωστές απαντήσεις: 1/7

5 Ερώτηση 10 (10 μονάδες) Σε μια τυποποιημένη διεργασία η κόνη 1 συμπιέζεται σε μια συγκεκριμένη πίεση (βλέπε εικόνα). Για την παραγωγή τελικού πυροσυσσωματωμένου δοκιμίου μήκους 8mm απαιτείται συμπίεση δοκιμίου μήκους 10mm διότι με την πυροσυσσωμάτωση επέρχεται συρρίκνωση κατά 20%. Λόγω κάποιων μεταβολών στην όλη διεργασία μεταβλήθηκαν τα χαρακτηριστικά συμπίεσης της κόνης και αποδίδονται από την καμπύλη 2. Εάν δεν αλλάξει τίποτα στη διεργασία αλλά απλά αντί της κόνης 1 εισαχθεί η κόνη 2 τότε το τελικό δοκίμιο θα έχει: Α. μήκος μεγαλύτερο από 8mm B. μήκος μικρότερο από 8 mm Γ. δεν θα αλλάξει το τελικό μήκος και θα παραμείνει 8mm Εάν γίνει η υπόθεση πως το δοκίμιο συμπιέζεται σε αυξημένη μεν πυκνότητα αλλά στο ίδιο μήκος (δηλ. μεγαλύτερη ποσότητα κόνης), τότε η σωστή επιλογή είναι η Α διότι μεγαλύτερη αρχική πυκνότητα σημαίνει μικρότερη συρρίκνωση (και όχι 20%) με αποτέλεσμα το τελικό μήκος να είναι μεγαλύτερο των 8 mm. Eαν γίνει η υπόθεση πως η ποσότητα της κόνης διατηρείται οπότε λόγω της μεγαλύτερης πυκνότητας το συμπιεσμένο δοκίμιο δεν έχει τώρα την αρχική διάσταση αλλά προφανώς κάποια μικρότερη τότε η σωστή επιλογή δεν είναι προφανής και εξαρτάται από τη σχετικότητα των διάφορων μεγεθών. Λόγω αυτής της ασάφειας, σε αυτήν την ερώτηση όλες οι απαντήσεις θα θεωρηθούν σωστές.