ΓΙΓΑΚΣΟΡΙΚΗ ΓΙΑΣΡΙΒΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΔΛΔΓΥΟ ΙΓΙΟΣΗΣΩΝ ΠΟΡΩΓΩΝ ΤΛΙΚΩΝ

Transcript

1 ΑΡΙΣΟΣΔΛΔΙΟ ΠΑΝΔΠΙΣΗΜΙΟ ΘΔΑΛΟΝΙΚΗ ΣΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΡΓΑΣΗΡΙΟ ΜΔΣΑΛΛΟΓΝΩΙΑ ΓΙΓΑΚΣΟΡΙΚΗ ΓΙΑΣΡΙΒΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΔΛΔΓΥΟ ΙΓΙΟΣΗΣΩΝ ΠΟΡΩΓΩΝ ΤΛΙΚΩΝ ΣΔΡΓΙΟΤΓΗ ΦΑΝΗ ΓΙΠΛ. ΜΗΥΑΝΟΛΟΓΟ ΜΗΥΑΝΙΚΟ (Α.Π.Θ.) ΘΔΑΛΟΝΙΚΗ ΙΟΤΛΙΟ 2011

2

3 ΑΡΙΣΟΣΔΛΔΙΟ ΠΑΝΔΠΙΣΗΜΙΟ ΘΔΑΛΟΝΙΚΗ ΣΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΡΓΑΣΗΡΙΟ ΜΔΣΑΛΛΟΓΝΩΙΑ ΣΔΡΓΙΟΤΓΗ ΦΑΝΗ ΓΙΠΛ. ΜΗΥΑΝΟΛΟΓΟ ΜΗΥΑΝΙΚΟ (Α.Π.Θ.) ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΔΛΔΓΥΟ ΙΓΙΟΣΗΣΩΝ ΠΟΡΩΓΩΝ ΤΛΙΚΩΝ Διδακηορική διαηριβή ποσ σποβλήθηκε ζηο ημήμα Μητανολόγων Μητανικών ηης Πολσηετνικής Στολής ηοσ Αριζηοηελείοσ Πανεπιζηημίοσ Θεζζαλονίκης, για ηην απόκηηζη ηοσ Διδακηορικού Διπλώμαηος (Αρ. ΔΔ 13/ΕΜ) Μέλη τηρ τπιμελούρ ςμβοςλεςτικήρ Δπιτποπήρ: 1. Ν. Μηραειίδεο, Δπ. Καζεγεηήο, Δπηβιέπσλ ηεο Γηαηξηβήο, Σκ. Μερ. Μερ. ΑΠΘ 2. Γ. Σζηπάο, Καζεγεηήο, Σκ. Μερ. Μερ. ΑΠΘ 3.. θνιηαλόο, Καζεγεηήο, Σκ. Μερ. Μερ. ΑΠΘ Λοιπά μέλη τηρ Δπταμελούρ Δξεταστικήρ Δπιτποπήρ: 4. Κ.-Γ. Μπνπδάθεο, Καζεγεηήο, Σκ. Μερ. Μερ. ΑΠΘ 5. Γ. αββαΐδεο, Αλαπι. Καζεγεηήο, Σκ. Μερ. Μερ. ΑΠΘ 6. Κ. ηθαιίδεο, Αλαπι. Καζεγεηήο, Σκ. Χεκ. Μερ. ΑΠΘ 7. Χ. Λεθάθεο, Αλαπι. Καζεγεηήο, Σκ. Μερ. Μερ. Παλεπηζηεκίνπ Γπηηθήο Μαθεδνλίαο Ημεπομηνία ππουοπικήρ εξέτασηρ: 4 Ινπιίνπ 2011

4

5 Ππόλογορ Η παξνύζα δηδαθηνξηθή δηαηξηβή εθπνλήζεθε ζηα πιαίζηα ηεο εξεπλεηηθήο κνπ δξαζηεξηόηεηαο ζην Δξγαζηήξην Μεηαιινγλσζίαο ηνπ Σκήκαηνο Μεραλνιόγσλ Μεραληθώλ ηνπ Αξηζηνηειείνπ Παλεπηζηεκίνπ Θεζζαινλίθεο. Αξρηθά ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηνλ Δπ. Καζ. Ν. Μηραειίδε θαη επηβιέπνληα θαζεγεηή κνπ γηα ηε ζπλερή ππνζηήξημε θαη ηηο πνιύηηκεο ζπκβνπιέο ηνπ θαζ όιε ηε δηάξθεηα ηεο δηδαθηνξηθήο έξεπλαο. ζα ήζεια επίζεο λα επραξηζηήζσ ηνλ Καζ. Γ. Σζηπά ν νπνίνο άλνημε ην δξόκν γηα ζπλεξγαζία κε ην ηκήκα Μεραληθώλ ηνπ παλεπηζηεκίνπ ηνπ Cambridge ζηελ Αγγιία, θαζώο θαη ηε Λεθη. ηνπ παλεπηζηεκίνπ ηνπ Cambridge Α. Μαξθάθε γηα ηε θηινμελία θαη παξνρή πξόζβαζεο ζηε δηάηαμε αμνληθνύ ηνκνγξάθνπ αθηίλσλ-χ. Δπραξηζηίεο εθθξάδνληαη επίζεο ζηνλ Καζ.. θνιηαλό πνπ ζπλεπηθνύξεζε ζηελ εξγαζία απηή σο κέινο ηεο ηξηκεινύο επηηξνπήο. Γηα ηε ζπκβνιή ηεο ζηνλ ηνκέα ηεο Ηιεθηξνληθήο Μηθξνζθνπίαο ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηελ Δπ. Καζ. Δ. Παπιίδνπ ελώ γηα ηε ζπλεηζθνξά ηνπ ζηε δηεμαγσγή ησλ κεραληθώλ δνθηκώλ ηνλ Γξ. Α. Σζνπθλίδα. Γηα ηε δηεμαγσγή ησλ ΧRD κεηξήζεσλ ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηνλ Δπ. Καζ. Γ. Βνπξιηά. Θα ήηαλ παξάιεςε λα κελ επραξηζηήζσ ηνπο ππνςήθηνπο δηδάθηνξεο ηνπ εξγαζηεξίνπ Μεηαιινγλσζίαο Κ. Λέληδαξε, Γ. Κνπληνπξά θαη Ν. Παπαλαζηαζίνπ γηα ηελ άξηζηε ζπλεξγαζία θαη ηε θηιηθή ηνπο αληηκεηώπηζε, ηδηαίηεξα θαηά ηα πξώηα ζηάδηα ηεο δηαηξηβήο κνπ. Θα ήζεια επίζεο λα επραξηζηήζσ ην ππόινηπν πξνζσπηθό ηνπ εξγαζηεξίνπ πνπ κε ηνλ ηξόπν ηνπ βνήζεζε λα επηηεπρζεί ν ζηόρνο ηεο εξγαζίαο απηήο. Σέινο, ζεξκά επραξηζηώ ηελ νηθνγέλεηά κνπ γηα ηε ζπκπαξάζηαζε θαη νηθνλνκηθή ππνζηήξημε πνπ κνπ παξείρε θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εθπόλεζεο ηεο δηαηξηβήο θαη ηδηαηηέξσο ηνλ παηέξα κνπ θαη ηνλ αδεξθό κνπ γηα ηηο θξίζηκεο παξεκβάζεηο, πξσηνβνπιίεο θαη ζπκβνπιέο πνπ βνήζεζαλ ζεκαληηθά ζηε δηεθπεξαίσζε ηεο παξνύζαο δηαηξηβήο. Θεζζαινλίθε, Ινύιηνο 2011 ηεξγηνύδε Φαλή

6

7 Πεξηερόκελα 1. ΔΗΑΓΧΓΖ ΘΔΧΡΖΣΗKO ΤΠOΒΑΘΡΟ Πνξώδε κεηαιιηθά πιηθά Εάραξε Ιδιόηηηερ ηηρ ζάσαπηρ Ππθλόηεηα ζνπθξόδεο Σεκείν ηήμεο ζνπθξόδεο Γηαιπηόηεηα ζνπθξόδεο Πνιηθόηεηα ζνπθξόδεο Ακαηέπγαζηη καζηανή ζάσαπη (raw cane sugar) πκπίεζε θαη Ππξνζπζζωκάηωζε Καηηγοπίερ πςποζςζζωμάηωζηρ Ππξνζπζζσκάησζε πγξήο θαηάζηαζεο Δλεξγνπνηεκέλε ππξνζπζζσκάησζε (Activated Sintering) Παξνδηθή ππξνζπζζσκάησζε πγξήο θαηάζηαζεο (transient liquid-phase sintering) Θιηπηηθέο ηδηόηεηεο κεηαιιηθώλ αθξώλ Παπάγονηερ πος επιδπούν ζηιρ μησανικέρ ιδιόηηηερ ηων μεηαλλικών αθπών Θεωπηηικό μονηέλο Gibson Ashby Μονοαξονική θλιπηική παπαμόπθωζη ηων μεηαλλικών αθπών Ικανόηηηα και απόδοζη αποππόθηζηρ ενέπγειαρ Μνληεινπνίεζε Ραδιογπαθία ακηίνων X Αξονική ηομογπαθία ακηίνων-χ (X-ray Computed Tomography) Τνκνγξαθία κε ιπρλία αθηίλσλ-χ Τνκνγξαθία κε αθηηλνβνιία ζύγρξνηξνπ Σθάικαηα θαη κεξηθή επίδξαζε όγθνπ I

8 2.6 Ζιεθηξνρεκηθή δηάβξωζε ΚΟΠO ΣΖ ΔΡΓΑIΑ ΔΞΟΠΛΗΜO-ΠΔΗΡΑΜΑΣΗΚE ΓΗΑΣAΞΔΗ Φνύξλνο ρακεινύ θελνύ Γηάηαμε κέζνπ θελνύ Γηάηαμε αμνληθνύ ηνκνγξάθνπ Πεξηζιαζίκεηξν αθηίλωλ-υ (XRD) Οπηηθή θαη αξωηηθή Ζιεθηξνληθή Μηθξνζθνπία (SEM) Θεξκνβαξπηηθή αλάιπζε θαη δηαθνξηθή ζεξκηθή αλάιπζε (ΣG-DTA) Γηάηαμε ειεθηξνρεκηθήο δηάβξωζεο ΠΔΗΡΑΜΑΣΗΚΖ ΓΗΑΓΗΚΑΗΑ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΜΔΣΑΛΛΗΚΧΝ ΑΦΡΧΝ ΚΑΗ ΠΔΗΡΑΜΑΣΗΚΖ-ΤΠΟΛΟΓΗΣΗΚΖ ΓΗΑΓΗΚΑΗΑ ΠΡΟΟΜΟΗΧΖ FEM Παξαγωγή κεηαιιηθώλ αθξώλ κε ηελ κέζνδν πδαηνδηάιπζεοππξνζπζζωκάηωζεο κε ρξήζε θξπζηαιιηθήο θαζηαλήο δάραξεο Πλεονεκηήμαηα και δςναηόηηηερ μεθόδος παπαγωγήρ Πεηξακαηηθή ππνινγηζηηθή δηαδηθαζία πξνζνκνίωζεο ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο ηωλ πνξωδώλ πιηθώλ Πεπιγπαθή πειπάμαηορ ζάπωζηρ δοκιμίων ζηον αξονικό ηομογπάθο Διαδικαζία επεξεπγαζίαρ δεδομένων ηος αξονικού ηομογπάθος για καηαζκεςή 3Δ γεωμεηπίαρ ηων αθπών FEM πξνζνκνίωζε θαη κνληεινπνίεζε ΒΔΛΣΗΣΟΠΟΗΖΖ ΠΑΡΑΜΔΣΡΧΝ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΜΔΣΑΛΛΗΚΧΝ ΑΦΡΧΝ AΛΟΤΜΗΝΗΟΤ ΜΔ ΣΖ ΜΔΘΟΓΟ ΤΓΑΣΟΓΗΑΛΤΖ-ΠΤΡΟΤΧΜΑΣΧΖ Πεξηγξαθή παξαγωγηθήο δηαδηθαζίαο Πςκνόηηηερ αθπού και ζςμπιέζμαηορ Δπίδξαζε δηαθόξωλ παξακέηξωλ ζηελ πνηόηεηα ηωλ αθξώλ Ανάμιξη κόνεων ςμπίεζη μίγμαηορ κόνεων Διαδικαζία ςδαηοδιάλςζηρ Πςποζςζζωμάηωζη και επίδπαζη αημόζθαιπαρ Ποπώδερ αθπών II

9 6.3 Μνξθνινγία θαη δνκή ηωλ βέιηηζηωλ παξαγόκελωλ αθξώλ Al ΜΖΥΑΝΗΚΔ ΗΓΗΟΣΖΣΔ ΑΦΡΧΝ AΛΟΤΜΗΝΗΟΤ Δηζαγωγή Θιηπηηθή ζπκπεξηθνξά Μεραληζκνί παξακόξθωζεο Μέηπο ελαζηικόηηηαρ (Young s Modulus) Θλιπηική ανηοσή Παξακόξθωζε πνπ αληηζηνηρεί ζηελ αξρή ηεο πύθλωζεο γηα πξνζδηνξηζκό ηεο ηθαλόηεηαο θαη απόδνζεο απνξξόθεζεο ελέξγεηαο EΝΑΝΘΡΑΚΧΖ ΑΦΡΧΝ ΑΛΟΤΜΗΝΗΟΤ Θεξκηθόο θύθινο γηα παξαγωγή ελαλζξαθωκέλωλ αθξώλ αινπκηλίνπ Υαξαθηεξηζκόο ηωλ ελαλζξαθωκέλωλ αθξώλ αινπκηλίνπ Μεραληθέο ηδηόηεηεο ελαλζξαθωκέλωλ αθξώλ Al Γηαβξωηηθή ζπκπεξηθνξά ηωλ ελαλζξαθωκέλωλ αθξώλ Al ΤΝΟΦΖ ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ ΔΚΣΔΝΖ ΠΔΡΗΛΖΦΖ ΣΑ ΑΓΓΛΗΚΑ III

10

11 1. Δηζαγσγή 1. ΔΗΑΓΧΓΖ Σα πμνχδδ ιεηαθθζηά οθζηά απμηεθμφκ ιζα κέα ηαηδβμνία ιδ ημλζηχκ ηαζ ακαηοηθχζζιςκ οθζηχκ. Δλαζηίαξ ηδξ φπανλδξ πυνςκ πανμοζζάγμοκ έκα ζφκμθμ αζοκήεζζηςκ ζδζμηήηςκ ζε ζπέζδ ιε ηα ζοιααηζηά ιέηαθθα. Βαζζηυ πθεμκέηηδια ηςκ πμνςδχκ ιεηάθθςκ είκαζ μ άνζζημξ ζοκδοαζιυξ ιδπακζηχκ, εενιζηχκ ηαζ αημοζηζηχκ ζδζμηήηςκ ακαθμνζηά ιε ημ παιδθυ αάνμξ. Πμζηίθεξ ιέεμδμζ οπάνπμοκ βζα ηδ παναβςβή πμνςδχκ ιεηαθθζηχκ οθζηχκ μζ μπμίεξ δζαηνίκμκηαζ ζε έλζ ηαηδβμνίεξ ακάθμβα ιε ηδ ιμνθή/θάζδ ημο ιεηάθθμο (ηυκεζξ ή ηήβια) ηαζ ημκ ηφπμ ημο αθνμπμζδηή: ζ) ηήβια-έβποζδ αενίμο, ζζ) ηήβια-πνμζεήηδ πανάβμκηα αθνμπμίδζδξ, ζζζ) ηυκεζξ-πανάβμκηαξ αθνμπμίδζδξ ζκ) ηυκεζξ-πθδνςηζηυ ιέζμ ή ακαθχζζιμ πνυηοπμ, v) πφηεοζδ ιε πνήζδ ακαθχζζιμο πνμηφπμο ηαζ vζ) εκαπυεεζδ ιεηάθθμο ζε ακαθχζζιμ πνυηοπμ. Οζ ηνεζξ πνχηεξ ηαηδβμνίεξ ζοκήεςξ μδδβμφκ ζε δμιέξ ηθεζζημφ ηεθζμφ [1-4]. Γζα ηδκ παναβςβή πμνςδχκ ιεηαθθζηχκ οθζηχκ ακμζηημφ ηεθζμφ έπμοκ ακαπηοπεεί πμθθέξ ηαζ δζαθμνεηζηέξ ιέεμδμζ υπςξ είκαζ δ εκαπυεεζδ αηιχκ ή δ δθεηηνμεκαπυεεζδ ιεηάθθμο πάκς ζε πμθοιενζηυ αθνυ μ μπμίμξ ζε ιεηαβεκέζηενμ ζηάδζμ απμιαηνφκεηαζ ιε εένιακζδ, δ πφηεοζδ ιεηάθθμο οπυ πίεζδ πνδζζιμπμζχκηαξ ακαθχζζια πμθοιενζηά πνυηοπα ή εκαθθαηηζηά δ ειαφεζζδ αοηχκ ζε αζχνδια οδανμφξ ημκίαξ (slurry) ιε επαηυθμοεμ ζηάδζμ ηδκ ζηενεμπμίδζδ ημο ιεηάθθμο ηαζ ηδκ απμιάηνοκζδ ημο πνμηφπμο [1, 2, 5-7]. Μεηαλφ αοηχκ ηςκ ηεπκζηχκ δ πφηεοζδ ιε πνήζδ ακαθχζζιμο πνμηφπμο (replication process) είκαζ εονέςξ δζαδεδμιέκδ βζα ηδκ παναβςβή πμνςδχκ ιεηαθθζηχκ οθζηχκ ακμζηημφ ηεθζμφ. οκήεςξ δ δζαδζηαζία παναβςβήξ απμηεθείηαζ απυ ηα ελήξ ζηάδζα: παναζηεοή εκυξ πνυδνμιμο πμνχδμοξ οθζημφ ακμζηημφ ηεθζμφ ημ μπμίμ ζηδ ζοκέπεζα πθδνχκεηαζ ιε ημ ιεηαθθζηυ οθζηυ ημο αθνμφ. Καηυπζκ αημθμοεεί δ απμιάηνοκζδ ημο πνυδνμιμο οθζημφ είηε ιε πνήζδ δμκήζεςκ είηε ιε δζάθοζδ ημο ζε ηαηάθθδθμ ιέζμ. Με αοηυκ ημκ ηνυπμ πανάβεηαζ έκα ηνζζδζάζηαηδ πμνχδεξ δίηηομ πνμεπζθεβιέκδξ βεςιεηνίαξ ιε ηδκ επζεοιδηή δμιή ημο ιεηαθθζημφ αθνμφ. Όηακ πνδζζιμπμζμφκηαζ ηυκεζξ ιεηάθθςκ ηυηε έκα εκδζάιεζμ ζηάδζμ πονμζοζζςιάηςζδξ είκαζ απαναίηδημ βζα ηδκ παναβςβή ημο αθνμφ. Ζ πνήζδ πθδνςηζημφ ιέζμο είκαζ δζαδεδμιέκδ ζηδκ παναβςβή αθνχκ ιε ιεευδμοξ ημκζμιεηαθθμονβίαξ εκχ πανάθθδθα πνμζθένεζ ιεβάθμ εφνμξ δμιχκ ηαζ ζδζμηήηςκ ζοβηνζηζηά ιε ηζξ ηεπκζηέξ πφηεοζδξ. ε ιζα ηέημζα δζαδζηαζία δ επζθμβή ημο ηαηάθθδθμο πθδνςηζημφ ιέζμο απμηεθεί ηνίζζιμ ζηάδζμ έηζζ χζηε κα δζαζθαθίγεηαζ δ απμιάηνοκζδ ημο δζαηδνχκηαξ ηδ δμιή ημο αθνμφ ζπεδυκ ακέπαθδ. Σμ πθςνζμφπμ κάηνζμ [8, 9], μ ηανααιίηδξ ή μονία [10, 11], ακεναηζηά άθαηα [12, 13], ηαζ ανηεηά πμθοιενζηά οθζηά [7] πνδζζιμπμζήεδηακ ςξ αθαζνμφιεκα/απμζπχιεκα/ ακαθχζζια πθδνςηζηά ιέζα πμο απμιαηνφκμκηαζ ζε ιεηέπεζηα ζηάδζα βζα ηδκ παναβςβή ιεηαθθζηχκ αθνχκ. Πανυθα αοηά οπάνπμοκ ζοβηεηνζιέκα ιεζμκεηηήιαηα ηαηά ηδκ πνήζδ 1

12 1. Δηζαγσγή ηςκ πνμακαθενεέκηςκ οθζηχκ. Γζα πανάδεζβια, πνήζδ ημο πθςνζμφπμο καηνίμο ιπμνεί κα πνμηαθέζεζ ζδιακηζηή ηαζ ακεπζεφιδηδ δζάανςζδ ζημ ιεηαθθζηυ πθέβια εκχ δ απμιάηνοκζδ ηδξ μονίαξ είκαζ ανηεηά πνμκμαυνα. Δπζπθέμκ δ απμιάηνοκζδ ηςκ πμθοιενζηχκ οθζηχκ ή ηςκ ακεναηζηχκ αθάηςκ είκαζ ζοκοθαζιέκδ ιε ηδκ εηπμιπή πενζααθθμκηζηά επζηίκδοκςκ πνμσυκηςκ ηα μπμία δδιζμονβμφκηαζ ηαηά ηδκ δζαδζηαζία ηδξ δζάζπαζδξ. Δπίζδξ δ απμιάηνοκζδ ημοξ ιε πνήζδ δζαθοιάηςκ μλέςκ μδδβεί αθεκυξ ζε ακεπζεφιδηδ δζάανςζδ ημο ιεηαθθζημφ πθέβιαημξ ηαζ αθεηένμο ζε πνήζδ ημλζηχκ μοζζχκ. Οζ πενζζζυηενμζ ειπμνζημί αθνμί αθμοιζκίμο είκαζ ηθεζζημφ ηεθζμφ ιε αηακυκζζημ ζπήια ηαζ ηαηακμιή πυνςκ ηαζ ιέζμ ιέβεεμξ ηδξ ηάλδξ ηςκ ιενζηχκ πζθζμζηχκ, ηαεζζηχκηαξ ηζξ ιδπακζηέξ δμηζιέξ αθθά ηαζ ηδκ ακάθοζδ ηδξ ιδπακζηήξ ζοιπενζθμνάξ δφζημθδ ηαεχξ ιεβάθμο ιεβέεμοξ δμηίιζα πνέπεζ κα πνδζζιμπμζμφκηαζ βζα ηδκ δζαζθάθζζδ ηδξ ακαπαναβςβζηυηδηαξ [1-3]. Πανυθμ πμο ηαηά ηδ δζάνηεζα ηςκ ηεθεοηαίςκ πνυκςκ πθήεμξ ενβαζζχκ ακέδεζλακ ηζξ εκηοπςζζαηέξ ηαζ αλζμζδιείςηεξ ζδζυηδηεξ ηςκ ιεηαθθζηχκ αθνχκ ηαζ ηδ δοκαηυηδηα ημοξ βζα πνήζδ ζε πμζηίθεξ εθανιμβέξ [14-23], ημ ορδθυ ηυζημξ παναβςβήξ αθθά ηαζ μζ δοζημθίεξ εθέβπμο ηςκ παναβςβζηχκ ζηαδίςκ, μδδβχκηαξ ζε εηενμβεκείξ ηαζ ακμιμζυιμνθεξ δμιέξ, απμηεθμφκ ηνμπμπέδδ βζα ηδ ιαγζηή παναβςβή. Δπμιέκςξ δ ηεπκμθμβία παναβςβήξ ηςκ πμνςδχκ ιεηαθθζηχκ οθζηχκ ηείκεζ κα ζηναθεί ζε ζπεηζηά απθέξ ηαζ πενζααθθμκηζηά θζθζηέξ ιεευδμοξ πμο επζδεζηκφμοκ ακηαβςκζζηζηυ ηυζημξ ζε ζπέζδ ιε ηα ζοιααηζηά οθζηά. ηδκ πανμφζα ενβαζία πενζβνάθεηαζ δζαδζηαζία οδαημδζάθοζδξ-πονμζοζζςιάηςζδξ βζα ηδκ παναβςβή ιεηαθθζηχκ αθνχκ πνδζζιμπμζχκηαξ ςξ ηαζκμηυιμ πθδνςηζηυ ιέζμ ηνοζηαθθζηή αηαηένβαζηδ ηαζηακή γάπανδ. Tα ζηάδζα ηδξ παναβςβζηήξ δζαδζηαζίαξ ακαθφμκηαζ θεπημιενχξ χζηε κα ηαηαζηεί δοκαηή δ ηαηακυδζδ ηδξ επίδναζδξ δζαθυνςκ παναβςβζηχκ παναιέηνςκ ζηδ ιζηνμ ηαζ ιαηνμ-δμιή ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ. Δπζπθέμκ βίκεηαζ πνμζπάεεζα βζα ηδ αεθηζζημπμίδζδ ηςκ παναιέηνςκ αοηχκ, μδδβχκηαξ αθεκυξ ζε ζημπεοιέκεξ ηαζ πνμεπζθεβιέκεξ μιμζυιμνθεξ δμιέξ πμνχδμοξ αθμοιζκίμο ηαζ αθεηένμο ζε επακαθδρζιυηδηα ηαζ ακαπαναβςβζηυηδηα ηςκ ιδπακζηχκ ζδζμηήηςκ ημοξ. Δπζπνμζεέηςξ δζενεοκάηαζ, ηυζμ πεζναιαηζηά υζμ ηαζ ακαθοηζηά ιε Μεευδμοξ Πεπεναζιέκςκ ημζπείςκ (FEM), δ ιδπακζηή ζοιπενζθμνά ηαζ μζ ιδπακζζιμί παναιυνθςζδξ ηςκ ηεθζχκ ηςκ παναβυιεκςκ αθνχκ οπυ εθζπηζηά θμνηία. ηα πθαίζζα ηδξ πανμφζαξ ενβαζίαξ ελεηάγεηαζ δ δοκαηυηδηα ηαοηυπνμκδξ εκακενάηςζδξ ηαζ παναβςβήξ πμνχδμοξ αθμοιζκίμο πνδζζιμπμζχκηαξ ηδκ ηαζηακή γάπανδ ςξ πθδνςηζηυ αθθά ηαζ εκακεναηςηζηυ ιέζμ ηαζ εα αλζμθμβδεεί επίζδξ δ επίδναζδ ηδξ εκακενάηςζδξ ζηδ ιδπακζηή ηαζ δζαανςηζηή ζοιπενζθμνά ημο πμνχδμοξ αθμοιζκίμο. Γζα ηδκ παναβςβή πμνςδχκ ιεηαθθζηχκ οθζηχκ πνδζζιμπμζήεδηε θμφνκμξ παιδθμφ ηεκμφ εκχ βζα ηδκ αλζμθυβδζδ ηδξ επίδναζδξ ηδξ αηιυζθαζναξ πονμζοζζςιάηςζδξ αθθά ηαζ ηδκ δζελαβςβή ηδξ εκακενάηςζδξ ηςκ πμνςδχκ ιεηαθθζηχκ οθζηχκ ζοκανιμθμβήεδηε δζάηαλδ 2

13 1. Δηζαγσγή ορδθμφ ή ιέζμο ηεκμφ. Γζα ηδ δζενεφκδζδ ηςκ ιμνθμθμβζηχκ παναιέηνςκ ηςκ παναβμιέκςκ αθνχκ πνδζζιμπμζήεδηε μπηζηή ηαζ ζανςηζηή δθεηηνμκζηή ιζηνμζημπία (SEM) εκχ μζ ηνοζηαθθζηέξ θάζεζξ πμο ακαπηφπεδηακ ιεθεηήεδηακ ιε πενίεθαζδ αηηίκςκ-υ (XRD). Ζ δδιζμονβία ηδξ ηνζζδζάζηαηδξ βεςιεηνίαξ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ, δ μπμία είκαζ απαναίηδηδ βζα ηδ δζελαβςβή FEM πνμζμιμζχζεςκ αθθά ηαζ βζα ημ ηνζζδζάζηαημ παναηηδνζζιυ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ, επζηεφπεδηε ιε πνήζδ αλμκζημφ ημιμβνάθμο αηηίκςκ- Υ. Σα εενιζηά παναηηδνζζηζηά ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ ιεθεηήεδηακ ιέζς εενιμαανοηζηήξ ακάθοζδξ ηαζ δζαθμνζηήξ εενιζηήξ ακάθοζδξ. (ΣG-DTA) εκχ δ δζαανςηζηή ζοιπενζθμνά ηςκ αθνχκ αλζμθμβήεδηε ιέζς δθεηηνμπδιζηήξ δζάανςζδξ. Ζ αεθηζζημπμίδζδ ηδξ παναβςβζηήξ ιεευδμο ηςκ αθνχκ ιε ηδκ ηεπκζηή ημκζμιεηαθθμονβίαξ ζημπεφεζ ηονίςξ ζημκ ηαθφηενμ έθεβπμ ηδξ δζαδζηαζίαξ βζα ηδκ παναβςβή ορδθήξ πμζυηδηαξ αθνχκ ακμζηημφ ηεθζμφ ιε ζηυπμ ηδκ επακαθδρζιυηδηα ηαζ ηδκ πνμαθερζιυηδηα ηςκ ζδζμηήηςκ ηςκ παναβυιεκςκ αθνχκ [8, 9, 13, 24, 25]. Ζ ηνοζηαθθζηή ηαζηακή γάπανδ δ μπμία πνδζζιμπμζήεδηε ςξ οδαημδζαθοηυ πθδνςηζηυ ιέζμ είκαζ θεδκή, πδιζηά ζηαεενή ζε επαθή ιε ημ ιδηνζηυ ηαζ δεκ δζαανχκεζ ημκ ιεηαθθζηυ οθζηυ ημο αθνμφ. Ζ ιέεμδμξ είκαζ εθηοζηζηή ηαζ πενζααθθμκηζηά θζθζηή δεδμιέκμο υηζ δεκ μδδβεί ζε επζηίκδοκα παναπνμσυκηα ή εηπμιπέξ ηαζ δεκ απαζηεί ηδκ εθανιμβή ημλζηχκ, εφθθεηηςκ ή εηνδηηζηχκ οθζηχκ ζε ηακέκα ζηάδζμ ηδξ παναβςβζηήξ δζαδζηαζίαξ [26, 27]. H πνμζμιμίςζδ ηςκ ιδπακζηχκ ζδζμηήηςκ ηδξ πναβιαηζηήξ ηνζζδζάζηαηδξ βεςιεηνίαξ ημο αθνμφ ζοιαάθθεζ ζδιακηζηά ζηδκ ηαηακυδζδ ηςκ ιδπακζζιχκ παναιυνθςζδξ αθθά ηαζ ζηδ εέζπζζδ ζοζπέηζζδξ ιεηαλφ ηδξ δμιήξ ηαζ ηςκ ιδπακζηχκ ζδζμηήηςκ δζεοημθφκμκηαξ ημκ ηεθζηυ ζπεδζαζιυ ηαζ ακάπηολδ ηςκ αθνχκ. Δπζπνμζεέηςξ, βίκεηαζ βζα πνχηδ θμνά πνμζπάεεζα εκακενάηςζδξ πμνςδχκ οθζηχκ ιε ζηυπμ ηδ αεθηίςζδ ζδζμηήηςκ. 3

14 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν 2. ΘΔΧΡΖΣΗKO ΤΠOΒΑΘΡΟ 2.1 Πνξώδε κεηαιιηθά πιηθά διακηζηή πνυμδμξ έπεζ βίκεζ ζημκ ημιέα ηδξ παναβςβήξ, παναηηδνζζιμφ ηαζ απυδμζδξ ζε ιδπακζηέξ ηαζ εενιζηέξ δμηζιέξ ηςκ ιεηαθθζηχκ αθνχκ [14-23]. Σα ιέπνζ ζήιενα απμηεθέζιαηα πνμιδκφμοκ πμθθά οπμζπυιεκεξ θεζημονβζηέξ εθανιμβέξ π.π θίθηνα, εκαθθάηηεξ εενιυηδηαξ αθθά ηαζ εθανιμβέξ ζε δζάθμνμοξ αζμιδπακζημφξ ημιείξ (αοημηζκδημαζμιδπακία, μζημδμιζηή αζμιδπακία ηθπ.). Ζ πνήζδ ηςκ ιεηαθθζηχκ αθνχκ ελανηάηαζ απυ μνζζιέκμοξ πανάβμκηεξ πμο ζοκμρίγμκηαζ ςξ ελήξ: Μμνθμθμβία: Σφπμξ ηςκ ηεθζχκ (ακμζηηυ ή ηθεζζηυ), πμνχδεξ, ιέβεεμξ ηαζ ζπήια πυνςκ. Μεηαθθμονβία: Καεανυ ιέηαθθμ ή ηνάια. Παναβςβζηή δζαδζηαζία: Γοκαηυηδηα βζα πεναζηένς ιμνθμπμίδζδ ημο αθνμφ, βζα ηαηαζηεοή ζφκεεηςκ ελανηδιάηςκ. Κυζημξ παναβςβήξ. Σα πμνχδδ οθζηά παναηηδνίγμκηαζ δμιζηά απυ ηδκ ημπμθμβία ηςκ ηεθζχκ (ακμζηηά ή ηθεζζηά), ηδ ζπεηζηή ποηκυηδηα, ημ ιέβεεμξ, ημ ζπήια ηαζ ημκ πνμζακαημθζζιυ ημο ηεθζμφ. Πμνχδδ οθζηά ακμζηημφ ηεθζμφ πανάβμκηαζ ηονίςξ ιέζς ηνζχκ ιεευδςκ: i) πφηεοζδξ ii) ημκζμιεηαθθμονβίαξ ηαζ iii) ηεπκζηχκ εκαπυεεζδξ αηιχκ. ηδκ πνχηδ ιέεμδμ οβνά ηήβιαηα οθζηχκ ή ηναιάηςκ ημοξ ποηεφμκηαζ είηε βφνς απυ ακαθχζζια πνυηοπα ηαηαζηεοαζιέκα απυ ακυνβακμοξ ή μνβακζημφξ ηυηημοξ είηε βφνς απυ οθζηά παιδθήξ ποηκυηδηαξ ιε ιμνθή ζθαζνζδίςκ. Μεηά ηδ πφηεοζδ ηα ζθαζνίδζα ή μζ ηυηημζ είηε παναιέκμοκ εκηυξ ηδξ ιήηναξ ημο οθζημφ δζαιμνθχκμκηαξ ημκ θεβυιεκμ ζοκηαηηζηυ αθνυ, είηε αθαζνμφκηαζ ιε ηαηάθθδθδ εενιζηή επελενβαζία ή ιε ηδ αμήεεζα δζαθοιάηςκ μλέςκ δδιζμονβχκηαξ πμνχδδ οθζηά ακμζηημφ ηεθζμφ. Γοζημθίεξ αοηήξ ηδξ ιεευδμο έβηεζκηαζ αθεκυξ ζημκ ηνυπμ πφηεοζδξ ημο ιδηνζημφ οθζημφ χζηε κα επζηεοπεεί πθήνδξ πθήνςζδ ημο ηαθμοπζμφ ηαζ αθεηένμο ζημκ ηνυπμ αθαίνεζδξ ημο οθζημφ πθήνςζδξ χζηε κα ιδκ αθθμζςεεί ζδιακηζηά δ ανπζηή πμνχδδξ δμιή. ηζξ ιεευδμοξ ηδξ ημκζμιεηαθθμονβίαξ ηυκεζξ ημο ιδηνζημφ οθζημφ ακαιζβκφμκηαζ ιε ηυκεζξ ημο αθνμπμζδηζημφ ιέζμο ηαζ ηαηυπζκ ζοιπζέγμκηαζ. Σμ επυιεκμ ζηάδζμ πενζθαιαάκεζ ηδ εένιακζδ ημο ζοιπζεζιέκμο ιίβιαημξ ζε εενιμηναζία ημκηά ζημ ζδιείμ ηήλδξ ημο ιδηνζημφ οθζημφ. Σμ αθνμπμζδηζηυ ιέζμ δζαζπάηαζ ηαζ απεθεοεενχκεζ αένζμ ημ μπμίμ ακαβηάγεζ ημ ζοιπζεζιέκμ ιίβια κα δζμβηςεεί ζπδιαηίγμκηαξ έηζζ ηδκ πμνχδδ δμιή. Ζ επζθμβή ημο αθνμπμζδηζημφ 4

15 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν ιέζμο ελανηάηαζ άιεζα απυ ημ ιδηνζηυ οθζηυ ηαεχξ δ εενιμηναζία δζάζπαζδξ ημο αθνμπμζδηή πνέπεζ κα ηοιαίκεηαζ ημκηά ζηδ εενιμηναζία ηήλδξ ημο ιδηνζημφ οθζημφ πνάβια ημ μπμίμ πενζμνίγεζ ηα εφνμξ ηςκ οθζηχκ πμο ιπμνμφκ κα πνδζζιμπμζδεμφκ βζα ηδκ παναβςβή πμνςδχκ δμιχκ ιε ηδ ζοβηεηνζιέκδ ιέεμδμ. Πμνχδδ οθζηά ακμζηημφ ηεθζμφ παναζηεοάγμκηαζ ιε πνήζδ πμζηίθθςκ ηεπκζηχκ εκαπυεεζδξ οθζηχκ πάκς ζε μνβακζηά πνυδνμια οθζηά πνμεπζθεβιέκδξ ηνζζδζάζηαηδξ δζπηοςηήξ δμιήξ. Δκαθθαηηζηά, ιπμνεί κα βίκεζ ειαφεζζδ ημο πνυδνμιμο οθζημφ ζε αζχνδια ημο ιδηνζημφ οθζημφ ιε επαηυθμοεδ επζηάθορδ ημο. Σμ πνυδνμιμ οθζηυ ζε επυιεκμ ζηάδζμ ελαπκχκεηαζ ιε εενιζηή επελενβαζία ηαζ ζηδ ζοκέπεζα ημ ιδηνζηυ οθζηυ έπμκηαξ πθέμκ δζηηοςηή ιμνθή πονμζοζζςιαηχκεηαζ. Οζ ιέεμδμζ εκαπυεεζδξ αηιχκ πενζμνίγμκηαζ ζοκήεςξ ζε ηαεανά οθζηά θυβς δοζημθίαξ εκαπυεεζδξ ηναιάηςκ ηαζ ζοπκά έπμοκ ορδθυ ηυζημξ [1-3]. Ζ πνήζδ ακαθχζζιμο πθδνςηζημφ ιέζμο είκαζ δζαδεδμιέκδ ζηδκ παναβςβή αθνχκ ιε ιεευδμοξ ημκζμιεηαθθμονβίαξ εκχ πανάθθδθα πνμζθένεζ ιεβάθμ εφνμξ δμιχκ ηαζ ζδζμηήηςκ ζοβηνζηζηά ιε ηζξ ηεπκζηέξ πφηεοζδξ. Ζ επζθμβή ημο ηαηάθθδθμο πθδνςηζημφ ιέζμο ηαεμνίγεζ ηα δμιζηά παναηηδνζζηζηά αθθά ηαζ ηζξ ζδζυηδηεξ ημο παναβυιεκμο αθνμφ. Γζα ηδκ παναζηεοή αθνχκ αθμοιζκίμο έπεζ πνδζζιμπμζδεεί ςξ πθδνςηζηυ ιέζμ ημ πθςνζμφπμ κάηνζμ (ΝaCl) [8, 9]. Όιςξ μπμζαδήπμηε εκαπμιέκμοζα ιζηνμπμζυηδηα ΝaCl ιπμνεί κα πνμηαθέζεζ ακεπζεφιδηδ δζάανςζδ ζημ ιεηαθθζηυ πθέβια. Αθνμί αθμοιζκίμο, ιαβκδζίμο ηαζ πάθοαα έπμοκ παναζηεοαζηεί ιε πνήζδ ηανααιίηδ ςξ πθδνςηζηυ ιέζμ [9, 28, 29]. Οζ ηφνζμζ πενζμνζζιμί ζε αοηήκ ηδκ πενίπηςζδ είκαζ δ πνμκμαυνα δζαδζηαζία οδαημδζάθοζδξ ημο ηανααιίηδ. Ο εκαπμιέκςκ ηανααιίηδξ ιπμνεί κα απμιαηνοκεεί πθήνςξ ηαηά ημ ζηάδζμ ηδξ πονμζζοζςιάηςζδξ αθθά ζοκήεςξ μδδβεί ζε εηενμβεκή ιμνθμθμβία πυνςκ. Μεηαθθζημί αθνμί ηζηακίμο ηαζ ηναιάηςκ ημο, ακμλείδςημο πάθοαα, ηναιάηςκ κζηεθίμο ηαζ παθημφ έπμοκ παναζηεοαζηεί ιε ημκζμιεηαθθμονβεία πνδζζιμπμζχκηαξ ηανααιίηδ ή ακεναηζηέξ ηυκεζξ [13, 30]. ε αοηέξ ηζξ πενζπηχζεζξ δ απμιάηνοκζδ ημο πθδνςηζημφ ιέζμο πναβιαημπμζείηαζ ιε εένιακζδ. Ζ εηπμιπή πενζααθθμκηζηά νοπμβυκςκ αενίςκ ηαεχξ επίζδξ ηαζ δ ηάζδ ηαηάννεοζδξ ημο ιεηαθθζημφ πθέβιαημξ πνζκ ηδκ ακάπηολδ ζζπονήξ ζφκδεζδξ ιεηαλφ ηςκ ιεηαθθζηχκ ζςιαηζδίςκ (δ μπμία επζηοβπάκεηαζ ζηδ εενιμηναζία πονμζοζζςιάηςζδξ) απμηεθμφκ πνμαθήιαηα ηδξ ιεευδμο. ηδκ πανμφζα ενβαζία πενζβνάθεηαζ δζαδζηαζία οδαημδζάθοζδξ-πονμζοζζςιάηςζδξ βζα ηδκ παναβςβή ιεηαθθζηχκ αθνχκ πνδζζιμπμζχκηαξ ςξ ηαζκμηυιμ πθδνςηζηυ ιέζμ ηνοζηαθθζηή αηαηένβαζηδ ηαζηακή γάπανδ. 2.2 Εάραξε Ζ ζαηπανυγδ ή ζμοηνυγδ (C 12 H 22 O 11 ) είκαζ δ ημζκή γάπανδ ηαζ ακήηεζ ζηδκ μζημβέκεζα ηςκ δζζαηπανζηχκ. Οζ δζζαηπανίηεξ απμηεθμφκ οπμηαηδβμνία ηςκ οδαηακενάηςκ. Οζ 5

16 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν οδαηάκεναηεξ απμηεθμφκ ιζα ζδιακηζηή ηάλδ μοζζχκ πμο ανίζηεηαζ ζε ηάεε μνβακζζιυ. Οζ εκχζεζξ αοηέξ είκαζ πμθφ-οδνμλοαθδεΰδεξ ή πμθφ-οδνμλοηεηυκεξ ιε ειπεζνζηυ ηφπμ (CH 2 O) n. Γζαζνμφκηαζ ζε α) ιμκμζαηπανίηεξ ή απθά ζάηπανα, α) μθζβμζαηπανίηεξ πμο απμηεθμφκηαζ απυ δφμ έςξ δέηα ιμκμζαηπανζηζηέξ ιμκάδεξ ηαζ πμθοζαηπανίηεξ μζ μπμίμζ πενζέπμοκ ζημ ιυνζμ ημοξ πενζζζυηενεξ απυ δέηα ιμκμζαηπανζηζηέξ ιμκάδεξ. Ζ ημζκή γάπανδ δ μπμία πανάβεηαζ απυ ηα ηαθαιμζάηπανα ή ηα ηεφηθα αθθά ηαζ δ ηαηενβαζιέκδ (refined) γάπανδ πανμοζζάγμοκ ίδζμ ζπήια ηαζ πανυιμζεξ πδιζηέξ ηαζ θοζζηέξ ζδζυηδηεξ. Ζ ηαηενβαζιέκδ γάπανδ εεςνείηαζ ιία απυ ηζξ πζμ ηαεανέξ μνβακζηέξ εκχζεζξ ηαεχξ απμηεθείηαζ απυ 99.95% ζμοηνυγδ ηαζ ημ οπυθμζπμ πμζμζηυ είκαζ ηονίςξ κενυ εκχ δ ηζιή πχθδζδξ δζαηδνείηαζ παιδθή [31] Ιδιόηηηερ ηηρ ζάσαπηρ Σμ ιυνζμ ηδξ ζμοηνυγδξ (C 12 H 22 O 11 ) απμηεθείηαζ απυ 12 άημια άκεναηα, 22 άημια οδνμβυκμο ηαζ 11 άημια μλοβυκμο. ε πμζμζηά ημ ιυνζμ απμηεθείηαζ απυ 51.5% μλοβυκμ, 42% άκεναηα ηαζ 6.5% οδνμβυκμ. Ζ ιμνζαηή ιάγα ηδξ γάπανδξ είκαζ gr. Ζ γάπανδ είκαζ δζζαηπανίηδξ ηαζ απμηεθείηαζ απυ έκα ιυνζμ βθοηυγδξ ηαζ έκα ιυνζμ θνμοηηυγδξ ημ ηαεέκα εη ηςκ μπμίςκ έπεζ έλζ άημια άκεναηα. Σμ ιυνζμ ηδξ βθοηυγδξ είκαζ ηοηθζηή έκςζδ έλζ ιεθχκ εκχ δ θνμοηηυγδ έπεζ πέκηε ιένδ. Οζ δαηηφθζμζ ζημ ιυνζμ ηδξ ζμοηνυγδξ εκχκμκηαζ ιε βθοημζζδζηυ δεζιυ (δεζιυξ μλοβυκμο) ιε ζζμζεεκή ηνυπμ (δδθαδή ηα δθεηηνυκζα ιμζνάγμκηαζ ιεηαλφ ηςκ δφμ αηυιςκ) (ζρήκα 2.1). Ο βθοημζζδζηυξ δεζιυξ βίκεηαζ ιεηαλφ ηςκ ακςιενχκ αηυιςκ άκεναηα ηδξ βθοηυγδξ (μιάδα αθδεΰδδξ) ηαζ ηδξ θνμοηηυγδξ (μιάδα ηεηυκδξ). Χξ απμηέθεζια δ ζμοηνυγδ δε δείπκεζ ηαιία απυ ηζξ ζδζυηδηεξ πμο μθείθμκηαζ ζε φπανλδ ηαναμκοθζηήξ μιάδαξ, επμιέκςξ ζε ζπδιαηίγεζ μγαγυκδ, ζε δείπκεζ πμθοζηνμθζζιυ ηαζ δεκ έπεζ ακαβςβζηέξ ζδζυηδηεξ [31, 32] Ππθλόηεηα ζνπθξόδεο Ζ ποηκυηδηα είκαζ δ ιάγα ηδξ μοζίαξ ακά ιμκάδα υβημο. Ζ ποηκυηδηα ηνοζηάθθμο ζμοηνυγδξ ζημοξ 20 o C είκαζ gr/cm 3. Ζ ποηκυηδηα ηδξ γάπανδξ (bulk density) είκαζ δ ιάγα ακά ιμκάδα υβημο παθανμφαζοιπίεζημο οθζημφ. Σμ παθανυ οθζηυ ηαηαθαιαάκεζ πενζζζυηενμ πχνμ απυ ημ ζοιπζεζιέκμ οθζηυ θυβς ηςκ πυνςκ πμο οπάνπμοκ ιεηαλφ ηςκ ηυηηςκ ηδξ γάπανδξ. Ζ ποηκυηδηα ηδξ γάπανδξ ελανηάηαζ απυ ημ ιέβεεμξ ηςκ ηυηηςκ, υζμ πζμ ιζηνμί μζ ηυηημζ ηυζμ ιεβαθφηενδ δ ποηκυηδηα. Γζα πανάδεζβια δ θεπηυημηημζ ηνοζηαθθζηή γάπανδ έπεζ ποηκυηδηα ίζδ ιε 0.88 g/cm 3 εκχ δ πμκδνυημηηδ 0.84 g/cm 3 [31, 32]. 6

17 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν ρήκα 2.1: πδιαηζζιυξ ιμνίμο ζμοηνυγδξ [31] Σεκείν ηήμεο ζνπθξόδεο Ζ ζμοηνυγδ ζε ηνοζηαθθζηή ιμνθή είκαζ πμθφ ζηαεενή έκςζδ ζε εενιμηναζία πενζαάθθμκημξ. Ζ ηήλδ ηδξ ζμοηνυγδξ πναβιαημπμζείηαζ ζε εενιμηναζίεξ βφνς ζημοξ 185 μ C πανάβμκηαξ ακάζηνμθδ γάπανδ (invert sugar) ηαζ πνςιαηζηέξ μοζίεξ (coloring substances). Όπςξ θαίκεηαζ ζημ ζρήκα 2.1, ημ ιυνζμ ηδξ ζμοηνυγδξ έπεζ μπηχ μιάδεξ οδνμλοθίςκ (ΟΖ). ε ηάεε μιάδα ηα άημια ημο οδνμβυκμο είκαζ ιενζηχξ θμνηζζιέκα εεηζηά ηαζ ηα άημια μλοβυκμο είκαζ ιενζηχξ θμνηζζιέκα ανκδηζηά. Δπμιέκςξ ημ ιυνζμ ηδξ ζμοηνυγδξ ιπμνεί κα δδιζμονβήζεζ πμθθαπθμφξ δεζιμφξ οδνμβυκμο ιε βεζημκζηά ιυνζα. Οζ δεζιμί οδνμβυκμο είκαζ ζζπονμί χζηε δ γάπανδ κα είκαζ ζε ζηενεή ιμνθή ζε εενιμηναζία δςιαηίμο ηαζ πνμζδίδμοκ ζπεηζηά ορδθυ ζδιείμ ηήλδξ, θυβς ηδξ ορδθήξ εκένβεζαξ πμο απαζηείηαζ βζα κα ζπάζμοκ μζ δεζιμί οδνμβυκμο ηαζ κα δζαπςνζζηεί ημ ιυνζμ. Ζ ηαναιέθςζδ (caramelization) είκαζ δ δζαδζηαζία δζάζπαζδξ ηδξ ζμοηνυγδξ ζε βθοηυγδ ηαζ θνμοηηυγδ ηαζ ηεθζηά ζε ηαναιέθα (μοζία ζημφνμο ηαθέ πνχιαημξ) ζε εενιμηναζίεξ ημκηά ζημ ζδιείμ ηήλδξ ηδξ ζμοηνυγδξ [33, 34]. Δίκαζ αλζμζδιείςημ κα δζεοηνζκζζηεί δ δζαθμνά ιεηαλφ ηδξ δζαδζηαζίαξ ηήλδξ ηαζ αοηήξ ηδξ δζάθοζδξ ηδξ ζμοηνυγδξ ηαεχξ ηαζ μζ δφμ μδδβμφκ ημοξ ηνοζηάθθμοξ ηδξ ζμοηνυγδξ ζε οβνή ιμνθή υιςξ δδιζμονβμφκ δζαθμνεηζηά πνμσυκηα. Όηακ μζ ηνφζηαθθμζ ηδξ ζμοηνυγδξ δζαθφμκηαζ ζημ κενυ πανάβεηαζ δζάθοια ζημ μπμίμ ηα ιυνζα ηδξ ζμοηνυγδξ ηαζ ηα ιυνζα ημο κενμφ παναιέκμοκ ακέπαθα. Ακηίεεηα υηακ ηνφζηαθθμζ ηδξ ζμοηνυγδξ ηήημκηαζ, ηα ιυνζα ηδξ δεκ παναιέκμοκ ακέπαθα αθθά δζαζπχκηαζ ζε βθοηυγδ, θνμοηηυγδ ηαζ άθθεξ μοζίεξ. 7

18 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν Γηαιπηόηεηα ζνπθξόδεο Ζ ζμοηνυγδ έπεζ ορδθή δζαθοηυηδηα ζημ κενυ. Ο θυβμξ αοηήξ ηδξ ορδθήξ δζαθοηυηδηαξ είκαζ υηζ πενζέπεζ μπηχ εθεφεενεξ μιάδεξ οδνμλοθίςκ απυ ηζξ μπμίεξ ημοθάπζζημκ μζ πέκηε ιπμνμφκ κα ζοκδεεμφκ ιε άθθα ιυνζα ακάθμβα ιε ηδκ ακηζδναζηζηυηδηα ηςκ ιμνίςκ. Ζ δζαθοηυηδηα ιζαξ δζαθουιεκδξ μοζία υπςξ είκαζ δ ζμοηνυγδ, ζε δζαθφηδ υπςξ είκαζ ημ κενυ, μνίγεηαζ ςξ δ ιέβζζηδ πμζυηδηα ηδξ μοζίαξ δ μπμία δζαθφεηαζ χζηε κα πνμηαθέζεζ οπένημνμ δζάθοια ζε ζοβηεηνζιέκδ εενιμηναζία. Ζ δζαθοηυηδηα αολάκεηαζ ιε ηδκ εενιμηναζία υπςξ θαίκεηαζ ζημ ζρήκα 2.2. Γζα πανάδεζβια ζημοξ 20ºC δφμ ιένδ ζμοηνυγδξ δζαθφμκηαζ ζε έκα ιένμξ κενμφ, αθθά ζημοξ 100ºC (εενιμηναζία αναζιμφ ημο κενμφ), 4.76 ιένδ ζμοηνυγδξ δζαθφμκηαζ ζε έκα ιένμξ κενμφ πνμξ δδιζμονβία δζαθφιαημξ 82.6% ζε ζμοηνυγδ. Ζ πμθζηυηδηα (ζδζυηδηα ηςκ ιμνίςκ κα είκαζ δθεηηνμθφηεξ ή ιδ) ηςκ ιμνίςκ ημο δζαθφηδ ηαζ ηδξ δζαθουιεκδξ μοζίαξ ηαεμνίγεζ ακ δ μοζία πνμξ δζάθοζδ ιπμνεί κα δζαθοεεί ζημ δζαθφηδ (δζαθουιεκδ μοζία ιπμνεί κα δζαθοεεί ζε δζαθφηδ ιε πανυιμζα πμθζηυηδηα). Βαζζζιέκδ ζε αοηή ηδ ανπή ιία πμθζηή μοζία (δθεηνμθφηδξ) ιπμνεί κα δζαθοεεί ζε πμθζηυ δζάθοια αθθά υπζ ζε ιδ-πμθζηυ δζάθοια. Ακηίζημζπα ιδ πμθζηή μοζία (ιδ δθεηηνμθφηδξ) ιπμνεί κα δζαθοεεί ζε ιδ πμθζηυ δζάθοια αθθά υπζ ζε πμθζηυ δζάθοια. Γεκζηά, (ιε ηάπμζεξ ελαζνέζεζξ) μζ πενζζζυηενμζ δζαθφηεξ μζ μπμίμζ πενζέπμοκ μλοβυκμ είκαζ πμθζημί. Ζ ζμοηνυγδ είκαζ ιδ πμθζηυ ιυνζμ αθθά δζαθφεηαζ ζε πμθζημφξ δζαθφηεξ υπςξ είκαζ ημ κενυ, δ αηεηυκδ (C 3 H 6 O), ημ μλζηυ μλφ (HCH 3 COO) ηαζ ημ ιονιδηζηυ μλφ (HCOOH). Δπίζδξ δεκ δζαθφεηαζ ζε ιδ πμθζημφξ δζαθφηεξ υπςξ είκαζ ημ πθςνμθυνιζμ (CHCl 3 ), ηεηναπθςνζμφπμξ άκεναηαξ (CCl 4 ), ελάκζμ (C 6 H 14 ), επηάκζμ (C 7 H 16 ), ημθμοέκζμ (C 7 H 8 ), θάδζ ηαζ ζε ιενζηά άθθμοξ μνβακζημφξ δζαθφηεξ. Ζ ζμοηνυγδ δεκ δζαθφεηαζ ζηδκ ζζμπνμποθζηή αθημυθδ (CH 3 CHOHCH 3 ) πανυθμ πμο πενζέπεζ μλοβυκμ. ρήκα 2.2: Γζαθοηυηδηα ζμοηνυγδξ ζοκανηήζεζ ηδξ εενιμηναζίαξ [31]. 8

19 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν ρήκα 2.3: Γζάθοζδ ιδ ζμκζηήξ (ζμοηνυγδ) ηαζ ζμκζηήξ (πθςνζμφπμ κάηνζμ) έκςζδξ [31] Πνιηθόηεηα ζνπθξόδεο Οζ ιδ ζμκζηέξ εκχζεζξ δεκ δζαζπχκηαζ ζε εεηζηά ηαζ ανκδηζηά ζυκηα υηακ ανίζημκηαζ ζε οδαηζηά δζαθφιαηα. Δπμιέκςξ δεκ άβμοκ ημ δθεηηνζηυ νεφια. ημ ιυνζμ ηδξ ζμοηνυγδξ ηακέκαξ δαηηφθζμξ δεκ δζαζπάηαζ ζημ κενυ θυβς ηςκ ζζπονχκ δεζιχκ οδνμβυκμο ιεηαλφ ηςκ δαηηοθίςκ ηδξ ζμοηνυγδξ. Δπεζδή δ ζμοηνυγδ είκαζ ιδ ζμκζηή έκςζδ, δ δζάθοζδ ηδξ γάπανδξ ζημ κενυ δε αεθηζχκεζ ηδκ ζηακυηδηα ημο κα άβεζ ημ δθεηηνζηυ νεφια. Καεχξ μζ ζμκζηέξ εκχζεζξ (υπςξ δ ζμοηνυγδ) δζαηδνμφκ ηα ιυνζα ημοξ άεζηηα ζε δζάθοια, δ αθθαβή απυ ηδκ ζηενεή θάζδ ζε οβνή ιμνθή εεςνείηαζ ςξ θοζζηυξ ιεηαζπδιαηζζιυξ. Οζ ζμκζηέξ εκχζεζξ (υπςξ είκαζ ημ πθςνζμφπμ κάηνζμ (ΝaCl)) δζαζπχκηαζ ζε εεηζηά ηαζ ανκδηζηά ζυκηα υηακ ανίζημκηαζ ζε οδαηζηά δζαθφιαηα επμιέκςξ ιπμνμφκ ηαζ άβμοκ ημ δθεηηνζηυ νεφια. Ζ αθθαβή θάζδξ ζε αοηέξ ηζξ πενζπηχζεζξ είκαζ πδιζηυξ ιεηαζπδιαηζζιυξ (ζρήκα 2.3) Ακαηέπγαζηη καζηανή ζάσαπη (raw cane sugar) Ζ αηαηένβαζηδ ηαζηακή γάπανδ απμηεθείηαζ απυ ηνοζηάθθμοξ ζμοηνυγδξ μζ μπμίμζ επζηαθφπημκηαζ απυ θεπηυ ζηνχια πνμζιείλεςκ. Ζ ηαεανυηδηα ηδξ αηαηένβαζηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ ηοιαίκεηαζ απυ 96-99%. Σμ πνχια ηδξ αηαηένβαζηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ ηοιαίκεηαζ απυ ηίηνζκμ έςξ ζημφνμ ηαθέ. Οζ πνμζιείλεζξ απμηεθμφκηαζ απυ ακάζηνμθδ γάπανδ (δζάθοια 50:50 θνμοηηυγδξ ηαζ βθοηυγδξ), ηέθνα (οδαημδζαθοηά ή αδζάθοηα μνοηηά άθαηα μνβακζηχκ ηαζ ακυνβακςκ εκχζεςκ), μνβακζηέξ εκχζεζξ, πνςιαηζηέξ μοζίεξ ηαζ οβναζία. Ο πίλαθαο 2.1 δείπκεζ ηοπζηέξ ζοζηάζεζξ αηαηένβαζηδξ ηαζ επελενβαζιέκδξ γάπανδξ [31]. 9

20 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν Πίλαθαο 2.1: Σοπζηέξ ζοζηάζεζξ αηαηένβαζηδξ ηαζ επελενβαζιέκδξ γάπανδξ Αθαηέξγαζηε Δπεμεξγαζκέλε μοηνυγδ (%) Ακάζηνμθδ γάπανδ(%) Σέθνα (%) Ονβακζηέξ εκχζεζξ (%) Τβναζία (%) Υνχια (IU) Οζ μοζίεξ εηηυξ ηδξ γάπανδξ (πνμζιείλεζξ) ηαηδβμνζμπμζμφκηαζ ζε ηέζζενζξ μιάδεξ: Αγςημφπεξ υπςξ είκαζ ηα αιζκμλέα Μδ-αγςημφπεξ υπςξ είκαζ μζ βθοηυγδ, θνμοηηυγδ ηαζ μνβακζηά μλέα Ακυνβακα: υπςξ είκαζ ημ αζαέζηζμ, ιαβκήζζμ, ηάθζμ ηαζ κάηνζμ Υνςιαηζηέξ εκχζεζξ υπςξ είκαζ μζ ιεθακίκεξ 2.3 πκπίεζε θαη Ππξνζπζζωκάηωζε Ζ ζοιπζεζηυηδηα (compressibility) ηυκεςκ εκυξ οθζημφ πνμζδζμνίγεηαζ απυ ηδκ ηζιή ηδξ πίεζδξ δ μπμία απαζηείηαζ βζα ηδκ επίηεολδ ζοβηεηνζιέκδξ ποηκυηδηαξ ζημ ζοιπίεζια. Κυκεζξ ιε ιεβάθδ ζοιπζεζηζηυηδηα δίκμοκ ιεβαθφηενδ ποηκυηδηα ζοιπζεζιάηςκ. Ζ δζαδζηαζίαξ ηδξ ζοιπίεζδξ επδνεάγεηαζ απυ ημοξ ελήξ πανάβμκηεξ [35]: Τβναζία: Τρδθυ πμζμζηυ οβναζίαξ αολάκεζ ηδ ζοιπζεζηζηυηδηα ημο οθζημφ. Μέβεεμξ ηαζ ζπήια ηδξ ηυκεςξ: Υμκδνυημηηεξ ηυκεζξ μδδβμφκ ζε πζμ ποηκά ζοιπζέζιαηα. Σμ ζπήια ηςκ ηυκεςκ επδνεάγεζ ημκ ηνυπμ ιε ημκ μπμίμ ηαηακέιμκηαζ μζ ηυκεζξ εκηυξ ηδξ ιήηναξ ηαεχξ ηαζ ηζξ δζαηιδηζηέξ ηάζεζξ πμο ακαπηφζζμκηαζ ηαηά ηδκ δζάνηεζα ηδξ ζοιπίεζδξ. Θενιμηναζία: Κάπμζα οθζηά βίκμκηαζ πενζζζυηενμ ζοιπζεζηά ιε ηδκ αφλδζδ ηδξ εενιμηναζίαξ. Δθαζηζηυηδηα ζςιαηζδίςκ: Δθαζηζηά οθζηά παναιμνθχκμκηαζ ζδιακηζηά υηακ ζοιπζέγμκηαζ. ηθδνυηδηα ηυκεςκ ηαζ μλείδζα. Δπεζδή ηαηά ηδ ζοιπίεζδ μζ ηυκεζξ παναιμνθχκμκηαζ ζδιακηζηά δ ζηθδνυηδηα ημο οθζημφ επδνεάγεζ ηδ ζοιπζεζηυηδηα. Δπζπνμζεέηςξ ιενζηά ιέηαθθα έπμοκ ηάζδ κα οπυηεζηαζ ζε εκδμηνάποκζδ. Αηυιδ ηα ιδ ιεηαθθζηά οθζηά υπςξ ηα ιδ ακαβυιεκα μλείδζα ιεζχκμοκ ηδκ ζοιπζεζηυηδηα θυβς ηδξ ζηθδνυηδηαξ ημοξ. 10

21 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν Ζ πονμζοζζςιάηςζδ είκαζ πμθφπθμηδ δζαδζηαζία ορδθχκ εενιμηναζζχκ ιέζς ηδξ μπμίαξ ζοιπζεζιέκεξ ή ιδ ηυκεζξ οθζηχκ ζπδιαηίγμοκ ζοκδεηζημφξ δεζιμφξ ηαζ επζηοβπάκεηαζ δ πφηκςζδ ημοξ ιε ηδ ιείςζδ ηαζ ηδ ζοννίηκςζδ ηςκ πυνςκ. Ζ ηζκδηήνζα δφκαιδ ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ είκαζ δ ιείςζδ ηδξ επζθακεζαηήξ εκένβεζαξ. Καηά ημ ζηάδζμ ηδξ ζοιπίεζδξ μζ ηυκεζξ οπμαάθθμκηαζ ζε εκδμηνάποκζδ ηαζ πθαζηζηή παναιυνθςζδ. ε παιδθέξ εενιμηναζίεξ μζ παναιέκμοζεξ αοηέξ ηάζεζξ ακαημοθίγμκηαζ ηονίςξ θυβς ακαηνοζηάθθςζδξ. Οζ εενιμηναζίεξ ζηζξ μπμίεξ πναβιαημπμζείηαζ δ πονμζοζζςιάηςζδ είκαζ πμθφ ιεβαθφηενεξ απυ ηδ εενιμηναζία ακαηνοζηάθθςζδξ ηςκ ιεηαθθζηχκ οθζηχκ οπμδεζηκφμκηαξ έηζζ υηζ δ ηφνζα ηζκδηήνζα δφκαιδ ηδξ πονμζζοζςιάηςζδξ είκαζ δ ιείςζδ ηδξ επζθακεζαηήξ εκένβεζαξ ηαζ υπζ δ ακαηνοζηάθθςζδ θυβς ηδξ ροπνήξ παναιυνθςζδξ. Ζ ηφνζα επίδναζδ ηδξ εθανιμγυιεκδξ πίεζδξ ζημ ζηάδζμ ακάπηολδξ ηςκ ηυηηςκ είκαζ δ δδιζμονβία εονέςκ πενζμπχκ επαθήξ ιεηαλφ ηςκ ζςιαηζδίςκ δζεοημθφκμκηαξ ημοξ ιδπακζζιμφξ ιεηαθμνάξ ιάγαξ μζ μπμίμζ μδδβμφκ ζε πφηκςζδ ηαηά ηδ δζάνηεζα ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ. Πανυθμ πμο δ πονμζοζζςιάηςζδ απμηεθεί εέια εηηεηαιέκδξ πεζναιαηζηήξ ηαζ εεςνδηζηήξ ένεοκαξ δεκ έπεζ εδναζςεεί αηυιδ ιία ακαθοηζηή, ηαεμθζηή ηαζ ζοζηδιαηζηή εεςνία θυβς ηςκ πμθθαπθχκ παναιέηνςκ μζ μπμίμζ επδνεάγμοκ ηδ δζαδζηαζία ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ. Γεκζηά δ πονμζοζζςιάηςζδ απμηεθείηαζ απυ έλζ δζαθμνεηζηά αθθά υπζ απαναίηδηα δζαδμπζηά ζηάδζα: i) ανπζηή ζφκδεζδ ηςκ ζςιαηζδίςκ, ii) ακάπηολδ θαζιμφ ιεηαλφ ηςκ ηυκεςκ, iii) ζθαζνμπμίδζδ πυνςκ, iv) ηθείζζιμ ηακαθζχκ ηαζ δζαδνμιχκ ιεηαλφ ηςκ πυνςκ, v) πφηκςζδ ηαζ ζοννίηκςζδ πυνςκ, vi) αφλδζδ ιεβέεμοξ πυνςκ (pore coarsening) [35, 36]. Οζ ηφνζμζ πανάβμκηεξ πμο επδνεάγμοκ ηδ δζαδζηαζία ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ ελανηχκηαζ απυ ημ ιδπακζζιυ ιεηαθμνάξ ιάγαξ οθζημφ, ηζξ ακηζδνάζεζξ πμο θαιαάκμοκ πχνα ηαζ ηζξ ζοκεήηεξ πονμζοζζςιάηςζδξ. Οζ ιδπακζζιμί ιεηαθμνάξ ιάγαξ οθζημφ ηαηά ηδ δζάνηεζα ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ είκαζ δ ζλχδδξ νμή (ζε πενίπηςζδ φπανλδξ οβνήξ θάζδξ), δ επζθακεζαηή δζάποζδ, δ δζάποζδ υβημο, δ δζάποζδ ιεηαλφ ηςκ μνίςκ ηυηηςκ ηαζ δ ελάηιζζδ ηαζ ζοιπφηκςζδ υπςξ θαίκεηαζ ζημ ζρήκα 2.4. Ζ δζάποζδ ηαζ δ ζλχδδξ νμή απμηεθμφκ ζδιακηζημφξ ιδπακζζιμφξ επίηεολδξ ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ. Ο νοειυξ δζάποζδξ αολάκεηαζ ιε ηδ εενιμηναζία θυβς ημο ορδθμφ πμζμζημφ ηεκχκ ηαζ πυνςκ πμο πνμάβμοκ ηδ δζάποζδ ηςκ ζδιακηζηχκ ηναιαηζηχκ ζημζπείςκ. Έπεζ ακαθενεεί υηζ βζα εενιμηναζία πονμζοζζςιάηςζδξ απυ 5 έςξ 15 μ C άκς ηδξ εενιμηναζίαξ ηδξ βναιιήξ solidus ζπδιαηίγεηαζ ιζηνή πμζυηδηα οβνήξ θάζδξ, δ μπμία ζοιαάθθεζ ζηδκ αφλδζδ ημο νοειμφ δζάποζδξ. Οζ ακηζδνάζεζξ ηαηά ηδκ πονμζοζζςιάηςζδ ηαεμνίγμκηαζ απυ ημ είδμξ ηςκ ηυκεςκ ημο οθζημφ (ηυκεζξ εκυξ ιυκμο οθζημφ ή ιίβια ηυκεςκ πμθθχκ οθζηχκ) ηαεχξ ηαζ απυ ηδκ πνήζδ ή ιδ πνμζεεηζηχκ ζημζπείςκ βζα ηδκ εκίζποζδ ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ. Οζ ζοκεήηεξ πονμζοζζςιάηςζδξ ακαθένμκηαζ ζημκ νοειυ εένιακζδξ ηαζ ρφλδξ, ζηδ δζάνηεζα ηαζ εενιμηναζία ηδξ δζαδζηαζίαξ ηαεχξ επίζδξ ηαζ ηδκ αηιυζθαζνα ζηδκ μπμία 11

22 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν πναβιαημπμζείηαζ δ πονμζοζζςιάηςζδ. Ζ εενιμηναζία ηαζ μ πνυκμξ ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ απμηεθμφκ ζδιακηζηέξ πανάιεηνμζ, ιε ηδ εενιμηναζία κα ηαηέπεζ μοζζχδδ νυθμ. Σμ ιέβεεμξ ηςκ ηυκεςκ, ημ πμνχδεξ ημο ζοιπζέζιαημξ ηαζ μ ηφπμξ ηδξ ηυκεςξ (ιίβια, πνμ-ηναιαηςιέκδ ηαζ ηναιαηςιέκδ ιέζς δζάποζδξ) επδνεάγμοκ επίζδξ ηδ δζαδζηαζία ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ [35, 36] Καηηγοπίερ πςποζςζζωμάηωζηρ Γεκζηά οπάνπμοκ δφμ ηαηδβμνίεξ πονμζοζζςιάηςζδξ: δ ζηενεάξ ηαηάζηαζδξ (solid phase sintering) ηαζ δ οβνήξ ηαηάζηαζδξ (liquid phase sintering). Ζ πονμζοζζςιάηςζδ ζηενεάξ ηαηάζηαζδξ πναβιαημπμζείηαζ υηακ δ εενιμηναζία έρδζδξ είκαζ ιζηνυηενδ απυ ημ ζδιείμ ηήλδξ ηςκ ηυκεςκ ημο ζοιπζέζιαημξ εκχ δ πονμζοζζςιάηςζδ οβνήξ ηαηάζηαζδξ πναβιαημπμζείηαζ πανμοζία οβνήξ θάζδξ ζημ ζοιπίεζια. Δηηυξ απυ ημοξ αοηέξ ηζξ δφμ ηαηδβμνίεξ οπάνπμοκ ηαζ άθθμζ ηφπμζ πονμζοζζςιάηςζδξ υπςξ είκαζ δ εκενβμπμζδιέκδ πονμζοζζςιάηςζδ (activated sintering) ηαζ δ πανμδζηή πονμζοζζςιάηςζδ οβνήξ ηαηάζηαζδξ (transient liquid phase sintering) [35, 36]. ημ ζρήκα 2.5 ακαπανζζηχκηαζ μζ ηαηδβμνίεξ πονμζοζζςιάηςζδξ ζε έκα δζιενέξ δζάβναιια θάζεςκ. Ο πζμ απθυξ ηφπμξ πονμζοζζςιάηςζδξ είκαζ βζα ζοιπζέζιαηα πμο πνμένπμκηαζ απυ ηυκεζξ εκυξ ηαεανμφ ιεηάθθμο ή ηυκεζξ μιμζμβεκμφξ ηνάιαημξ απυ ζηενευ δζάθοια (π.π. ςζηεκζηζημφ ακμλείδςημο πάθοαα). Κνάιαηα ιπμνμφκ κα δδιζμονβδεμφκ επίζδξ απυ ηδκ ιίλδ δφμ ή πενζζζυηενςκ ιεηαθθζηχκ ηυκεςκ ζε ηαηάθθδθδ ακαθμβία χζηε κα επζηεοπεεί δ επζεοιδηή ζοκμθζηή ζφζηαζδ ημο ηνάιαημξ. Άθθδ ιέεμδμξ είκαζ αοηή ηςκ πνμηναιαηςιέκςκ ηυκεςκ ζηζξ μπμίεξ ηάεε ζςιαηίδζμ ηυκεςξ έπεζ ηδκ ίδζα ζφζηαζδ ιε ημ ηεθζηυ πνμσυκ πμο πανάβεηαζ απυ ζοιπίεζδ ηαζ πονμζοζζςιάηςζδ Ππξνζπζζσκάησζε πγξήο θαηάζηαζεο Σα ζοιπζέζιαηα ιζβιάηςκ ιεηαθθζηχκ ηυκεςκ ιπμνμφκ κα πονμζοζζςιαηςεμφκ ζε εενιμηναζίεξ ζηζξ μπμίεξ ειθακίγεηαζ ζοβηεηνζιέκδ πμζυηδηα οβνήξ θάζδξ. Ζ δζαδζηαζία ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ επζηαπφκεηαζ ηαζ βζ αοηυ ημ θυβμ μ ηφπμξ αοηυξ ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ πνμηζιάηαζ απυ ηδ αζμιδπακία ηαζ εθανιυγεηαζ ηονίςξ βζα ιίβιαηα ηυκεςκ ζζδήνμο, παθημφ, αμθθναιίμο, ημθααηίμο ηαζ ηαναζδίςκ. Ζ πμζυηδηα ηδξ οβνήξ θάζδξ πνέπεζ κα είκαζ ανηεηά ιζηνή χζηε ιέζς ηςκ ηνζπμεζδχκ δοκάιεςκ κα ανίζηεηαζ ημκηά ζηδκ ζηενεή επζθάκεζα ηςκ ζςιαηζδίςκ εκχ πανάθθδθα ημ ζοιπίεζια κα δζαηδνεί ημ ανπζηυ ημο ζπήια. 12

23 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν ρήκα 2.4: Μδπακζζιμί ιεηαθμνάξ οθζημφ ηαηά ηδκ πονμζοζζςιάηςζδ [37]. Όηακ ζπδιαηίγεηαζ οβνή θάζδ ηαηά ηδκ πονμζοζζςιάηςζδ ηυηε δ ιζηνμδμιή απμηεθείηαζ απυ ζηενευ, οβνυ ηαζ αένζμ. Ζ επζηοπδιέκδ πονμζοζζςιάηςζδ οβνήξ ηαηάζηαζδξ απαζηεί ηδ ιείςζδ ηδξ επζθακεζαηήξ εκένβεζαξ ηαεχξ ημ οβνυ ελαπθχκεηαζ ζηδκ επζθάκεζα ηςκ ζηενεμφ ζςιαηζδίμο. Δπμιέκςξ δ επζθακεζαηή εκένβεζα ζηενεμφ οβνμφ πνέπεζ κα είκαζ ιζηνυηενδ απυ ηδκ επζθακεζαηή εκένβεζα ζηενεμφ-αενίμο. ε αοηήκ ηδκ πενίπηςζδ ημ οβνυ δζαανέπεζ ηδκ επζθάκεζα ηαζ πανέπεζ ζοκδεηζηή δφκαιδ ιεηαλφ ηςκ ζςιαηζδίςκ εκζζπφμκηαξ ηδκ δζαδζηαζία ηδξ πφηκςζδξ. Ζ δζαανμπή οπμαμδεάηαζ απυ ηδ δζαθοηυηδηα ημο ζηενεμφ ζε οβνή θάζδ, ημ ζπδιαηζζιυ εκδζάιεζςκ εκχζεςκ ηαζ ηδκ εκδμδζάποζδ. Οζ δζεπζθακεζαηέξ εκένβεζεξ ελανηχκηαζ άιεζα απυ ηδκ ηαεανυηδηα ηδξ επζθάκεζαξ επμιέκςξ δ ζηακυηδηα δζαανμπήξ ιπμνεί κα αθθάλεζ δναιαηζηά ιε αηαεανζίεξ ή ιε ζηάδζα ηαηενβαζίαξ ηα μπμία αθήκμοκ ηαεανή επζθάκεζα ζςιαηζδίςκ. Οζ ηαεανέξ επζθάκεζεξ είκαζ ζδζαίηενα ζδιακηζηέξ βζα ζοζηήιαηα ιεηάθθμο-ιεηάθθμο [35, 36]. Σα εκενβά ιέηαθθα, υπςξ είκαζ ημ αθμοιίκζμο, ηείκμοκ κα δζαανέπμοκ ηζξ μλεζδςιέκεξ επζθάκεζεξ ηαθφηενα απυ ηα εοβεκή ιέηαθθα θυβς ηςκ πδιζηχκ ακηζδνάζεςκ ζηδκ δζεπζθάκεζα. Οζ ιεηαθθζηέξ ηυκεζξ ειθακίγμοκ επζθακεζαηυ ζηνχια μλεζδίςκ επμιέκςξ απαζηείηαζ ιζα ακαβςβζηή αηιυζθαζνα ή ορδθυ ηεκυ βζα ηδ δζάζπαζδ ηςκ επζθακεζαηχκ μλεζδίςκ ηαζ ηδκ απυηηδζδ ηαθήξ δζαανμπήξ ιε ιζηνυ πμζμζηυ εκενβμφ νεοζημφ ιεηάθθμο. ε ζοβηεηνζιέκα ζοζηήιαηα δ δζείζδοζδ ημο οβνμφ ιεηάθθμο θυβς ηδξ ηνζπμεζδμφξ δνάζδξ είκαζ ανηεηή βζα ηδ δζάζπαζδ ημο ζηνχιαημξ μλεζδίμο [35]. 13

24 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν Ζ δζαδζηαζία ηδξ πφηκςζδξ θυβς πονμζοζζςιάηςζδξ οβνήξ ηαηάζηαζδξ ζοκήεςξ πναβιαημπμζείηαζ ζε ηνία δζαδμπζηά ζηάδζα ιεηά ηδ δδιζμονβία ηδξ οβνήξ θάζδξ: ακαδζάηαλδ, ηαηαηνήικζζδ δζαθφιαημξ (solution-reprecipitation) ηαζ ηεθζηυ ζηάδζμ πονμζοζζςιάηςζδξ. ε πμθθά ζοζηήιαηα δ ζοκεζζθμνά ηδξ δζάποζδξ ζηενεάξ ηαηάζηαζδξ (solid state diffusion) είκαζ ζδιακηζηή ζηδκ ζοκμθζηή πφηκςζδ. Παναηάης αημθμοεεί ζφκημιδ πενζβναθή ηςκ ζηαδίςκ [35]: Ππξνζπζζσκάησζε ζηεξεήο θαηάζηαζεο πξηλ ηε δεκηνπξγία πγξήο θάζεο: Σα ίδζα ηνζηήνζα δζαθοηυηδηαξ ηαζ δζαποηζηυηδηαξ πμο είκαζ επζεοιδηά βζα πονμζοζζςιάηςζδ οβνήξ ηαηάζηαζδξ ιπμνμφκ κα εκζζπφζμοκ ηδκ πονμζοζζςιάηςζδ ζηενεήξ ηαηάζηαζδξ πνζκ ηδ δδιζμονβία οβνήξ θάζδξ. Οζ ηυκεζξ πμο πνδζζιμπμζμφκηαζ ζοκήεςξ απμηεθμφκηαζ απυ ιίβια ηυκεςκ ηέημζμ χζηε κα ιεζςεεί δ εκένβεζα εκενβμπμίδζδξ ηδξ δζάποζδξ, επμιέκςξ δ πονμζοζζςιάηςζδ ζηενεήξ ηαηάζηαζδξ ηαηά ηδ δζαδζηαζία εένιακζδξ ιπμνεί κα εκζζποεεί ζδιακηζηά επζηοβπάκμκηαξ αλζμζδιείςημ πμζμζηυ πφηκςζδξ πνζκ ηδ δδιζμονβία οβνήξ θάζδξ. Ζ ζοκεζζθμνά ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ ζηενεήξ ηαηάζηαζδξ ζηδκ ζοκμθζηή πφηκςζδ αολάκεηαζ ιε ηδκ αφλδζδ ηδξ δζαθοηυηδηαξ ηδξ αάζδξ ζημ οθζηυ πνμζεήηδξ, αφλδζδ ηδξ μιμζμβέκεζαξ ημο ζημζπείμο πνμζεήηδξ, ιείςζδ ηςκ νοειχκ εένιακζδξ ηαζ ημο ιεβέεμοξ ηςκ ζςιαηζδίςκ. Αλαδηάηαμε: Ζ οβνή θάζδ πμο δδιζμονβείηαζ ηαηεοεφκεηαζ ζημ θαζιυ ηςκ ζςιαηζδίςκ ηαζ ζημοξ πυνμοξ θυβς ηςκ ηνζπμεζδχκ δοκάιεςκ. Αοηέξ μζ δοκάιεζξ αζημφκ επίζδξ εθηηζηά θμνηία ιεηαλφ ηςκ ζςιαηζδίςκ μδδβχκηαξ ζε βνήβμνδ ζοννίηκςζδ (ανπζηή ακαδζάηαλδ). Ζ οβνή θάζδ μδδβεί ζε ηαηαηενιαηζζιυ ηςκ κδζίδςκ ζςιαηζδίςκ (δεοηενμβεκήξ ακαδζάηαλδ) ηαζ ακαηαηακμιή ηςκ ιζηνχκ ζςιαηζδίςκ πμο ανίζημκηαζ ιεηαλφ ηςκ ιεβαθφηενςκ (ηνζημβεκήξ ακαδζάηαλδ). ε αοηυ ημ ζηάδζμ εθαηηχκμκηαζ ηαζ μζ πυνμζ θυβς ηδξ νμήξ διίννεοζηδξ θάζδξ. Καηαθξήκληζε ζε δηάιπκα θαη αιιαγή ζρήκαηνο θόθθσλ: ηα πενζζζυηενα ζοζηήιαηα πονμζοζζςιάηςζδξ οβνήξ ηαηάζηαζδξ παναηδνείηαζ ακεπανηήξ πμζυηδηα οβνήξ θάζδξ χζηε κα ηαθοθεμφκ υθμζ μζ πυνμζ ιεηά ημ ζηάδζμ ηδξ ακαδζάηαλδξ. Ζ πφηκςζδ πναβιαημπμζείηαζ επζπνμζεέηςξ ηαζ απυ ιδπακζζιμφξ ιεηαθμνάξ ιάγαξ ή ιε ηαηαηνήικζζδ ζε δζάθοια ζηδκ μπμία μζ ηυηημζ αθθάγμοκ ζπήια ηαζ ιέβεεμξ μδδβχκηαξ ζε ιείςζδ ημο πμνχδμοξ. ε αοηήκ ηδκ πενίπηςζδ ηα άημια πμο ανίζημκηαζ ζηα ζδιεία επαθήξ ιεηαλφ ηςκ ζςιαηζδίςκ ηαζ ζε ηονηέξ επζθάκεζεξ ειθακίγμοκ ιεβαθφηενδ δζαθοηυηδηα ζηδκ οβνή θάζδ απυ αοηά πμο ανίζημκηαζ ζε ημίθεξ επζθάκεζεξ ιε απμηέθεζια κα δζαπέμκηαζ ιέζς ηδξ οβνήξ θάζδξ ζε βεζημκζηέξ ημίθεξ επζθάκεζεξ υπμο ηαζ ηαηαηνδικίγμκηαζ. Σμ ζπήια ηςκ ηυηηςκ αθθάγεζ εκχ δ πφηκςζδ επζηοβπάκεηαζ ηαεχξ μζ ηυηημζ ιεβαθχκμοκ (μζ ιζηνμί ηυηημζ δζαθφμκηαζ ηαζ ηαηαηνδικίγμκηαζ ζημοξ ιεβαθφηενμοξ) ηαζ μζ πυνμζ πθδνχκμκηαζ ιε ηδκ οβνή θάζδ. Ζ ζοννίηκςζδ ζε αοηυ ημ ζηάδζμ είκαζ ιζηνυηενδ. Γεκζηά δ δδιζμονβία πμκδνυημηημο πνμσυκημξ δεκ είκαζ επζεοιδηή ηαεχξ ιεζχκμκηαζ μζ ιδπακζηέξ ζδζυηδηεξ ημο. 14

25 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν ρήκα 2.5: πδιαηζηή απεζηυκζζδ ηαηδβμνζχκ πονμζοζζςιάηςζδξ ζε δζιενέξ δζάβναιια θάζεςκ [35]. Τειηθό ζηάδην ππξνζπζζσκάησζεο: Καηά ημ ηεθζηυ ζηάδζμ ηδξ πονμζοζζςιάηςζδ οβνήξ ηαηάζηαζδξ δ ιζηνμδμιή ιεηαηνέπεηαζ ζε πμκδνυημηηδ εκχ μζ εκαπμιέκμκηεξ πυνμζ ιεβαθχκμοκ ζε πενίπηςζδ πμο πενζέπμοκ εβηθςαζζιέκμ αένζμ. Ακ ημ παβζδεοιέκμ αένζμ είκαζ αδζάθοημ ζημ οθζηυ, δ πίεζδ ημο αενίμο ιέζα ζημοξ πυνμοξ πενζμνίγεζ ηδκ πφηκςζδ. Ακ ημ παβζδεοιέκμ αένζμ ειθακίγεζ ιζηνή δζαθοηυηδηα ζηδκ ιήηνα, ηυηε μζ ιεβάθμζ πυνμζ ιεβαθχκμοκ εζξ αάνμοξ ηςκ ιζηνχκ. Σμ θαζκυιεκμ αοηυ ιπμνεί κα μδδβήζεζ ελμβηχιαηα ζημ ηεθζηυ πνμσυκ πμο βίκεηαζ πζμ έηδδθμ υηακ ημ πμζμζηυ ηδξ οβνήξ θάζδξ είκαζ ιεβάθμ. Ακ δ δζαθοηυηδηα ημο αενίμο είκαζ ιεβάθδ ηυηε δεκ παναηδνείηαζ ιεβέεοκζδ πυνςκ. Ζ ιεβέεοκζδ πυνςκ ιπμνεί κα απμθεοπεεί ιε πονμζοζζςιάηςζδ οπυ ηεκυ Δλεξγνπνηεκέλε ππξνζπζζσκάησζε (Activated Sintering) Ζ εκενβμπμζδιέκδ πονμζοζζςιάηςζδ ακαθένεηαζ ζηζξ ηεπκζηέξ πμο πνδζζιμπμζμφκηαζ βζα ηδ ιείςζδ ηδξ εκένβεζαξ εκενβμπμίδζδξ ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ. φκδεεξ βζα ηδκ εκίζποζδ ημο νοειμφ πονμζοζζςιάηςζδξ είκαζ δ πνμζεήηδ ζε ιίβια ηυκεςκ εκυξ εκενβμπμζδηή, ιεηάθθμο παιδθυηενμο ζδιείμο ηήλδξ. Ζ πονμζοζζςιάηςζδ πναβιαημπμζείηαζ ζε εενιμηναζίεξ ιζηνυηενεξ απυ ημ ζδιείμ ηήλδξ ηαζ ηςκ δφμ ιεηάθθςκ πςνίξ ηδκ πανμοζία οβνήξ θάζδξ. Σμ οθζηυ πμο πνμζηίεεηαζ πνέπεζ κα ζπδιαηίγεζ θάζδ ιε ιζηνυηενδ εενιμηναζία ηήλδξ απυ ημ ααζζηυ ιέηαθθμ πμο πονμζοζζςιαηχκεηαζ. Δπζπθέμκ μ εκενβμπμζδηήξ πνέπεζ κα έπεζ ορδθή δζαθοηυηδηα ζημ ααζζηυ ιέηαθθμ, εκχ ημ ιέηαθθμ αάζδξ ακηίεεηα κα έπεζ παιδθή δζαθοηυηδηα ζημκ εκενβμπμζδηή. Οοζζαζηζηά δ θεζημονβία ημο εκενβμπμζδηή είκαζ κα παναιέκεζ ζοζζςνεοιέκμ ζηζξ δζεπζθάκεζεξ ηςκ ζςιαηζδίςκ ηςκ 15

26 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν ηυκεςκ πανέπμκηαξ ορδθή δζαποηυηδηα. Ζ ηζκδηζηή ηδξ εκενβμπμζδιέκδξ πονμζοζζςιάηςζδξ ελανηάηαζ απυ ημκ νοειυ δζάποζδξ ημο ααζζημφ ιεηάθθμο δζα ιέζμο ημο θεπημφ ζηνχιαημξ ημο εκενβμπμζδηή. Ζ εκενβμπμζδιέκδ πονμζοζζςιάηςζδ ακαθένεηαζ επίζδξ ζηδκ πενίπηςζδ πμο δ εκενβμπμίδζδ ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ βίκεηαζ ιέζς ημο εθέβπμο ηδξ αηιυζθαζναξ πονμζοζζςιάηςζδξ. Γζα πανάδεζβια δ πνμζεήηδ αθμβμκζδίςκ ζημ πενζαάθθμκ ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ αμδεάεζ ζηδ ιεηαθμνά ιάγαξ ηαηά ηδκ πονμζοζζςιάηςζδ ιε ηδκ δδιζμονβία ιμνίςκ ορδθήξ πίεζδξ αηιμφ. Καηά ζοκέπεζα ιεβάθεξ αθθαβέξ ζημ ζπήια ηςκ πυνςκ είκαζ δοκαηέξ [35, 36] Παξνδηθή ππξνζπζζσκάησζε πγξήο θαηάζηαζεο (transient liquid-phase sintering) Ζ πανμδζηή πονμζοζζςιάηςζδ οβνήξ ηαηάζηαζδξ ειθακίγεηαζ ζε ιίβια ηυκεςκ υηακ δ οβνή θάζδ έπεζ ορδθή δζαθοηυηδηα ζημ οθζηυ αάζδξ ηαζ ηαηά ζοκέπεζα ημ οθζηυ παιδθμφ ζδιείμο ηήλδξ ακηζηαείζηαηαζ απυ ηεκυ ιεηά ηδκ μιμβεκμπμίδζδ ηδξ οβνήξ θάζδξ. Ζ ιζηνή δζάνηεζα φπανλδξ ηδξ οβνήξ θάζδξ πενζμνίγεζ ηδκ αφλδζδ ηςκ ηυηηςκ ηαζ μδδβεί ζε μιμζυιμνθεξ βεςιεηνζηέξ αθθαβέξ δζαζηάζεςκ. Παναδείβιαηα ηναιάηςκ ζηα μπμία ιπμνεί κα εθανιμζηεί δ ηεπκζηή αοηή είκαζ Cu-Sn, Cu-Al, Ni-Cu, Fe-Mo-C, Fe-P, ηαζ ηνάιαηα Fe-Ti [35]. 2.4 Θιηπηηθέο ηδηόηεηεο κεηαιιηθώλ αθξώλ Παπάγονηερ πος επιδπούν ζηιρ μησανικέρ ιδιόηηηερ ηων μεηαλλικών αθπών Ζ ιδπακζηή ακημπή ηςκ αθνχκ είκαζ ζδιακηζηήξ αανφηδηαξ ακαθμνζηά ιε ηδκ πνήζδ ημοξ ζε εθανιμβέξ. Οζ ζδιακηζηυηενεξ ιδπακζηέξ ζδζυηδηεξ είκαζ ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ (Young s modulus), δ παναιυνθςζδ πμο ακηζζημζπεί ζηδκ ανπή ηδξ πφηκςζδξ (μnset strain of densification) ηαζ δ ηάζδ ζηαεενμπμίδζδξ ή ηάζδ πθαηχ (plateau stress) ζηδκ μπμία ημ οθζηυ παναιμνθχκεηαζ πθαζηζηά. Οζ ζδζυηδηεξ αοηέξ πνδζζιμπμζμφκηαζ επίζδξ βζα ηδκ εέζπζζδ ηαηαζηαηζηχκ ελεηάζεςκ βζα ηδκ ζοιπενζθμνά ηδξ ιαηνμδμιήξ ηςκ αθνχκ. διακηζηυξ ανζειυξ ενβαζζχκ έπμοκ δδιμζζεοηεί ζε αοηυ ημ εέια ζημ πνυζθαημ πανεθευκ [17, 18, 20, 21, 38]. Οζ ιδπακζηέξ ζδζυηδηεξ ηςκ ιεηαθθζηχκ αθνχκ επδνεάγμκηαζ άιεζα απυ πμθθέξ ηαζ δζάθμνεξ παναιέηνμοξ πμο παναηηδνίγμοκ ηδ δμιή ηςκ αθνχκ, μζ ηονζυηενεξ εη ηςκ μπμίςκ (ιε ζεζνά ζδιακηζηυηδηαξ) είκαζ [1]: 1. μζ ζδζυηδηεξ ημο ιδηνζημφ οθζημφ 2. δ ζπεηζηή ποηκυηδηα 3. μ ηφπμξ ηδξ πμνχδδξ δμιήξ (ακμζηημφ ή ηθεζζημφ ηεθζμφ) 16

27 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν 4. δ δζααάειζζδ ημο πμζμζημφ ηδξ ιάγαξ ηαζ μζ ακμιμζμιμνθίεξ ζηδκ ηαηακμιή ηδξ ιάγαξ 5. ημ ιέβεεμξ ηαζ δ ηαηακμιή ηςκ πυνςκ 6. ημ ζπήια πυνςκ ηαζ δ ακζζμηνμπία ζπήιαημξ 7. δ ζοκδεζζιυηδηα ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ πυνςκ 8. μζ αηέθεζεξ υπςξ είκαζ μζ παναιμνθςιέκμζ ή νδβιαηςιέκμζ πυνμζ Γζα ηδκ εφνεζδ ηαηαζηαηζηχκ ελζζχζεςκ ιεηαλφ ιδπακζηχκ ζδζμηήηςκ ηαζ δμιήξ αθνχκ ακαπηφπεδηε πθδεχνα ανζειδηζηχκ ιμκηέθςκ πνδζζιμπμζχκηαξ πάκηα ζδεαηέξ δμιέξ, ιε ημ πζμ βκςζηυ ηαζ εονέςξ πνδζζιμπμζμφιεκμ πνυηοπμ αοηυ ημο Gidson ηαζ Ashby [2, 3]. Οζ πανάιεηνμζ πμο πνδζζιμπμζήεδηακ ζε αοηά ηα ιμκηέθα ήηακ μζ ζδζυηδηεξ ημο ιδηνζημφ οθζημφ, μ ηφπμξ ηδξ πμνχδμοξ δμιήξ ηαζ δ ζπεηζηή ποηκυηδηα ηαηαδεζηκφμκηαξ ηδκ ζδιακηζηή επίδναζή ημοξ βζα ημκ ηαεμνζζιυ ηςκ ιδπακζηχκ ζδζμηήηςκ Θεωπηηικό μονηέλο Gibson Ashby ημ ιμκηέθμ Gibson Ashby, δ δμιή ημο πμνχδμοξ οθζημφ απθμπμζήεδηε ηαζ εεςνήεδηε υηζ μ αθνυξ απμηεθείηαζ απυ πενζμδζηά ηαηακειδιέκεξ ηοαζηέξ ιμκαδζαίεξ ηορεθίδεξ ηάεε ιία εη ηςκ μπμίςκ απμηεθείηαζ απυ ηεηναβςκζηέξ ζζμπαπείξ δμηίδεξ. Ο ηονίανπμξ ιδπακζζιυξ παναιυνθςζδξ είκαζ ιέζς ηάιρδξ ηςκ δμηχκ βζα αθνμφξ ακμζηημφ ηεθζμφ εκχ βζα αθνμφξ ηθεζζημφ ηεθζμφ θαιαάκεηαζ οπυρδ ηαζ δ ηάκοζδ ηδξ επίπεδδξ επζθάκεζαξ ηεθζμφ (ζρήκα 2.6). Ζ ζφκδεζδ ιεηαλφ ηςκ ιδπακζηχκ ζδζμηήηςκ ημο αθνμφ, ηςκ ζδζμηήηςκ ημο ιδηνζημφ οθζημφ ηαζ ηδξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ ημο αθνμφ δίκμκηαζ απυ ηζξ ζπέζεζξ (2.1) ηαζ (2.2): n 1 2 '' 1 1 s s s E C C (1 ) E (2.1) n 2 y '' 2 2 ys s s C C (1 ) (2.2) υπμο E είκαζ ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ (Young s modulus) ημο αθνμφ, E s είκαζ ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ ημο ζοιπαβμφξ οθζημφ ημο ημζπχιαημξ ηςκ ηεθίςκ, ζ y είκαζ δ ηάζδ δζαννμήξ ημο αθνμφ, δ μπμία ζοπκά ακηζηαείζηαηαζ απυ ηδκ ηάζδ πθαηχ ημο αθνμφ, ζ s είκαζ δ ηάζδ δζαννμήξ ημο ιδηνζημφ οθζημφ ημο ημζπχιαημξ ηςκ ηεθίςκ ηαζ C 1, C 2, n 1 ηαζ n 2 είκαζ ζηαεενέξ ηαζ ελανηχκηαζ απυ ηδ δμιή/ιμνθμθμβία ημο ηεθζμφ. Ζ ηζιή ημο θ ηοιαίκεηαζ απυ 0 έςξ 1 ηαζ ζοιαμθίγεζ ημ πμζμζηυ ημο ιδηνζημφ οθζημφ πμο ανίζηεηαζ ζηζξ δμηίδεξ ημο ηεθζμφ (βζα θ=1 έπμοιε αθνυ ακμζηημφ ηεθζμφ). Μέπνζ ζήιενα δ ζφκεεηδ ελάνηδζδ ηςκ C 1, C 2, n 1 ηαζ n 2 απυ ηδκ δμιή ημο οθζημφ δεκ έπεζ πθήνςξ ενεοκδεεί ηαζ ηαηακμδεεί. Γεκζηά είκαζ εονέςξ απμδεηηυ υηζ δ ζηαεενά C ακηζπνμζςπεφεζ ηζξ βεςιεηνζηέξ επζδνάζεζξ υπςξ είκαζ δ ιμνθμθμβία ηςκ ηεθζχκ, ημ ζπήια 17

28 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν ρήκα 2.6: Μμκαδζαίεξ ηοαζηέξ ηορεθίδεξ ημο ιμκηέθμο Gibson Ashby [3]. ηαζ δ ηαηακμιή ηςκ ηεθζχκ ηαζ ηςκ ημζπςιάηςκ, εκχ δ ζηαεενά n απμηεθεί ημκ εηεέηδ ηδξ ποηκυηδηαξ. ημοξ ιεηαθθζημφξ αθνμφξ μζ αηέθεζεξ, υπςξ είκαζ δ ηαιποθυηδηα/ηονηυηδηα ηςκ δμηίδςκ, δ ζοζζχνεοζδ οθζημφ ζημοξ ηυιαμοξ ηςκ ηεθζχκ πανά ζηζξ δμηίδεξ, πηοπχζεζξ ηαζ ηονηυηδηα ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθζχκ ηαεχξ επίζδξ ηαζ ακμιμζυιμνθδ ηαηακμιή ποηκυηδηαξ ηαζ ζοβπχκεοζδ ηεθζχκ ιεζχκμοκ ηδ ζηζαανυηδηα ηαζ ηδκ ακημπή ημοξ. Πεζναιαηζηά δεδμιέκα αθθά ηαζ ιμκηεθμπμζήζεζξ ιε πεπεναζιέκα ζημζπεία πνμηείκμοκ ηζξ ηζιέξ n 1 = 2, n 2 =1.5 βζα αθνμφξ ακμζηημφ ηεθζμφ, δ ζηαεενά C 1 κα ηοιαίκεηαζ απυ εκχ δ ζηαεενά C 2 απυ βζα ιεηαθθζημφξ αθνμφξ [1-3] Μονοαξονική θλιπηική παπαμόπθωζη ηων μεηαλλικών αθπών Με αάζδ ηδ ζοιπενζθμνά ηςκ ιεηαθθζηχκ αθνχκ ζε ιμκμαλμκζηή δμηζιή εθίρδξ δζαηνίκμκηαζ ηνεζξ δζαθμνεηζηέξ ηαηδβμνίεξ απυηνζζδξ ημο αθνμφ (ζρήκα 2.7α, β ηαζ γ): εθαζηζηή-πθαζηζηή απυηνζζδ, απυηνζζδ ιε παναηηδνζζηζηά εκδμηνάποκζδξ (strain hardening) ηα παναηηδνζζηζηά παθάνςζδξ παναιυνθςζδξ (strain softening). Καζ ζηζξ ηνεζξ πενζπηχζεζξ μζ ηαιπφθεξ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ ιπμνμφκ κα απθμπμζδεμφκ ζε ηνείξ δζαηνζηέξ πενζμπέξ: ζηδκ εθαζηζηή-βναιιζηή πενζμπή, ηδκ πενζμπή ζηαεενμπμίδζδξ (πθαηχ) ηαζ ηδκ πενζμπή πφηκςζδξ. Ζ πενζμπή πθαηχ λεηζκάεζ υηακ δ ηάζδ θηάζεζ ηδκ ηζιή ηάζδξ βζα ακημπήξ ζε εθίρδ ζ c οπμδδθχκμκηαξ ηδκ ανπή εκυξ κέμο ιδπακζζιμφ παναιυνθςζδξ ηςκ ηεθζχκ μ μπμίμξ ηεθεζχκεζ ζηδκ παναιυνθςζδ e d ιε ηδκ έκανλδ ηδξ πφηκςζδξ. Με πεναζηένς εθίρδ πενζζζυηενα ηεθζά/πυνμζ ένπμκηαζ ζε άιεζδ επαθή ( ηθείκμοκ ) πνμηαθχκηαξ απυημιδ αφλδζδ ηάζδξ. Σμ ιήημξ πμο εηηείκεηαζ δ ηάζδ πθαηχ ζημ δζάβναιια ελανηάηαζ ηονίςξ απυ ηδ ζπεηζηή ποηκυηδηα ηαζ ηδ δζαηφιακζδ ηδξ ζηδ δμιή, ηδ ιμνθμθμβία ηςκ ηεθζχκ ηαζ ηδκ μιμζμβέκεζα ηδξ δμιήξ. 18

29 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν ρήκα 2.7: Καιπφθεξ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ βζα ιμκμαλμκζηή εθίρδ ιεηαθθζηχκ αθνχκ (α) ιε εθαζημπθαζηζηή απυηνζζδ, (α) απυηνζζδ ιε παναηηδνζζηζηά εκδμηνάποκζδξ, (β) απυηνζζδ ιε παναηηδνζζηζηά παθάνςζδξ παναιυνθςζδξ ηαζ (δ) ζδεαημί ηφπμζ ηεθζχκ πμο δίκμοκ παναηηδνζζηζηά εκδμηνάποκζδξ (Σφπμξ Η) ηαζ παθάνςζδξ παναιυνθςζδξ (Σφπμξ ΗΗ) [39]. Καηά ηδκ εθαζηζηή-πθαζηζηή απυηνζζδ δ ηάζδ παναιέκεζ ζηαεενή βζα ιεβάθμ εφνμξ παναιμνθχζεςκ (πενζμπή ζηαεενμπμίδζδξ ή πθαηχ). ε πενίπηςζδ απυηνζζδξ ιε παναηηδνζζηζηά εκδμηνάποκζδξ δ ηαιπφθδ ηάζδξ παναιυνθςζδξ ειθακίγεζ ιζηνή ηθίζδ ζηδκ πενζμπή πθαηχ. Να ζδιεζςεεί υηζ δ εκδμηνάποκζδ δεκ ακαθένεηαζ ιυκμ ζημ ιδηνζηυ οθζηυ αθθά πνμηαθείηαζ επζπνμζεέηςξ απυ ηδκ ακαηαηακμιή ηςκ πενζμπχκ/γςκχκ παναιυνθςζδξ. Γεκζηά δε δζαηνίκμοιε δφμ ηαηδβμνίεξ ζοιπενζθμνάξ ηςκ αθνχκ: ηδκ υθηζιδ-πθαζηζηή ζοιπενζθμνά ζηδκ μπμία δ ηαιπφθδ είκαζ μιαθή ηαζ ηδ ραεονή ζοιπενζθμνά ζηδκ μπμία ειθακίγμκηαζ έκημκεξ δζαηοιάκζεζξ ζηδκ ηαιπφθδ ηάζδξπαναιυνθςζδξ. ε πενίπηςζδ απυηνζζδξ ιε παναηηδνζζηζηά παθάνςζδξ παναιυνθςζδξ έπμοιε ιείςζδ ηδξ ηάζδξ ιεηά ηδκ εθαζηζηή πενζμπή. Καζ εδχ δζαηνίκμκηαζ δφμ ηαηδβμνίεξ ζοιπενζθμνάξ ηςκ αθνχκ: δ υθηζιδ ηαζ δ ραεονή. ε πενίπηςζδ ραεονήξ ζοιπενζθμνάξ ημο αθνμφ ηυηε δ ιείςζδ ηδξ ηάζδξ είκαζ πζμ απυημιδ. Πνέπεζ κα ημκζζηεί υηζ ιε ημκ υνμ ραεονή ζοιπενζθμνά δεκ παναηηδνίγεηαζ ημ ιδηνζηυ οθζηυ αθθά πενζβνάθεηαζ δ ζοκμθζηή απυηνζζδ ηδξ πμνχδμοξ δμιήξ. ημ ζρήκα 2.7γ ακαπανζζηχκηαζ επίζδξ ηαζ μζ ζδεαημί ηφπμζ 19

30 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν ηεθζχκ πμο επζθένμοκ παναηηδνζζηζηά εκδμηνάποκζδξ ηαζ παθάνςζδξ παναιυνθςζδξ οπυ εθζπηζηά θμνηία. Ζ υθηζιδ-πθαζηζηή ηαζ δ εθαζηζηή-πθαζηζηή ζοιπενζθμνά ιεηαθθζηχκ αθνμφ ιε ορδθυ πμνχδεξ (ιεβαθφηενμ ημο 70%) έπεζ ιεθεηδεεί απυ πμθθμφξ ενεοκδηέξ επμιέκςξ μζ ααζζημί ιδπακζζιμί παναιυνθςζδξ ζε αοηέξ ηζξ πενζπηχζεζξ είκαζ βκςζημί [14, 16, 18, 29, 39-54]. οβηεηνζιέκα ζηδκ εθαζηζηή πενζμπή μζ δμηίδεξ/ημζπχιαηα ημο αθνμφ παναιμνθχκμκηαζ εθαζηζηά ζε ηάιρδ, ηαζ δ εκηαηζηή ηαηάζηαζδ είκαζ ακαζηνέρζιδ. ηζξ πενζζζυηενεξ πενζπηχζεζξ θυβς ηδξ ακμιμζμβέκεζαξ ηαζ ηδξ πμθοπθμηυηδηαξ ηδξ δμιήξ ημο αθνμφ, ημπζηά μζ ηάζεζξ ιπμνμφκ κα λεπενάζμοκ ημ υνζμ δζαννμήξ ημο ιδηνζημφ οθζημφ ιε απμηέθεζια κα επέθεεζ ημπζηή πθαζηζηή παναιυνθςζδ, ηαηάζηαζδ ιδ ακαζηνέρζιδ. Ζ πνυςνδ πθαζηζηυηδηα ημο αθνμφ ζηδκ εθαζηζηή πενζμπή μδδβεί ζε ιδ βναιιζηυηδηα ηαζ παιδθυηενδ ηθίζδ ηδξ ηαιπφθδξ ηδξ εθαζηζηήξ πενζμπήξ ζε πμθφ ιζηνέξ παναιμνθχζεζξ, επζθένμκηαξ δναζηζηή εθάηηςζδ ημο ιέηνμο εθαζηζηυηδηαξ ημο αθνμφ. Γζ αοηυ ημ θυβμ ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ οπμθμβίγεηαζ είηε ςξ δ ηθίζδ ημο βναιιζημφ ηιήιαημξ ηδξ ηαιπφθδξ ζηδκ εθαζηζηή πενζμπή είηε ςξ δ ηθίζδ ηδξ ηαιπφθδ απμθυνηζζδξ αθμφ ημ δμηίιζμ θμνηζζηεί ιέπνζ ηδκ πθαζηζηή πενζμπή. ηδκ πενζμπή πθαηχ ανπίγεζ δ πθαζηζηή παναιυνθςζδ ηςκ ηεθζχκ δ μπμία εηδδθχκεηαζ ςξ θοβζζιυξ ηαζ πθαζηζηή ηάιρδ ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθζχκ, εκχ πμθθέξ θμνέξ αοηυξ μ ιδπακζζιυξ παναιυνθςζδξ ζοκμδεφεηαζ απυ ηδ δδιζμονβία ιαηνμζημπζηχκ γςκχκ παναιυνθςζδξ Ικανόηηηα και απόδοζη αποππόθηζηρ ενέπγειαρ Ζ απυδμζδ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ μνίγεηαζ ςξ μ θυβμξ ηδξ εκένβεζαξ πμο απμννμθήεδηε απυ ημ οθζηυ ςξ πνμξ ηδκ εκένβεζα πμο απμννμθάηαζ απυ έκα ζδακζηυ ζημζπείμ/οθζηυ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ [2, 3]. Ζ ηαιπφθδ ηάζδξ- παναιυνθςζδξ εκυξ ζδακζημφ οθζημφ απμννυθδζδξ έπεζ μνεμβχκζμ ζπήια ημο μπμίμο δ πενζμπή ηαεμνίγεηαζ απυ ηδ ιέβζζηδ ηζιή ηάζδξ (ζ d = ζ c ), ηαζ παναιυνθςζδξ (e d ), υπςξ ζηδκ πενίπηςζδ ζδακζηήξ εθαζημπθαζηζηή ζοιπενζθμνάξ ζημ ζρήκα 2.7α. Ζ απυδμζδ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ (δ) οπμθμβίγεηαζ απυ ηδκ μθμηθήνςζδ ηδξ πενζμπήξ (A real ) ηδξ ηαιπφθδξ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ ημο οθζημφ ιέπνζ ιζα εθζπηζηή παναιυνθςζδ e δζαζνειέκδ ιε ηδκ εκένβεζα πμο απμννμθήεδηε απυ ημκ ζδακζηυ οθζηυ απμννυθδζδξ (A real ) [2, 3] δδθαδή, A e d real 0 (e)de e ideal d d (2.3) Ζ ζηακυηδηα απμννυθδζδξ εκένβεζαξ μνίγεηαζ ςξ δ εκένβεζα ακά ιμκάδα υβημο πμο πνεζάγεηαζ βζα κα παναιμνθχζεζ δεδμιέκμ δείβια αθνμφ ιέπνζ ιζα ζοβηεηνζιέκδ ηζιή παναιυνθςζδξ ηαζ πνδζζιμπμζείηαζ ηονίςξ βζα ηδ ζφβηνζζδ αθνχκ ιε δζαθμνεηζηή 20

31 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν ποηκυηδηα. Δπμιέκςξ δ εκένβεζα πμο απμννμθάηαζ ακά ιμκάδα υβημο βζα έκα δείβια αθνμφ, ιέπνζ ηδκ παναιυνθςζδ e o, ιπμνεί κα οπμθμβζζηεί ιε ηδκ μθμηθήνςζδ ηδξ πενζμπήξ ηάης απυ ηδκ ηαιπφθδ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ, δδθαδή: e o W (e)de (2.4) Μνληεινπνίεζε Καηά ηδκ ηεθεοηαία δεηαεηία δ ιμκηεθμπμίδζδ ηαζ μζ ιέεμδμζ πνμζμιμίςζδξ ζοκέααθακ ζδιακηζηά ζηδκ ηαηακυδζδ ηδξ ιδπακζηήξ ζοιπενζθμνάξ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ ηαζ δμιχκ. Ζ ζοζπέηζζδ ιεηαλφ ηδξ δμιήξ ηαζ ηςκ ζδζμηήηςκ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ είκαζ δφζημθμ κα εεζπζζηεί θυβς ηδξ ζφκεεηδξ ηνζζδζάζηαηδξ (3Γ) δμιήξ αοηχκ ηςκ οθζηχκ. Πθήεμξ ενβαζζχκ, ακαθοηζηχκ ηαζ ανζειδηζηχκ, έπμοκ ακαθενεεί ζηδκ αζαθζμβναθία βζα ηδκ εηηίιδζδ ηςκ θεζημονβζηχκ ζδζμηήηςκ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ ζε ζπέζδ ιε ηδκ ποηκυηδηα, ηδκ ηαηακμιή ιεβέεμοξ πυνςκ ηαζ ημκ πνμζακαημθζζιυ ημοξ [6, 38, 51, 55-65]. Σα ακαθοηζηά ιμκηέθα είκαζ ζηακά κα πνμαθέρμοκ ηδκ απυηνζζδ ηςκ οθζηχκ ηάης απυ ελζδακζηεοιέκεξ ζοκεήηεξ ή ααζίγμκηαζ ζε απθμπμζδιέκεξ οπμεέζεζξ, υιςξ ηάεε πνμζπάεεζα βζα επέηηαζδ ημοξ ζε ζφκεεηεξ βεςιεηνίεξ είκαζ ιαεδιαηζηά ακέθζηηδ. Καηά ζοκέπεζα ανζειδηζηά ιμκηέθα πνεζάγμκηαζ βζα ηδ νεαθζζηζηή απεζηυκζζδ ηςκ πμνςδχκ δμιχκ μζ μπμίεξ είκαζ ηοπζηά εηενμβεκείξ. Λυβς ηδξ πμθοπθμηυηδηαξ ηδξ βεςιεηνίαξ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ, μζ ακαθφζεζξ, ακ ηαζ ααζίγμκηαζ ζε ιεευδμοξ πεπεναζιέκςκ ζημζπείςκ (FEM), πενζμνίγμκηαζ ηονίςξ ζε επακαθαιαακυιεκα ιμκαδζαία ηεθζά. ηζξ ακαθφζεζξ αοηέξ πνδζζιμπμζμφκηαζ αλζζοιιεηνζηά δζζδζάζηαηα ιμκηέθα επίπεδδξ παναιυνθςζδξ (plane strain) ηαζ επίπεδδξ ηάζδξ (plane stress) [55, 56, 58]. Πανυθμ πμο ηα ιμκηέθα ιμκαδζαίςκ ηεθζχκ έπμοκ πνδζζιμπμζδεεί εηηεηαιέκα βζα ηδ ιεθέηδ ηδξ απυηνζζδξ ηςκ ιεηαθθζηχκ αθνχκ, δ πναβιαηζηή ιζηνμδμιή δεκ είκαζ πενζμδζηή. Ζ δζαεεζζιυηδηα ηςκ ηνζζδζάζηαηςκ δμιχκ (3Γ) ακαβκςνίγεηαζ ςξ απυθοηα ηνίζζιδ βζα ημκ παναηηδνζζιυ παναιέηνςκ ηδξ ιζηνμδμιήξ ηαζ ημο πμνχδμοξ, υπςξ είκαζ ημ ζπήια ηςκ πυνςκ, ημ εφνμξ ημο ιεβέεμοξ ηαζ δ ηαηακμιή ημοξ, μ πνμζακαημθζζιυξ ημοξ, ημ πμζμζηυ ζοκδεζζιυηδηαξ ηςκ πυνςκ [38]. Σα παναηηδνζζηζηά αοηά ημο οθζημφ ηαεμνίγμοκ ζε ιεβάθμ ααειυ ηα ημπζηά θαζκυιεκα πμο ζοιααίκμοκ ηαηά ηδκ οπμαμθή ζε θμνηίζεζξ υπςξ είκαζ ακάπηολδ γςκχκ παναιυνθςζδξ ζηζξ δμηίδεξ ηςκ ηεθζχκ θυβς ημο δζαθμνεηζημφ ζπήιαημξ, ιεβέεμοξ ηαζ ηοπαίαξ ηαηακμιήξ ηςκ πυνςκ. Πνυζθαηα δ αλμκζηή ημιμβναθία αηηίκςκ-υ έπεζ απμδεζπεεί πμθοδφκαιμ ενβαθείμ πμο επζηνέπεζ ημκ παναηηδνζζιυ ηδξ ιζηνμδμιήξ ηςκ οθζηχκ ή ηδξ ανπζηεηημκζηήξ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ ιε ιδ ηαηαζηνμθζηυ ηνυπμ [57, 66-68]. Δκχ δ μπηζηή απεζηυκζζδ αοηήξ ηδξ ηεπκμθμβίαξ είκαζ ζδιακηζηή ηαζ δ πμζμηζηή ακάθοζδ παναιέκεζ δ πζμ δδιμθζθήξ πνμζέββζζδ 21

32 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν ηςκ ημιμβναθζηχκ δεδμιέκςκ, εκδζαθένμκ εβείνεζ δ πμζμηζηή ακάθοζδ ηαζ δ πνμζμιμίςζδ ηςκ δμιχκ ηαεχξ επίζδξ ηαζ μ οπμθμβζζηζηυξ παναηηδνζζιυξ ηαζ ιεθέηδ ηςκ ζδζμηήηςκ ηςκ 3D δμιχκ Ραδιογπαθία ακηίνων X Ζ ναδζμβναθία αηηίκςκ-υ ααζίγεηαζ ζημκ κυιμ Beer-Lambert (ελίζςζδ 2.5) μ μπμίμξ βζα δεδμιέκδ δέζιδ δίκεζ ημκ ανζειυ δζενπυιεκςκ θςημκίςκ Ν 1 εκένβεζαξ Δ ζε ζπέζδ ιε ημκ ανζειυ ηςκ πνμζπζπηυκηςκ θςημκίςκ Ν 0 εκένβεζαξ Δ ηαζ ημο ακηίζημζπμο ζοκηεθεζηή απμννυθδζδξ ι ημο δείβιαημξ ηαηά ιήημξ ηδξ δέζιδξ. N N 1 0 exp S ray (s)ds (2.5) Ο ζοκηεθεζηήξ απμννυθδζδξ ι πμζηίθθεζ ηαηά ιήημξ ηδξ αηηίκαξ ηαζ ελανηάηαζ απυ ηδκ ημπζηή ζφζηαζδ ηςκ δεζβιάηςκ ηαζ ηδκ εκένβεζα ηςκ θςημκίςκ. Καηά ημ ιδπακζζιυ απμννυθδζδξ ιέζς ηδξ θςημδθεηνζηήξ επίδναζδ μ ζοκηεθεζηήξ ι ηοπζηά αημθμοεεί ημκ κυιμ: 4 Z ι(x, y,z) = Kν (2.6) 3 E υπμο Κ είκαζ ζηαεενά, ν ηαζ Ε είκαζ δ ποηκυηδηα ηαζ μ αημιζηυξ ανζειυξ ημο οπυ ιεθέηδ οθζημφ ακηίζημζπα, ηαζ Δ δ εκένβεζα ηςκ θςημκίςκ πμο πνμζπίπημοκ. Γζα πμθοπνςιαηζηή δέζιδ, μ κυιμξ Beer-Lambert (ελίζςζδ 2.5) πνέπεζ κα μθμηθδνςεεί ζε υθμ ημ θάζια [66, 69, 70]. Ο κυιμξ απμννυθδζδξ είκαζ μ ααζζηυξ ηακυκαξ βζα ηδκ ελήβδζδ ηδξ ακηίεεζδξ δ μπμία παναηδνείηαζ ζηδ ναδζμβναθία αηηίκςκ-υ ζοιπαβχκ οθζηχκ επεζδή ηάεε ζδιείμ ημο ακζπκεοηή πίζς απυ ημ δείβια ανίζηεηαζ εκχπζμκ δζαθμνεηζηήξ δζαδνμιήξ. Ακ ημ οθζηυ είκαζ εηενμβεκέξ, δ ηζιή μθμηθήνςζδξ ημο ι(x,y,z) πμζηίθθεζ επίζδξ ιε ημκ πνμζακαημθζζιυ ηδξ δέζιδξ. Τπάνπμοκ ηνεζξ ηονίανπμζ θοζζημί ιδπακζζιμί μζ μπμίμζ εοεφκμκηαζ βζα ηδκ απμννυθδζδ ηoο ζήιαημξ ηςκ αηηίκςκ-υ: δ θςημδθεηηνζηή απμννυθδζδ, δ ζηέδαζδ Compton ηαζ δ παναβςβή γεοβχκ. Ζ θςημδθεηηνζηή απμννυθδζδ ζοιααίκεζ υηακ δ μθζηή εκένβεζα ηςκ αηηίκςκ-υ ιεηαθένεηαζ ζε δθεηηνυκζμ εζςηενζηήξ ζημζαάδαξ πνμηαθχκηαξ ηδξ απμιάηνοκζή ημο απυ ημκ πονήκα. ηδκ ζηέδαζδ Compton, ηα θςηυκζα ηςκ αηηίκςκ-υ αθθδθεπζδνμφκ ιε δθεηηνυκζμ ελςηενζηήξ ζημζαάδαξ, απμιαηνφκμκηαξ ηα απυ ημκ πονήκα. Σμ θςηυκζμ πάκεζ ιυκμ ιένμξ ηδξ εκένβεζαξ ημο ηαζ εηηνέπεηαζ ζε άθθδ ηαηεφεοκζδ. ηδκ παναβςβή γεοβχκ ημ θςηυκζμ αθθδθεπζδνά ιε ημκ πονήκα ηαζ ιεηαηνέπεηαζ ζε γεφβμξ πμγζηνμκίμο-δθεηηνμκίμο, εκχ δ πενίζζεζα ηδξ εκένβεζαξ ιεηαηνέπεηαζ ζε ηζκδηζηή εκένβεζα ηςκ ζςιαηζδίςκ πμο δδιζμονβήεδηακ [69]. 22

33 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν Γεκζηά δ θςημδθεηηνζηή επίδναζδ είκαζ μ ηονίανπμξ ιδπακζζιυξ απμννυθδζδξ βζα αηηίκεξ X παιδθήξ εκένβεζαξ, βφνς ζηα kev. Ζ ζηέδαζδ Compton είκαζ μ ηονίανπμξ ιδπακζζιυξ βζα ορδθυηενεξ εκένβεζεξ ιέπνζ 5-10 MeV, εκχ βζα ιεβαθφηενεξ εκένβεζεξ ηονζανπεί δ παναβςβή γεοβχκ. Δηηυξ ηαζ ακ πνδζζιμπμζδεμφκ πδβέξ ορδθήξ εκένβεζαξ ιυκμ δ θςημδθεηηνζηή απμννυθδζδ ηαζ δ ζηέδαζδ Compton πνέπεζ κα θδθεμφκ οπυρδ. Ζ πναηηζηή ζδιαζία ηδξ δζαθμνάξ ιεηαλφ ηςκ ιδπακζζιχκ είκαζ υηζ δ θςημδθεηηνζηή απμννυθδζδ είκαζ ακάθμβδ ημο Z 4, υπμο Z μ αημιζηυξ ανζειυξ ημο οθζημφ εκχ δ ζηέδαζδ Compton είκαζ ακάθμβδ ημο Z. Χξ απμηέθεζια, μζ αηηίκεξ Υ παιδθήξ εκένβεζαξ είκαζ πζμ εοαίζεδηεξ ζε αθθαβέξ ηδξ ζφζηαζδξ απυ ηζξ αηηίκεξ Υ ορδθήξ εκένβεζαξ [69] Αξονική ηομογπαθία ακηίνων-χ (X-ray Computed Tomography) Ζ ανπή ηδξ ημιμβναθίαξ αηηίκςκ-υ ζηδνίγεηαζ ζηδ ναδζμβναθία αηηίκςκ-υ. Ζ ναδζμβναθία είκαζ δ πνμαμθή ιεβάθμο πμζμφ πθδνμθμνίαξ ζε έκα επίπεδμ ηαζ δ ηεθζηή εζηυκα ενιδκεφεηαζ δφζημθα ζδζαίηενα ακ οπάνπμοκ πμθφπθμηα παναηηδνζζηζηά ηδξ ιζηνμδμιήξ ηαηά ιήημξ ημο πάπμοξ ημο δείβιαημξ. Ζ ημιμβναθία λεπενκά αοηή ημ ιεζμκέηηδια ζοκδοάγμκηαξ πθδνμθμνίεξ απυ πμθθέξ ναδζμβναθίεξ, δ ηαεειία εη ηςκ μπμίςκ απμηηήεδηε ζε δζαθμνεηζηυ πνμζακαημθζζιυ ημο δείβιαημξ ιπνμζηά απυ ημκ ακζπκεοηή. Όηακ ημ βςκζαηυ αήια ιεηαλφ ηςκ ναδζμβναθζχκ είκαζ ιζηνυ είκαζ δοκαηυξ μ οπμθμβζζιυξ ηδξ ημπζηήξ ηζιήξ ημο ζοκηεθεζηή απμννυθδζδξ ζε ηάεε ζδιείμ ημο δείβιαημξ απυ ημ ζοκμθζηυ πθήεμξ ηςκ ναδζμβναθζχκ. Ζ ηαηαζηεοή ηδξ 3Γ βεςιεηνίαξ πναβιαημπμζείηαζ ιε πνήζδ ηαηάθθδθμο αθβυνζειμο ααζζζιέκμο ζηδ ιέεμδμ filtered back-projection [38, 66-71]. ε αοηήκ ηδ ιέεμδμ ηα δεδμιέκα πνχηα ειπθέημκηαζ ιε ιαεδιαηζηυ ηνυπμ ιεηαλφ ημοξ ιε πνήζδ μνεχκ ηαζ ακηίζηνμθςκ ιεηαζπδιαηζζιχκ Fourier ηαζ ηαηυπζκ ηάεε πνμαμθή οπενηίεεηαζ δζαδμπζηά ζε ηεηναβςκζηυ επίπεδμ ζε βςκία ακηίζημζπδ ιε ηδ βςκία απυηηδζδξ ηδξ πνμαμθήξ (ζρήκα 2.8). Ζ εζηυκα δ μπμία πανάβεηαζ απμηεθεί οπένεεζδ πθδνμθμνζχκ (πνμαμθχκ) εκυξ υβημο ζε έκα δζζδζάζηαημ επίπεδμ. ρήκα 2.8: Πνμαμθή ηςκ ζημζπείςκ υβημο (voxel) ζε έκα επίπεδμ [72]. 23

34 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν ρήκα 2.9: Λοπκία αηηίκςκ-υ ιε ιζηνμεζηίαζδ ηαζ ακζπκεοηή βεςιεηνίαξ (α) θηενςηήξ (fan beam) ηαζ (α) ηχκμο. (β) Πδβή αηηίκςκ-υ ζφβπνμηνμο πανάθθδθδξ δέζιδξ [70]. Γεκζηά οπάνπμοκ δζάθμνεξ πδβέξ βζα ηδκ εηηέθεζδ ημιμβναθίαξ αηηίκςκ-υ. Ζ πνχηδ πνδζζιμπμζεί απμηθίκμοζα δέζιδ δ μπμία πανάβεηαζ απυ θοπκία αηηίκςκ-υ ιζηνμεζηίαζδξ ηαζ δ δεφηενδ πνδζζιμπμζεί αηηζκμαμθία ζφβπνμηνμο. Γζα ηδκ απυηηδζδ ημιμβναθζχκ πνδζζιμπμζμφκηαζ ηνεζξ δζαθμνεηζημί ιέεμδμζ: δ ιέεμδμξ απμννυθδζδξ, δ ιέεμδμξ ακηίεεζδξ θάζεςκ ηαζ δ μθμημιμβναθία [70]. Μέζνδνο απνξξόθεζεο (absorption mode): Ζ ακηίεεζδ δίκεηαζ απυ ηδ δζαθμνά ηςκ βναιιζηχκ ζοκηεθεζηχκ απμννυθδζδξ ι 1 ηαζ ι 2, επμιέκςξ ηαεμνίγεηαζ ζδιακηζηά απυ ημκ αημιζηυ ανζειυ ηςκ ζημζπείςκ ηαζ ηδκ ποηκυηδηα, άνα υζμ ιεβαθφηενδ δ δζαθμνά ηυζμ ηαθφηενδ δ ακηίεεζδ ηαζ ηυζμ εοημθυηενδ δ πανεπυιεκδ ακάθοζδ. Αοηυξ είκαζ μ ζοιααηζηυξ ηνυπμξ ακηίεεζδξ. Όηακ δ δέζιδ είκαζ ιμκμπνςιαηζηή ηυηε ελαθείθμκηαζ ηα ζθάθιαηα θυβς ηδξ ζηθήνοκζδξ ηςκ αηηίκςκ-υ ηαζ είκαζ δοκαηή δ πμζμηζηή ακάθοζδ αθμφ μζ δζαααειίζεζξ ημο βηνζ ζοκδέμκηαζ άιεζα ιε ημ ζοκηεθεζηή απμννυθδζδξ, πμο ζοζπεηίγεηαζ ιε ημκ αημιζηυ ανζειυ ηαζ ηδκ ποηκυηδηα. Μέζνδνο αληίζεζεο θάζεσλ (phase contrast mode): Ζ δέζιδ είκαζ πανάθθδθδ ηαζ δ απυζηαζδ δείβιαημξ ηαζ ακζπκεοηή είκαζ ιεβάθδ ζοβηνζηζηά ιε αοηήκ ηδξ ιεευδμο απμννυθδζδξ. Ζ ακηίεεζδ πνμένπεηαζ θυβς ζοιαμθήξ ιεηά ηδ δζάδμζδ ιενχκ ημο ηφιαημξ ηα μπμία έπμοκ οπμζηεί δζαθμνεηζηή ηαεοζηένδζδ θάζδξ. Ζ ακηίεεζδ αοηή οπενηίεεηαζ ζηδκ ζοιααηζηή ακηίεεζδ απμννυθδζδξ ηαζ είκαζ απμηεθεζιαηζηή βζα ηδκ ακίπκεοζδ αηιχκ ημο δμηζιίμο ζδζαίηενα υηακ δ απμννυθδζδ μδδβεί ζε ιεζςιέκδ ακηίεεζδ. Τπάνπεζ δοκαηυηδηα ακίπκεοζδξ ζθαθιάηςκ ημο οπυ ιεθέηδ δμηζιίμο ηα μπμία είκαζ ιζηνυηενα απυ ημ ιέβεεμξ ηδξ ρδθίδαξ (pixel). Μέζνδνο νινηνκνγξαθίαο (holotomography mode): Υνδζζιμπμζεί εζηυκεξ απυ δζάθμνεξ απμζηάζεζξ ιεηαλφ ημο δείβιαημξ ηαζ ημο ακζπκεοηή. Ζ δέζιδ είκαζ πανάθθδθδ εκχ ζε αοηήκ ηδκ πενίπηςζδ απαζημφκηαζ δφμ έςξ ηέζζενζξ ζανχζεζξ μθυηθδνμο ημο δμηζιίμο ζε πμζηίθεξ απμζηάζεζξ, αθθά είκαζ πμθφ πνήζζιδ βζα ηδκ απυηηδζδ ακηίεεζδξ ζε πενζπηχζεζξ ζηζξ μπμίεξ δ ζοιααηζηή ιέεμδμξ απμννυθδζδξ απμηοβπάκεζ, π.π. υηακ μζ δζαθμνεηζηέξ θάζεζξ 24

35 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν έπμοκ πανυιμζμ ζοκηεθεζηή απμννυθδζδξ. Δκδζαθένμκ παναηηδνζζηζηυ αοηήξ ηδξ ιεευδμο είκαζ υηζ επζηνέπεζ ηδκ πμζμηζηή ηνζζδζάζηαηδ ακάθοζδ ηδξ ποηκυηδηαξ ιέζα ζημ οθζηυ Τνκνγξαθία κε ιπρλία αθηίλσλ-χ ε αοηή ηδκ πενίπηςζδ μζ αηηίκεξ Υ εηπέιπμκηαζ απυ ιεηαθθζηή ακηζηάεμδμ ιε πμθοπνςιαηζηή, απμηθίκμοζα δέζιδ οπυ ιμνθή ηςκζηήξ βςκίαξ (ζρήκα 2.9 α ηαζ β) Σμ δείβια ημπμεεηείηαζ ιεηαλφ ηδξ πδβήξ ηαζ ημο ακζπκεοηή εκχ δ απυζηαζδ (δείβιαημξ ακζπκεοηή) ηαεμνίγεζ ηδκ ακάθοζδ δ μπμία βεκζηά ηοιαίκεηαζ απυ ιm. O ακζπκεοηήξ ιπμνεί κα είκαζ ιμκμδζάζηαημξ ηαζ βναιιζηυξ (βεςιεηνία θηενςηήξ-fan beam) ή δζζδζάζηαηδ CCD (charge coupled devices) ηάιενα (βεςιεηνία ηχκμο-cone beam), δ μπμία επζηνέπεζ ιζηνυηενμοξ πνυκμοξ απυηηδζδξ ηςκ δεδμιέκςκ. Ζ CCD ηάιενα ηοπζηά έπεζ 1024 x 1024 pixels εκχ παναηδνείηαζ ιεβέεοκζδ ημο δείβιαημξ πάκς ζημκ ακζπκεοηή. Δπεζδή ημ δείβια πνέπεζ κα ανίζηεηαζ μθυηθδνμ εκηυξ ημο πεδίμο ημο ακζπκεοηή, έκαξ ζοιαζααζιυξ πνέπεζ κα βίκεζ ιεηαλφ ημο ιέβζζημο ιεβέεμοξ ημο δείβιαημξ ηαζ ηδξ δζαηνζηζηήξ ζηακυηδηαξ πχνμο (ακάθοζδ). ε ιενζηέξ πενζπηχζεζξ εθζημεζδήξ πενζζηνμθή ημο δείβιαημξ ηαηά ιήημξ ημο ηαηαηυνοθμο άλμκα επζπεζνείηαζ ζηδ δζάνηεζα ηδξ ζάνςζδξ βζα ηδκ εθάηηςζδ ηςκ ζθαθιάηςκ ηαηά ηδ δδιζμονβία ηδξ βεςιεηνίαξ ηαζ ηδκ ζάνςζδ ιεβαθφηενςκ ακηζηεζιέκςκ. Ζ δζάνηεζα ιζαξ πθήνμοξ ζάνςζδξ επδνεάγεηαζ ζδιακηζηά απυ ηδκ ακάθοζδ, ημ ιέβεεμξ ηδξ CCD ηάιεναξ ηαζ ηδκ πδβή εκχ ζοκήεςξ πνεζάγεηαζ πάκς απυ 30 θεπηά. Ζ ηφνζα πνήζδ ημοξ είκαζ ιε ηδκ ιέεμδμ απμννυθδζδξ ηαεχξ δ ιδ παναθθδθυηδηα ηδξ δέζιδξ πενζμνίγεζ ηδκ πνήζδ ηδξ ιεευδμο ακηίεεζδξ θάζεςκ. Λυβς ηδξ πνήζδξ πμθοπνςιαηζηήξ δέζιδξ, βζα ηδκ πμζμηζηή ακάθοζδ απαζηείηαζ ααειμκυιδζδ εκχ είκαζ αηνζαήξ ιυκμ ζε πενζπηχζεζξ ιμκμθαζζηχκ οθζηχκ [70] Τνκνγξαθία κε αθηηλνβνιία ζύγρξνηξνπ Οζ πδβέξ ζφβπνμηνμο εθεοεενχκμοκ ιεβάθδ νμή αηηίκςκ (ημοθάπζζημκ 1000 θμνέξ ιεβαθφηενδ απυ αοηή ηςκ αηηίκςκ-υ ηςκ ζοιααηζηχκ πδβχκ). Δπζπθέμκ υηακ δ απυζηαζδ ιεηαλφ ηδξ πδβήξ ηαζ ηδξ ημιμβναθζηήξ δζάηαλδξ είκαζ ιεβάθδ, ιπμνεί κα απμηηδεεί ιζα ιενζηχξ πανάθθδθδ δέζιδ δ μπμία είκαζ απαναίηδηδ βζα ηζξ ιεευδμοξ ακηίεεζδξ θάζεςκ ηαζ μθμημιμβναθίαξ. Ακάθμβα ιε ηδκ πεζναιαηζηή δζάηαλδ, πμθοπνςιαηζηή ή ιμκμπνςιαηζηή δέζιδ ιπμνεί κα πνδζζιμπμζδεεί. Όηακ πνδζζιμπμζείηαζ ιμκμπνςιαηζηή δέζιδ ηυηε δ δέζιδ είκαζ ζπεδυκ πανάθθδθδ ηαζ δεκ οπάνπεζ ιεβζζημπμίδζδ ημο εζδχθμο ηδξ εζηυκαξ ζημκ ακζπκεοηή (ζρήκα 2.9γ). Ζ πανάθθδθδ, ιμκμπνςιαηζηή δέζιδ πνμζθένεζ αολδιέκδ αηνίαεζα ηαηά ηδκ ηαηαζηεοή ηδξ βεςιεηνίαξ, απαθθαβιέκδ απυ πζεακά βεςιεηνζηά ζθάθιαηα ηαζ ζηθήνοκζδ αηηίκςκ-υ [66, 68-70]. 25

36 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν Σθάικαηα θαη κεξηθή επίδξαζε όγθνπ Πανυθμ πμο ημ απμηέθεζια ηδξ αλμκζηήξ ημιμβναθίαξ είκαζ μπηζηυ ζηδ θφζδ ημο μδδβχκηαξ έηζζ ζε άιεζδ ενιδκεία, δοζδζάηνζηεξ ηαζ πμθφπθμηεξ βεςιεηνίεξ ιπμνμφκ κα ηαηαζηήζμοκ ηα δεδμιέκα ημο αλμκζημφ ημιμβνάθμο πνμαθδιαηζηά βζα πμζμηζηή ακάθοζδ. Σα ζθάθιαηα ζάνςζδξ είκαζ δοκαηυ κα επζζηζάζμοκ ζδιακηζηέξ θεπημιένεζεξ ηαζ ζδιεία εκδζαθένμκημξ ή κα πνμηαθέζμοκ αθθαβή ηςκ CT ηζιχκ (ηζιχκ ζήιαημξ ακζπκεοηή) εκυξ οθζημφ ζε δζαθμνεηζηά ιένδ ηδξ εζηυκαξ. θάθιαηα ιενζηήξ επίδναζδξ υβημο (partial-volume effects), ακ δεκ ακηζιεηςπζζημφκ ηαηάθθδθα, ιπμνμφκ κα μδδβήζμοκ ζε θακεαζιέκμ ηαεμνζζιυ δζαζηάζεςκ ηαζ ηθάζιαημξ υβημο ημο δμηζιίμο. ε αοηήκ ηδκ εκυηδηα εα πανμοζζαζημφκ ηα πθέμκ ζοκήεδ πνμαθήιαηα ηαζ ζθάθιαηα πμο ειθακίγμκηαζ ζηδκ αλμκζηή ημιμβναθία αηηίκςκ-υ αθθά ηαζ πνμζεββίζεζξ επίθοζήξ ημοξ [67, 71]. Σθιήξπλζε αθηίλσλ (Beam hardening) Σμ πζμ ημζκυ ζθάθια πμο ζοκακηάηαζ ζηδκ αλμκζηή ημιμβναθία αηηίκςκ-υ είκαζ δ ζηθήνοκζδ ηςκ αηηίκςκ, ημ μπμίμ πνμηαθεί έκημκδ ακηίεεζδ θςηεζκυηδηαξ ιεηαλφ ηςκ αηιχκ ηαζ ημο ηέκηνμο ημο δμηζιίμο, ζοβηεηνζιέκα μζ αηιέξ ημο δμηζιίμο ειθακίγμκηαζ θςηεζκυηενεξ. Ζ ζηθήνοκζδ ηςκ αηηίκςκ-υ μοζζαζηζηά είκαζ δ αφλδζδ ηδξ ιέζδξ εκένβεζαξ ηςκ αηηίκςκ ηαεχξ αοηέξ δζένπμκηαζ εκηυξ ημο δμηζιίμο πμο ζανχκεηαζ. Δπεζδή μζ αηηίκεξ Υ παιδθήξ εκένβεζαξ απμννμθχκηαζ εοημθυηενα απυ ηζξ ακηίζημζπεξ αηηίκεξ ορδθήξ εκένβεζαξ ηαεχξ ιζα πμθοπνςιαηζηή δέζιδ δζαπενκά ημ δμηίιζμ, πάκεζ ηονίςξ ημ παιδθυηενδξ εκένβεζαξ ιένμξ ημο θάζιαηυξ ηδξ. Σμ ηεθζηυ απμηέθεζια είκαζ ιζα δέζιδ δ μπμία πανυθμ πμο έπεζ ιεζςεεί δ ζοκμθζηή ηδξ έκηαζδ πανμοζζάγεζ ορδθυηενδ ιέζδ εκένβεζα απυ ηδκ πνμζπίπημοζα δέζιδ. Αοηυ επίζδξ οπμδδθχκεζ υηζ ηαεχξ δ δέζιδ δζένπεηαζ δζα ιέζμο ημο ακηζηεζιέκμο, μ ζοκηεθεζηήξ απμννυθδζδξ ηάεε οθζημφ ιεζχκεηαζ. Με αοηυ ημκ ηνυπμ μζ αηηίκεξ Υ απμννμθχκηαζ ακαθμβζηά πενζζζυηενμ υηακ δζακφμοκ ιζηνέξ δζαδνμιέξ εκηυξ ημο δμηζιίμο ζοβηνζηζηά ιε ηζξ ιεβάθεξ δζαδνμιέξ. ηζξ ημιμβναθίεξ εκυξ οθζημφ αοηή δ δζαδζηαζία απεζημκίγεηαζ ςξ ηεπκδηή θςηεζκυηδηα ημκηά ζηζξ αηιέξ ημο δμηζιίμο ηαζ ζημηεζκυηδηα ζημ ηέκηνμ αοημφ. Γζα ακηζηείιεκα ηοηθζηήξ δζαημιήξ μζ άηνεξ ημο δμηζιίμο θαίκμκηαζ θςηεζκυηενεξ απυ ημ εζςηενζηυ ημο, αθθά υηακ ημ ακηζηείιεκμ είκαζ πμθφπθμηδξ βεςιεηνίαξ ηαείζηαηαζ δφζημθμξ μ δζαπςνζζιυξ ιεηαλφ ημο ζθάθιαημξ ζηθήνοκζδξ αηηίκςκ-υ ηαζ ηςκ πναβιαηζηχκ δζαηοιάκζεςκ ημο οθζημφ. Ζ ζηθήνοκζδ αηηίκςκ ιπμνεί κα απμαεί μθέενζμ ζθάθια ηαεχξ αθθάγεζ ηζξ ηζιέξ δεδμιέκςκ (ηζιέξ CT) εκυξ οθζημφ ακάθμβα ιε ηδ εέζδ ημο ζηδκ ημιμβναθζηή εζηυκα. Τπάνπμοκ πμζηίθεξ δοκαηυηδηεξ βζα ηδκ επίθοζδ αοημφ ημο πνμαθήιαημξ, μζ μπμίεξ εηηείκμκηαζ απυ πνμεημζιαζία δείβιαημξ ηαζ δζαδζηαζία ζάνςζδξ έςξ ηδκ επελενβαζία δεδμιέκςκ. Ζ πζμ απθή πνμζέββζζδ είκαζ δ πνήζδ δέζιδξ αηηίκςκ-x δ μπμία είκαζ εκενβδηζηά επανηήξ χζηε κα δζαζθαθίγεζ υηζ δ ζηθήνοκζδ είκαζ αιεθδηέα ηαζ επμιέκςξ ιπμνεί κα αβκμδεεί. Γοζηοπχξ μζ δέζιεξ αηηίκςκ-υ ορδθήξ εκένβεζαξ είκαζ θζβυηενμ εοαίζεδηεξ ζε δζαθμνέξ ζοκηεθεζηχκ 26

37 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν απμννυθδζδξ ιεηαλφ ηςκ οθζηχκ ηαζ επαηυθμοεα είκαζ πζεακυ κα ιδκ πανέπμοκ επανηή δζαθμνμπμίδζδ ιεηαλφ ηςκ παναηηδνζζηζηχκ ημο δμηζιίμο. Άθθδ ζηναηδβζηή είκαζ δ πνμζηθήνοκζδ ηςκ αηηίκςκ-υ ιέζς δζέθεοζδξ ημοξ απυ θίθηνμ απμννυθδζδξ πνμβεκέζηενα δ ιεηαβεκέζηενα ηδξ δζέθεοζδξ ημοξ απυ ημ ακηζηείιεκμ πνμξ ιεθέηδ. Σα θίθηνα είκαζ επίπεδα ιεηαθθζημφ οθζημφ υπςξ είκαζ μ παθηυξ, μνείπαθημξ ηαζ αθμοιίκζμ. Σμ ιεζμκέηηδια αοημφ ημο «θζθηνανίζιαημξ» είκαζ υηζ ηοπζηά ιεζχκεζ ημ ζήια ηςκ αηηίκςκ-υ ηάεε εκένβεζαξ ζε ηάπμζμ ααειυ, μδδβχκηαξ έηζζ ζε εζηυκα ιε ιεβαθφηενμ ευνοαμ εηηυξ ηαζ ακ αολδεεί μ πνυκμξ απυηηδζδξ ηςκ ημιμβναθζχκ. Μζα δζαθμνεηζηή ιέεμδμξ είκαζ δ εθανιμβή ααειμκυιδζδξ πνδζζιμπμζχκηαξ οθζηυ ιε πανυιμζεξ ζδζυηδηεξ απμννυθδζδξ ιε αοηέξ ημο δμηζιίμο. Γζα κα είκαζ απμηεθεζιαηζηυ ημ οθζηυ ααειμκυιδζδξ πνέπεζ κα είκαζ ηοθζκδνζηυ. Ζ ζηθήνοκζδ ηςκ αηηίκςκ ακηζιεηςπίγεηαζ δφζημθα ζημ ζηάδζμ ηδξ επελενβαζίαξ ηςκ δεδμιέκςκ. Ακ ηα δεδμιέκα ζάνςζδξ πνμένπμκηαζ απυ μιμζυιμνθμ ηαζ μιμζμβεκέξ οθζηυ, δζυνεςζδ ιπμνεί κα εθανιμζηεί ζηα ανπζηά ιδ επελενβαζιέκα δεδμιέκα ζάνςζδξ (ανπζηέξ ναδζμβναθίεξ), ιεηαηνέπμκηαξ ηάεε ακάβκςζδ δεδμιέκμο (ηζιχκ CT) ζε ζζμδφκαιμ πνμενπυιεκμ απυ ιδ ζηθδνοιέκδ δέζιδ. Σμ ζηάδζμ ηδξ δζυνεςζδξ πναβιαημπμζείηαζ πνμημφ ανπίζεζ δ δζαδζηαζία ηαηαζηεοήξ ηδξ ηνζζδζάζηαηδξ δμιήξ. Ζ απαζημφιεκδ μιμζμιμνθία οθζημφ υιςξ απμηεθεί ζδιακηζηυ πενζμνζζιυ βζα ηδκ εθανιμβή ηδξ ζοβηεηνζιέκδξ δζαδζηαζίαξ. Σθάικαηα δαθηπιίνπ (Ring artifacts) Σα ζθάθιαηα δαηηοθίμο απεζημκίγμκηαζ ςξ μιυηεκηνμζ ηφηθμζ ή διζηφηθζα ιε ηέκηνμ ημκ άλμκα πενζζηνμθήξ. Πνμηαθμφκηαζ απυ ιεηαημπίζεζξ ηςκ ακζπκεοηχκ μζ μπμίεξ ιε ηδ ζεζνά ημοξ μδδβμφκ ζε αθθμίςζδ ηδξ ηζιήξ ηδξ ακηίζημζπδξ αηηίκαξ ή αηηίκςκ ζε ηάεε ημιή. Ζ εέζδ ημο ηάεε δαηηοθίμο ακηζζημζπεί ζηδκ πενζμπή ιε ηδκ ιεβαθφηενδ αθθδθμεπζηάθορδ αοηχκ ηςκ αθθμζςιέκςκ αηηίκςκ ηαηά ηδκ ηαηαζηεοή ηδξ ηνζζδζάζηαηδξ βεςιεηνίαξ. Πθήεμξ παναβυκηςκ ιπμνεί κα πνμηαθέζεζ ηδκ ιεηαηυπζζδ ηςκ ακζπκεοηχκ, μζ μπμίμζ ζοκδέμκηαζ ιε ημ βεβμκυξ υηζ μζ ακζπκεοηέξ απμηνίκμκηαζ δζαθμνεηζηά ζηζξ αθθαβέξ ηςκ ζοκεδηχκ ζάνςζδξ. Κάπμζμζ πανάβμκηεξ υπςξ π.π. μζ αθθαβέξ ζηδκ εενιμηναζία ή ζηδκ ακημπή ηδξ δέζιδξ ιπμνμφκ κα ακηζιεηςπζζημφκ ιε ημκ πνμζεπηζηυ έθεβπμ ηςκ ζοκεδηχκ δζελαβςβήξ ημο πεζνάιαημξ ή ιε ζοπκέξ ααειμκμιήζεζξ. Σμ ηφνζμ πνυαθδια είκαζ δ δζαθμνεηζηή απυηνζζδ ημο ακζπκεοηή ακαθμνζηά ιε ηδκ ζηθδνυηδηα ηδξ δέζιδξ. Ζ απυηνζζδ ημο ακζπκεοηή ιπμνεί κα αθθάλεζ ακ δ ζηθδνυηδηα ηςκ αηηίκςκ-υ επδνεάγεηαζ ζδιακηζηά ηαηά ηδ δζέθεοζδ ηδξ δζα ιέζμο ημο ακηζηεζιέκμο ζάνςζδξ. Ακ ημ ακηζηείιεκμ είκαζ ακμιμζυιμνθμ ηυηε εζηυκεξ απυ δζαθμνεηζηή βςκία ακηακαηθμφκ δζαθμνεηζηυ ααειυ ζηθήνοκζδξ, πενίπηςζδ ζηδκ μπμία ειθακίγμκηαζ διζηφηθζα, ηα μπμία ιπμνμφκ κα ζηζάζμοκ ζδιακηζηέξ θεπημιένεζεξ ζημ ακηζηείιεκμ. Λυβς ηδξ ζφκδεζδξ ημο ζθάθιαημξ ηςκ δαηηοθίςκ ιε ημ ζθάθια ηδξ ζηθήνοκζδξ ηςκ αηηίκςκ, ιπμνεί κα ακηζιεηςπζζηεί ηαηά ημ ζηάδζμ ηδξ ζάνςζδξ πνδζζιμπμζχκηαξ ίδζεξ 27

38 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν ιεευδμοξ: ιε ηδ πνήζδ θίθηνμο ή αηηίκςκ-υ ορδθήξ εκένβεζαξ, ή ιέζς ααειμκυιδζδξ ιε πνήζδ οθζημφ ιε ζδζυηδηεξ απμννυθδζδξ πανυιμζςκ ιε αοηέξ ημο ακηζηεζιέκμο ζάνςζδξ. Σα ζθάθιαηα δαηηοθίμο ζε ακηίεεζδ ιε ηα ζθάθιαηα ζηθήνοκζδξ αηηίκςκ ακηζιεηςπίγμκηαζ εφημθα ιε πνήζδ ηαηάθθδθςκ θμβζζιζηχκ παηέηςκ. Μζα ζεζνά απυ αθθμζςιέκεξ ηζιέξ ζήιαημξ απυ έκακ ακζπκεοηή, απεζημκίγεηαζ ζηζξ ανπζηέξ ναδζμβναθίεξ ςξ ηάεεηδ βναιιή ηαζ έηζζ ιπμνεί εκ δοκάιεζ κα ακζπκεοηεί ηαζ κα αθαζνεεεί πνζκ ημ ζηάδζμ ηδξ ηαηαζηεοήξ ηδξ ηνζζδζάζηαηδξ βεςιεηνίαξ ημο ακηζηεζιέκμο. Μεζμκέηηδια ηδξ ζοβηεηνζιέκδξ ζηναηδβζηήξ είκαζ υηζ ζπεδυκ ηάεε βναιιζηυ παναηηδνζζηζηυ ζημ ζανςιέκμ ακηζηείιεκμ ημ μπμίμ είκαζ εθαπημιεκζηυ ζε ηφηθμ μιυηεκηνμ ιε ημκ άλμκα πενζζηνμθήξ ιπμνεί κα δζαβναθεί ή κα αθθμζςεεί αηυιδ ηαζ ακ δεκ ζοιπίπηεζ ιε δαηηφθζμ ζθάθιαημξ. Άιια ζθάικαηα Γζάθμνα άθθα ζθάθιαηα ιπμνμφκ κα ειθακζζημφκ ζε ζοβηεηνζιέκεξ πενζπηχζεζξ. Ακ ημ πνμξ ζάνςζδ ακηζηείιεκμ έπεζ ιεβάθμ ζοκηεθεζηή απμννυθδζδξ ηαζ ιδ ηοηθζηή δζαημιή, ηυηε ιπμνεί κα ειθακζζημφκ θςνίδεξ/ηαζκίεξ μζ μπμίεξ δζαζπίγμοκ ημκ ιεβαθφηενμ άλμκα ημο ακηζηεζιέκμο. Γζα πανάδεζβια έκα οθζηυ ζε ζπήια ηφαμο πμο ζανχκεηαζ ιπμνεί κα ειθακίγεζ ζημφνεξ θςνίδεξ μζ μπμίεξ ζοκδέμοκ ηζξ απέκακηζ βςκίεξ. Οζ θςνίδεξ επζηείκμοκ ηα ζθάθιαηα δαηηοθίμο υηακ ζοιααίκεζ αθθδθμεπζηάθορδ, δοζπεναίκμκηαξ ηζξ δζαδζηαζίεξ ελάθεζρδξ ηςκ ζθαθιάηςκ αοηχκ. Ακ ημ ακηζηείιεκμ πνμξ ζάνςζδ πενζέπεζ παναηηδνζζηζηά ορδθυηενδξ ποηκυηδηαξ απυ ημ ηφνζμ ιένμξ ημο ακηζηεζιέκμο ηυηε ειθακίγμκηαζ έκημκεξ, θςηεζκέξ πενζμπέξ (θαζκυιεκμ αζηενζζιμφ) ηαζ ιζηνέξ θςνίδεξ απμννέμοκ απυ ημ ακηζηείιεκμ μζ μπμίεξ πζεακυ κα ζηζάγμοκ παναηηδνζζηζηά ημο δμηζιίμο. Μεξηθή επίδξαζε ηνπ όγθνπ (Partial-volume effects) Κάεε ρδθίδα (pixel) ηδξ δθεηηνμκζηήξ εζηυκαξ ημιμβναθίαξ ακαπανζζηά ηζξ ζδζυηδηεξ απμννυθδζδξ εκυξ ζοβηεηνζιέκμο υβημο οθζημφ. Ακ μ υβημξ αοηυξ απμηεθείηαζ απυ δζαθμνεηζηά οθζηά ηυηε μζ ηζιέξ CT ακαπανζζημφκ έκα ιέζμ υνμ ηςκ ζδζμηήηςκ. Αοηυ ημ θαζκυιεκμ μκμιάγεηαζ ςξ ιενζηή επίδναζδ ημο υβημο (partial-volume effect). Δπζπθέμκ θυβς ημο εββεκμφξ πενζμνζζιμφ ηδξ ακάθοζδξ ηςκ αηηίκςκ-υ υθα ηα οθζηά οθίζηακηαζ ζε έκακ ααειυ έκα εάιπςια μδδβχκηαξ ζε αζαθέξ πενίβναιια ηςκ οπμ-υβηςκ (voxel) ηαζ επαηυθμοεα ημ οθζηυ πμο ανίζηεηαζ ζε έκα voxel ιπμνεί κα επδνεάζεζ ηζξ ηζιέξ CT ηςκ βεζημκζηχκ voxel. 2.6 Ζιεθηξνρεκηθή δηάβξωζε Ζ δζάανςζδ οθζηχκ μνίγεηαζ ςξ δ ηαηαζηνμθή ή οπμαάειζζδ ηςκ ζδζμηήηςκ ημοξ πμο πνμηαθείηαζ απυ ηδκ επίδναζδ ημο πενζαάθθμκημξ ιε ηδκ πάνμδμ ημο πνυκμο. Γζα ηα 28

39 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν ιεηαθθζηά οθζηά δ θφζδ ηδξ δζάανςζδξ είκαζ δθεηηνμπδιζηή ηαζ δζαπςνίγεηαζ ζε οβνή ηαζ λδνή δζάανςζδ. Ζ λδνή δζάανςζδ ηςκ ιεηάθθςκ είκαζ ιζα δνάζδ ηςκ ιεηάθθςκ ιε ηα αένζα πμο ηα πενζαάθθμοκ. Πνυηεζηαζ βζα ιζα δνάζδ μλείδςζδξ ιε ηαοηυπνμκμ ζπδιαηζζιυ ζηδκ επζθάκεζα ημο ιεηάθθμο πνμσυκηςκ πμο πνμηαθμφκ απχθεζα οθζημφ ηαζ οπμαάειζζδ ηςκ ζδζμηήηςκ, ζε ζπέζδ ιε ημ ανπζηυ οθζηυ. Ο ηφπμξ αοηυξ ηδξ δζάανςζδξ πναβιαημπμζείηαζ ζε εενιμηναζίεξ ιεβαθφηενεξ απυ ηδκ εενιμηναζία πενζαάθθμκημξ [73]. Καηά ηδ δζάανςζδ ζε οβνυ πενζαάθθμκ επζθακεζαηά άημια ιεηάθθμο πάκμοκ δθεηηνυκζα ηαζ ιεηαζπδιαηίγμκηαζ ζε εκενβά ζυκηα ηα μπμία εβηαηαθείπμοκ ημ ιέηαθθμ ηαζ εζζένπμκηαζ ζημκ οβνυ δζάθοια (δθεηηνμθφηδξ). Σέθμξ, ηα ζυκηα ιεηάθθμο εκχκμκηαζ ιε εηενχκοια ζυκηα πνμξ ζπδιαηζζιυ ζηαεενχκ πδιζηχκ εκχζεςκ. ηδκ οβνή δζάανςζδ οπάνπμοκ δφμ ααζζηά παναηηδνζζηζηά: δ άκμδμξ ηαζ δ ηάεμδμξ μζ μπμίεξ δδιζμονβμφκ έκα ηθεζζηυ ηφηθςια ηαζ ημ ζοκεπέξ νεφια πμο πενκάεζ ιέζα απυ ημ ηφηθςια αοηυ. Ζ άκμδμξ είκαζ δ πενζμπή υπμο θαιαάκεζ πχνα δ δζάανςζδ ηαζ ημ νεφια αθήκεζ ημ ιέηαθθμ ηαζ εζζένπεηαζ ζημ δζάθοια. Ζ ηάεμδμξ είκαζ δ πενζμπή υπμο δεκ παναηδνείηαζ δζάανςζδ ζηδκ μπμία εζζένπεηαζ ημ νεφια απυ ημ δζάθοια. Ζ άκμδμξ ηαζ δ ηάεμδμξ ιπμνμφκ κα ζοκοπάνπμοκ ζημ ίδζμ ιέηαθθμ θυβς ημπζηχκ δζαθμνχκ ζηδκ ιζηνμδμιή ημο ιεηάθθμο ή ζημ πενζαάθθμκ. Ο δθεηηνμθφηδξ ζηδ οβνή δζάανςζδ ιπμνεί κα είκαζ μοδέηενμξ, υλζκμξ ή ααζζηυξ. Καηά ηδκ δζάανςζδ ζε μοδέηενα δζαθφιαηα (ph 6-8) ή αθηαθζηά (PH>8), ζε πενζαάθθμκ πμο πενζέπεζ μλοβυκμ δ ηονίανπδ ηαεμδζηή ακηίδναζδ είκαζ δ απμννυθδζδ ημο μλοβυκμο (O 2 + 2H 2 O + 4e- = 4OH - ). ε ζοκεήηεξ έθθεζρδξ μλοβυκμο ζημκ δθεηηνμθφηδ δ ηαεμδζηή ακηίδναζδ είκαζ δ ακηίδναζδ παναβςβήξ οδνμβυκμο (H + + e - = H ηαζ H + H = H 2 αένζμ) εκχ δ άκμδμξ ζοκεπίγεζ κα δζαανχκεηαζ. Ζ ηεθεοηαία ακηίδναζδ είκαζ πμθφ πζμ ανβή απυ ηδκ ακηίδναζδ ημο μλοβυκμο ηαεχξ δ ζοβηέκηνςζδ ζυκηςκ Ζ + ζημ δζάθοια είκαζ παιδθή. Καηά ηδκ δζάανςζδ ζε υλζκα δζαθφιαηα (ph 0-6) δ ζοβηέκηνςζδ ημο Ζ + είκαζ ορδθυηενδ ηαζ δ ακηίδναζδ παναβςβήξ οδνμβυκμο είκαζ ηονίανπδ [73]. Ζ δθεηηνμπδιζηή πυθςζδ είκαζ ιζα ιέεμδμξ πμο πνδζζιμπμζείηαζ βζα ηδκ ηαηακυδζδ ηδξ ζοιπενζθμνάξ ηδξ δζάανςζδξ ηςκ ιεηάθθςκ ζηζξ αθθαβέξ ημο δοκαιζημφ ηάης ή πάκς απυ ημ δοκαιζηυ ζζμννμπίαξ (πνυηοπμ δοκαιζηυ). Ζ πυθςζδ μδδβεί ηδκ ακηίδναζδ είηε ζε ακμδζηή ηαηεφεοκζδ (ακεκενβή ηαηάζηαζδ) είηε ζε ηαεμδζηή ηαηεφεοκζδ (εκενβή ηαηάζηαζδ). Σα πνυηοπα δοκαιζηά ηςκ δθεηηνμδίςκ ιεηνήεδηακ ζε ακμζηηυ ηφηθςια, δδθαδή δεκ οπήνπε νεφια. Έηζζ ηα πμζμζηά ακαβςβήξ ηαζ μλείδςζδξ ήηακ ίζα ιε απμηέθεζια κα ιδ ζοιααίκεζ δζάανςζδ. Πνμηεζιέκμο κα ιεθεηδεεί δ δζάανςζδ πνέπεζ κα βκςνίγμοιε ηδ ιεηααμθή ηςκ δοκαιζηχκ υηακ ηοηθμθμνεί νεφια ιεηαλφ ακυδμο ηαζ ηαευδμο ζε ζοκάνηδζδ ιε ημ νεφια ημο ηοηθχιαημξ. Μέζα ζημκ δθεηηνμθφηδ ιεηνάηαζ δ ιεηααμθή ημο πνυηοπμο δοκαιζημφ ηδξ ακυδμο Δ α ηαζ ημο πνυηοπμο δοκαιζημφ ηδξ ηαευδμο Δ c, ςξ 29

40 2. Θεσξεηηθό ππόβαζξν πνμξ ημ δθεηηνυδζμ ακαθμνάξ, ηαεχξ ημ νεφια αολάκεηαζ. Σμ νεφια δζάανςζδξ i δζάανςζδξ πνμηφπηεζ απυ ηδκ ημιή ηςκ ηαιποθχκ πυθςζδξ. Όηακ ημ δοκαιζηυ ιζαξ ιεηαθθζηήξ επζθάκεζαξ πμθχκεηαζ απυ ηδκ εθανιμβή νεφιαημξ ζε εεηζηή ηαηεφεοκζδ, ηυηε δ ιεηαθθζηή επζθάκεζα είκαζ ακμδζηά πμθςιέκδ. Ανκδηζηή ηαηεφεοκζδ νεφιαημξ οπμδδθχκεζ ηαεμδζηή πυθςζδ. Ο ααειυξ ηδξ πυθςζδξ θακενχκεζ ηδκ επζανάδοκζδ ηςκ ακμδζηχκ ηαζ μζ ηαεμδζηχκ ακηζδνάζεςκ θυβς πενζααθθμκηζηχκ παναβυκηςκ (ζοβηέκηνςζδ ηςκ ιεηαθθζηχκ ζυκηςκ ή δζαθοιέκμ μλοβυκμ ζημ δζάθοια η.α) ή/ηαζ θυβς παναβυκηςκ πμο ζπεηίγμκηαζ ιε επζθακεζαηέξ δζενβαζίεξ (απμννυθδζδ ιέζς δζάποζδξ, δδιζμονβία πνμζηαηεοηζημφ ζηνχιαημξ η.α.) [73]. 30

41 3. Σθνπόο ηεο εξγαζίαο 3. ΚΟΠO ΣΖ ΔΡΓΑIΑ ημπυξ ηδξ πανμφζαξ ενβαζίαξ είκαζ δ ακάπηολδ ηαζ αεθηζζημπμίδζδ δζαδζηαζίαξ παναβςβήξ αθνχκ ιε μζημκμιζηή ηαζ πενζααθθμκηζηά θζθζηή ιέεμδμ χζηε μζ παναβυιεκμζ ιεηαθθζημί αθνμί κα ειθακίγμοκ ιεβάθδ μιμζμβέκεζα ζημ ιέβεεμξ ηςκ πυνςκ ηαζ αολδιέκδ μιμζμιμνθία ζηδκ ηαηακμιή ημοξ εκηυξ ημο ιδηνζημφ οθζημφ, παναηηδνζζηζηά ηα μπμία πνμζδίδμοκ ζδιακηζηή αεθηίςζδ αθθά ηαζ επακαθδρζιυηδηα ζηζξ ζδζυηδηεξ ημο ηεθζημφ πμνχδμοξ πνμσυκημξ. ρήκα 3.1: Γμιή ηαζ ζηάδζα ηδξ πανμφζαξ ενεοκδηζηήξ ενβαζίαξ. 31

42 3. Σθνπόο ηεο εξγαζίαο Γζα ηδκ επίηεολδ ημο παναπάκς ζηυπμο, πνδζζιμπμζήεδηε δ δζαδζηαζία οδαημδζάθοζδξπονμζοζζςιάηςζδξ βζα ηδκ παναβςβή ιεηαθθζηχκ αθνχκ αθμοιζκίμο πνδζζιμπμζχκηαξ ςξ ηαζκμηυιμ πθδνςηζηυ ιέζμ ηνοζηαθθζηή αηαηένβαζηδ ηαζηακή γάπανδ. Δπζπνμζεέηςξ δζενεοκάηαζ, ηυζμ πεζναιαηζηά υζμ ηαζ ακαθοηζηά ιε Μεευδμοξ Πεπεναζιέκςκ ημζπείςκ (FEM), δ ιδπακζηή ζοιπενζθμνά ηαζ μζ ιδπακζζιμί παναιυνθςζδξ ηςκ ηεθζχκ ηςκ παναβυιεκςκ αθνχκ οπυ εθζπηζηά θμνηία. ηα πθαίζζα ηδξ πανμφζαξ ενβαζίαξ ελεηάγεηαζ αηυιδ δ δοκαηυηδηα ηαοηυπνμκδξ εκακενάηςζδξ ηαζ παναβςβήξ ημο πμνχδμοξ αθμοιζκίμο πνδζζιμπμζχκηαξ ηδκ ηαζηακή γάπανδ ςξ πθδνςηζηυ αθθά ηαζ εκακεναηςηζηυ ιέζμ ηαζ αλζμθμβείηαζ δ επίδναζδ ηδξ εκακενάηςζδξ ζηδ ιδπακζηή ηαζ δζαανςηζηή ζοιπενζθμνά ημο πμνχδμοξ αθμοιζκίμο. Ζ δμιή ηαζ ηα ζηάδζα ηδξ πανμφζαξ ενβαζίαξ απεζημκίγμκηαζ ζημ ζρήκα

43 4. Δμνπιηζκόο-Πεηξακαηηθέο δηαηάμεηο 4. ΔΞΟΠΛΗΜO-ΠΔΗΡΑΜΑΣΗΚE ΓΗΑΣAΞΔΗ 4.1 Φνύξλνο ρακεινύ θελνύ Γζα ηδ δζελαβςβή ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ ζε αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ πνδζζιμπμζήεδηε μ θμφνκμξ ηεκμφ Centurion VPC ημο ενβαζηδνίμο Μεηαθθμβκςζίαξ (ζρήκα 4.1). Ζ εθάπζζηδ ηαζ ιέβζζηδ εενιμηναζία θεζημονβίαξ είκαζ 50 ηαζ 1200 o C ακηίζημζπα, εκχ μ νοειυξ εένιακζδξ ηοιαίκεηαζ απυ 1 έςξ 200 o C/min. Σμ ιέβζζημ ηεκυ πμο επζηοβπάκεηαζ είκαζ ηδξ ηάλδξ ηςκ 10 mbar ή 7.5 Torr (παιδθυ ηεκυ) εκχ οπάνπεζ δοκαηυηδηα εζζαβςβήξ αδνακμφξ αενίμο ανβμφ. Ο ηφηθμξ εένιακζδξ εθέβπεηαζ ρδθζαηά εζζάβμκηαξ ηδκ ανπζηή εενιμηναζία ηαζ πνμκζηή δζάνηεζα παναιμκήξ ζε αοηήκ ηδκ εενιμηναζία, ημκ νοειυ εένιακζδξ ηαζ ηδκ ηεθζηή εενιμηναζία ηαζ πνμκζηή δζάνηεζα παναιμκήξ ζε αοηή. 4.2 Γηάηαμε κέζνπ θελνύ Γζα ηδ δζελαβςβή ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ οπυ αηιυζθαζνα ιέζμο ηεκμφ ηαηαζηεοάζηδηε δ δζάηαλδ δ μπμία ανίζηεηαζ ζημ ενβαζηήνζμ Δθδνιμζιέκδξ Φοζζηήξ ζημ ηιήια Φοζζηήξ ημο Α.Π.Θ. Σα ηφνζα ιένδ ηδξ δζάηαλδξ ηαζ δ ζοκδεζιμθμβία/ζοκανιμθυβδζδ ημοξ θαίκμκηαζ θεπημιενχξ ζηδ ζπδιαηζηή ακαπανάζηαζδ (ζρήκα 4.2) ηαζ είκαζ ηα ελήξ: δφμ ααθαίδεξ ηεκμφ, ιδπακζηή ακηθία πενζζηνμθζηή, ιακυιεηνμ ηαζ έκδεζλδ πίεζδξ pirani, εφηαιπημξ ζςθήκαξ, θζάθδ αδνακμφξ αενίμο ανβμφ, δφμ ιεηαθθζημί ζηαονμί, ζςθήκαξ παθαγία ηαζ ηαηαηυνοθμξ δθεηηνζηυξ θμφνκμξ. To ιέβζζημ ηεκυ πμο επζηοβπάκεηαζ είκαζ ηδξ ηάλδξ ηςκ 4*10-2 mbar ή 0.03 Torr. Αλίγεζ κα ζδιεζςεεί υηζ οπάνπεζ δοκαηυηδηα επέηηαζδξ ηδξ δζάηαλδξ πνμξ επίηεολδ ορδθμφ ηεκμφ (10-6 mbar ή 7.5*10-7 Torr) ιε εζζαβςβή ακηθίαξ δζαπφζεςξ ζε εκ ζεζνά ζοκδεζιμθμβία ιε ηδ ιδπακζηή ρήκα 4.1: Φμφνκμξ ηεκμφ Centurion VPC. 33

44 4. Δμνπιηζκόο-Πεηξακαηηθέο δηαηάμεηο ακηθία. Ζ ζηεβακμπμίδζδ ηάεε έκςζδξ ιεηαλφ ηςκ δζαθυνςκ ελανηδιάηςκ ηδξ δζάηαλδξ επζηοβπάκεηαζ ιε ηδ πνήζδ εθαζηζημφ δαηηφθζμο (Ο-ring) μ μπμίμξ ημπμεεηείηαζ ακάιεζα ζηζξ δφμ πνμξ ζφκδεζδ επζθάκεζεξ ηςκ ελανηδιάηςκ εκχ δ έκςζδ πναβιαημπμζείηαζ ιε πνήζδ ζθζβηηήνα. Γζα ηδκ επίηεολδ ζηεβακμφ πχνμο εένιακζδξ ηςκ δμηζιίςκ επζθέπεδηε ζςθήκαξ παθαγία ηονίςξ βζα ηνεζξ θυβμοξ: i) δεκ ειθακίγεζ πμνχδεξ ζοβηνζηζηά ιε ημοξ ηεναιζημφξ ζςθήκεξ, επμιέκςξ ιεζχκμκηαζ μζ εζζνμέξ αένα ζημ ζφζηδια ηεκμφ ηαζ επζηοβπάκεηαζ εοημθυηενα ηαζ βνδβμνυηενα ημ επζεοιδηυ ηεκυ, ii) πανμοζζάγεζ ζηακμπμζδηζηή ακημπή ζε ορδθέξ εενιμηναζίεξ ηαεχξ δ εενιμηναζία ηήλδξ ημο παθαγία ηοιαίκεηαζ ζημοξ 1600 μ C ηαζ iii) πανμοζζάγεζ ανηεηά ηαθή ζοιπενζθμνά ζηζξ βνήβμνεξ εκαθθαβέξ εενιμηναζίαξ (ορδθή ακημπή ζε εενιζηυ ζμη). Μεζμκέηηδια ηδξ πνήζδξ ημο παθαγία είκαζ δ ιεβάθδ ραεονυηδηα ημο ιε απμηέθεζια κα πνεζάγεηαζ ζδζαίηενδ πνμζμπή ηαηά ηδκ εζζαβςβή ηαζ ελαβςβή ημο δείβιαημξ χζηε κα ιδκ νςβιαηςεεί ή επέθεεζ εναφζδ ημο. Σμ δείβια εζζάβεηαζ ζημκ ζςθήκα παθαγία μ μπμίμξ ημπμεεηείηαζ εκηυξ ημο θμφνκμο ηαζ ηαηυπζκ ζοκδέεηαζ ιε ηδ δζάηαλδ ηεκμφ. Ζ ζφκδεζδ ιε ηδ δζάηαλδ ηεκμφ πναβιαημπμζείηαζ ιέζς ιεηαθθζηήξ θθάκηγαξ δ μπμία επζημθθήεδηε ζημκ ζςθήκα παθαγία ιε ηδ πνήζδ εενιμπθαζηζηήξ ηυθθαξ αναθδίηδ. Ζ πνήζδ ηδξ εενιμπθαζηζηήξ ηυθθαξ αναθδίηδ επζθέπεδηε θυβς ημο εθάπζζημο πμνχδμοξ πμο ειθακίγεζ ηαεχξ πανάθθδθα ιε ηδκ ιυκζιδ έκςζδ ηδξ θθάκηγαξ ζημκ παθαγία απαζηείηαζ ηαζ δ ζηεβακμπμίδζδ ηδξ, βζα ηδκ απμθοβή εζζνμήξ αένα ηαζ επαηυθμοεδξ αθθμίςζδξ ηδξ αηιυζθαζναξ ηεκμφ. Μεζμκέηηδια ηδξ ζοβηεηνζιέκδξ εενιμπθαζηζηήξ ηυθθαξ είκαζ μ πενζμνζζιυξ ζηδκ εενιμηναζία θεζημονβίαξ ηδξ (ιέπνζ ημοξ 60 μ C). Πνμζπάεεζεξ βζα ηυθθδζδ ηδξ θθάκηγαξ ιε δζάθμνεξ ηυθθεξ ορδθχκ εενιμηναζζχκ δεκ έδςζακ ηα επζεοιδηά απμηεθέζιαηα ηαεχξ μζ ζοβηεηνζιέκεξ ηυθθεξ ειθακίγμοκ ιεβάθμ πμνχδεξ ιε απμηέθεζια κα ιδκ ιπμνμφκ κα ζηεβακμπμζήζμοκ ηδκ έκςζδ. Πανυθα αοηά θυβς ηδξ ζηακμπμζδηζηήξ απυζηαζδξ ηδξ θθάκηγαξ απυ ημκ θμφνκμ (πενίπμο ζηα 50 cm) δ εενιμηναζία ζηδκ πενζμπή αοηή δεκ λεπενκμφζε ημοξ 30 o C ηαε υθδ ηδκ δζάνηεζα ηδξ πεζναιαηζηήξ δζαδζηαζίαξ, εενιμηναζία ανηεηά πζμ παιδθή απυ ηδκ ιέβζζηδ επζηνεπυιεκδ εενιμηναζία θεζημονβία ηδξ ηυθθαξ αναθδίηδ. Μεηά ηδκ εζζαβςβή ημο δείβιαημξ ηίεεηαζ ζε θεζημονβία δ ακηθία ηεκμφ, δζαηδνχκηαξ ηδκ ααθαίδα ηεκμφ 1 ακμζηηή ηαζ ηδκ ααθαίδα ηεκμφ 2 ηθεζζηή. Ζ έκδεζλδ ηδξ πίεζδξ ιεηνάηαζ ιέζς ιακυιεηνμο ηφπμο pirani. Γζα ηδκ εζζαβςβή ανβμφ ζημκ ζςθήκα παθαγία ηθείκεζ δ ααθαίδα ηεκμφ 1 ηαζ ζηδ ζοκέπεζα ακμίβεζ δ ααθαίδα ηεκμφ 2. Πνέπεζ κα ζδιεζςεεί υηζ μζ δφμ ααθαίδεξ ηεκμφ (1 ηαζ 2) δεκ πνέπεζ κα είκαζ ηαοηυπνμκα ακμζηηέξ ζε ηακέκα ζηάδζμ ηδξ πεζναιαηζηήξ δζαδζηαζίαξ. 34

45 4. Δμνπιηζκόο-Πεηξακαηηθέο δηαηάμεηο ρήκα 4.2: πδιαηζηή απεζηυκζζδ ηςκ ιενχκ ηδξ δζάηαλδξ παναβςβήξ πμνςδχκ οθζηχκ οπυ αηιυζθαζνα ιέζμο ηεκμφ. 4.3 Γηάηαμε αμνληθνύ ηνκνγξάθνπ Γζα ηδκ απυηηδζδ ηδξ ηνζζδζάζηαζηδξ βεςιεηνίαξ ηςκ αθνχκ δ μπμία πνδζζιμπμζήεδηε ζηδκ ιμκηεθμπμίδζδ ηςκ ιδπακζηχκ ζδζμηήηςκ αθθά ηαζ ζημκ παναηηδνζζιυ ηςκ αθνχκ πνδζζιμπμζήεδηε αλμκζηυξ ημιμβνάθμξ αηηίκςκ-υ, HMX 160 απυ ηδκ X-Tek Group μ μπμίμξ ανίζηεηαζ ζημ πακεπζζηήιζμ ημο Cambridge, ζημ ηιήια Μδπακζηχκ (Engineering Department) (ζρήκα 4.3). Κφνζα ζημζπεία ημο αλμκζημφ ημιμβνάθμο είκαζ δ πδβή αηηίκςκ-υ, δ πενζζηνεθυιεκδ αάζδ πάκς ζηδκ μπμία ζηαεενμπμζείηαζ ημ δμηίιζμ ηαζ μ ακζπκεοηήξ αηηίκςκ-υ. ημ ζρήκα 4.3 θαίκεηαζ δ πδβή αηηίκςκ-υ δ μπμία είκαζ θοπκία αηηίκςκ-υ ιε ιζηνμεζηίαζδ 5 ιm, ηαεχξ ηαζ μ ακζπκεοηήξ αηηίκςκ-x. Ζ ρδθζμπμίδζδ ηςκ εζηυκςκ βίκεηαζ ιε ηδ πνήζδ 2D ναδζμζημπζηχκ ακζπκεοηχκ πμο απμηεθμφκηαζ απυ θεμνίγμοζα μευκδ πμο ιεηαηνέπεζ ηζξ αηηίκεξ Υ ζε μναηυ θςξ, ημ μπμίμ επαηυθμοεα ιεηαθένεηαζ ιέζς ηαηάθθδθςκ θαηχκ ζε CCD ηάιενα 1024 x 1024 pixel. Ζ αάζδ ημο δμηζιίμο πενζζηνέθεηαζ ηαζ δφκαηαζ κα ιεηαηζκδεεί ηαηά δφμ ηαηεοεφκζεζξ. 35

46 4. Δμνπιηζκόο-Πεηξακαηηθέο δηαηάμεηο ρήκα 4.3: Γζάηαλδ αλμκζημφ ημιμβνάθμο αηηίκςκ-υ, HMX 160 απυ ηδκ X-Tek Group. Ζ δζάηαλδ ημο αλμκζημφ ημιμβνάθμο πνδζζιμπμζδεεί πμθοπνςιαηζηή δέζιδ αηηίκςκ-υ ηαζ ηδκ ιέεμδμ απμννυθδζδξ (absorption mode) εκχ ζοκμδεφεηαζ απυ ηαηάθθδθα θμβζζιζηά παηέηα (NGI CT control, CT-Pro Client ηαζ VGStudio MAX) βζα ηδκ επελενβαζία ηςκ ναδζμβναθζχκ ηαζ ημιμβναθζχκ πμο πνμηφπημοκ αθθά ηαζ βζα ηδ δδιζμονβία ηδξ ηνζζδζάζηαηδξ βεςιεηνίαξ ημο ακηζηεζιέκμο πμο ζανχκεηαζ. 4.4 Πεξηζιαζίκεηξν αθηίλωλ-υ (XRD) Ο παναηηδνζζιυξ ηδξ δμιήξ ηςκ αθνχκ έβζκε ιε πενζεθαζίιεηνμ ηυκεςξ Rigaku-Ultima+, 2 ηφηθςκ ηαζ ηάεεηδξ δζάηαλδξ ε-ε ιε θοπκία αηηίκςκ-υ Cu-Ka (θ= Å) ημ μπμίμ ανίζηεηαζ εβηαηεζηδιέκμ ζημ ενβαζηήνζμ Δθδνιμζιέκδξ Φοζζηήξ ζημ Σιήια Φοζζηήξ ημο Α.Π.Θ. Γζα ηδκ ιεθέηδ ηςκ δεζβιάηςκ πνδζζιμπμζήεδηε δ ηεπκζηή Bragg-Brentano. ηδ δζάηαλδ αοηή δ απμηθίκμοζα δέζιδ αηηίκςκ-υ αθμφ οπμζηεί ημοξ ηαηάθθδθμοξ πενζμνζζιμφξ ιε δζαθνάβιαηα ή ιε πζμ πμθφπθμηεξ δζαηάλεζξ (divergent slit, soller slit, scatter slit ζημ ζρήκα 4.4) πνμζπίπηεζ ζημ δείβια, πενζεθάηαζ (ακαηθάηαζ), ηαείζηαηαζ ζοβηθίκμοζα ηαζ ηαηεοεφκεηαζ ζημκ ακζπκεοηή υπμο πενζζοθθέβεηαζ. 36

47 4. Δμνπιηζκόο-Πεηξακαηηθέο δηαηάμεηο ρήκα 4.4: Πενζεθαζίιεηνμ ηυκεςξ Rigaku-Ultima+, 2 ηφηθςκ ηαζ ηάεεηδξ δζάηαλδξ ε-ε ιε βεςιεηνία Bragg-Brentano. Ακ δ βςκία πνμζπηχζεςξ ηδξ δέζιδξ επί ημο δείβιαημξ είκαζ ε, ηυηε δ βςκία πνμζπίπημοζαξ ιε ηδκ ακαηθχιεκδ δέζιδ είκαζ πάκηα 2ε. Δπεζδή δ δζάηαλδ είκαζ ηάεεηδ ε/ε (δ ιία βςκία ε ακαθένεηαζ ζηδ βςκία πνυζπηςζδξ ηαζ δ άθθδ βςκία ε είκαζ αοηή πμο ζπδιαηίγεζ μ ιεηνδηήξ ιε ημ ιδδέκ ημο μνβάκμο), ημ δείβια παναιέκεζ ζηαεενυ ηαζ ηζκείηαζ δ πδβή παναβςβήξ αηηίκςκ-υ ηαεχξ ηαζ μ ακζπκεοηήξ. Χξ ζδιείμ ακαθμνά βζα ηζξ βςκίεξ πνυζπηςζδξ ε θαιαάκεηαζ δ ελςηενζηή επζθάκεζα ημο δείβιαημξ. Οζ αάζεζξ δεδμιέκςκ πμο πνδζζιμπμζήεδηακ βζα ηδκ ηαοημπμίδζδ ηςκ θάζεςκ είκαζ ηα Aνπεία Πενίεθαζδξ Κνοζηαθθζηήξ ηυκδξ (Powder Diffraction Files, PDF) εκχ δ ηαοημπμίδζδ έβζκε ιέζς ημο θμβζζιζημφ Diffrac Plus Eva. Σα δεδμιέκα ηδξ πενίεθαζδξ ακαπανζζηχκηαζ ςξ ηαιπφθεξ έκηαζδξ ζοκανηήζεζ ηδξ βςκίαξ 2ε. Πενίεθαζδ αηηίκςκ-υ ζοιααίκεζ ιυκμ υηακ ζηακμπμζείηαζ δ ελίζςζδ Bragg (θ= 2 d sinε) βζα ιζα ζοβηεηνζιέκδ μιάδα 37

48 4. Δμνπιηζκόο-Πεηξακαηηθέο δηαηάμεηο ηνοζηαθθμβναθζηχκ επζπέδςκ ηαεμνζζιέκδξ απυζηαζδξ d μπυηε ηαζ ημ απμηέθεζια ηδξ πενίεθαζδξ ειθακίγεηαζ ςξ ιέβζζημ ζε βςκία ε. Με ηδκ ελίζςζδ Bragg βζα βκςζηυ ιήημξ ηφιαημξ θ οπμθμβίγεηαζ δ απυζηαζδ d ηαζ ηαοημπμζείηαζ δ θάζδ. 4.5 Οπηηθή θαη αξωηηθή Ζιεθηξνληθή Μηθξνζθνπία (SEM) Οπηζηυ ιζηνμζηυπζμ ηφπμο Olympus BX 60 ημο ενβαζηδνίμο Μεηαθθμβκςζίαξ πνδζζιμπμζήεδηε βζα ημκ παναηηδνζζιυ ηδξ ιμνθμθμβίαξ ηδξ αηαηένβαζηδξ γάπανδξ ηαζ ηςκ ηυκεςκ αθμοιζκίμο, εκχ πανάθθδθα ιεθεηήεδηε δ δμιή ηςκ παναβυιεκςκ αθνχκ ζοιπενζθαιαακμιέκμο ηαζ ηδξ ιζηνμδμιήξ ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθζχκ. Ο ιμνθμθμβζηυξ ηαζ δμιζηυξ παναηηδνζζιυξ ηςκ παναβυιεκςκ πμνςδχκ οθζηχκ ακαθμνζηά ιε ηδ δζενεφκδζδ ημο ιδπακζζιμφ πονμζοζζςιάηςζδξ ηαζ ημο πάπμοξ ηδξ ζηνχιαημξ άκεναηα ηςκ εκακεναηςιέκςκ πμνςδχκ οθζηχκ πναβιαημπμζήεδηε ιε ηδ αμήεεζα ανςηζημφ Ζθεηηνμκζημφ Μζηνμζημπίμο (SEM) ηφπμο Jeol -840A ηαζ εκένβεζα δέζιδξ 20 kv πμο είκαζ ανίζηεηαζ ζημ ενβαζηήνζμ Ζθεηηνμκζηήξ Μζηνμζημπίαξ ημο ηιήιαημξ Φοζζηήξ ημο Α.Π.Θ. 4.6 Θεξκνβαξπηηθή αλάιπζε θαη δηαθνξηθή ζεξκηθή αλάιπζε (ΣG-DTA) Γζα ημκ πνμζδζμνζζιυ ηδξ εενιζηήξ ζηαεενυηδηαξ ηαζ ημκ αηνζαή ηαεμνζζιυ ηδξ εενιμηναζίαξ δζάζπαζδξ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ αθθά ηαζ ηςκ πδιζηχκ ακηζδνάζεςκ ηαζ θοζζημπδιζηχκ ιεηαζπδιαηζζιχκ μζ μπμίμζ πναβιαημπμζμφκηαζ ηαηά ηδκ εένιακζδ ηδξ πνδζζιμπμζήεδηε δ ιέεμδμξ ηδξ εενιμαανοηζηήξ ακάθοζδξ ηαζ δζαθμνζηήξ εενιζηήξ ακάθοζδξ (ΣG-DTA). Ζ δζάηαλδ πμο πνδζζιμπμζήεδηε είκαζ δ TG-DTA Setaram Setsys 16/18 δ μπμία ανίζηεηαζ ζημ Σιήια Φοζζηήξ ημο Α.Π.Θ. Ζ εοαζζεδζία ημο γοβμφ είκαζ πενίπμο ζημ ιζηνμβναιιάνζμ (ιg) ηαζ ημ εενιμηναζζαηυ εφνμξ θεζημονβίαξ απυ εενιμηναζία πενζαάθθμκημξ έςξ 1200 μ C. Ζ ηαηαβναθή εενιμηναζίαξ επζηοβπάκεηαζ ιε εενιμδθεηηνζηυ γεφβμξ πμο ανίζηεηαζ ημκηά ζημ δείβια. Ζ εενιμαανοηζηή ακάθοζδ (TGA) ζηδνίγεηαζ ζηδ ιέηνδζδ ηςκ αθθαβχκ ιάγαξ ημο οπυ ιεθέηδ δείβιαημξ (υηακ ηάπμζμ πνμσυκ απμιαηνφκεηαζ ςξ αένζμ) ζε ζοκάνηδζδ ιε ηδκ εενιμηναζία βζα ζοβηεηνζιέκμ εενιμηναζζαηυ εφνμξ. Σα δζαβνάιιαηα ηδξ εενιμαανοηζηήξ απμηεθμφκηαζ απυ ηζξ ηαιπφθεξ απχθεζαξ αάνμοξ (TG) ηαζ ηζξ ηαιπφθεξ ημο νοειμφ απχθεζαξ αάνμοξ (DTG). Δηηυξ απυ ηζξ ιεηααμθέξ ζημ αάνμξ ημο δείβιαημξ είκαζ δοκαηή δ ηαηαβναθή ηδξ δζαθμνάξ εενιμηναζίαξ ιεηαλφ ημο δείβιαημξ ηαζ εκυξ δείβιαημξ ακαθμνάξ (Γζαθμνζηή Θενιζηή Ακάθοζδ - Differential Thermal Analysis, DTA). Σμ δείβια ακαθμνάξ δεκ πνέπεζ κα οθίζηαηαζ ιεηαζπδιαηζζιμφξ ζημ εενιμηναζζαηυ εφνμξ ελέηαζδξ. Έκα δζάβναιια DTA πανζζηάκεζ ηζξ ιεηααμθέξ ηδξ εενιμηναζζαηήξ αοηήξ δζαθμνάξ ζοκανηήζεζ ηδξ εενιμηναζίαξ ημο δείβιαημξ. Όηακ ημ οπυ ελέηαζδ δείβια οθίζηαηαζ ιεηαζπδιαηζζιμφξ ηυηε 38

49 4. Δμνπιηζκόο-Πεηξακαηηθέο δηαηάμεηο ειθακίγμκηαζ εκδυεενιεξ ημζθάδεξ ή ελχεενιεξ ημνοθέξ πμο μθείθμκηαζ ζηζξ απυημιεξ ιεηααμθέξ ηδξ εενιμηναζίαξ θυβς ηδξ θακεάκμοζαξ εενιυηδηαξ ημο ιεηαζπδιαηζζιμφ. 4.7 Γηάηαμε ειεθηξνρεκηθήο δηάβξωζεο Γζα ηδκ ιεθέηδ ηδξ δζαανςηζηήξ ζοιπενζθμνάξ ηςκ ιεηαθθζηχκ αθνχκ ηαζ ηςκ εκακεναηςιέκςκ αθνχκ πνδζζιμπμζήεδηε δζάηαλδ δθεηηνμπδιζηήξ δζάανςζδξ Voltalab PGZ 402 ηδξ εηαζνίαξ Radiometer Analytical δ μπμία ανίζηεηαζ ζημ ενβαζηήνζμ Μεηαθθμβκςζίαξ ηαζ θαίκεηαζ ζημ ζρήκα 4.5α. Σμ εφνμξ ιέβζζηδξ ηάζδξ ηοιαίκεηαζ απυ -30 έςξ +30 V, ημ εφνμξ ιέβζζημο νεφιαημξ είκαζ -1 έςξ +1 Α ηαζ ηζ εφνμξ ηάζδξ πυθςζδξ ηοιαίκεηαζ απυ -15 έςξ +15 V. Ζ ζοζηεοή ζοκμδεφεηαζ απυ ηαηάθθδθμ θμβζζιζηυ Voltamaster ζημ μπμίμ εζζάβμκηαζ μζ πανάιεηνμζ ημο πεζνάιαημξ εκχ πανάθθδθα απεζημκίγμκηαζ ηαζ ηα απμηεθέζιαηα. Αλίγεζ κα ζδιεζςεεί υηζ οπάνπεζ δοκαηυηδηα δθεηηνμπδιζηήξ ακάθοζδξ μνβακζηχκ εκχζεςκ ή οθζηχκ ιε ορδθή δθεηηνζηή ακηίζηαζδ ιε ηδκ πνήζδ ηδξ ζοκμδεοηζηήξ ζοζηεοήξ High Voltage Booster HVB 100 δ μπμία θεζημονβεί ςξ ζηαεενμπμζδηήξ νεφιαημξ ηαζ πανέπεζ εφνμξ ηάζδξ απυ -100 έςξ +100 V. ηδκ πενίπηςζδ ιεηνήζεςκ αμθηαιεηνίαξ (voltammetry) ηα απμηεθέζιαηα απεζημκίγμκηαζ ςξ ηαιπφθεξ πυθςζδξ (πμηεκζζμδοκαιζηέξ ηαιπφθεξ) εκχ μζ πεζναιαηζηέξ ακαθφζεζξ έβζκακ ιε ηδκ ηεπκζηή ηνζχκ δθεηηνμδίςκ έπμκηαξ δθεηηνυδζμ ακαθμνάξ ηαθμιέθακμξ, ημ μπμίμ απμηεθείηαζ απυ ημνεζιέκμ δζάθοια αθάηςκ πθςνζμφπμο ηαθίμο (KCl) ιε οδνάνβονμ (Ζg) ηαζ πθςνζμφπμ οδνάνβονμ (Hg 2 Cl 2 ) ηαζ έπεζ μκμιαζηζηή ηάζδ ίζδ ιε 244 mv, ηαζ δθεηηνυδζμ ενβαζίαξ πθαηίκαξ. Σοπζηή βεςιεηνία δμηζιίμο αθνμφ πμο πνδζζιμπμζήεδηε βζα ηδ δζελαβςβή δθεηηνμπδιζηήξ δζάανςζδξ θαίκεηαζ ζημ ζρήκα 4.5β. Ο αθνυξ απμηεθείηαζ απυ έκα ζοιπαβέξ ιένμξ βζα ηδκ απμθοβή δζαπμηζζιμφ ημο δθεηηνμδίμο ενβαζίαξ απυ ημ δζαανςηζηυ δζάθοια ηαεχξ αοηυ εα μδδβμφζε ζε θακεαζιέκεξ ιεηνήζεζξ. ρήκα 4.5: (α) οζηεοή δθεηηνμδζάανςζδξ Voltalab PGZ 402 ηαζ (α) Σοπζηή βεςιεηνία δμηζιίςκ αθνχκ πμο πνδζζιμπμζήεδηακ βζα ηδ δζελαβςβή δθεηηνμπδιζηήξ δζάανςζδξ. 39

50 5. Παξαγσγή κεηαιιηθώλ αθξώλ θαη FEM πξνζνκνίσζε ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο 5. ΠΔΗΡΑΜΑΣΗΚΖ ΓΗΑΓΗΚΑΗΑ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΜΔΣΑΛΛΗΚΧΝ ΑΦΡΧΝ ΚΑΗ ΠΔΗΡΑΜΑΣΗΚΖ-ΤΠΟΛΟΓΗΣΗΚΖ ΓΗΑΓΗΚΑΗΑ ΠΡΟΟΜΟΗΧΖ FEM 5.1 Παξαγωγή κεηαιιηθώλ αθξώλ κε ηελ κέζνδν πδαηνδηάιπζεοππξνζπζζωκάηωζεο κε ρξήζε θξπζηαιιηθήο θαζηαλήο δάραξεο Οζ πνχηεξ φθεξ βζα ηδκ παναζηεοή αθνχκ είκαζ ηυκεζξ ιεηάθθμο ηαζ ηνοζηαθθζηή ηαζηακή γάπανδ. Ζ ηνοζηαθθζηή ηαζηακή γάπανδ πμο πνδζζιμπμζήεδηε ζηδκ πανμφζα ενβαζία είκαζ έκαξ ηφπμξ ειπμνζηήξ αηαηένβαζηδξ γάπανδξ ιε ηδκ μκμιαζία fytro (Fytro Α.Δ., Αεήκα, Δθθάδα). οκήεςξ απμηεθείηαζ απυ ηοαζημφξ ηνοζηάθθμοξ/ηυηημοξ ιε θεία επζθάκεζα πμο ειθακίγμοκ ανηεηή μιμζμβέκεζα ζημ ιέβεεμξ. Δπίζδξ είκαζ θεδκυ οθζηυ ηαζ εονέςξ δζαδεδμιέκμ ζηδκ αβμνά. Ζ ηαηάθθδθδ επζθμβή ηςκ ανπζηχκ οθζηχκ ακαθμνζηά ιε ηδκ ηαεανυηδηα, ηναιαηζηά ζημζπεία, ιέβεεμξ ηαζ ηαηακμιή ηυηηςκ είκαζ ζδιακηζηή βζα ηδκ επζηοπδιέκδ αθνμπμίδζδ. Σμ ιέβεεμξ ηυηηςκ ηδξ πνδζζιμπμζδεείζαξ ηνοζηαθθζηήξ ηαζηακήξ γάπανδξ ελανηάηαζ απυ ημ επζδζςηυιεκμ ιέβεεμξ πυνςκ ημο ηεθζημφ αθνμφ. Γζα ηδκ παναβςβή πμνςδχκ οθζηχκ ιε πνήζδ ημκζμιεηαθθμονβίαξ ηαζ πθδνςηζημφ ιέζμο απαζηείηαζ δ ηαηακμιή ιεβέεμοξ ηυηηςκ ημο ιεηάθθμο κα είκαζ ιζηνυηενδ απυ αοηή ημο πθδνςηζημφ ιέζμο. Σμ ιέβεεμξ ηςκ ιεηαθθζηχκ ηυηηςκ δεκ είκαζ ζδζαίηενα ζδιακηζηυ αθθά βεκζηά απαζηείηαζ κα είκαζ πάκς απυ 60 ιm. Μζηνυηενα ιεβέεδ ιεηαθθζηχκ ηυηηςκ ηαθφπημοκ πθήνςξ ηδκ ηνοζηαθθζηή ηαζηακή γάπανδ ειπμδίγμκηαξ ηδκ ιεηέπεζηα δζάθοζδ ημο ηαηά ηδκ ειαφεζζδ ζε θμοηνυ κενμφ. Δπζπνμζεέηςξ δοζπεναίκεηαζ δ επανηήξ ζφκδεζδ ιεηαλφ ηςκ ιεηαθθζηχκ ηυηηςκ ηαηά ημ ζηάδζμ ηδξ ζοιπίεζδξ θυβς ηςκ ιζηνχκ πενζμπχκ επαθήξ ηαζ ηδκ αδοκαιία ημπζηήξ απυζπζζδξ ημο ζηνχιαημξ μλεζδίςκ πμο ηαθφπηεζ ημοξ ιεηαθθζημφξ ηυηημοξ χζηε κα δδιζμονβδεεί απμηεθεζιαηζηή ιεηαθθμονβζηή έκςζδ. Ζ ιέεμδμξ παναβςβήξ απμηεθείηαζ απυ ηέζζανα ζηάδζα: ακάιζλδ, ζοιπίεζδ, οδαημδζάθοζδ ηαζ πονμζοζζςιάηςζδ. πδιαηζηή απεζηυκζζδ ηδξ παναβςβζηήξ δζαδζηαζίαξ θαίκεηαζ ζημ ζρήκα 5.1. Ανπζηά ηυκεζξ απυ ημ ιδηνζηυ οθζηυ ακαιζβκφμκηαζ ιε ηδκ ηνοζηαθθζηή ηαζηακή γάπανδ ζε πνμεπζθεβιέκδ ακαθμβία υβημο ή αάνμοξ ακάθμβα ιε ηδκ επζεοιδηυ πμνχδεξ ημο ηεθζημφ αθνμφ. Δθάπζζηδ πμζυηδηα κενμφ (πενίπμο 1% η.α.) πνμζηίεεηαζ ζημ ιίβια χζηε κα ελαζθαθίγεηαζ μιμζυιμνθδ ακάιζλδ ιεηαλφ ηςκ ηυκεςκ ηαζ βζα κα απμηνέπεηαζ δ δδιζμονβία ζοζζςιαηχζεςκ ηυκεςκ ζδίμο οθζημφ πμο μδδβμφκ ζε ηεθζηυ πνμσυκ παιδθήξ μιμζμιμνθίαξ υζμκ αθμνά ημ ιέβεεμξ ηαζ ηδκ ηαηακμιή ηςκ πυνςκ. Καηυπζκ ημ ιίβια ηυκεςκ ημπμεεηείηαζ ζε ηαηάθθδθδ ιήηνα ηαζ ζοιπζέγεηαζ. Ζ εθανιμγυιεκδ πίεζδ ελανηάηαζ απυ ημ ιδηνζηυ οθζηυ, ηδκ ανπζηή ακαθμβία ηςκ ηυκεςκ ηαεχξ επίζδξ ηαζ απυ ημ ιέβεεμξ ημοξ. 40

51 5. Παξαγσγή κεηαιιηθώλ αθξώλ θαη FEM πξνζνκνίσζε ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο ρήκα 5.1: πδιαηζηή απεζηυκζζδ ηδξ παναβςβζηήξ δζαδζηαζίαξ αθνχκ ακμζηημφ ηεθζμφ. Πθήνδξ απμιάηνοκζδ ηδξ ηνοζηαθθζηήξ ηαζηακήξ γάπανδξ επζηοβπάκεηαζ ιε ειαφεζζδ ζε θμοηνυ κενυ ζε εενιμηναζία πενζαάθθμκημξ βζα παναβςβή αθνχκ ορδθμφ πμνχδμοξ. Ο νοειυξ ηαζ δ πνμκζηή δζάνηεζα ηδξ δζάθοζδξ ελανηχκηαζ ζδιακηζηά απυ ημ ιέβεεμξ ημο δμηζιίμο. Καεχξ δ δζάθοζδ είκαζ ιζα δζαποηζηή δζαδζηαζία ηα ιυνζα πμο πνμένπμκηαζ απυ ηδκ οδαημδζάθοζδ ηδξ ηαζηακή γάπανδ πνέπεζ κα δζαποεμφκ απυ ηδκ ανπζηή εέζδ ηαηάθδρδξ πχνμο ζημ θμοηνυ κενμφ δζα ιέζμο ηςκ ζηεκχκ ηακαθζχκ-πυνςκ ημο αθνμφ. Δπμιέκςξ μζ ιζηνμί πυνμζ δοζπεναίκμοκ ηδκ απμιάηνοκζδ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδ, ζδζαίηενα ακ αέναξ έπεζ παβζδεοηεί ζημοξ πυνμοξ. Ζ πανάθθδθδ ακάδεοζδ ημο θμοηνμφ κενμφ ή δ εζζαβςβή δμκήζεςκ, π.π. ιε οπένδπμοξ, επζηαπφκεζ ηδκ απμιάηνοκζδ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ, οπάνπεζ ηίκδοκμξ υιςξ ιενζηήξ ηαηάννεοζδξ ημο πνυδνμιμο οθζημφ. Σμ πνυδνμιμ οθζηυ πμο δδιζμονβείηαζ αθήκεηαζ κα ζηεβκχζεζ είηε ζημκ αένα είηε ιε ηδ αμήεεζα λδνακηήνζμο ηαζ ηαηυπζκ ημπμεεηείηαζ ζημ θμφνκμ βζα ηδκ επίηεολδ ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ ηαζ ηδκ παναζηεοή ημο ηεθζημφ πμνχδμοξ πνμσυκημξ. Ζ δζαδζηαζία πονμζζοζςιάηςζδξ ελανηάηαζ απυ πθήεμξ παναιέηνςκ υπςξ είκαζ μ νοειυξ εένιακζδξ, δ εενιμηναζία έρδζδξ, μ πνυκμξ δζενβαζίαξ ηαζ δ αηιυζθαζνα ζηδκ μπμία πναβιαημπμζείηαζ δ πονμζοζζςιάηςζδ. Γζα ηδκ αεθηζζημπμίδζδ ηςκ ζηαδίςκ ηδξ ζοβηεηνζιέκδξ παναβςβζηήξ δζαδζηαζίαξ πμνςδχκ οθζηχκ ήηακ επζηαηηζηή δ επζθμβή ημο ιδηνζημφ οθζημφ ηαεχξ πμζηίθεξ πανάιεηνμζ (π.π. ηζιή πίεζδξ, εενιμηναζία ηαζ δζάνηεζα πονμζοζζςιάηςζδξ η.α) ελανηχκηαζ ηαζ πνμζδζμνίγμκηαζ άιεζα ζε ζπέζδ ιε ηζξ ζδζυηδηεξ ημο ιδηνζημφ οθζημφ. Μεηαλφ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ μζ αθνμί αθμοιζκίμο απμηεθμφκ ζδιακηζηυ πεδίμ ένεοκαξ ηα ηεθεοηαία πνυκζα θυβς ηδξ παιδθήξ ποηκυηδηαξ ηαζ ηςκ ιμκαδζηχκ θεζημονβζηχκ ζδζμηήηςκ πμο ειθακίγμοκ, υπςξ είκαζ δ απμννυθδζδ εκένβεζαξ ηαζ δ ακηίζηαζδ ζηδ ιεηάδμζδ εενιυηδηαξ [1, 2]. Δπζπθέμκ ημ αθμοιίκζμ θυβς ημο ζπεηζηά παιδθμφ ζδιείμο ηήλδξ πνμζθένεζ εοημθία πεζνζζιμφ ηαζ επελενβαζίαξ ημο. Λαιαάκμκηαξ οπυρδ ηα παναπάκς βζα ηδκ αεθηζζημπμίδζδ ηςκ ζηαδίςκ 41

52 5. Παξαγσγή κεηαιιηθώλ αθξώλ θαη FEM πξνζνκνίσζε ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο ηδξ ζοβηεηνζιέκδξ παναβςβζηήξ δζαδζηαζίαξ αθθά ηαζ ηδκ πνμζμιμίςζδ ηδξ ιδπακζηήξ ζοιπενζθμνάξ ημο αθνμφ ςξ πανάδεζβια ιδηνζημφ οθζημφ πνδζζιμπμζήεδηε ημ αθμοιίκζμ Πλεονεκηήμαηα και δςναηόηηηερ μεθόδος παπαγωγήρ Ζ πνμηεζκυιεκδ ιέεμδμξ είκαζ ηαηάθθδθδ βζα ηδκ παναζηεοή ιεηαθθζηχκ αθνχκ ιε εεςνδηζηυ πμνχδεξ ιεηαλφ 40 ηαζ 75% αθθάγμκηαξ ηδκ ακαθμβία αάνμοξ ηςκ ιεηαθθζηχκ ηυκεςκ ζημ ανπζηυ ιίβια ηυκεςκ. Σμ πθδνςηζηυ ιέζμ πμο πνδζζιμπμζήεδηε, δ αηαηένβαζηδ ηαζηακή γάπανδ είκαζ πδιζηά αδνακήξ ιε ημ ιδηνζηυ ιέηαθθμ ηαζ απμιαηνφκεηαζ εφημθα ηαζ ζε ιζηνή πνμκζηή δζάνηεζα πνζκ ημ ζηάδζμ ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ. Δπζπθέμκ δ δζαδζηαζία παναβςβήξ πμνςδχκ οθζηχκ είκαζ θζθζηή πνμξ ημ πενζαάθθμκ ηαεχξ ηακέκα ζηάδζμ παναβςβήξ δεκ μδδβεί ζε επζηίκδοκα ηαζ ημλζηά παναπνμσυκηα ηαζ αένζεξ εηπμιπέξ, εκχ δεκ απαζηείηαζ ζηδκ παναβςβζηή δζαδζηαζία ηαιία πνήζδ πδιζηχκ μοζζχκ. Οζ παναβυιεκμζ αθνμί ειθακίγμοκ ορδθή ηαεανυηδηα υιμζα ιε αοηή ημο ιδηνζημφ ιεηάθθμο. Ζ πθήνδξ ιμνζαηή δζάθοζδ ημο ζημ θμοηνυ κενμφ πνζκ ημ ζηάδζμ ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ ελαζθαθίγεζ ηδκ πνμζηαζία απυ δζάανςζδ ηαζ ιυθοκζδ ημο ηεθζημφ πνμσυκημξ. Δπζπθέμκ, επζηοβπάκεηαζ ζδιακηζηυξ έθεβπμξ ημο ιεβέεμοξ ηςκ πυνςκ, ηδξ ποηκυηδηαξ ηαζ ηδξ ιαηνμβεςιεηνίαξ ηςκ παναβυιεκςκ πμνςδχκ οθζηχκ. Πανάθθδθα, οπάνπεζ ζηακμπμζδηζηή μιμζμιμνθία ηαζ μιμζμβέκεζα ακαθμνζηά ιε ημ ιέβεεμξ ηςκ πυνςκ ηαζ ηδκ ηαηακμιή αοηχκ ζημ ιδηνζηυ οθζηυ ηαεχξ ηαζ ημ πάπμξ ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθίςκ. Δπζπνμζεέηςξ, οπάνπεζ δοκαηυηδηα παναβςβήξ ζφκεεηςκ πμνςδχκ οθζηχκ ηαζ ζημζπείςκ ιε ζοιπαβέξ ελςηενζηυ πενίαθδια ηαζ πμνχδδ πονήκα ή ηαζ ημ ακηίζηνμθμ. Σέθμξ, ιε ηδκ πνμηεζκυιεκδ ιέεμδμ ιεβάθμ εφνμξ οθζηχκ ιπμνεί κα πνδζζιμπμζδεεί βζα ηδκ παναβςβή πμνςδχκ δμιχκ ημ μπμίμ εηηείκεηαζ απυ ηαεανά οθζηά ιέπνζ ζοκδοαζιυ αοηχκ ηαζ ηνάιαηα, υπςξ είκαζ κζηέθζμ ιαβκήζζμ, πάθοααξ, παθηυξ ηθπ. 5.1 Πεηξακαηηθή ππνινγηζηηθή δηαδηθαζία πξνζνκνίωζεο ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο ηωλ πνξωδώλ πιηθώλ Γζα ηδκ αλζυπζζηδ πνμζμιμίςζδ ηδξ ιδπακζηήξ δμηζιαζίαξ ηδξ εθίρδξ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ ηαζ βζα ηδ δζελαβςβή ζοιπεναζιάηςκ ακαθμνζηά ιε ημοξ ιδπακζζιμφξ παναιυνθςζδξ ηςκ ηεθζχκ ηαζ ηδκ ηαηακμιή ηςκ ηάζεςκ ηνίκεηαζ απαναίηδηδ δ απυηηδζδ ηδξ πναβιαηζηήξ ζφκεεηδξ ηνζζδζάζηαηδξ βεςιεηνίαξ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ. Γζα ημ θυβμ αοηυ δζελήπεδζακ πεζνάιαηα ζε αλμκζηυ ημιμβνάθμ αηηίκςκ-υ ζημ πακεπζζηήιζμ ημο Cambridge, χζηε κα απεζημκζζηεί ιε αηνίαεζα δ ηνζζδζάζηαηδ δμιή ηςκ παναβυιεκςκ ιε ηδκ πνμηεζκυιεκδ 42

53 5. Παξαγσγή κεηαιιηθώλ αθξώλ θαη FEM πξνζνκνίσζε ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο ιέεμδμ πμνςδχκ οθζηχκ ηαζ κα απμηηδεεί ημ βεςιεηνζηυ ιμκηέθμ ηςκ δμηζιίςκ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ Πεπιγπαθή πειπάμαηορ ζάπωζηρ δοκιμίων ζηον αξονικό ηομογπάθο. Πνζκ απυ ηάεε δζελαβςβή πεζνάιαημξ πνμδβείηαζ δ ααειμκυιδζδ ημο ημιμβνάθμο χζηε κα δζαζθαθζζηεί υηζ δ 3Γ βεςιεηνία ημο ακηζηεζιέκμο πμο ζανχκεηαζ είκαζ αλζυπζζηδ ηαζ αηνζαήξ εκχ ηαοηυπνμκα πνέπεζ κα ζηακμπμζμφκηαζ ζοβηεηνζιέκμζ πενζμνζζιμί (ανζειυξ πνμαμθχκ, εέζδ ημο ηέκηνμο πενζζηνμθήξ, ιέβεεμξ δείβιαημξ, η.α.). Γζ αοηυ ημ θυβμ πνζκ απυ ηάεε ζάνςζδ, παθφαδζκδ νάαδμξ ααειμκυιδζδξ ημπμεεηείηαζ ζηδ δζάηαλδ ηαζ θαιαάκμκηαζ μζ ναδζμβναθίεξ ακαθμνάξ ζε 0 μ ηαζ 180 μ (ζρήκα 5.2). Οζ ναδζμβναθίεξ αοηέξ πνδζζιεφμοκ βζα ηδκ εφνεζδ ημο ηέκηνμο πενζζηνμθήξ ζε επυιεκμ ζηάδζμ. Αηυιδ θαιαάκμκηαζ δφμ ναδζμβναθίεξ ακαθμνάξ, υηακ είκαζ ηθεζζηέξ μζ αηηίκεξ (ιαφνδ πενζμπή) ηαζ υηακ είκαζ ακμζηηέξ, πςνίξ κα οπάνπεζ δείβια, (θεοηή θςηεζκή πενζμπή) μζ μπμίεξ πνδζζιεφμοκ ζηδκ αεθηίςζδ ηδξ ακηίεεζδξ ηαζ ηδξ θςηεζκυηδηαξ ηςκ ναδζμβναθζχκ πμο πνμηφπημοκ απυ ημ δείβια. Αθμφ ααειμκμιδεεί μ ημιμβνάθμξ ημ δείβια αθνμφ ζηαεενμπμζείηαζ ζε πενζζηνεθυιεκδ αάζδ ζηδκ ηνάπεγα ηδξ ημιμβναθζηήξ δζάηαλδξ. Σα δείβιαηα πμο πνδζζιμπμζήεδηακ είκαζ αθνμί Al ηοθζκδνζηήξ βεςιεηνίαξ ηαζ δζαζηάζεςκ πενίπμο ίζεξ ιε Ø16 x 17 mm. Πνμζμπή πνέπεζ κα δμεεί χζηε ημ δείβια κα δζαηδνείηαζ ζε ηαηαηυνοθδ εέζδ ηαηά ηδκ δζάνηεζα ηδξ πενζζηνμθήξ. Σμ δείβια πενζζηνέθεηαζ βζα 360 μ ηαζ ακά ιζηνά βςκζαηά δζαζηήιαηα ηδξ ηάλδξ ηςκ 0.25 μ θαιαάκμκηαζ μζ ναδζμβναθίεξ. Πανάθθδθα ιε ηδκ πενζζηνμθζηή ηίκδζδ οπάνπεζ ηαζ ιζηνή πθεονζηή ιεηαηυπζζδ ηδξ ηάλδξ ηςκ 0.5 mm. Έπεζ ανεεεί υηζ δ ηαηαζηεοή ηδξ 3Γ βεςιεηνίαξ είκαζ πζμ αλζυπζζηδ ηαζ αηνζαήξ υηακ ημ δείβια πενζζηνέθεηαζ ηαηά 360 μ ηαζ ιεηαηζκείηαζ πθεονζηά, απυ ηδκ απθή πενζζηνμθή 180 μ (ζρήκα 5.3), δζαδζηαζία δ μπμία μκμιάγεηαζ moving window Shannon reconstruction (MWSR) [74]. Με αοηή ηδκ δζαδζηαζία ιεζχκμκηαζ ηα ζθάθιαηα δαηηοθίμο (ring artefacts). Ζ αφλδζδ ηδξ ηάζδξ αολάκεζ ηδ δζαπεναζηζηυηδηα ηςκ αηηίκςκ-υ πμο δζένπεηαζ εκηυξ ημο δείβιαημξ ηαζ ηαηαθήβεζ ζημκ ακζπκεοηή πανάβμκηαξ θςηεζκή εζηυκα. Δίκαζ ζδιακηζηυ δ ηάζδ κα είκαζ ανηεηά ιεβάθδ χζηε δ εζηυκα κα είκαζ αζζεδηά πζμ θςηεζκή, ζοβηνζηζηά ιε ηδκ εζηυκα ακαθμνάξ πμο δδιζμονβείηαζ ζηδκ πενίπηςζδ πμο μζ αηηίκεξ Υ είκαζ ηθεζζηέξ, αηυιδ ηαζ ηαηά ιήημξ ημο παπφηενμο ηιήιαημξ ημο δμηζιίμο. Ζ αφλδζδ υιςξ ηδξ ηάζδξ ηςκ αηηίκςκ-υ εθαηηχκεζ ηαοηυπνμκα ηδκ ακηίεεζδ ιεηαλφ ηςκ οθζηχκ παιδθήξ ποηκυηδηαξ ιε ημ πενζαάθθμκηα πχνμ μδδβχκηαξ ζε αολδιέκα επίπεδα εμνφαμο ιε ηίκδοκμ κα ελαθεζθεμφκ θεπημιένεζεξ απυ ηδ βεςιεηνία ημο δείβιαημξ. Ζ αφλδζδ ημο νεφιαημξ ηςκ αηηίκςκ-υ αολάκεζ ημ θάζια ηςκ αηηίκςκ πμο δζένπμκηαζ απυ υθα ηα ιένδ ημο δμηζιίμο. Ακ δ ηάζδ δεκ επανηεί βζα κα δζαπενάζμοκ μζ αηηίκεξ ημ δμηίιζμ, ζδζαίηενα ζηα ηιήιαηα ιε ημ ιεβαθφηενμ πάπμξ, ηυηε δ αφλδζδ ιυκμ ημο νεφιαημξ δεκ 43

54 5. Παξαγσγή κεηαιιηθώλ αθξώλ θαη FEM πξνζνκνίσζε ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο απμηεθεί ηδκ αέθηζζηδ θφζδ. ηδκ πενίπηςζδ πμο δ ηάζδ είκαζ ανηεηά ιεβάθδ ηυηε αφλδζδ ηδξ έκηαζδξ ημο νεφιαημξ μδδβεί ζε ηαθφηενα απμηεθέζιαηα ζοβηνζηζηά ιε ηδκ πεναζηένς αφλδζδ ηδξ ηάζδξ ηαεχξ αοηυ ιπμνεί κα μδδβήζεζ ζε απχθεζεξ πενζμπχκ παιδθήξ ποηκυηδηαξ ημο δμηζιίμο. Οζ ηζιέξ ηδξ ηάζδξ ηαζ έκηαζδξ πμο πνδζζιμπμζήεδηακ βζα ηδκ δζελαβςβή ηςκ πεζναιάηςκ είκαζ 70 kv ηαζ 115 ιa ακηίζημζπα, ηαεχξ ανέεδηε υηζ βζα αοηέξ ηζξ ηζιέξ μζ ημιμβναθίεξ είκαζ εοδζάηνζηεξ ηαζ ζε ιεβάθμ ααειυ απαθθαβιέκεξ απυ ζθάθιαηα εκχ ημπμεεηήεδηε θίθηνμ Cu ιπνμζηά απυ ηδκ πδβή ηςκ αηηίκςκ-υ. Σα θίθηνα ιπνμζηά απυ ηδκ πδβή αηηίκςκ-υ είκαζ πνήζζια βζα ηδκ ιείςζδ ηδξ ακηίεεζδξ ιεηαλφ ηδξ εηπειπυιεκδξ δέζιδξ (εηεί πμο δεκ οπάνπεζ δείβια) ηαζ ηδξ δέζιδξ δ μπμία έπεζ δζαπενάζεζ ημ παπφηενμ ηιήια εκυξ ποηκμφ οθζημφ. Δπίζδξ ιεζχκμοκ ηζξ δζαηοιάκζεζξ ηδξ θςηεζκυηδηαξ ζηδκ εζηυκα χζηε μ ακζπκεοηήξ κα ιπμνεί κα ρδθζμπμζήζεζ μθυηθδνδ ηδκ εζηυκα πςνίξ κα οπάνπμοκ πενζμπέξ έκημκδξ θςηεζκυηδηαξ (ημνεζιυξ αηηίκςκ) ή ιαφνεξ (ιδ δζαπεναζηζηυηδηα αηηίκςκ). Δπζπθέμκ αθαζνμφκ ηζξ αηηίκεξ-υ παιδθήξ εκένβεζαξ απυ ηδκ δέζιδ ιεζχκμκηαξ ηα ζθάθιαηα ζηθήνοκζδξ ηςκ αηηίκςκ [67, 70, 71]. ρήκα 5.2: Ράαδμξ ααειμκυιδζδξ ηαζ ναδζμβναθίεξ ακαθμνάξ. 44

55 5. Παξαγσγή κεηαιιηθώλ αθξώλ θαη FEM πξνζνκνίσζε ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο ρήκα 5.3: πδιαηζηή απεζηυκζζδ δζαδζηαζίαξ ζάνςζδξ. Ζ πνμκζηή δζάνηεζα ηδξ δζαδζηαζίαξ ζάνςζδξ ηςκ δμηζιίςκ αθνμφ δζήνηδζε πενίπμο 30 min. Ζ ηεθζηή ακάθοζδ δ μπμία επζηεφπεδηε ήηακ ζηα 22 ιm (δδθαδή ημ ιέβεεμξ ημο voxel είκαζ 22 ιm) Διαδικαζία επεξεπγαζίαρ δεδομένων ηος αξονικού ηομογπάθος για καηαζκεςή 3Δ γεωμεηπίαρ ηων αθπών. Μεηά ηδκ μθμηθήνςζδ ηδξ ζάνςζδξ, μζ θδθεείζεξ πνςημβεκείξ ναδζμβναθίεξ πνέπεζ κα επελενβαζημφκ ηαζ κα ιεηαηναπμφκ ζε ημιμβναθίεξ. Ζ ζεζνά ηςκ ναδζμβναθζχκ πμο δδιζμονβείηαζ απυ ηδκ δζαδζηαζία ζάνςζδξ ζημκ αλμκζηυ ημιμβνάθμ απμηεθεί δεδμιέκμ εζζαβςβήξ ζε θμβζζιζηυ ακαηαηαζηεοήξ δέζιδξ ηχκμο (cone-beam reconstruction software), ιέζς ημο μπμίμο πανάβμκηαζ μζ αλμκζηέξ ημιμβναθίεξ. Ζ ηεθζηή ηνζζδζάζηαηδ απεζηυκζζδ απεζημκίγεηαζ είηε ςξ ζεζνζαηέξ ημιμβναθίεξ είηε ςξ ηνζζδζάζηαηδ εζηυκα απμηεθμφιεκδ απυ voxels (3Γ βεςιεηνία αθνμφ). ρήκα 5.4: ηάδζα επελενβαζίαξ ναδζμβναθζχκ πνμξ δδιζμονβία ημιμβναθζχκ. 45

56 5. Παξαγσγή κεηαιιηθώλ αθξώλ θαη FEM πξνζνκνίσζε ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο ρήκα 5.5: Γεκζηή ηιδιαημπμίδζδ ηαζ μβημιεηνζηή δζαηνζημπμίδζδ ζημζπείςκ voxel. Πζμ ζοβηεηνζιέκα βζα ηδκ επελενβαζία ηςκ ναδζμβναθζχκ ανπζηά πνδζζιμπμζείηαζ ημ θμβζζιζηυ NGI CT control ημ μπμίμ, πνδζζιμπμζχκηαξ ηζξ εζηυκεξ ακαθμνάξ, εκζζπφεζ ηδκ ακηίεεζδ ηςκ ναδζμβναθζχκ ηαζ ηαηυπζκ ιε πνήζδ ημο αθβμνίειμο Feldkamp ηζξ ιεηαηνέπεζ ζε εβηάνζζεξ ημιμβναθίεξ ηαηά ιήημξ ημο δμηζιίμο (ζρήκα 5.4). Σμ πθήεμξ ηςκ ημιμβναθζχκ βζα ηάεε δμηίιζμ είκαζ πενίπμο 850. Καηυπζκ πνδζζιμπμζείηαζ ημ θμβζζιζηυ CT- Pro Client ημ μπμίμ πνδζζιμπμζχκηαξ ηαζ ηζξ εζηυκεξ ακαθμνάξ ανίζηεζ ημ ηέκηνμ πενζζηνμθήξ, εκχ πανάθθδθα βίκμκηαζ εκένβεζεξ βζα ηδκ ιείςζδ ημο εμνφαμο ηαζ ηςκ ζθαθιάηςκ θυβς ηδξ ζηθήνοκζδξ ηςκ αηηίκςκ-υ. Με ηζξ απαθθαβιέκεξ απυ ζθάθιαηα ημιμβναθίεξ βίκεηαζ δοκαηή δ ηαηαζηεοή ηδξ 3Γ βεςιεηνίαξ πνδζζιμπμζχκηαξ ημ θμβζζιζηυ VGStudio MAX. Ζ εζηυκα ημιμβναθίαξ πμο πανάβεηαζ απμηεθείηαζ απυ ηοαζηή δζάηαλδ ιδ ααειμκμιδιέκςκ ηζιχκ δζααάειζζδξ ημο βηνζ δ ηαεειία απυ ηζξ μπμίεξ ακηζζημζπεί ζε έκα πεπεναζιέκμ ηοαζηυ υβημ (voxel) ημο δμηζιίμο. Δπυιεκμ ζηάδζμ είκαζ δ ηιδιαημπμίδζδ ηςκ ημιμβναθζχκ (image segmentation), δδθαδή μ δζαπςνζζιυξ ηςκ μνίςκ ιεηαλφ ημο οθζημφ ημο αθνμφ απυ ηζξ οπυθμζπεξ θάζεζξ (θάζδ αένα). Ζ ηιδιαημπμίδζδ ηςκ ημιμβναθζχκ ζημ ζοβηεηνζιέκμ θμβζζιζηυ είκαζ βεκζηή (Global thresholding) πνδζζιμπμζχκηαξ ημ ζζηυβναιια ηζιχκ ηδξ ποηκυηδηαξ (ή ηζιέξ δζααάειζζδξ απυπνςζδξ ημο βηνζ) (ζρήκα 5.5). Ζ βεκζηή αοηή ηιδιαημπμίδζδ πανυθμ πμο είκαζ εονέςξ δζαδεδμιέκδ δε δίκεζ αηνζαή ηαζ αλζυπζζηδ απεζηυκζζδ ηδξ 3Γ βεςιεηνίαξ ημο δμηζιίμο ηαεχξ πνδζζιμπμζείηαζ ιυκμ ιία ηζιή βζα ημ δζαπςνζζιυ ηςκ voxel ημο οθζημφ ημο αθνμφ ηαζ ηςκ πυνςκ. Γζ αοημφξ ημοξ θυβμοξ μζ ημιμβναθίεξ επελενβάζηδηακ ζε θμβζζιζηυ ηνζζδζάζηαηδξ 46

57 5. Παξαγσγή κεηαιιηθώλ αθξώλ θαη FEM πξνζνκνίσζε ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο απεζηυκζζδξ υπμο πναβιαημπμζήεδηε ημπζηά πνμζανιμζιέκδ ηιδιαημπμίδζδ (Locally adaptive thresholding) (ζρήκα 5.6), δδθαδή πνδζζιμπμζμφκηαζ δφμ ηζιέξ πμο ηαεμνίγμοκ ηδκ πενζμπή ημο αθνμφ. Καεχξ ηα υνζα ηςκ θάζεςκ ζηζξ ημιμβναθίεξ είκαζ πάκηα δοζδζάηνζηα ηαζ εμθά δ ανπζηή επζθμβή ηςκ ηζιχκ ηαεμνζζιμφ ηδξ πενζμπήξ ημο αθνμφ αεθηζζημπμζείηαζ χζηε ημ πμνχδεξ ηδξ ηνζζδζάζηαηδξ βεςιεηνίαξ κα είκαζ ίδζμ ιε ηδκ πναβιαηζηή ηζιή ημο πμνχδμοξ ημο ακηίζημζπμο δμηζιίμο, οπμθμβζζιέκδ πνδζζιμπμζχκηαξ ηδκ ανπή ημο Ανπζιήδδ. Οζ δζαεέζζιεξ ηεπκζηέξ βζα δδιζμονβία μβημιεηνζηχκ δζαηνζημπμζήζεςκ πμο ααζίγμκηαζ ζε ημιμβναθζηέξ εζηυκεξ είκαζ δφμ [67]: Ζ πζμ εφημθδ ηαζ άιεζδ ηεπκζηή πνδζζιμπμζεί ηδκ θοζζηή δζαηνζημπμίδζδ ηδξ εζηυκαξ απυ ηα voxel. ε αοηήκ ηδκ πενίπηςζδ ηάεε voxel πμο ανίζηεηαζ ζηδκ πενζμπή ηδξ οπυ ιεθέηδξ θάζδξ ακηζζημζπεί ζε έκα ηοαζηυ ζημζπείμ 8 ηυιαςκ. Ζ ηεπκζηή αοηή είκαζ βκςζηή ςξ ηεπκζηή ζημζπείςκ voxel (voxel-element technique) εκχ δ εθανιμβή ηδξ είκαζ εφημθδ πςνίξ κα πνεζάγεηαζ επζπθέμκ δαπάκδ ζε πνυκμ ηαζ ηυπμ βζα ηδκ δδιζμονβία ημο πθέβιαημξ δζαηνζημπμίδζδξ. Μεζμκέηηδια ηδξ ζοβηεηνζιέκδξ ηεπκζηήξ είκαζ υηζ δεκ ιπμνεί κα απεζημκίζεζ ιε εοηνίκεζα ηζξ πμθφπθμηεξ βεςιεηνζηέξ αθθαβέξ ηαζ δζαηοιάκζεζξ πμο οπάνπμοκ ζημοξ πυνμοξ ημο αθνμφ, ζδζαίηενα ακ ημ ιέβεεμξ ηςκ voxel ζημζπείςκ είκαζ ανηεηά ιεβάθμ (ζρήκα 5.5). ηδ δεφηενδ πνμζέββζζδ είκαζ απαναίηδημ έκα εκδζάιεζμ ζηάδζμ πνζκ ηδ δζαηνζημπμίδζδ ηδξ βεςιεηνίαξ, ηδ δδιζμονβία εκυξ επζθακεζαημφ ιμκηέθμο. Σα ζηάδζα αοηήξ ηδξ δζαδζηαζίαξ απεζημκίγμκηαζ ζημ ζρήκα 5.7. Ανπζηά θαιαάκμκηαξ οπυρδ ηδκ ακάθοζδ ηςκ ημιμβναθζχκ (ιέβεεμξ ημο voxel) ηαηαζηεοάγεηαζ δ ηνζζδζάζηαηδ βεςιεηνία ημο πμνχδμοξ υβημο, ζπδιαηίγμκηαξ ιζα ηνζζδζάζηαηδ πμθοβςκζηή επζθάκεζα δ μπμία πενζηθείεζ ηα υνζα ημο βεςιεηνζημφ υβημο ημο οθζημφ ηαζ δδιζμονβήεδηε απυ μβημιεηνζηά δεδμιέκα. Ζ πμθοβςκζηή επζθάκεζα ηαηαζηεοάγεηαζ πνδζζιμπμζχκηαξ ιζα πνμζέββζζδ βναιιζηήξ πανειαμθήξ ηςκ δζζδζάζηαηςκ ηαιποθχκ ηςκ ημιχκ πνμξ ηδκ ηνίηδ ηαηεφεοκζδ εκχ δ ηνζζδζάζηαηδ βεςιεηνία ημο πμνχδμοξ δείβιαημξ απμεδηεφεηαζ ζε ανπείμ ιμνθήξ STL. ρήκα 5.6: Σμπζηά πνμζανιμζιέκδ ηιδιαημπμίδζδ (Locally adaptive thresholding). 47

58 5. Παξαγσγή κεηαιιηθώλ αθξώλ θαη FEM πξνζνκνίσζε ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο ρήκα 5.7: ηάδζα βζα ηδ δδιζμονβία μβημιεηνζηχκ δζαηνζημπμζήζεςκ πμο ααζίγμκηαζ ζε ημιμβναθζηέξ εζηυκεξ. ρήκα 5.8: Μεηαηνμπή ηςκ μβημιεηνζηχκ δεδμιέκςκ απυ ηζξ ημιμβναθίεξ ζε ηνζζδζάζηαημ ιμκηέθμ υβημο ηαηάθθδθμ βζα FEM πνμζμιμίςζδ. 48

59 5. Παξαγσγή κεηαιιηθώλ αθξώλ θαη FEM πξνζνκνίσζε ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο Σμ ανπείμ STL ιπμνεί κα απεζημκζζηεί ζε 2 ιμνθέξ, ημ εκζαίμ ζφκμθμ ζδιείςκ (ζφκκεθμ ζδιείςκ (point cloud)) ηα μπμία ιπμνμφκ κα ζοκδεεμφκ ιεηαλφ ημοξ πνμξ ζπδιαηζζιυ ηνζβςκζηχκ επίπεδςκ ηαιπφθςκ ηαζ δδιζμονβίαξ ημο ηνζβςκζημφ πθέβιαημξ (wireframe). Σμ ηνζζδζάζηαημ πμθοβςκζηυ ακηζηείιεκμ ζε ιμνθή ηνζβςκζημφ πθέβιαημξ μοζζαζηζηά απμηεθείηαζ απυ ηνζβςκζηέξ επίπεδεξ ηαιπφθεξ μζ μπμίεξ δδιζμονβμφκ ημ πμθοβςκζηυ πθέβια (ζρήκα 5.8). Σοπζηά ημ ηνζζδζάζηαημ πμθοβςκζηυ ακηζηείιεκμ ζε ιμνθή ηνζβςκζημφ πθέβιαημξ ιπμνεί κα εεςνδεεί ςξ ηεπκδηή επζθάκεζα (πςνίξ οθζηή οπυζηαζδ) δ μπμία πενζηθείεζ ηα υνζα ημο βεςιεηνζημφ υβημο ημο ακηζηεζιέκμο ηαζ ελοπδνεηεί ιυκμ βζα μπηζηή ηαζ πμζμηζηή ακάθοζδ. Σμ ανπείμ STL (stereolithography) πμο δδιζμονβήεδηε επελενβάζηδηε ηαηάθθδθα χζηε κα ιεζςεεί ζε ιέβεεμξ (ιείςζδ ημο ανζειμφ ηςκ πμθοβχκςκ-ηνζβςκζηχκ επζθακεζχκ) δζαηδνχκηαξ ηδκ STL επζθάκεζα υζμ ημ δοκαηυκ πζμ ημκηά ζηδκ ανπζηή πςνίξ κα ιεζςεεί δ ακάθοζδ ηαζ δ εοηνίκεζα ηδξ εζηυκαξ. Σμ ηνζζδζάζηαημ πμθοβςκζηυ ακηζηείιεκμ (ανπείμ STL) δεκ ιπμνεί κα εζζαπεεί απεοεείαξ ζηα πενζζζυηενα ειπμνζηά θμβζζιζηά πεπεναζιέκςκ ζημζπείςκ. Δπμιέκςξ δ STL επζθάκεζα ημο αθνμφ ιεηαηνάπδηε ζε CAD δεδμιέκα (computer-aided drawing). Ακαθοηζηά ανπζηά έβζκε εζζαβςβή ημο ανπείμο ζε θμβζζιζηυ ζπεδίαζδξ CAD (ΑutoCAD) ςξ ανπείμ ηφπμο *.dxf, υπμο ηαζ πναβιαημπμζήεδηε δ ιεηαηνμπή ηςκ επίπεδςκ ηνζβςκζηχκ ηαιποθχκ ζε επίπεδεξ ηνζβςκζηέξ επζθάκεζεξ δδιζμονβχκηαξ έκα πμθοβςκζηυ επζθακεζαηυ ιμκηέθμ. Σμ ηνζζδζάζηαημ επζθακεζαηυ ιμκηέθμ ανίζηεηαζ ζε ιμνθή πμθοβςκζημφ πθέβιαημξ ακαπανζζηχιεκμ απυ ηνζβςκζηέξ ηαζ πμθοβςκζηέξ επζθάκεζεξ. Σμ παναβυιεκμ πμθοβςκζηυ επζθακεζαηυ ιμκηέθμ ιεηαηνάπδηε ζε ανπείμ ηφπμο *.iges ηαζ εζζήπεδ ζε θμβζζιζηυ 3D CAD (solidworks) υπμο ημ επζθακεζαηυ ιμκηέθμ ιεηαηνάπδηε ζε μβημιεηνζηυ ιμκηέθμ, (ηνζζδζάζηαημ ιμκηέθμ υβημο) (ζρήκα 5.8). Σεθζηυ ζηάδζμ είκαζ δ εζζαβςβή ημο 3D ιμκηέθμο υβημο (βεςιεηνζηυξ υβημξ) ζε θμβζζιζηυ πεπεναζιέκςκ ζημζπείςκ (ΑNSYS). 5.2 FEM πξνζνκνίωζε θαη κνληεινπνίεζε Ζ επζθμβή ηςκ ηαηάθθδθςκ ζδζμηήηςκ ημο οθζημφ (ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ ηαζ ηάζδ δζαννμήξ) αθθά ηαζ δ δζαζθάθζζδ ηδξ εθαζημπθαζηζηήξ ζοιπενζθμνά ημο FEM ιμκηέθμο απμηεθμφκ μοζζχδεζξ παναιέηνμοξ βζα ηδκ επζηοπδιέκδ, μνεή ηαζ έβηονδ πνυαθερδ ηςκ εθζπηζηχκ ηάζεςκ πμο ακαπηφζζμκηαζ ζημκ αθνυ ηαηά ηδκ δζάνηεζα ηδξ παναιυνθςζδξ. Ζ ηαηάθθδθδ επζθμβή ηςκ ζδζμηήηςκ ημο ιδηνζημφ οθζημφ ηαεμνίγεζ ζδιακηζηά ηδκ ζφβηθζζδ ηςκ πεζναιαηζηχκ ηαζ οπμθμβζζηζηχκ απμηεθεζιάηςκ. Ανπζηά βζα ηζξ ζδζυηδηεξ ημο ιδηνζημφ οθζημφ πνδζζιμπμζήεδηακ δεδμιέκα απυ ηδκ αζαθζμβναθία. Καεχξ μζ ηζιέξ ημο ιέηνμο εθαζηζηυηδηαξ ηαζ ηάζδξ δζαννμήξ δζαθένμοκ ζδιακηζηά, ιεηαλφ ηςκ πονμζοζζςιαηςιέκςκ οθζηχκ ηαζ ζοιπαβχκ (πνμενπυιεκςκ απυ πφηεοζδ) οθζηχκ (ηαζ ακαθμβζηά ιε ημ πμνχδεξ) μζ ηζιέξ ημο ιέηνμο εθαζηζηυηδηαξ ηαζ ηάζδξ δζαννμήξ ημο αθμοιζκίμο πμο ακαθένμκηαζ ζηδ 49

60 5. Παξαγσγή κεηαιιηθώλ αθξώλ θαη FEM πξνζνκνίσζε ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο αζαθζμβναθία δεκ έδςζακ ηα επζεοιδηά απμηεθέζιαηα ζφβηθζζδξ ιεηαλφ πεζναιαηζηχκ ηαζ οπμθμβζζηζηχκ ηζιχκ. Γζ αοηυ ημ θυβμ ηαηαζηεοάζηδηε ηαιπφθδ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ δ μπμία ακηζζημζπεί ζε πονμζοζζςιαηςιέκεξ ηυκεζξ αθμοιίκζμο. Πζμ ζοβηεηνζιέκα ηυκεζξ αθμοιζκίμο ζοιπζέζηδηακ ζηα 300 MPa ζε παθφαδζκμ ηαθμφπζ δζαιέηνμο 16 mm ηαζ ημ παναβυιεκμ ζοιπίεζια πονμζοζζςιαηχεδηε ζε εενιμηναζία 680 μ C βζα 2.5 h οπυ αηιυζθαζνα ηεκμφ. Καηυπζκ ημ δμηίιζμ πονμζοζζςιαηςιέκμο αθμοιζκίμο οπμαθήεδηε ζε εθζπηζηή θυνηζζδ ιε νοειυ παναιυνθςζδξ ίζμ ιε 0.06 mm/min. Σα δεδμιέκα δφκαιδξιεηαηυπζζδξ ιεηαηνάπδηακ ζε δεδμιέκα πναβιαηζηήξ ηάζδξ πναβιαηζηήξ παναιυνθςζδξ θαιαάκμκηαξ οπυρδ ηαζ ημ πμνχδεξ ημο δμηζιίμο ημ μπμίμ οπμθμβίζηδηε ζηα 4%. Ζ ηαιπφθδ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ πμο απμηηήεδηε δεκ ιπμνεί κα πνδζζιμπμζδεεί αοημφζζα ηαεχξ μ επζθοηήξ (solver) ημο θμβζζιζημφ ANSYS είκαζ βναιιζηυξ. Απυ ηα δεδμιέκα ηδξ εθζπηζηήξ δμηζιήξ ηαηαζηεοάζηδηε ηαιπφθδ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ απμηεθμφιεκδ απυ βναιιζηά ηιήιαηα δ μπμία πνδζζιμπμζήεδηε ηαζ ςξ ανπζηυ δεδμιέκμ ημο οθζηυ βζα ηδκ ακάθοζδ ηςκ πεπεναζιέκςκ ζημζπείςκ. Οζ ζοκεήηεξ πίεζδξ, εενιμηναζίαξ ηαζ νοειμφ ρήκα 5.9: Γζάβναιια νμήξ ζηαδίςκ ηδξ FEM πνμζμιμίςζδξ. 50

61 5. Παξαγσγή κεηαιιηθώλ αθξώλ θαη FEM πξνζνκνίσζε ηεο κεραληθήο ζπκπεξηθνξάο εθζπηζηήξ παναιυνθςζδξ δζαηδνήεδηακ ίδζεξ ιε αοηέξ πμο πνδζζιμπμζήεδηακ βζα ηδκ παναβςβή ηςκ αέθηζζηςκ αθνχκ Al (ηεθάθαζμ 6 ηαζ 7). Με αοηυ ημκ ηνυπμ δζαζθαθίγεηαζ αθεκυξ δ εθαζημπθαζηζηή ζοιπενζθμνά ημο FEM ιμκηέθμο ηαζ αθεηένμο δ επζθμβή ηςκ ηαηάθθδθςκ ηζιχκ βζα ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ ηαζ ημ υνζμ δζαννμήξ ημο ιδηνζημφ οθζημφ. Λυβς ηδξ πμθφπθμηδξ βεςιεηνίαξ ηαζ ημο ιεβάθμο ιεβέεμοξ ηςκ ανπείςκ πμο δοζηυθεοακ ζδιακηζηά ημ πεζνζζιυ ηαζ επελενβαζία ημο ιμκηέθμο, πνδζζιμπμζήεδηε ιένμξ ημο ζοκμθζημφ υβημ ημο ιμκηέθμο πμνχδμοξ οθζημφ. Οζ δζαζηάζεζξ ηδξ ηοθζκδνζηήξ βεςιεηνίαξ ημο ιμκηέθμο πμο πνδζζιμπμζήεδηε βζα ηδκ πνμζμιμίςζδ ηδξ εθζπηζηήξ ζοιπενζθμνάξ είκαζ Ø8 x 8.5 mm χζηε μ θυβμξ δζαζηάζεςκ ιήημοξ βεςιεηνζημφ ιμκηέθμο ςξ πνμξ ηδκ δζάιεηνμ κα είκαζ πενίπμο ίδζμξ ιε ημκ ακηίζημζπμ θυβμ ηςκ πναβιαηζηχκ δμηζιίςκ πμνςδχκ οθζηχκ. Σμ δείβια εεςνείηαζ ακηζπνμζςπεοηζηυ ηαεχξ ηάεε δζάζηαζδ έπεζ 5-6 πυνμοξ. Οζ ιεβάθεξ αθθαβέξ ηαζ ιεηααμθέξ ηδξ βεςιεηνίαξ ημο ιμκηέθμο θαιαάκμκηαζ οπυρδ ηάκμκηαξ πνήζδ ηδξ NLGEOM εκημθήξ ζημ Ansys. Σμ 3D ιμκηέθμ δζαηνζημπμζήεδηε ιε D 10- ηυιαςκ ηεηναεδνζηά δμιζηά ζημζπεία (SOLID187) ηα μπμία παναηηδνίγμκηαζ απυ δεοηενμαάειζα ελίζςζδ ιεηαηυπζζδξ. Ονζαηέξ ζοκεήηεξ εθανιυζηδηακ ζημ FEM ιμκηέθμ δζαηδνχκηαξ ηδ ιία πθεονά ημο ζηαεενή ηαζ οπμαάθθμκηαξ ζηδκ ακηίεεηδ ζηαδζαηή ιμκμαλμκζηή εθζπηζηή ιεηαηυπζζδ ηαηά ιήημξ ηδξ z δζεφεοκζδξ. Ζ πθήνδξ θφζδ ημο ιμκηέθμο απαζηεί πενίπμο 340 h. Οζ μνζαηέξ ζοκεήηεξ πμο πνδζζιμπμζήεδηακ ηαζ ηα ζηάδζα ηδξ ιμκηεθμπμίδζδξ θαίκμκηαζ ζημ ζρήκα

62 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ 6. ΒΔΛΣΗΣΟΠΟΗΖΖ ΠΑΡΑΜΔΣΡΧΝ ΠΑΡΑΓΧΓΖ ΜΔΣΑΛΛΗΚΧΝ ΑΦΡΧΝ AΛΟΤΜΗΝΗΟΤ ΜΔ ΣΖ ΜΔΘΟΓΟ ΤΓΑΣΟΓΗΑΛΤΖ-ΠΤΡΟΤΧΜΑΣΧΖ 6.1 Πεξηγξαθή παξαγωγηθήο δηαδηθαζίαο Κυκεζξ αθμοιζκίμο (Αl) ιε ηαεανυηδηα 99.8%, απυ ηδκ εηαζνία Alpha Aesar, πνδζζιμπμζήεδηακ ςξ ιδηνζηυ οθζηυ. Γζα ημκ ηαθφηενμ έθεβπμ ημο ιεβέεμοξ ηςκ πυνςκ ημο ηεθζημφ αθνμφ, δ αηαηένβαζηδ γάπανδ δζαπςνίζηδηε ζε ηνεζξ ηαηδβμνίεξ ιέζς ιζαξ ζεζνάξ απυ ηυζηζκα: 1-2, ηαζ mm ιε ιέζδ δζάιεηνμ 1.35, 0.70 ηαζ 0.35 mm ακηίζημζπα. Σμ ιέβεεμξ ηυηηςκ ηδξ αηαηένβαζηδξ γάπανδξ ελανηάηαζ απυ ημ επζδζςηυιεκμ ιέβεεμξ πυνςκ ημο ηεθζημφ αθνμφ. Οζ ηυκεζξ Αl ηαζ αηαηένβαζηδξ γάπανδξ ιε ημ επζθεβιέκμ ιέβεεμξ γοβίζηδηακ πνδζζιμπμζχκηαξ δθεηηνμκζηυ γοβυ ιε αηνίαεζα g. Ζ ακαθμβία υβημο ηάεε ζοζηαηζημφ ζημζπείμο ζημ ιίβια ηυκεςκ απμηηάηαζ εφημθα ιε ηδκ ιεηαηνμπή ηςκ αανχκ ζε υβημ ιέζς ηδξ ποηκυηδηαξ. Σοπζηέξ ιμνθμθμβίεξ ηςκ ηυκεςκ Αl ηαζ αηαηένβαζηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ θαίκμκηαζ ζημ ζρήκα 6.1. Ζ πθεζμκυηδηα ηςκ ηυηηςκ Αl έπμοκ αηακυκζζημ ζπήια αθθά ιε ζηνμββοθειέκεξ αηιέξ ιε ιέζδ δζάιεηνμ ίζδ ιε 0.26 mm. Ανπζηά ηυκεζξ απυ ημ ιδηνζηυ οθζηυ ακαιζβκφμκηαζ ιε ηδκ ηνοζηαθθζηή ηαζηακή γάπανδ ζε πνμεπζθεβιέκδ ακαθμβία υβημο ή αάνμοξ ακάθμβα ιε ημ επζεοιδηυ πμνχδεξ ημο ηεθζημφ αθνμφ. Καηυπζκ ημ ιίβια ηυκεςκ ημπμεεηήεδηε ζε παθφαδζκδ ηοθζκδνζηή ιήηνα δζαιέηνμο 16 mm ηαζ ιήημοξ 80 mm ηαζ ζοιπζέγεηαζ ιμκμαλμκζηά ζε οδναοθζηή πνέζα ζε πζέζεζξ πμο ηοιαίκμκηαζ απυ MPa. ρήκα 6.1: Μμνθμθμβία ανπζηχκ οθζηχκ: (α) ηυκεζξ Al ηαζ (α) ηνοζηαθθζηή αηαηένβαζηδ ηαζηακή γάπανδ. 52

63 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ Γζα ηδκ ελέηαζδ ημο νοειμφ δζάθοζδξ ηαζ απμιάηνοκζδξ ηδξ αηαηένβαζηδξ γάπανδξ δ ειαφεζζδ πναβιαημπμζήεδηε ζε θμοηνυ κενυ ζε εενιμηναζία πενζαάθθμκημξ (25 μ C) ηαζ ζημοξ 60 μ C). Σμ ηεθζηυ ζηάδζμ είκαζ δ πονμζοζζςιάηςζδ δ μπμία δζελήπεδ ζε δφμ δζαθμνεηζηέξ αηιυζθαζνεξ ηεκμφ: ζε παιδθυ (p= 10 mbar ή 7 Torr) ηαζ ζε ορδθυ ηεκμφ (p= 4*10-2 mbar ή 0.03 Torr). Γζα ηδκ επίηεολδ ηαθφηενδξ ιδ μλεζδςηζηήξ αηιυζθαζνα, αθμφ επζηεφπεδηε ημ ηεκυ πναβιαημπμζήεδηακ 4-5 πθφζεζξ ανβμφ Πςκνόηηηερ αθπού και ζςμπιέζμαηορ Ζ ποηκυηδηα ν f ημο ηεθζημφ αθνμφ Αl εηηζιήεδηε ιε δφμ ιεευδμοξ:. Ανπζηά οπμθμβίζηδηε δζαζνχκηαξ ηδκ ιάγα ημο αθνμφ ιε ημκ υβημ ημο μ μπμίμξ ιεηνήεδηε πνδζζιμπμζχκηαξ ηδκ ανπή ημο Ανπζιήδδ. ε αοηήκ ηδκ πενίπηςζδ επεζδή δ ημπμθμβία ηςκ αθνχκ είκαζ ακμζηημφ ηεθζμφ ημ δμηίιζμ ζηεβακμπμζείηαζ ελςηενζηά ιε πνήζδ πθαζηζηήξ ιειανάκδξ. Σμ πμνχδεξ P f οπμθμβίγεηαζ απυ ηδ ζπέζδ: P f = 1 ν f /ν A (6.1) υπμο ν Al δ ποηκυηδηα ημο Αl (ν Al = 2.70 kg/m 3 ). Χξ εκαθθαηηζηή πνμζέββζζδ ημ πμνχδεξ οπμθμβίγεηαζ θαιαάκμκηαξ οπυρδ ιυκμ ηδ δζαθμνά ηςκ υβηςκ ςξ ελήξ: P f = 1 V Α /V f 6.2) υπμο V Α είκαζ μ υβημξ πμο εα έπνεπε κα είπε ημ αθμοιίκζμ βζα ηδ ζοβηεηνζιέκδ ιάγα ηαζ οπμθμβίζηδηε δζαζνχκηαξ ηδ ιάγα ημο αθνμφ ιε ηδκ ποηκυηδηα ημο αθμοιζκίμο ηαζ V f μ υβημξ ημο αθνμφ Al υπςξ οπμθμβίζηδηε απυ ηζξ ελςηενζηέξ δζαζηάζεζξ ημο δμηζιίμο. Οζ ηζιέξ πμνχδμοξ πμο ελάβμκηαζ απυ ηζξ δφμ ιεευδμοξ είκαζ ίδζεξ ιε ιζα ιζηνή απυηθζζδ ηδξ ηάλδξ ηςκ 0.1%. Σμ πμνχδεξ ημο ζοιπζέζιαημξ Al/γάπανδξ, P C, οπμθμβίζηδηε απυ ηδκ ζπέζδ: P C =1 ν c /ν s (6.3) υπμο ν c ποηκυηδηα ημο ζοιπζέζιαημξ δ μπμία οπμθμβίγεηαζ απυ ηζξ δζαζηάζεζξ ηαζ ηδ ιάγα ημο ηαζ ν s δ εεςνδηζηή ποηκυηδηα πθήνςξ ζοιπαβμφξ ζοιπζέζιαημξ Al/γάπανδξ (πςνίξ πυνμοξ) ιε ηδκ ίδζα ακαθμβία ηυκεςκ δ μπμία οπμθμβίγεηαζ απυ ηδκ ζπέζδ: ν s = ν Al V Al + ν γαπανδξ (1 V Al ) (6.4) υπμο V Al είκαζ δ ηαη υβημ ακαθμβία ημο αθμοιζκίμο ζημ ιίβια ηυκεςκ Al/γάπανδξ. Ζ ποηκυηδηα ηδξ ηνοζηαθθζηήξ ηαζηακήξ γάπανδξ, ν γαπανδξ, ζζμφηαζ ιε 1.58 kg/m 3 υπςξ ιεηνήεδηε ιε αάζδ ηδκ ανπή ημο Ανπζιήδδ ηαζ δζαζηαονχεδηε απυ ηδ αζαθζμβναθία [31, 32]. 53

64 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ 6.2 Δπίδξαζε δηαθόξωλ παξακέηξωλ ζηελ πνηόηεηα ηωλ αθξώλ Ανάμιξη κόνεων Σμ ζηάδζμ ηδξ ακάιζλδξ ηςκ ηυκεςκ είκαζ ζδιακηζηυ ηαεχξ ηαεμνίγεζ ζε ιεβάθμ ααειυ ηδκ πμζυηδηα ημο ηεθζημφ πνμσυκημξ. Ζ πμζυηδηα ηδξ ακάιζλδξ ελανηάηαζ απυ πμθθμφξ πανάβμκηεξ υπςξ είκαζ δ δζαθμνά ιεβέεμοξ ηςκ ηυκεςκ, δ ηαηακμιή ημο ιεβέεμοξ, ημ ζπήια, δ επζθακεζαηή ηναπφηδηα ηαζ ημ πμζμζηυ οβναζίαξ [75-77]. Γζα ηδκ απμηνμπή δδιζμονβίαξ ζοζζςιαηχζεςκ ηυκεςκ ζδίμο οθζημφ, ιζηνή πμζυηδηα ζοκδεηζηήξ έκςζδξ (~2% η.α.) πνμζηίεεηαζ ζημ ιίβια ηυκεςκ. Ζ πνήζδ αζεακυθδξ ή ιεεακυθδξ, δ μπμία είκαζ εονέςξ δζαδεδμιέκδ [10, 29] δεκ μδήβδζε ζε ζηακμπμζδηζηά απμηεθέζιαηα ηαεχξ ημ ζοιπίεζια δζαθουηακ ιενζηχξ ή μθζηχξ ζημ ζηάδζμ ηδξ ειαφεζζδξ ζε θμοηνυ κενμφ. Αφλδζδ ηδξ πίεζδξ ζηα 600 MPa είπε ςξ απμηέθεζια ηδ δδιζμονβία νςβιχκ ζημ ζοιπίεζια μδδβχκηαξ πάθζ ζηδκ ηιδιαηζηή ή μθζηή ηαηάννεοζή ημο (ζρήκα 6.2). Ο ιδπακζζιυξ πμο εοεφκεηαζ βζα ηδκ δζάθοζδ ηςκ αθνχκ ζοκδέεηαζ ζηεκά ιε ημ ζηνχια μλεζδίμο πμο ηαθφπηεζ ηζξ ηυκεζξ Al ημ μπμίμ ηοπζηά έπεζ ηάπμζα nm πάπμξ [35]. Καηά ηδκ δζάνηεζα ηδκ ειαφεζζδξ ζε θμοηνυ κενμφ ηαζ ιεηά απυ ηδκ δζάθοζδ ηδξ αηαηένβαζηδξ γάπανδξ, ημ ζηνχια μλεζδίμο (ή οδνμλεζδίμο) πμο ηαθφπηεζ ημ αθμοιίκζμ έπεζ ζδιακηζηά ιεβαθφηενμ πάπμξ απυ ηάπμζα nm [78-80]. Οζ πδιζηέξ ακηζδνάζεζξ μζ μπμίεξ θαιαάκμοκ πχνα είκαζ: 2Al + 3H 2 O Al 2 O 3 + 3H 2 Al 2 O 3 + 3H 2 O 2Al(OH) 3 Λυβς ηδξ εηπμιπήξ Ζ 2, αζηείηαζ πίεζδ ζημοξ ηυηημοξ ημο Al δ μπμία ιπμνεί κα μδδβήζεζ ζηδκ απμηυθθδζδ ημοξ απυ ημ πνυδνμιμ οθζηυ ιε ζοκέπεζα ηδκ ηαηάννεοζδ ηδξ δμιήξ. Γζ αοηυ ημ θυβμ δ ακάιζλδ πναβιαημπμζήεδηε ζε δφμ ζηάδζα. Ανπζηά ιζηνή πμζυηδηα απεζηαβιέκμο κενμφ (~1-2% η.α) ακαιίπεδηε ιε ηζξ ηυκεζξ Αl ηαζ ηαηυπζκ πνμζηέεδηε ζηαδζαηά δ αηαηένβαζηδ γάπανδ βζα ηδκ ελαζθάθζζδ μιμβεκμφξ ιίβιαημξ. Ζ πνήζδ απεζηαβιέκμο κενμφ ζοκηέθεζε αθεκυξ ζηδ δδιζμονβία εκυξ εενιμπδιζηά ζηαεενμφ ζηνχιαημξ Al 2 O 3 ή οδνμλεζδίμο πνζκ ημ ζηάδζμ ηδξ οδαημδζάθοζδξ εθαηηχκμκηαξ ή αηυιδ ειπμδίγμκηαξ ηδκ πενεηαίνς μλείδςζδ ημο πνυδνμιμο οθζημφ (ηαζ ηδκ εηπμιπή Ζ 2 ) ηαζ αθεηένμο ζηδκ απμηνμπή δδιζμονβίαξ ζοζζςιαηχζεςκ ηυκεςκ ζδίμο οθζημφ. Ζ ακάιζλδ έβζκε πεζνμηίκδηα ιέπνζ κα επζηεοπεεί πθήνδξ μιμβεκμπμίδζδ. Ζ πμζυηδηα ηδξ ακάιζλδξ ελεηάζηδηε μπηζηά θυβς ημο δζαθμνεηζημφ πνχιαημξ ηςκ δφμ ηυκεςκ (ζρήκα 6.3). Ζ απμοζία ειθακχκ ζοζζςιαηχζεςκ ηδξ αηαηένβαζηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ απμηεθεί έκδεζλδ ηαθήξ ακάιζλδξ ηαζ μδδβεί ζε ηαθή πμζυηδηα αθνχκ ακαθμνζηά ιε ηδ ιαηνμδμιή. Δπμιέκςξ πεναζηένς αεθηζζημπμίδζδ δεκ πναβιαημπμζήεδηε. 54

65 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ ρήκα 6.2: Ρςβιαηχζεζξ ηαζ εναφζδ ηςκ πνυδνμιςκ οθζηχκ θυβς ορδθχκ πζέζεςκ ηαηά ημ ζηάδζμ ηδξ ζοιπίεζδξ (~600 MPa). ρήκα 6.3: Μίβια 50% η.α. ηυκεςκ Al ιε ηυηημοξ ηαζηακήξ γάπανδξ ςμπίεζη μίγμαηορ κόνεων Μμκμαλμκζηή ροπνή ζοιπίεζδ πναβιαημπμζήεδηε βζα ηδκ παναβςβή πνυδνμιςκ οθζηχκ πνδζζιμπμζχκηαξ ηοθζκδνζηή ιήηνα ακμλείδςημο πάθοαα δζαιέηνμο 16 mm ηαζ ιήημοξ 80 mm. Καηά ηδ δζάνηεζα ηδξ ζοιπίεζδξ ημ ζοκδεηζηυ οβνυ (απεζηαβιέκμ κενυ) νέεζ απυ ηδκ ηάης επζθάκεζα ηδξ ιήηναξ ιε απμηέθεζια κα δοζπεναίκεηαζ δ δδιζμονβία ιεηαθθζηχκ επαθχκ ιεηαλφ ηςκ ηυκεςκ Al. Καηά ζοκέπεζα ημ ζοιπίεζια έπεζ ηδκ ηάζδ κα ενοιιαηίγεηαζ ηαηά ηδκ ειαφεζζδ ημο ζε θμοηνυ κενμφ. Γζ αοηυκ ημκ θυβμ έβζκε ηνμπμπμίδζδ ηδξ ιήηναξ. Σμ ιίβια ηυκεςκ ανπζηά ζοιπζέζηδηε ζηα 150 MPa χζηε κα απμιαηνοκεμφκ υθα ηα οβνά. Καηυπζκ έκα ηαπάηζ ημπμεεηείηαζ ζηδκ ηάης επζθάκεζα ηδξ ιήηναξ ηαθμοπζμφ ηαζ ημ ιίβια ζοιπζέγεηαζ ςξ ηδκ ηεθζηή επζθεβυιεκδ πίεζδ (ζρήκα 6.4). Σμ ζοιπίεζια δζαηδνήεδηε οπυ πίεζδ βζα 2 min. Σμ πμζμζηυ ηδξ αηαηένβαζηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ ηοιαίκεηαζ απυ 40-75% η.μ. Τρδθυηενμ πμζμζηυ μδδβεί ζε απχθεζα ζοκεπυιεκμο δζηηφμο ηυκεςκ Αl εκχ παιδθυηενμ πμζμζηυ μδδβεί ζε εηηεηαιέκδ παβίδεοζδ αηαηένβαζηδξ γάπανδξ δ μπμία ιπμνεί κα ιμθφκεζ ημκ αθνυ ιεζχκμκηαξ αζζεδηά ηδκ ηαεανυηδηα ημο. 55

66 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ ρήκα 6.4: Σνμπμπμζδιέκμ ηοθζκδνζηυ ηαθμφπζ βζα ιμκμαλμκζηή ζοιπίεζδ. ημ ζρήκα 6.5 θαίκεηαζ δζάβναιια ηδξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ ζοιπζέζιαημξ ιε 65% η.μ γάπανδ ηαζ 35% η.μ Al ζοκανηήζεζ ηδξ πίεζδξ. Γεδμιέκα βζα ημ ηαεανυ Al ηαζ ηδκ αηαηένβαζηδ ηαζηακή γάπανδ πανμοζζάγμκηαζ επίζδξ. Σμοθάπζζημκ ηνία δμηίιζα ηα μπμία ειθακίγμοκ ηαθή επακαθδρζιυηδηα πνδζζιμπμζήεδηακ βζα ηάεε ιέηνδζδ ποηκυηδηαξ. Ζ ποηκυηδηα ημο ζοιπζέζιαημξ ηδξ αηαηένβαζηδξ γάπανδξ είκαζ ζπεδυκ ακελάνηδηδ απυ ηδκ πίεζδ βζα πζέζεζξ ιεβαθφηενεξ ηςκ 300 MPa, εκχ ημο Αl αολάκεηαζ ιε ηδκ αφλδζδ ηδξ πίεζδξ. Ζ εζζαβςβή ζηθδνχκ ηαζ ραεονχκ θάζεςκ (γάπανδ) ζε ιήηνα ζπεηζηά ιαθαηή ηαζ υθηζιδ υπςξ αοηή ημο αθμοιζκίμο έπεζ ςξ απμηέθεζια ηδκ αθθαβή ηςκ ζδζμηήηςκ ηδξ ιεηαθθζηήξ ιήηναξ ζοβηνζηζηά ιε αοηή ημο ηαεανμφ αθμοιζκίμο. Απαζηείηαζ θμζπυκ δ επακελέηαζδ ηαζ δ αεθηζζημπμίδζδ εη κέμο ηδξ ζοιααηζηήξ δζαδζηαζίαξ ημκζμιεηαθθμονβίαξ. Ζ ζοιπζεζηζηυηδηα ηςκ ηυκεςκ Αl (εοημθία ζοιπίεζδξ) επδνεάγεηαζ απυ ηδκ πανμοζία δεφηενδξ θάζδξ ηυηηςκ γάπανδξ [75-77]. Καηά ηδ ζοιπίεζδ ιεηαθθζηχκ ηυκεςκ μζ πυνμζ εθαηηχκμκηαζ ιέζς ηδξ επακαδζάηαλδξ ηςκ ζςιαηζδίςκ ηαζ ηδξ αθθαβή ημο ζπήιαημξ ημοξ. Σμ ηεθεοηαίμ ζοιααίκεζ ιέζς ηδξ εθαζηζηήξ, ηαζ ηαηυπζκ ηδξ πθαζηζηήξ παναιυνθςζδξ ηαζ ηεθζηά ηδξ νςβιάηςζδξ. Έκα ιίβια ημ μπμίμ απμηεθείηαζ απυ ιαθαηέξ παναιμνθχζζιεξ (πμο ηείκμοκ κα οπυηεζκηαζ ζε εκδμηνάποκζδ) ηαζ ζηθδνέξ ιδ παναιμνθχζζιεξ ηυκεζξ εα ζοιπζεζηεί δοζημθυηενα βζαηί ιε θζβυηενμ υβημ ιεηαθθζηήξ ιήηναξ πνεζάγεηαζ ιεβαθφηενδ παναιυνθςζδ οθζημφ βζα ηδκ επίηεολδ ημο ίδζμο πμζμζημφ πφηκςζδξ [76]. Γζα ηδκ ίδζα πίεζδ δδθαδή ημ ηαεανυ αθμοιίκζμο ειθακίγεζ ιεβαθφηενδ ζπεηζηή ποηκυηδηα (ιζηνυηενμ πμνχδεξ) ζε ζπέζδ ζε ημ ιίβια ηυκεςκ Al/γάπανδξ (ζρήκα 6.5). H πφηκςζδ ηςκ ραεονχκ ηαζ ζηθδνυηενςκ ηυηηςκ ηδξ γάπανδξ 56

67 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ επζηοβπάκεηαζ ανπζηά ιέζς μθίζεδζδξ ηςκ ηυηηςκ ηαηυπζκ ιέζς ιζηνήξ πθαζηζηήξ παναιυνθςζδξ ηαζ ηεθζηά ιέζς ηδξ εναφζδ ημοξ. Σμ ζρήκα 6.6α απεζημκίγεζ δζάβναιια ηδξ ποηκυηδηαξ ηςκ πνυδνμιςκ οθζηχκ ζοκανηήζεζ ηδξ πίεζδξ ιεηααάθθμκηαξ ηδκ η.μ ακαθμβία ηδξ γάπανδξ/αl ηαζ πνδζζιμπμζχκηαξ δφμ δζαθμνεηζηά ιεβέεδ ηυηηςκ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ ηαζ ηδξ ιεηαθθζηήξ ιήηναξ. Σμ πνχημ ζηάδζμ ηδξ ζοιπίεζδξ είκαζ δ μθίζεδζδ ηαζ δ ακαδζάηαλδ ηςκ ηυκεςκ. Καηυπζκ δ δζαδζηαζία ηδξ πφηκςζδξ δζαθένεζ ακάθμβα ιε ημ πμζμζηυ ηδξ γάπανδξ, ημ μπμίμ θαίκεηαζ ηαζ απυ ηζξ ηθίζεζξ ηςκ ηαιποθχκ ζημ ζρήκα 6.6α μζ μπμίεξ δζαθένμοκ υηακ ημ πμζμζηυ ηδξ γάπανδξ ζημ ανπζηυ ιίβια ηυκεςκ αθθάγεζ. Αοηυ ημ ζηάδζμ ελανηάηαζ ζε ιεβάθμ ααειυ απυ ηδκ πθαζηζηή παναιυνθςζδ ηςκ ηυκεςκ ημο Al, αθθά ηαζ απυ ηδκ εναφζδ ηςκ ηυκεςκ ηδξ γάπανδξ βζα πμθφ ιεβάθεξ πζέζεζξ. ε πμθφ ιεβάθεξ πζέζεζξ δ εναφζδ ηςκ ηυηηςκ ηδξ γάπανδξ εα μδδβμφζε αθεκυξ ζε ζδιακηζηή αθθμίςζδ ηδξ βεςιεηνίαξ ηςκ πυνςκ ηαζ αθεηένμο ζε ιεβαθφηενδ ποηκυηδηα ημο ζοιπζέζιαημξ ηαεχξ εα δδιζμονβμφζε ηακάθζα ιεηαλφ ηςκ κέςκ επζθακεζχκ ηα μπμία οπμαμδεμφκ ηδκ δζαδζηαζία ηδξ πφηκςζδξ υηακ πθδνςεμφκ ιε ιεηαθθζηέξ ηυκεζξ. Γζα ζοβηεηνζιέκμ πμζμζηυ γάπανδξ δ ηεθζηή ποηκυηδηα ημο ζοιπζέζιαημξ ελανηάηαζ ηονίςξ απυ ηδκ πφηκςζδ ηςκ ηυκεςκ αθμοιζκίμο, εκχ ημ ιέβεεμξ ηςκ ηυηηςκ ηδξ γάπανδξ δεκ επδνεάγεζ ηδκ ηεθζηή ποηκυηδηα ημο ζοιπζέζιαημξ βζα ημ εφνμξ ιεβέεμοξ ηςκ ηυκεςκ πμο ιεθεηήεδηακ. ρήκα 6.5: πεηζηή ποηκυηδηα ζοιπζέζιαημξ Al, γάπανδξ ηαζ η.μ % ακαθμβία γάπανδξ/al ίζδ ιε 65/35 ζοκανηήζεζ ηδξ πίεζδξ. 57

68 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ ρήκα 6.6: (α) πεηζηή ποηκυηδηα ζοιπζέζιαημξ ζοκανηήζεζ ηδξ πίεζδξ βζα δζαθμνεηζηέξ η.μ ακαθμβίεξ γάπανδξ/αl ηαζ ιεβέεδ ηυηηςκ Αl ηαζ γάπανδξ ηαζ (α) ποηκυηδηα ηαζ πμνχδεξ ζοιπζέζιαημξ ζοκανηήζεζ ηδξ η.μ. ακαθμβίαξ ημο Al. Δίκαζ βκςζηυ υηζ μζ πμκδνυημηηεξ ηυκεζξ Αl ειθακίγμοκ ηαθφηενδ ζοιπζεζηζηυηδηα ζοβηνζηζηά ιε ηζξ θεπηυημηηεξ ηυκεζξ Al. Κυκεζξ ιε ιέβεεμξ ιζηνυηενμ ηςκ 50 ιm βεκζηά ειθακίγμοκ παιδθέξ ποηκυηδηεξ θυβς ηδξ ιδ απμηεθεζιαηζηήξ πθήνςζδξ [35]. Σμ εκενβεζαηυ ειπυδζμ βζα ηδκ πφηκςζδ είκαζ δ ιδπακζηή ειπθμηή ηαζ επζδνάζεζξ ηνζαήξ. Ζ ηνζαή είκαζ εκημκυηενδ βζα ιζηνά ζε ιέβεεμξ ζςιαηίδζα θυβς ηδξ ορδθήξ εζδζηήξ επζθάκεζαξ. Δπζπθέμκ ιζηνυηενμ ιέβεεμξ ζςιαηζδίςκ, οπμδδθχκεζ ιεβαθφηενεξ ηάζεζξ δζαννμήξ, μδδβχκηαξ ζοκήεςξ ζε ιδπακζζιμφξ ενβμζηθήνοκζδξ/εκδμηνάποκζδξ πμο ιε ηδκ ζεζνά ημοξ ειπμδίζμοκ ηδκ δζαδζηαζία πφηκςζδξ ηαζ ιεζχκμοκ ηδκ ζοιπζεζηζηυηδηα [75, 76]. Παναηδνήεδηε υηζ ηα ζοιπζέζιαηα ηα μπμία δδιζμονβήεδηακ ιε θεπηυημηηεξ ιεηαθθζηέξ ηυκεζξ έπμοκ ιεβαθφηενδ ποηκυηδηα απυ αοηά πμο έβζκακ ιε πμκδνυημηηεξ ιεηαθθζηέξ 58

69 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ ηυκεζξ (ζρήκα 6.6α). Σμ θαζκυιεκμ αοηυ ένπεηαζ ζε ακηίεεζδ ιε ηδκ πφηκςζδ βζα ηζξ ιεηαθθζηέξ ηυκεζξ Αl ζηζξ μπμίεξ δ ποηκυηδηα ηςκ πμκδνυημηηςκ ζοιπζεζιάηςκ είκαζ ιεβαθφηενδ απυ αοηή ηςκ θεπηυημηηςκ. Πνμθακχξ μζ θεπηυημηηεξ ιεηαθθζηέξ ηυκεζξ ιπμνμφκ κα ηαθφρμοκ εοημθυηενα ηα ηεκά πμο δδιζμονβμφκηαζ ιεηαλφ ηςκ ιεβαθφηενςκ βεζημκζηχκ ηυηηςκ γάπανδξ μδδβχκηαξ ζε αολδιέκδ ζπεηζηή ποηκυηδηα. Γζα ζοβηεηνζιέκδ πίεζδ ημ ιέβεεμξ ηςκ ηυηηςκ ηδξ γάπανδξ δεκ επδνεάγεζ ηδκ ποηκυηδηα ηςκ ζοιπζεζιάηςκ δ μπμία ελανηάηαζ ζδιακηζηά απυ ηδκ ακαθμβία γάπανδξ/al ζημ ιίβια ηυκεςκ. Ζ ποηκυηδηα ημο ζοιπζέζιαημξ αολάκεηαζ ζπεδυκ βναιιζηά ιε ηδκ αφλδζδ ηδξ πίεζδξ ή ιε ηδκ ακαθμβία γάπανδξ/al. Οζ ηυκεζξ Al είκαζ πζμ ιαθαημί ηαζ εφημθα παναιμνθχκμκηαζ ζοβηνζηζηά ιε ημοξ ηυηημοξ γάπανδξ. Δπαηυθμοεα υζμ ορδθυηενμ είκαζ δ η.μ ακαθμβία ημο Al ηυζμ πζμ ποηκυ είκαζ ημ ζοιπίεζια. Οζ αέθηζζηεξ πζέζεζξ ηαεμνίγμκηαζ ζφιθςκα ιε ηδκ ακαθμβία υβημο γάπανδξ/al ζημ ζοιπίεζια αθθά ηαζ ημ ιέβεεμξ ημο ιδηνζημφ ιεηαθθζημφ οθζημφ ηαζ ηοιαίκμκηαζ απυ ΜPa. Γφμ ιδπακζζιμί ειπμδίγμοκ ηδκ δζαδζηαζία ηδξ πφηκςζδξ: (1) απαζηείηαζ επζπνυζεεηδ παναιυνθςζδ ηδξ ιεηαθθζηήξ ιήηναξ εκηυξ ημο ιίβιαημξ ηυκεςκ βζα κα ηαθφρεζ ημκ επζπθέμκ ηεκυ υβημ πμο δδιζμονβείηαζ απυ ηδ ιεβαθφηενδ ζε ιέβεεμξ γάπανδ ηαζ (2) μζ ηυηημζ ηδξ γάπανδξ δδιζμονβμφκ έκα ζοκεπυιεκμ δίηηομ ημ μπμίμ δέπεηαζ ιένμξ ηδξ οπμαθδεείζαξ θυνηζζδξ, πνμζηαηεφμκηαξ ηδκ ιεηαθθζηή ιήηνα απυ ημ κα παναιμνθςεεί, ηαεχξ δέπεηαζ ιυκμ ιένμξ ηδξ ζοκμθζηήξ πίεζδξ πφηκςζδξ πμο αζηείηαζ ζημ ιίβια ηυκεςκ [75]. Ζ ανπζηή ζπεηζηή ποηκυηδηα ηςκ ηυκεςκ Al ιεζχκεηαζ ιε ηδκ αφλδζδ ημο πμζμζημφ ηδξ γάπανδξ (ζρήκα 6.6β). Ζ επίδναζδ αοηή είκαζ ηονίςξ θυβς ηςκ πυνςκ πμο ζπεηίγμκηαζ ιε ημοξ βεζημκζημφξ ηυηημοξ γάπανδξ, δδθαδή μζ ηυκεζξ ημο Αl δεκ ιπμνμφκ κα ζοιπθδνχζμοκ ηα ηεκά ιεηαλφ ηςκ ιεβαθφηενςκ βεζημκζηχκ ηυηηςκ γάπανδξ. Ζ επίδναζδ ιπμνεί κα μθείθεηαζ ιενζηχξ ηαζ ζηδκ παναηχθοζδ ηδξ δζαδζηαζίαξ ηδξ πφηκςζδξ ηςκ ηυκεςκ αθμοιζκίμο ζηδκ επζθάκεζα ηςκ ηυηηςκ γάπανδξ, θαζκυιεκμ ακάθμβμ ιε αοηυ ημο ημζπχιαημξ ημο ηαθμοπζμφ. Ζ ιείςζδ ηδξ ποηκυηδηαξ ηδξ ιεηαθθζηήξ ιήηναξ ζπεηίγεηαζ δδθαδή ιε ηδ δδιζμονβία επζπνυζεεηςκ ηεκχκ/πυνςκ θυβς ηδξ ζοιπίεζδξ δζαθμνεηζημφ ιεβέεμοξ ηυκεςκ. Δπμιέκςξ ημ πμζμζηυ ηδξ παναιυνθςζδξ ηδξ ιεηαθθζηήξ ιήηναξ πμο απαζηείηαζ βζα ηδκ ηάθορδ ηςκ κέςκ ηεκχκ/πυνςκ ζημ ιίβια ηυκεςκ είκαζ ιεβαθφηενμ απυ αοηυ πμο εα πνεζαγυηακ βζα ηδκ πφηκςζδ ηδξ ιεηαθθζηήξ ηυκεςξ απυ ιυκδ ηδξ (ζρήκα 6.5). Καεχξ ημ δίηηομ ηδξ γάπανδξ οπμζηδνίγεζ έκα ιένμξ ηδξ εθανιμγυιεκδξ πίεζδξ πνέπεζ κα απμεδηεφεζ εθαζηζηή εκένβεζα παναιυνθςζδξ ηαηά ηδκ δζάνηεζα ηδξ πφηκςζδξ ηδκ μπμία απεθεοεενχκεζ ιεηά ηδκ απμιάηνοκζδ ηδξ πίεζδξ. Δίκαζ ηαθά εδναζςιέκμ υηζ έκα δίηηομ εθαζηζηχκ ζςιαηζδίςκ ειθακίγεζ ιδ βναιιζηή εθαζηζηή ζοιπενζθμνά θυβς ηςκ Hertzian θαζκμιέκςκ επαθήξ [35, 75]. Έπεζ ανεεεί υηζ δ ζοιπενζθμνά ηάζδξ-παναιυνθςζδξ 59

70 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ ιίβιαημξ ζθαζνζηχκ ηυκεςκ πενζβνάθεηαζ απυ ηδκ ζπέζδ ζ= Α ε 3/2, υπμο Α είκαζ ζοκάνηδζδ ηςκ εθαζηζηχκ ζηαεενχκ ηςκ ζςιαηζδίςκ ηαζ ηδξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ ημο ζοιπζέζιαημξ, αθθά είκαζ ακελάνηδημ ημο ιεβέεμοξ ηςκ ζςιαηζδίςκ. Δπμιέκςξ ιζηνέξ ηάζεζξ πανάβμοκ ιεβάθδ εθαζηζηή παναιυνθςζδ ηαζ δ ζηζαανυηδηα ημο ζοζηήιαημξ αολάκεηαζ ιε ηδκ εθανιμγυιεκδ πίεζδ [35, 75]. Λυβς ηδξ ιδ βναιιζηήξ εθαζηζηήξ ζοιπενζθμνάξ δ εθαζηζηή παναιυνθςζδ ημο δζηηφμο ηδξ γάπανδξ ιπμνεί κα είκαζ ζδιακηζηή. Μεβαθφηενεξ εθαζηζηέξ παναιμνθχζεζξ ακαιέκμκηαζ βζα ζοιπζέζιαηα ιε ορδθυ πμζμζηυ γάπανδξ [75]. Ζ παναιμνθχζζιδ ιεηαθθζηή ιήηνα ειθακίγεζ βναιιζηή ζοιπενζθμνά ηάζδξ-παναιυνθςζδξ ηαζ δ εθαζηζηή παναιυνθςζδ (recovery strain) ηαεμνίγεηαζ απυ ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ (ηαζ ίζςξ απυ ημ εκαπμιέκςκ πμνχδεξ). Ζ δζαθμνεηζηή εθαζηζηή παναιυνθςζδ ιεηαλφ ηδξ γάπανδξ ηαζ ηςκ ηυκεςκ αθμοιζκίμο ηαηά ηδκ δζάνηεζα ηδξ απμθυνηζζδξ ιπμνεί κα είκαζ ζδιακηζηή μδδβχκηαξ ζε παναιέκμοζεξ ηάζεζξ εκηυξ ημο ζοιπζέζιαημξ. Γεκζηά δ εθαζηζηή παναιυνθςζδ ημο δζηηφμο ηςκ ηυηηςκ ηδξ γάπανδξ είκαζ ιεβαθφηενδ απυ ηδκ εθαζηζηή παναιυνθςζδ ηδξ ιεηαθθζηήξ ιήηναξ ηαζ ηαηά ζοκέπεζα ημ δίηηομ γάπανδξ οπμαάθθεζ ηδκ ιεηαθθζηή ιήηνα ζε εθεθηοζηζηά θμνηία ηαηά ηδκ δζάνηεζα ηδξ απμθυνηζζδξ. Οζ ηάζεζξ ημο δζηηφμο γάπανδξ ελανηχκηαζ απυ ημ πμζμζηυ ηδξ γάπανδξ ηαζ απυ ηδκ εθανιμγυιεκδ πίεζδ πμο αζηείηαζ ηαηά ηδκ δζάνηεζα ηδξ ζοιπίεζδξ. Όηακ δ εθανιμγυιεκδ πίεζδ απμιαηνφκεηαζ, δζαηδνχκηαξ ηδκ εενιμηναζία ζηαεενή, ηυηε μ ιδπακζζιυξ παναιυνθςζδξ πμο είκαζ οπεφεοκμξ βζα ηδκ πφηκςζδ ηδξ ιεηαθθζηήξ ιήηναξ εα πνμζπαεήζεζ επζπθέμκ κα ακαημοθίζεζ ηδξ παναιέκμοζεξ ηάζεζξ πμο δδιζμονβήεδηακ θυβς δζαθμνεηζηήξ εθαζηζηήξ παναιυνθςζδξ ηςκ ηυκεςκ αθμοιζκίμο ηαζ γάπανδξ [75, 76]. Πανυθα αοηά ακ μζ εκαπμιέκμοζεξ ηάζεζξ είκαζ ζδιακηζηά ιεβάθεξ, είκαζ πζεακυ κα ακαημοθζζημφκ ιε ηδ δδιζμονβία ιζηνμνςβιχκ εκηυξ ηδξ ιεηαθθζηήξ ιήηναξ θαζκυιεκμ ημ μπμίμ παναηδνήεδηε ηαηά ηδκ εθανιμβή ιεβάθςκ πζέζεςκ (600 MPa) (ζρήκα 6.2). ρήκα 6.7: Βέθηζζηα δείβιαηα αθνχκ Al ιε ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ 1.35, 0.7 ηαζ 0.35 mm (απυ ανζζηενά πνμξ δελζά.) 60

71 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ Γεδμιέκμο υηζ δ ζοιπίεζδ παίγεζ ηαεμνζζηζηυ νυθμ βζα ηδκ δδιζμονβία ιεηαθθμονβζηχκ εκχζεςκ ιεηαλφ ηςκ ηυκεςκ Al ζημ ζηάδζμ πονμζοζζςιάηςζδξ, είκαζ επζηαηηζηή δ ημπζηή νήλδ ημο ζηνχιαημξ μλεζδίμο πμο ηαθφπηεζ ηζξ ηυκεζξ ημο Al [8, 29, 81]. Ζ νήλδ ημο ζηνχιαημξ μλεζδίμο επζηοβπάκεηαζ ιε ηδκ εθανιμβή ιεβάθςκ δζαηιδηζηχκ ηάζεςκ ηαζ παναιμνθχζεςκ ζηζξ πενζμπέξ επαθήξ ηςκ ηυηηςκ Al, ηαηά ημ ζηάδζμ ηδξ ζοιπίεζδξ. Δπζπθέμκ δ ακαδζάηαλδ ηαζ μζ ζπεηζηέξ ηζκήζεζξ ιεηαλφ ηςκ ηυηηςκ Al ηαηά ηδκ άζηδζδ πίεζδξ αολάκεζ ηδκ ηνζαή ιεηαλφ ηυηηςκ Al πνμηαθχκηαξ ημπζηή εναφζδ ημο ζηνχιαημξ μλεζδίμο. Χξ απμηέθεζια ιεηαθθζηέξ επαθέξ ζπδιαηίγμκηαζ ηαηά ηδκ ζοιπίεζδ μζ μπμίεξ ζημ επαηυθμοεμ ζηάδζμ πονμζοζζςιάηςζδξ μδδβμφκ ζε ιεηαθθμονβζηή ζφκδεζδ ιεηαλφ ηςκ ηυηηςκ Al. Οζ αέθηζζηεξ εθανιμγυιεκεξ πζέζεζξ ηοιαίκμκηαζ βφνς ζηα 300 MPa. ε παιδθυηενεξ πζέζεζξ ιεηαθθζηέξ επαθέξ ιεηαλφ ηςκ ηυκεςκ Al είκαζ απίεακμ κα δδιζμονβδεμφκ, ηαεχξ εηηεηαιέκμξ ενοιιαηζζιυξ ημο ζοιπζέζιαημξ παναηδνήεδηε ζημ ζηάδζμ ειαφεζζδξ ζε κενυ. ε ορδθυηενεξ πζέζεζξ ζοπκά νςβιέξ ζπδιαηίγμκηακ ζηα δείβιαηα μζ μπμίεξ μδδβμφζακ ζε εναφζδ ημοξ. Δπζπνμζεέηςξ μζ ηυηημζ ηδξ γάπανδξ ηείκμοκ κα ζπάζμοκ ή κα παναιμνθςεμφκ ανηεηά μδδβχκηαξ ζε αθθμζςιέκδ βεςιεηνία ηαζ δμιή ημο ηεθζημφ αθνμφ. Ζ αέθηζζηδ πίεζδ ιεζχκεηαζ ζηα 250 MPa ζε δφμ πενζπηχζεζξ: i) υηακ πνδζζιμπμζείηαζ θεπηυημηημ αθμοιίκζμ αθμφ υπςξ ακαθένεδηε ηα ζοιπζέζιαηα αοηά ειθακίγμοκ ιεβαθφηενδ ζπεηζηή ποηκυηδηα βζα ημ ίδζμ πμζμζηυ η.μ. γάπανδξ (ζρήκα 6.6) ηαζ ii) υηακ ημ η.μ πμζμζηυ γάπανδξ ζημ ιίβια ηυκεςκ είκαζ ιεβαθφηενμ ή ίζμ ιε 70%, ηαεχξ θυβς ηςκ ορδθχκ εκαπμιέκμοζςκ ηάζεςκ, δ πνήζδ ορδθυηενςκ πζέζεςκ μδδβεί ζε νςβιαηχζεζξ ηαζ επαηυθμοεδ ηαηάννεοζδ ημο ζοιπζέζιαημξ ζημ ζηάδζμ ηδξ ειαφεζζδξ ζε θμοηνυ κενμφ. Σα δείβιαηα ηα μπμία παναζηεοάζηδηακ οπυ πζέζεζξ ιεηαλφ MPa ειθακίγμοκ ηδκ ηαθφηενδ πμζυηδηα (ζρήκα 6.7) ηαεχξ δζαηδνμφκ ημ ανπζηυ ημοξ ζπήια ηαζ έπμοκ ζηακμπμζδηζηή ακημπή Διαδικαζία ςδαηοδιάλςζηρ Γζα ημκ ηαεμνζζιυ ηδξ πμζυηδηαξ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ πμο δζαθφεηαζ, μ αθνυξ Al απμιαηνφκεηαζ απυ ημ θμοηνυ κενμφ ακά ηαηηά πνμκζηά δζαζηήιαηα, ημπμεεηείηαζ ζε λδνακηήνζμ ζημοξ 100 o C βζα 20 min ηαζ ηαηυπζκ βίκεηαζ ιέηνδζδ ημο αάνμξ ημο. Σμ πμζμζηυ ηδξ δζάθοζδξ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ D n, ιεηά απυ n θεπηά ειαφεζζδξ ημο αθνμφ Al ζημ θμοηνυ κενμφ ςξ πνμξ ηδ ζοκμθζηή πμζυηδηα ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ ζημ ανπζηυ ιίβια Al/γάπανδξ, οπμθμβίζηδηε απυ ηδ ζπέζδ: D 1 n W pn W c W Al (6.5) 61

72 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ υπμο W Al ηαζ W c ημ αάνμξ ημο Al ηαζ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ ακηίζημζπα ζημ ανπζηυ ιίβια ηυκεςκ Al/γάπανδξ, εκχ W pn είκαζ ημ αάνμξ ημο ζοιπζέζιαημξ Al/γάπανδξ ιεηά απυ n θεπηά ειαφεζζδξ ζε κενυ. Να ζδιεζςεεί υηζ εενιμηναζίεξ οδαημδζάθοζδξ ιεβαθφηενεξ ηςκ 100 o C πνέπεζ κα απμθεφβμκηαζ ηαεχξ μδδβμφκ ζε ιενζηή ηαναιέθςζδ ηδξ γάπανδξ ηαζ αθθδθεπίδναζή ηδξ ιε ημ ιδηνζηυ οθζηυ. ρήκα 6.8: Γζάβναιια πμζμζημφ δζάθοζδξ ηαζηακήξ γάπανδξ (α) ςξ πνμξ ηδκ πνμκζηή δζάνηεζα ειαφεζζδξ ζε θμοηνυ κενυ ζε δζάθμνεξ εενιμηναζίεξ ηαζ ιε δζαθμνεηζηυ ιέβεεμξ δμηζιίςκ ηαζ (α) ςξ πνμξ ηδκ ηαη υβημ ακαθμβία ηδξ γάπανδξ ζημ ανπζηυ ιίβια ηυκεςκ. Μέβεεμξ δμηζιίμο Ø16 x 17 mm. 62

73 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ Σμ πμζμζηυ δζάθοζδξ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ ζημ κενυ ζοβηνζηζηά ιε ηδ δζάνηεζα δζάθοζδξ βζα δζαθμνεηζηέξ εενιμηναζίεξ θμοηνμφ κενμφ ηαζ ιεβέεδ δμηζιίμο θαίκεηαζ ζημ ζρήκα 6.8α βζα ζοιπίεζια ιε 65% η.μ. γάπανδ ιε ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ ίζμ ιε 0.70 mm. Ανπζηά μ νοειυξ δζάθοζδξ είκαζ ορδθυξ, ζε ηάεε πενίπηςζδ, ηαεχξ μ αθνυξ ένπεηαζ ζε απεοεείαξ επαθή ιε ημ κενυ εκχ δ ηθίζδ ηδξ ηαιπφθδξ ιεζχκεηαζ ιε ηδ δζάνηεζα ηδξ δζάθοζδξ επεζδή ηα ιυνζα ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ πνέπεζ πθέμκ κα δζαποεμφκ ιέζα απυ ημοξ πυνμοξ ημο αθνμφ. Ζ εενιμηναζία ημο κενμφ επδνεάγεζ ηδ δζαδζηαζία δζάθοζδξ. Γζα πανάδεζβια βζα δμηίιζα ιε ίδζμ ιέβεεμξ ηαζ ιμνθμθμβζηά παναηηδνζζηζηά (πμνχδεξ: 65% ηαζ ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ: 0.7 mm), δ πθήνδξ οδαημδζάθοζδ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ ζε θμοηνυ κενμφ εενιμηναζίαξ 25 o C πναβιαημπμζείηαζ ζε 150 min εκχ βζα θμοηνυ κενμφ εενιμηναζίαξ 60 o C ζε 90 min, ιείςζδ ημο πνυκμο οδαημδζάθοζδξ ηαηά 20%. Σμ ιέβεεμξ ηςκ δμηζιίςκ επδνεάγεζ ζδιακηζηά ηδ δζάνηεζα ηδξ δζαδζηαζίαξ οδαημδζάθοζδξ. Γζα ηοθζκδνζηυ δμηίιζμ δζαιέηνμο 16 mm ηαζ ιήημοξ 17 mm πθήνδξ απμιάηνοκζδ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ επζηοβπάκεηαζ ιεηά απυ 150 min ζε εενιμηναζία πενζαάθθμκημξ ηοθζκδνζηυ δμηίιζμ δζαιέηνμο 14 mm ηαζ ιήημοξ 15 mm δ δζάνηεζα ηδξ πθήνδξ οδαημδζάθοζδξ ιεζχκεηαζ ζηα 60 mm. Γδθαδή αφλδζδ ημο ζοκμθζημφ υβημο (υβημξ ιεηαθθζηήξ ιήηνα ηαζ υβημξ πυνςκ) ημο δμηζιίμο ηαηά 32% μδδβεί ζε αφλδζδ ηδξ δζάνηεζαξ οδαημδζάθοζδξ ηαηά 60%. ημ ζρήκα 6.8β θαίκεηαζ ημ πμζμζηυ δζάθοζδξ ηδξ γάπανδξ ζοκανηήζεζ ηδξ η.μ. ακαθμβίαξ ηδξ γάπανδξ ζημ ανπζηυ ιίβια ηυκεςκ. Δίκαζ θακενυ υηζ βζα πμζμζηυ ηαη υβημ ιεβαθφηενμ ημο 65% δ απμιάηνοκζδ ηδξ γάπανδξ είκαζ πθήνδξ εκχ βζα πμζμζηυ η.μ ζηα 60% δ παβζδεοιέκδ γάπανδ δ μπμία δεκ ιπμνεί κα δζαθοεεί ηαηά ηδκ ειαφεζζδ ζημ κενυ είκαζ εθάπζζηδ ηδξ ηάλδξ ημο 3% ηδξ ζοκμθζηήξ ιάγαξ γάπανδξ ζημ ιίβια ηυκεςκ. Γζα ιζηνυηενα η.μ πμζμζηά γάπανδξ δ παβίδεοζδ ηδξ γάπανδξ είκαζ εηηεηαιέκδ εκχ δ πθήνδξ απμιάηνοκζδ ηδξ απυ ημ δμηίιζμ πναβιαημπμζείηαζ ηαηά ηδκ έρδζδ Πςποζςζζωμάηωζη και επίδπαζη αημόζθαιπαρ Όθεξ μζ δζαδζηαζίεξ πονμζοζζςιάηςζδξ πναβιαημπμζήεδηακ οπυ αηιυζθαζνα ηεκμφ (παιδθμφ ή ιέζμο) πνμξ απμθοβή εηηεηαιέκδξ μλείδςζδξ ημο αθμοιζκίμο. ε ηάεε δζελαβςβή πεζνάιαημξ πναβιαημπμζμφκηαζ 5-6 πθφζεζξ ιε ανβυ βζα ηδκ επίηεολδ ηαθφηενδξ αδνακμφξ αηιυζθαζναξ ηαζ βζα ηδκ εθαπζζημπμίδζδ ηδξ πμζυηδηαξ μλοβυκμο, εκχ ζηδκ πενίπηςζδ έρδζδξ οπυ αηιυζθαζνα ιέζμο ηεκμφ εζζάβεηαζ ζηδκ ηεθζηή αηιυζθαζνα ιενζηή πμζυηδηα ανβμφ βζα ηδκ απμθοβή θαζκμιέκςκ ελάπκςζδξ. Ζ εενιμηναζία πονμζζοζςιάηςζδξ επδνεάγεζ ειθακχξ ηδκ πμζυηδηα ηςκ αθνχκ αθμοιζκίμο. ημ ζρήκα 6.9 θαίκμκηαζ εζηυκεξ SEM ηςκ ημζπςιάηςκ αθνχκ Al πονμζοζζςιαηςιέκςκ οπυ παιδθυ ηεκυ (10 mbar) ζε δζαθμνεηζηέξ εενιμηναζίεξ. Ζ ιζηνμδμιή ημο πνυδνμιμο οθζημφ (πνζκ ηδκ πονμζοζζςιάηςζδ) θαίκεηαζ επίζδξ βζα θυβμοξ ζφβηνζζδξ. Όηακ 63

74 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ πναβιαημπμζείηαζ πονμζοζζςιάηςζδ ζηενεήξ θάζδξ (solid state sintering) ιεβάθμ πθήεμξ ιζηνμ-πυνςκ οπάνπεζ ζηδ ιήηνα/πθέβια Al ημ μπμίμ ηαηακέιεηαζ ζε ηαηά ιήημξ ηςκ μνίςκ ηςκ ηυκεςκ/ηυηηςκ Al υπςξ οπμδεζηκφεηαζ ιε αέθδ ζημ ζρήκα 6.9α. Με ηδκ αφλδζδ ηδξ εενιμηναζίαξ απυ ημοξ 600 ζημοξ 750 o C ημ ιζηνμ-πμνχδεξ εθαηηχκεηαζ ηαζ ιυκμ πενζμνζζιέκμξ ανζειυξ ιζηνμ-ηεκχκ ακζπκεφεηαζ. ημ ζρήκα 6.9γ θαίκεηαζ ζοκεπέξ δίηηομ ηδβιέκμο Al βφνς απυ ηάεε ηυηημ Al ζηδκ πενίπηςζδ οβνήξ πονμζοζζςιάηςζδξ. Καηά ημ ζηάδζμ ηδξ ζοιπίεζδξ, ημ δζαθμνεηζηυ ιέβεεμξ ηαζ ιδπακζηέξ ζδζυηδηεξ ηςκ ηυκεςκ Al ηαζ ηδξ αηαηένβαζηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ μδδβμφκ ζε αηακυκζζηδ ηαηακμιή ηάζεςκ ηαζ παναιμνθχζεςκ ζημ ζοιπίεζια. Όπςξ πνμηείκεηαζ απυ ημκ Zhao [8] μζ ηυκεζξ Al πμο βεζηκζάγμοκ ιε ημοξ ζηθδνυηενμοξ ηυηημοξ ηδξ γάπανδξ, οπμαάθθμκηαζ ζε ορδθυηενεξ παναιμνθχζεζξ μζ μπμίεξ πνμηαθμφκ ηδκ νήλδ ημο ζηνχιαημξ μλεζδίμο. Απυ ηδκ άθθδ πθεονά μζ ηάζεζξ ηαζ παναιμνθχζεζξ ηςκ ηυκεςκ Al πμο ανίζημκηαζ ζε άιεζδ επαθή ιε ημοξ ηυηημοξ γάπανδξ είκαζ ζδιακηζηά ιζηνυηενεξ αθήκμκηαξ ηζξ πενζζζυηενεξ θμνέξ ημ ζηνχια μλεζδίμο ακέπαθμ. Σμ ζηνχια μλεζδίμο πμο οπάνπεζ ζε ηάεε ηυηημ Al είκαζ ζηαεενυ ηαζ ζε ορδθέξ εενιμηναζίεξ, έηζζ ηαηά ηδκ δζάνηεζα ηδξ εένιακζδξ δεκ ακάβεηαζ αηυιδ ηαζ ζε αηιυζθαζνα ηεκμφ. Σμ ζηνχια αοηυ ημο μλεζδίμο παναηςθφεζ ηδκ ακάπηολδ ηςκ ηυηηςκ ηαζ ηδκ ιεηαηίκδζδ ηςκ ελανιχζεςκ ζηα υνζα ηςκ ηυηηςκ ή δζα ιέζμο αοηχκ εκχ πνμζδίδεζ ακεεηηζηυηδηα ζε εενιμηναζίεξ άκς ημο ζδιείμο ηήλδξ ημο αθμοιζκίμο. Σα ημζπχιαηα ηςκ ηεθίςκ ηςκ παναζηεοαζιέκςκ αθνχκ Al πενζέπμοκ πυνμοξ ηαζ δζάηεκα ηα μπμία δδιζμονβήεδηακ ηαηά ημ ζηάδζμ ηδξ ζοιπίεζδξ ηαζ δζαηδνήεδηακ ιεηά ηδκ πονμζοζζςιάηςζδ [8, 10, 29, 81]. Σμ πθήεμξ ηςκ ηεκχκ ιεζχκεηαζ ζδιακηζηά υηακ δ πονμζοζζςιάηςζδ πναβιαημπμζείηαζ ζε εενιμηναζίεξ ιεβαθφηενεξ απυ ημ ζδιείμ ηήλδξ ημο Al εκχ ηα ημζπχιαηα ηςκ ηεθίςκ ζε αοηήκ ηδκ πενίπηςζδ ειθακίγμοκ ιεβαθφηενδ ποηκυηδηα Γζα αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ (10 mbar) εενιμηναζίεξ πονμζζοζςιάηςζδξ ιζηνυηενεξ ηςκ 600 o C μδδβμφκ ζε ακεπανηή έκςζδ ηςκ ηυκεςκ Αl εκχ βζα ηδκ επίηεολδ ζηακμπμζδηζηήξ ιεηαθθμονβζηήξ ζφκδεζδξ απαζηείηαζ παναηεηαιέκδ δζάνηεζα πονμζζοζςιάηςζδξ. Πονμζοζζςιάηςζδ ζε εενιμηναζίεξ ιεβαθφηενεξ απυ ημ ζδιείμ ηήλδξ ημο Al είκαζ επζεοιδηή βζα ηδκ απυηηδζδ απμηεθεζιαηζηήξ έκςζδξ ηςκ ηυηηςκ Al. Γεδμιέκμο υηζ ημ ζηνχια μλεζδίμο έπεζ οπμζηεί νήλδ, δ ημπζηή ηήλδ ημο Al ιπμνεί κα ζοκδέζεζ ηζξ βεζημκζηέξ ηυκεζξ αηυια ηαζ ακ μζ ανπζηέξ ιεηαθθζηέξ επαθέξ, πμο πνμήθεακ απυ ηδκ ζοιπίεζδ, είκαζ πενζμνζζιέκεξ (ζοβηνζηζηά ιε ηδκ ζοκμθζηή δζεπζθάκεζα ιεηαλφ ηςκ ηυηηςκ Al) (ζρήκα 6.9δ) [8, 10, 81]. 64

75 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ ρήκα 6.9: SEM εζηυκεξ ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ παναβυιεκςκ αθνχκ Al οπυ αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ (10 mbar) ιε πονμζοζζςιάηςζδ ημοξ (α) 600 o C, (α) 680 o C ηαζ (β) 750 o C, (δ) ιήηνα/ πθέβια Al ζημ πνυδνμιμ οθζηυ (πςνίξ πονμζοζζςιάηςζδ). Ζ νεοζηυηδηα ημο ιεηάθθμο πνέπεζ κα είκαζ επανηήξ χζηε κα πθδνχζεζ ημο βεζημκζημφξ ιζηνμ-πυνμοξ ηαζ ιζηνμ-ηεκά. Όηακ δ εενιμηναζία πονμζζοζςιάηςζδξ είκαζ ανηεηά ιεβαθφηενδ απυ ημ ζδιείμ ηήλδξ ηαζ ιεηαλφ ηςκ o C δ πμζυηδηα ηςκ παναβυιεκςκ αθνχκ ακαθμνζηά ιε ηδκ ιζηνμδμιή είκαζ αέθηζζηδ (ζρήκα 6.10α). ε αοηυ ημ εενιμηναζζαηυ εφνμξ ημ ηδβιέκμ Al έπεζ επανηή νεοζηυηδηα ηαζ νέεζ δζα ιέζμο ηςκ ιεηαθθζηχκ επαθχκ ιεηαλφ ηςκ ηυηηςκ Al, πθδνχκμκηαξ ηα ιζηνμ-ηεκά, αθθά υπζ ανηεηή χζηε κα δζαπςνζζηεί απυ ημκ αθνυ ηαζ κα ηοθήζεζ πνμξ ημοξ ιαηνμ-πυνμοξ αθθμζχκμκηαξ ηδκ ηεθζηή βεςιεηνία ημο. Πονμζοζζςιάηςζδ ζε εενιμηναζίεξ ορδθυηενεξ απυ 750 o C πνέπεζ κα απμθεφβμκηαζ θυβς ηδξ ιενζηήξ ηήλδξ ημο αθνμφ πμο έπεζ ςξ επαηυθμοεμ ηδκ εηενμβεκή ηαηακμιή πυνςκ ηαζ ποηκυηδηαξ ζημκ αθνυ ηαεχξ ηαζ ηδ βεςιεηνζηή αθθμίςζδ ημο ζπήιαημξ ημο. Καηά ηδκ πονμζοζζςιάηςζδ οπυ ιέζμ ηεκυ (4*10-2 Torr ή 5.3*10-2 mbar) εενιμηναζίεξ ορδθυηενεξ ηςκ 690 o C πνέπεζ κα απμθεφβμκηαζ ηαεχξ μδδβμφκ ζε ιενζηή ηήλδ ή βεςιεηνζηή παναιυνθςζδ ημο αθνμφ. Δίκαζ βκςζηυ υηζ ζε αηιυζθαζνα ηεκμφ δ εενιμηναζία ημ ζδιείμ ηήλδξ ηςκ ιεηάθθςκ ιεηαημπίγεηαζ ζε παιδθυηενδ εενιμηναζία, δ 65

76 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ ηζιή ηδξ μπμίαξ ελανηάηαζ απυ ηδκ ιενζηή πίεζδ αενίμο [35]. Δπεζδή οπάνπεζ ηίκδοκμξ ελάπκςζδξ ζημζπείςκ οπυ αηιυζθαζνα ιέζμο ηεκμφ εενιμηναζίεξ πονμζζοζςιάηςζδξ ιζηνυηενεξ ηςκ 650 o C μδδβμφκ ζε ζδιακηζηά ιζηνυηενδ ζηζαανυηδηα ηαζ ακημπή ημο αθνμφ εκχ απαζηείηαζ παναηεηαιέκδ δζάνηεζα πονμζζοζςιάηςζδξ. Γζα ημ αθμοιίκζμ ημ ζηνχια μλεζδίμο μδδβεί ζε απμεήηεοζδ ελανιχζεςκ ζηδκ δζεπζθάκεζα ημο ιεηάθθμο-μλεζδίμο μδδβχκηαξ ζε αφλδζδ ηδξ ακημπήξ ημο [80]. Σμ θαζκυιεκμ αοηυ ελανηάηαζ απυ ηδ θφζδ ηαζ ημ πάπμξ ημο μλεζδίμο. Ζ θφζδ (ηνοζηαθθζηή ιμνθή) ημο μλεζδίμο είκαζ ίδζα ζε ηάεε πενίπηςζδ (αηιυζθαζνα ιέζμο ή παιδθμφ ηεκμφ), αθμφ μζ παναβυιεκμζ αθνμί πανάβμκηαζ ιε ημκ ίδζμ ηνυπμ ηαζ πονμζοζζςιαηχκμκηαζ ζε ίδζμ εφνμξ εενιμηναζζχκ. Δπμιέκςξ ημ πάπμξ ημο μλεζδίμο είκαζ δ ηφνζα πανάιεηνμξ πμο επδνεάγεζ ηδκ ακημπή ημο αθνμφ. Σα ανπζηά υνζα ηςκ ηυηηςκ Al ζηα ημζπχιαηα ηςκ ηεθζχκ ημο αθνμφ είκαζ θζβυηενμ δζαηνζηά ζδζαζηένςξ ζηζξ ποηκέξ πενζμπέξ υηακ πονμζοζζςιαηχκμκηαζ οπυ ιέζμ ηεκυ ηαεχξ ημ ζηνχια μλεζδίςκ πμο ηαθφπηεζ ηζξ ηυκεζξ Al είκαζ ιζηνυηενμ ζε πάπμξ. Ζ ιείςζδ αοηή ημο πάπμοξ μδδβεί ζε ιεζςιέκδ ακημπή ημο αθνμφ μδδβχκηαξ ηαηά ζοκέπεζα ζε ακάβηδ βζα έρδζδ ζε ορδθυηενεξ εενιμηναζίεξ πονμζοζζςιάηςζδξ ζδζαίηενα ζε πενίπηςζδ πονμζοζζςιάηςζδξ ζηενεάξ ηαηάζηαζδξ (ζοβηνζηζηά ιε αοηέξ οπυ αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ). Σμ αέθηζζημ εενιμηναζζαηυ εφνμξ βζα ζηακμπμζδηζηή πμζυηδηα αθνχκ παναβυιεκςκ οπυ αηιυζθαζνα ιέζμο ηεκμφ ηοιαίκεηαζ ιεηαλφ ηςκ o C (ζρήκα 6.10γ). Να ζδιεζςεεί υηζ ημ πάπμξ ημο μλεζδίμο πνμζδίδεζ ιεβαθφηενδ ακημπή θυβς ηςκ ιδπακζζιχκ αβηίζηνςζδξ ηςκ ελανιχζεςκ εκχ ημ θμνηίμ πμο ιπμνεί κα οπμζηδνίλεζ εεςνείηαζ αιεθδηέμ ηαεχξ ζε ιδπακζηή δμηζιαζία εθίρδξ δεκ παναηδνήεδηε ηαιία αθθαβή ημο ιέηνμο εθαζηζηυηδηαξ ηαζ ηδξ εκδμζηθήνοκζδξ ιεηαλφ αθνχκ πμο παναζηεοάζηδηακ οπυ παιδθυ ηαζ ιέζμ ηεκυ (ηεθάθαζμ 7). Ακ ημ μλείδζμ οπμζηήνζγε ιεβάθμ ιένμξ ημο εθανιμγυιεκμο θμνηίμο ηυηε εα έπνεπε μζ αθνμί ιε ιεβαθφηενμ ζε πάπμξ μλείδζμ κα ειθακίγμοκ ιεβαθφηενμ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ ηαζ ιεβαθφηενμ νοειυ εκδμηνάποκζδξ [81]. Σα δμηίιζα πμο πονμζοζζςιαηχεδηακ οπυ αηιυζθαζνα ιέζμο ηεκμφ είκαζ πζεακυ κα ειθακίζμοκ ιζηνή επζθακεζαηή ιυθοκζδ άκεναηα πμο πνμένπεηαζ απυ πμζυηδηα εκαπμιέκμοζαξ γάπανδξ ζημ ζοιπίεζια. Με αάζδ ηδκ παναηήνδζδ ηςκ SEM θςημβναθζχκ πνμηείκεηαζ υηζ δ πφηκςζδ ηςκ δμηζιίςκ αθνμφ Al πμο εενιάκεδηακ ζε εενιμηναζία ιεβαθφηενδ ημο ζδιείμο ηήλδξ ημο αθμοιζκίμο, επζηοβπάκεηαζ ιε ημκ ιδπακζζιυ πονμζοζζςιάηςζδξ πμο θαίκεηαζ ζημ ζρήκα φιθςκα ιε αοηυκ ημκ ιδπακζζιυ υηακ δ πμζυηδηα ημο οβνμφ αθμοιζκίμο είκαζ ιζηνή (εενιμηναζίεξ θίβμ πάκς απυ ημ ζδιείμ ηήλδξ) ηυηε αοηή ιέζς ηςκ ηνζπμεζδχκ δοκάιεςκ δζαηδνείηαζ ημκηά ζημ θαζιυ ηςκ ζςιαηζδίςκ ηαζ δ πφηκςζδ επζηοβπάκεηαζ μοζζαζηζηά ιε πεπθάηοκζδ ηςκ πενζμπχκ επαθήξ πμο ακαπηφπεδηακ ηαηά ημ ζηάδζμ ηδξ πονμζοζζςιάηςζδξ. Δπεζδή ημ εφνμξ ημο ιεβέεμοξ ηςκ ζςιαηζδίςκ Αl είκαζ ιζηνυ ηαζ δ 66

77 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ πμζυηδηα ηδξ οβνήξ θάζδξ είκαζ ιζηνή δ ακαδζάηαλδ ηαζ ακάπηολδ ηςκ ηυηηςκ Al εεςνείηαζ ζπεδυκ αιεθδηέα. ε αοηυ ζοκηεθεί ηαζ ημ ζηνχια μλεζδίμο πμο ειπμδίγεζ ηδκ ιεηαθμνά ιάγαξ ιέζς δζαποηζηχκ ιδπακζζιχκ. ε πενίπηςζδ πμο δ πμζυηδηα ηδξ οβνήξ θάζδξ είκαζ ιεβάθδ ηυηε εηηυξ απυ πεπθάηοκζδ ηςκ πενζμπχκ επαθήξ παναηδνείηαζ ηαζ πθήνςζδ ηςκ ιζηνμπυνςκ ηαεχξ δ δζαανμπή ηςκ εκενβχκ ιεηάθθςκ, υπςξ είκαζ ημ αθμοιίκζμ, ζε επζθάκεζα μλεζδίςκ είκαζ πμθφ ηαθή [36]. ε αοηήκ ηδκ πενίπηςζδ ακαηαηακμιή ηςκ ιζηνχκ ζε ιέβεεμξ ηυηηςκ Al είκαζ πζεακή. ρήκα 6.10: (α) Βέθηζζημζ αθνμί Αl παναζηεοαζιέκμζ οπυ παιδθυ ηεκυ, (α) παναηηδνζζηζηά ηςκ δμηζιίςκ πμο απεζημκίγμκηαζ ζημ (α) ηαζ (β) Βέθηζζημζ αθνμί Αl παναζηεοαζιέκμζ οπυ αηιυζθαζνα ιέζμο ηεκμφ. 67

78 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ ρήκα 6.11: Πνμηεζκυιεκμξ ιδπακζζιυξ πονμζοζζςιάηςζδξ βζα αθνμφξ Al πμο εενιάκεδηακ ζε εενιμηναζία ιεβαθφηενδ ημο ζδιείμο ηήλδξ ημο Ποπώδερ αθπών Σμ ζρήκα 6.12α απεζημκίγεζ ηζξ δζαθμνέξ ιεηαλφ εεςνδηζημφ ηαζ ιεηνμφιεκμο πμνχδμοξ ημο αθνμφ Al βζα δμηίιζα πμο πονμζοζζςιαηχεδηακ οπυ παιδθυ ηεκυ ζημοξ 680 o C βζα 3h. Θεςνδηζηά ημ πμνχδεξ ημο αθνμφ είκαζ ίζμ ιε ηδκ η.μ ακαθμβία ηδξ γάπανδξ ζημ ανπζηυ ιίβια ηυκεςκ ιε ηδκ πνμτπυεεζδ υηζ ημ ζοιπίεζια δεκ έπεζ ηαευθμο πμνχδεξ ηαζ υηζ υθμζ μζ ηυηημζ ηδξ γάπανδξ έπμοκ δζαθοεεί πθήνςξ ηαηά ηδξ ειαφεζζδ ζε κενυ. Πναηηζηά, δφμ δζαθμνεηζηέξ ζοιπενζθμνέξ παναηδνμφκηαζ: βζα ορδθέξ η.μ ακαθμβίεξ ηδξ γάπανδξ ημ πμνχδεξ ημο αθνμφ είκαζ 1-4% ορδθυηενμ απυ ημ εεςνδηζηυ (οπμθμβζζιέκμ) εκχ ημ ακηίεεημ ζοιααίκεζ βζα ηζξ παιδθέξ η.μ ακαθμβίεξ ηδξ γάπανδξ. Τρδθυηενμ πμζμζηυ γάπανδξ (ιεβαθφηενμ απυ 50% η.μ) μδδβεί ζε αολδιέκεξ επαθέξ ιεηαλφ ηςκ ηυηηςκ γάπανδξ ηαζ επμιέκςξ ζε ορδθυ πμνχδεξ ζοιπζέζιαημξ ηαεχξ μζ ηυηημζ γάπανδξ θεζημονβμφκ ςξ πνμζηαηεοηζηή αζπίδα βζα ημο ηυηημοξ Al απμηνέπμκηαξ ηδκ εηηεηαιέκδ παναιυνθςζή ημοξ. Ζ ζοννίηκςζδ ημο αθνμφ ηαηά ηδκ έρδζδ πνέπεζ επίζδξ κα θδθεεί οπυρδ ζδζαίηενα υηακ δ πονμζοζζςιάηςζδ πναβιαημπμζείηαζ ζε εενιμηναζίεξ ιεβαθφηενεξ απυ ημ ζδιείμ ηήλδξ ημο Al. ημ ζρήκα 6.12β θαίκεηαζ ημ πμζμζηυ ζοννίηκςζδξ αθνχκ Al ιε δζαθμνεηζηή η.μ. ακαθυβζα γάπανδξ/al βζα εενιμηναζία έρδζδξ 680 o C ηαζ δζάνηεζα 3h οπυ αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ. Οζ δζαζηάζεζξ ημο αθνμφ ιεηνήεδηακ ιε παπφιεηνμ πνζκ ηαζ ιεηά ηδκ πονμζοζζςιάηςζδ. Ζ ζοννίηκςζδ οπμθμβίζηδηε απυ ηδ ζπέζδ: Vp Va S (6.6) V p 68

79 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ υπμο V p ηαζ V a είκαζ μ βεςιεηνζηυξ υβημξ ημο αθνμφ πνζκ ηαζ ιεηά ηδκ έρδζδ ακηίζημζπα (πςνίξ κα οπμθμβίγεηαζ ημ πμνχδεξ). Ζ ζοννίηκςζδ είκαζ έκημκδ βζα πμνχδεξ παιδθυηενμ απυ 55% επεζδή ημ ακηίζημζπμ πμζμζηυ Al αολάκεζ. Γζα η.μ ακαθμβία ηδξ γάπανδξ ιεβαθφηενδ απυ 55% μζ δζαθμνέξ ιεηαλφ ημο ιεηνμφιεκμο ηαζ ημο οπμθμβζγυιεκμο πμνχδμοξ απμδίδμκηαζ ζε ζοκένβεζα ημο πμνχδμοξ ημο ζοιπζέζιαημξ (ζρήκα 6.8α) ηαζ ηδξ ζοννίηκςζδξ [8, 29, 81]. Αλίγεζ κα ζδιεζςεεί υηζ δ εενιμηναζία ηαζ δ αηιυζθαζνα έρδζδξ παίγεζ ζδιακηζηυ νυθμ ηαζ ζημκ ηαεμνζζιυ ημο πναβιαηζημφ πμνχδμοξ ημο αθνμφ. Γζα πανάδεζβια ζε εενιμηναζία έρδζδξ ηςκ 750 μ C οπυ αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ ηαζ ηςκ 690 μ C οπυ αηιυζθαζνα ιέζμο ηεκμφ, δ πμζυηδηα ημο οβνμφ αθμοιζκίμο είκαζ ανηεηά ιεβάθδ ηαζ ζηακή κα ηαθφρεζ ημ ιεβαθφηενμ ιένμξ ηςκ ιζηνμ-πυνςκ πμο πνμηφπημοκ απυ ημ ζηάδζμ ηδξ ζοιπίεζδξ. Σμ πναβιαηζηυ πμνχδεξ ζε αοηήκ ηδκ πενίπηςζδ είκαζ ζπεδυκ πάκηα ιζηνυηενμ απυ ημ εεςνδηζηυ, ακελανηήηςξ ηδξ ακαθμβίαξ Al/γάπανδξ ζημ ανπζηυ ιίβια, θυβς ηδξ δναιαηζηήξ ιείςζδξ ημο ιζηνμ-πμνχδμοξ ημο αθνμφ (ζρήκα 6.9γ) πμο έπεζ ςξ επαηυθμοεμ ηδ ιεβαθφηενδ ζοννίηκςζδ ηςκ δμηζιίςκ. Ακηίεεηα βζα εενιμηναζίεξ ηάης ημο ζδιείμο ηήλδξ δ ζοννίηκςζδ εθαπζζημπμζείηαζ (ζρήκα 6.9α), θυβς ηδξ ιδ φπανλδξ οβνήξ θάζδξ ηαζ ηδξ ιεζςιέκδξ ιεηαθμνά ιάγαξ ιε δζαποηζημφξ ιδπακζζιμφξ ελαζηίαξ ημο ζηνχιαημξ μλεζδίμο, ιε απμηέθεζια ημ πναβιαηζηυ πμνχδεξ κα είκαζ ζπεδυκ πάκηα ιεβαθφηενμ απυ ημ εεςνδηζηυ. ρήκα 6.12: (α) Γζαθμνέξ εεςνδηζημφ (P a ) ηαζ πναβιαηζημφ (P t ) πμνχδμοξ. Θενιμηναζία έρδζδξ 680 o C βζα 3h οπυ αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ. (α) Δκδεζηηζηά πμζμζηά ζοννίηκςζδξ ζοκανηήζεζ ημο πμνχδμοξ ημο αθνμφ ιεηά απυ έρδζδ ζημοξ 680 o C βζα 3h οπυ αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ. 69

80 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ 6.3 Μνξθνινγία θαη δνκή ηωλ βέιηηζηωλ παξαγόκελωλ αθξώλ Al Mέζς ηςκ ημιμβναθζχκ ηαζ ηςκ ηνζζδζάζηαηςκ βεςιεηνζηχκ ιμκηέθςκ πναβιαημπμζήεδηε ζφβηνζζδ ιεηαλφ ημο επζθακεζαημφ πμνχδμοξ (πμζμζηυ πυνςκ ζε ηάεε ημιμβναθία) ηαζ ημο ζοκμθζημφ μβημιεηνζημφ πμνχδμοξ ημο βεςιεηνζημφ ιμκηέθμο. Απυ ηδ ζφβηνζζδ 450 ημιμβναθζχκ πνμενπυιεκςκ απυ βεςιεηνζηυ ιμκηέθμ ιε πμνχδεξ 60% ηαζ ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ 0.70 mm ανέεδηε υηζ ημ επζθακεζαηυ πμνχδεξ ηοιαίκεηαζ αηακυκζζηα βφνς απυ ιέζδ ηζιή ίζδ ιε 59% (ζρήκα 6.13). Ζ παναηήνδζδ αοηή οπμδεζηκφεζ υηζ δ δμιή ηςκ παναβυιεκςκ πμνςδχκ πνμσυκηςκ είκαζ ζηακμπμζδηζηά μιμζυιμνθδ αθμφ ημ επζθακεζαηυ πμνχδεξ ζοιπίπηεζ ιε ημ μβημιεηνζηυ πμνχδεξ ηαεζζηχκηαξ έηζζ ηδκ 2Γ ακάθοζδ ηςκ πυνςκ αλζυπζζηδ ηαζ επανηήξ. Οζ ιεηαθθζημί αθνμί παναηηδνίγμκηαζ απυ ηδκ ημπμθμβία ηςκ ηεθζχκ (ακμζηημφ ή ηθεζζημφ), ιέβεεμξ, ζπήια ηαζ ακζζμηνμπία ηεθζχκ. Γζα ηδκ αλζμθυβδζδ αοηχκ ηςκ παναιέηνςκ πναβιαημπμζήεδηε εβηάνζζα ηαζ δζαιήηδ ημιή ζε ηάεε ελεηαγυιεκμ δμηίιζμ ιε ηδ πνήζδ αδαιάκηζκμο ηνμπμφ (βζα ηδκ εθάηηςζδ ηδξ παναιυνθςζδξ ηςκ ηεθζχκ) εκχ μζ ιμνθμθμβζημί πανάιεηνμζ ιεηνήεδηακ απυ 2D ημιέξ ιε ηδ αμήεεζα θμβζζιζημφ επελενβαζίαξ εζηυκςκ (Image J). Γζα ηάεε δμηίιζμ ιεθεηήεδηακ ηνεζξ δζαθμνεηζηέξ ημιέξ ηαζ ζηζξ δφμ δζεοεφκζεζξ ημπήξ (εβηάνζζα ή δζαιήηδξ), δζαζθαθίγμκηαξ υηζ δ πμζμηζηή ακάθοζδ πναβιαημπμζήεδηε ζε ημοθάπζζημκ 500 πυνμοξ. Δπεζδή μζ πυνμζ είκαζ ακμζηημφ ηφπμο εθανιυζηδηε μ αθβυνζειμξ watershed χζηε ιεηαηναπμφκ ζε ηθεζζηά ηεθζά ηαζ κα οπμθμβζζημφκ ηα ιμνθμθμβζηά παναηηδνζζηζηά ηςκ πυνςκ. Γζα ηδκ πενζβναθή ημο ιεβέεμοξ ηαζ ημο ζπήιαημξ ηςκ πυνςκ πνδζζιμπμζήεδηε μ θυβμξ ημο ιέβζζημο άλμκα ςξ πνμξ ημκ εθάπζζημ άλμκα ημο πυνμο, ημ ειααδυκ ημοξ ηαζ δ ηοηθζηυηδηα. Γζα ηδκ εφνεζδ ημο ιέβζζημο ηαζ εθάπζζημο άλμκα ηάεε πυνμξ ακηζηαείζηαηαζ απυ εββεβναιιέκδ έθθεζρδ. Ζ ηοηθζηυηδηα C μνίγεηαζ ςξ [ειααδυκ] C = 4π [πενίιεηνμ] 2 ηαζ μζ ηζιέξ ηδξ ηοιαίκμκηαζ απυ 0 (βζα άπεζνα επζιδηοιέκμ πμθφβςκμ) έςξ 1 (βζα ηέθεζμ ηφηθμ). Να ζδιεζςεεί υηζ μ παναηηδνζζιυξ ηςκ ιαηνμ-πυνςκ πναβιαημπμζήεδηε ηαζ ζε πθήεμξ 30 ημιμβναθζχκ αλζμθμβχκηαξ ηζξ ίδζεξ παναιέηνμοξ (θυβμξ ημο ιέβζζημο άλμκα ςξ πνμξ ημκ εθάπζζημ άλμκα ημο πυνμο, ειααδυκ ηαζ ηοηθζηυηδηα) ηαζ ηα απμηεθέζιαηα πμο πνμέηορακ ήηακ πανυιμζα ιε ιυκμ ιζηνέξ απμηθίζεζξ. Γζα θυβμοξ ζφβηνζζδξ πανυιμζμξ παναηηδνζζιυξ πναβιαημπμζήεδηε ηαζ ζημοξ ηυηημοξ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ. Οζ παναβυιεκμζ αθνμί πανμοζζάγμοκ δφμ εζδχκ πυνμοξ: ιαηνμ-πυνμοξ μζ μπμίμζ πνμένπμκηαζ απυ ηδκ ηαζηακή γάπανδ πμο πνδζζιμπμζήεδηε ςξ ζημζπείμ ηαηάθδρδξ πχνμο (πθδνςηζηυ ιέζμ) αθθά ηαζ ιζηνμ-πυνμοξ εκηυξ ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθζχκ, μζ μπμίμζ δδιζμονβμφκηαζ απυ ημ ζηάδζμ ηδξ ζοιπίεζδξ ηαζ παναιέκμοκ ηαηά ηδκ πονμζοζζςιάηςζδ ηαηά ηδκ δζάνηεζα ηδξ παναβςβζηήξ δζαδζηαζίαξ ημο αθνμφ Al. ημ ζρήκα 6.14 θαίκεηαζ δ ιμνθμθμβία αθνμφ Al ιε πμνχδεξ 60%, εενιμηναζία πονμζοζζςιάηςζδξ ζημοξ 680 o C 70

81 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ οπυ αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ ηαζ ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ 0.70 mm. Διθακίγμκηαζ επίζδξ εζηυκεξ απυ ημ μπηζηυ ηαζ δθεηηνμκζηυ ιζηνμζηυπζμ ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθζχκ/πυνςκ. ρήκα 6.13: φβηνζζδ επζθακεζαημφ ηαζ μβημιεηνζημφ πμνχδμοξ ιέζς ηςκ ημιμβναθζχκ ηαζ ημο ηνζζδζάζηαημο βεςιεηνζημφ ιμκηέθμο. ρήκα 6.14: Μαηνμ ηαζ ιζηνμ ιμνθμθμβία αθνμφ αθμοιζκίμο ιε πμνχδεξ 60% ηαζ εενιμηναζία πονμζοζζςιάηςζδξ 680 o C οπυ αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ ιε (α) ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ 0.70 mm ηαζ πμκδνυημηημ Al ηαζ (α) ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ 0.35 mm ηαζ θεπηυημηημ Al. 71

82 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ ρήκα 6.15: Σοπζηέξ ιμνθμθμβίεξ ιζηνμδμιήξ ηςκ παναβυιεκςκ αθνχκ Al (α) πςνίξ πονμζοζζςιάηςζδ (πνυδνμιμ οθζηυ), (α) έρδζδ ζημοξ 600 o C, (β) έρδζδ ζημοξ 680 o C ηαζ (δ) έρδζδ ζημοξ 750 o C οπυ αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ. Μεβέεοκζδ x100. Μέζς πμζμηζηχκ ιεηαθθμβναθζηχκ ιεηνήζεςκ ανέεδηε υηζ ημ ιέζμ ιέβεεμξ ηςκ ιζηνμπυνςκ είκαζ πενίπμο 35 ιm, αθθά πενζζηαζζαηά ιπμνεί κα ειθακίγμκηαζ ηαζ ιεβαθφηενμζ ιζηνμπυνμζ ηδξ ηάλδξ ηςκ 150 ιm. ηαηζζηζηέξ ακαθφζεζξ ημο ιεβέεμοξ ηςκ ιαηνμπυνςκ θακενχκμοκ υηζ βζα αθνυ Al ιε πμνχδεξ 60% ηαζ εενιμηναζία πονμζοζζςιάηςζδξ ζημοξ 680 o C πμο παναζηεοάζηδηε πνδζζιμπμζχκηαξ ηυηημοξ ηαζηακήξ γάπανδξ ιε εφνμξ ιεβέεμοξ mm ηαζ πμκδνυημηημ αθμοιίκζμ, μζ ιαηνμπυνμζ πμο ζπδιαηίζηδηακ ηοιαίκμκηαζ απυ mm ηαζ ακαθμβμφκ ζημ 88% ημο ζοκυθμο ηςκ πυνςκ. Απυ ημ οπυθμζπμ πμζμζηυ ημ 7% ακαθμβεί ζε πυνμοξ ιεβαθφηενμοξ απυ 1 mm πμο πνμένπμκηαζ απυ ζοκέκςζδ ηαζ ημ 5% ζε ιζηνυηενμοξ πυνμοξ. ηδκ πενίπηςζδ πνδζζιμπμίδζδξ θεπηυημηηδξ ηυκεςξ αθμοιζκίμο ημ ιέζμ ιέβεεμξ ηςκ ιζηνμπυνςκ είκαζ πενίπμο 10 ιm, αθθά πενζζηαζζαηά ιπμνεί κα ειθακίγμκηαζ ηαζ ιεβαθφηενμζ ιζηνμπυνμζ ηδξ ηάλδξ ηςκ 50 ιm. ηαηζζηζηέξ ακαθφζεζξ ημο ιεβέεμοξ ηςκ ιαηνμπυνςκ θακενχκμοκ υηζ βζα πανυιμζμ αθνυ Al πμο παναζηεοάζηδηε πνδζζιμπμζχκηαξ ηυηημοξ ηαζηακήξ γάπανδξ ιε εφνμξ ιεβέεμοξ mm ηαζ θεπηυημηημ αθμοιίκζμ, μζ ιαηνμπυνμζ πμο ζπδιαηίζηδηακ ηοιαίκμκηαζ απυ mm ηαζ ακαθμβμφκ ζημ 81% ημο ζοκυθμο ηςκ πυνςκ. Απυ ημ οπυθμζπμ πμζμζηυ ημ 15% ακαθμβεί ζε πυνμοξ ιεβαθφηενμοξ απυ 0.5 mm πμο πνμένπμκηαζ απυ ζοκέκςζδ ηαζ ημ 4% ζε ιζηνμπυνμοξ (ζρήκα 6.16δ). διακηζηή πανάιεηνμξ βζα ημ ιέβεεμξ ηςκ ιζηνμ-πυνςκ είκαζ δ εενιμηναζία έρδζδξ ηαεχξ 72

83 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ πονμζοζζςιάηςζδ οβνήξ ηαηάζηαζδξ μδδβεί ζε ζδιακηζηή ζοννίηκςζδ ηςκ ιζηνμ-πυνςκ (ζρήκα 6.15). ημ ζρήκα 6.16 θαίκεηαζ δ ιαηνμδμιή αθνχκ αθμοιζκίμο ιε πμνχδεξ 60% ηαζ δζαθμνεηζηυ ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ. Οζ πυνμζ ηαηακέιμκηαζ ζηακμπμζδηζηά μιμζυιμνθα ζημ οθζηυ ηαζ ημ ιέβεεμξ ηαζ ζπήια ηςκ πυνςκ είκαζ πανυιμζμ ιε ηα ιμνθμθμβζηά παναηηδνζζηζηά ηδξ ηνοζηαθθζηήξ ηαζηακήξ γάπανδξ, θαιαάκμκηαξ οπυρδ υηζ ηάπμζα βεςιεηνζηή αθθμίςζδ εα οπάνλεζ θυβς ηδξ ζοιπίεζδξ ηαζ ηδξ ζοννίηκςζδξ ηςκ πυνςκ ηαηά ηδκ πονμζοζζςιάηςζδ. Σμ ιέβεεμξ ηςκ πυνςκ εθέβπεηαζ απμηεθεζιαηζηά απυ ηδκ επζθμβή ηςκ ηαηάθθδθςκ ηυηηςκ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ. Ζ ηαηακμιή ημο ιεβέεμοξ ηςκ πυνςκ ζημκ αθνυ Al δεκ είκαζ ιεβάθδ επεζδή ημ ιέβεεμξ ηςκ ηυηηςκ ηδξ γάπανδξ επζθέπεδηε ιε αηνίαεζα. Δίκαζ επμιέκςξ δοκαηή δ ζηυπζιδ απυηηδζδ ζημπεουιεκδξ ηαηακμιήξ ιεβέεμοξ πυνςκ ζημκ αθνυ ιε πνήζδ γάπανδξ δζαθμνεηζημφ εφνμοξ ιεβέεμοξ ηυηηςκ. Καηά ηδκ δζαιήηδ ημιή, πανάθθδθα ιε ηδ δζεφεοκζδ ζοιπίεζδξ, μζ πενζζζυηενμζ πυνμζ είκαζ εθαθνχξ παναιμνθςιέκμζ ηαζ επζιδηοιέκμζ θυβς ηςκ ζοιπζεζηζηχκ δοκάιεςκ πμο αζημφκηαζ υπςξ θαίκεηαζ ηαζ ζημ ζρήκα 6.16 βζα ηδκ ζοπκυηδηα ηαηακμιήξ ημο θυβμο ιζηνμφ ςξ πνμξ ιεβάθμο άλμκα πυνμο βζα δείβια αθνμφ πμνχδμοξ 60% ηαζ ιε ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ 0.75 mm. Χξ επαηυθμοεμ ειθακίγμκηαζ ιζηνέξ δζαθμνέξ ζηδκ ηοηθζηυηδηα ιε ημοξ ηυηημοξ ηδξ γάπανδξ κα πανμοζζάγμοκ ιεβαθφηενδ ηοηθζηυηδηα. Ζ δζαζοκδεζζιυηδηα ηςκ πυνςκ ελεηάζηδηε ιέζς ηςκ βεςιεηνζηχκ ιμκηέθςκ πμο δδιζμονβήεδηακ απυ ηζξ ημιμβναθίεξ πνδζζιμπμζχκηαξ ηαηάθθδθμ αθβυνζειμ (connectivity). Βνέεδηε υηζ βζα αθνυ ιε 60% πμνχδεξ ηαζ ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ 0.70, δ δζαζοκδεζζιυηδηα ηςκ πυνςκ είκαζ 95% (δδθαδή απυ ημ ζοκμθζηυ πμνχδεξ 60% ημ 3% ακηζζημζπεί ζε ηθεζζηυ πμνχδεξ). Οζ ηζιέξ αοηέξ ζοιθςκμφκ ιε ηδκ εκαπμιέκμοζα πμζυηδηα γάπανδξ ηαηά ημ ζηάδζμ ειαφεζζδξ βζα ακηίζημζπμ αθνυ (ζρήκα 6.8β). Ζ δζαζοκδεζζιυηδηα ηςκ πυνςκ ηςκ αθνχκ Al αολάκεζ ζδιακηζηά ιε ηδκ αφλδζδ ημο πμνχδμοξ. Αλίγεζ κα ζδιεζςεεί υηζ δ δζαζοκδεζζιυηδηα ιεηααάθθεηαζ ακάθμβα ιε ημ ιέβεεμξ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ. Γζα αθνυ ιε 60% πμνχδεξ ηαζ ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ 0.35 δ δζαζοκδεζζιυηδηα αολάκεηαζ ζηα 100% εκχ βζα ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ 1.35 ιεζχκεηαζ ζημ 92%. Γζα πμνχδεξ ιζηνυηενμ απυ 60% οπάνπμοκ παβζδεοιέκμζ ηυηημζ γάπανδξ ζηδ δμιή ημο αθνμφ μζ μπμίμζ δεκ δζαθφμκηαζ ηαηά ηδκ ειαφεζζδ ζημ κενυ. Ζ πθήνδξ απμιάηνοκζδ αοηχκ πναβιαημπμζείηαζ ηαηά ηδκ έρδζδ. οπκά υιςξ μ παναβυιεκμξ αθνυξ αθμοιζκίμο ηαθφπηεηαζ ηιδιαηζηά απυ ηίηνζκμ ζηνχια. XRD ιεηνήζεζξ έδεζλακ υηζ ημ ζηνχια αοηυ απμηεθείηαζ απυ άιμνθδ μνβακζηή έκςζδ, θυβς ηςκ παιδθχκ βςκζχκ (ε<15 μ ) ζηζξ μπμίεξ ειθακίγεηαζ, ημ μπμίμ απμδίδεηαζ ζηδκ πανμοζία ηδξ γάπανδξ (ζρήκα 6.17). 73

84 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ ρήκα 6.16: Δζηυκεξ μπηζημφ ιζηνμζημπίμο αθνχκ Al πμνχδμοξ 60% πονμζοζζςιαηςιέκςκ ζημοξ 680 o C ιε ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ (α) 0.35mm, (α) 0.70 mm ηαζ (β) 1.3 mm. (δ) Μμνθμθμβζηά παναηηδνζζηζηά ηςκ πυνςκ αθνμφ Al πμνχδμοξ 60% πονμζοζζςιαηςιέκμ ζημοξ 680 o C. 74

85 6. Βειηηζηνπνίεζε δηαδηθαζίαο παξαγσγήο πνξσδώλ πιηθώλ ρήκα 6.17: Γζάβναιια πενίεθαζδξ αηηίκςκ-υ ιε πνήζδ αηηζκμαμθίαξ CuKa βζα αθνυ Al ιε 50% πμνχδεξ. 75

86 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ 7. ΜΖΥΑΝΗΚΔ ΗΓΗΟΣΖΣΔ ΑΦΡΧΝ AΛΟΤΜΗΝΗΟΤ 7.1 Δηζαγωγή Ζ επελενβαζία ηαζ δ ζοιπενζθμνά παναιυνθςζδξ αθνχκ ακμζηημφ ηαζ ηθεζζημφ ηεθζμφ απμηεθεί εέια ένεοκαξ ζε πθήεμξ ενβαζζχκ μζ μπμίεξ δίκμοκ ηονίςξ έιθαζδ ζηδκ ακημπή ηαζ ζηακυηδηα απμννυθδζδξ εκένβεζαξ ηαηά ηδκ δζάνηεζα δμηζιαζίαξ εθίρδξ [47, 54, 82-84]. Ζ ιδπακζηή ζοιπενζθμνά ηςκ αθνχκ δεκ οπαβμνεφεηαζ ιυκμ απυ ηδ ιαηνμ ηαζ ιζηνμ δμιή ημοξ (ζπεηζηή ποηκυηδηα, ιμνθμθμβία ηαζ ιέβεεμξ πυνςκ, η.α.) αθθά ελανηάηαζ ηαζ απυ ηζξ ζδζυηδηεξ ηςκ ιδηνζημφ οθζημφ ημο πθέβιαημξ [10, 14, 49, 50, 85-87]. Ζ ιδπακζηή ακημπή ηςκ αθνχκ αθμοιίκζμο είκαζ ζδιακηζηήξ ζδιαζίαξ ακαθμνζηά ιε ηδκ πνήζδ ημοξ ζε πμζηίθεξ εθανιμβέξ. Απυ ηδκ πθεονά ηςκ εθανιμβχκ μζ ζδιακηζηυηενεξ ζδζυηδηεξ είκαζ ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ (Young s modulus), δ παναιυνθςζδ πμο ακηζζημζπεί ζηδκ ανπή ηδξ πφηκςζδξ (μnset strain of densification) ηαζ δ ηάζδ πθαηχ ζηδκ μπμία ημ οθζηυ παναιμνθχκεηαζ πθαζηζηά. Οζ ζδζυηδηεξ αοηέξ πνδζζιμπμζμφκηαζ επίζδξ βζα ηδκ εέζπζζδ ηαηαζηαηζηχκ ελζζχζεςκ βζα ηδ ζοιπενζθμνά ηδξ ιαηνμδμιήξ ηςκ αθνχκ. διακηζηυξ ανζειυξ ενβαζζχκ έπμοκ δδιμζζεοηεί ζε αοηυ ημ εέια ζημ πνυζθαημ πανεθευκ [17, 18, 20, 21, 38, 88]. Οζ αηακυκζζηεξ ιζηνμδμιέξ έπμοκ ηδκ ηάζδ κα παναιμνθχκμκηαζ ακμιμζυιμνθα ηαζ ιε αζηαεείξ ιδπακζζιμφξ πμο μδδβμφκ ζε ηοιαημεζδείξ ηαζ ιε δζαηοιάκζεζξ ηαιπφθεξ ηάζδξπαναιυνθςζδξ [20, 89, 90]. Έπεζ ανεεεί υηζ δ ζηαεενυηδηα ηαηά ηδ εθζπηζηή παναιυνθςζδ μδδβεί ζε μιαθέξ ηαιπφθεξ ηαζ παναηεηαιέκδ πενζμπή πθαηχ [17, 18]. Γζα ημοξ ιεηαθθζημφξ αθνμφξ, δ ζηαεενυηδηα ηαηά ηδ εθίρδ είκαζ μοζζχδμοξ ζδιαζίαξ βζα ηδκ απμννυθδζδ εκένβεζαξ ηαεχξ δ ηζιή ηαζ δ μιαθή ιεηάααζδ ηδξ ηάζδξ πθαηχ ηαεμνίγεζ ημ επίπεδμ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ αθθά ηαζ ηδ δοκαηυηδηα εθέβπμο ηδξ δζαδζηαζίαξ. Δπζπθέμκ μζ ιεηαθθζημί αθνμί πμο παναηηδνίγμκηαζ απυ μιμζυιμνθεξ δμιέξ ιπμνμφκ κα πνδζζιμπμζδεμφκ βζα ηδκ ηαηακυδζδ ηαζ ηαηαβναθή ηδξ ιέζδξ εββεκμφξ εθζπηζηήξ ζοιπενζθμνάξ αοηήξ ηδξ ηαηδβμνίαξ οθζηχκ [18, 89]. Οζ αθνμί αθμοιζκίμο έπμοκ ηδκ δοκαηυηδηα κα απμννμθμφκ ηδκ εκένβεζα ηνμφζδξ αθμφ αοηή δ ηαηδβμνία οθζηχκ πανμοζζάγεζ εηηεηαιέκμ πθαηχ ηάζδξ οπυ ηδκ επίδναζδ εθζπηζημφ θμνηίμο. Γζα ηδκ απμηεθεζιαηζηή ηαζ απμδμηζηή απμννυθδζδ εκένβεζαξ, μ αθνυξ πνέπεζ κα παναιμνθχκεηαζ ιε εθάπζζηεξ δζαηοιάκζεζξ ηάζεζξ ζηδκ ηαιπφθδ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ, ζδζαίηενα ζηδκ ανπή ηδξ παναιυνθςζδξ. Γζαηοιάκζεζξ ηαζ ηαθακηχζεζξ ζηδκ εθζπηζηή ηαιπφθδ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ είκαζ εκδεζηηζηέξ ηδξ ραεονήξ εναφζδξ ηςκ δμηίδςκ ημο αθνμφ εκχ μιαθή ηαιπφθδ ιε έηδδθμ/εοδζάηνζημ πθαηχ οπμδεζηκφεζ εοιεκήξ ζδζυηδηεξ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ ηαεχξ δ εναφζδ ηςκ δμηίδςκ ημο αθνμφ πνμένπεηαζ ηονίςξ απυ πθαζηζηή παναιυνθςζδ ηαζ ηάιρδ ή θοβζζιυ. Ζ αηνζαήξ εηηίιδζδ ηαζ αλζμθυβδζδ ηδξ εθζπηζηήξ ηάζδξ δζαννμήξ είκαζ αλζμζδιείςηα ζδιακηζηή βζα ηδκ ακάπηολδ αθνχκ ιε ζημπεουιεκεξ ζδζυηδηεξ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ. Δπμιέκςξ είκαζ απαναίηδημ κα αλζμθμβδεεί 76

87 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ δ επακαθδρζιυηδηα ηαζ ακαπαναβςβζηυηδηα ηςκ εθζπηζηχκ ζδζμηήηςκ ηςκ αθνχκ αθμοιζκίμο. Γζα ηδκ ιεθέηδ ηδξ ιδπακζηήξ ζοιπενζθμνάξ ηςκ παναβυιεκςκ αθνχκ πναβιαημπμζήεδηε ζηαηζηή δμηζιαζία εθίρδξ ιε ηαπφηδηα 60 m/min δ μπμία ακηζζημζπεί ζε νοειυ παναιυνθςζδξ 0.06 s -1 βζα υθα ηα δείβιαηα. Υνδζζιμπμζήεδηακ ηοθζκδνζηά δείβιαηα ιε δζάιεηνμ 16 mm ηαζ θυβμ ιήημοξ (L) ςξ πνμξ δζάιεηνμ (D) πενίπμο 1.1. Ο άλμκαξ εθίρδξ είκαζ πανάθθδθμξ ιε ηδ δζεφεοκζδ ζοιπίεζδξ. Ζ δμηζιαζία ζηαιαημφζε αοηυιαηα υηακ ημ εθανιμγυιεκμ θμνηίμ λεπενκμφζε ημ υνζμ ηςκ 90 kν. Σμ θμνηίμ αοηυ ελαζθάθζγε πθήνδ εθζπηζηή παναιυνθςζδ ηςκ δμηζιίςκ ηαζ επαηυθμοεα δεδμιέκα δφκαιδξ-ιεηαηυπζζδξ πένακ ημο ζδιείμο έκανλδξ ηδξ δζαδζηαζίαξ πφηκςζδξ ημο αθνμφ. Πνζκ ηδ δμηζιαζία ηδξ εθίρδξ μζ δζαζηάζεζξ ηςκ δμηζιίςκ ιεηνήεδηακ ιε πνήζδ δθεηηνμκζημφ παπφιεηνμο αηνίαεζαξ εηαημζημφ ημο πζθζμζημφ (0.00 mm). Οζ ηαηαβεβναιιέκεξ ηζιέξ δφκαιδξεπζιήηοκζδξ ιεηαηνάπδηακ ζε ηζιέξ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ αάζδ ηςκ ιεηνμφιεκςκ δζαζηάζεςκ ηςκ δμηζιίςκ. Ζ μκμιαζηζηή εθζπηζηή ηάζδ (ζ) πνμζδζμνίζηδηε απυ ηδ ζπέζδ ζ= F/(A p) υπμο F είκαζ ημ θμνηίμ, A= πd 2 /4 δ εβηάνζζα επζθάκεζα ημο δμηζιίμο ηαζ p ημ πμνχδεξ ημο δμηζιίμο, εκχ δ μκμιαζηζηή παναιυνθςζδ οπμθμβίζηδηε απυ ηδκ ιεηαηυπζζδ ακά ιήημξ ημο δμηζιίμο. Χξ εθάπζζημξ ανζειυξ πνδζζιμπμζήεδηακ ηνία υιμζα δμηίιζα βζα ηάεε δμηζιή ιδπακζηήξ εθίρδξ βζα ηδκ ελαζθάθζζδ αλζυπζζηςκ απμηεθεζιάηςκ. Οζ εθζπηζηέξ ζδζυηδηεξ ηςκ αθνχκ υπςξ είκαζ δ εθζπηζηή ακημπή, ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ, δ απμννυθδζδ εκένβεζαξ ιεηνήεδηακ ηαζ αλζμθμβήεδηακ. Σμ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ ανέεδηε ιε βναιιζηή παθζκδνυιδζδ βζα παναιμνθχζεζξ θίβμ ιεβαθφηενεξ απυ ιδδέκ, πςνίξ κα οπμθμβίγεηαζ ημ πνςηανπζηυ ηιήια ηδξ εθαζηζηήξ πενζμπήξ ηςκ ηαιποθχκ ηάζδξπαναιυνθςζδξ. Αοηυ έβζκε βζα ηδκ απμθοβή ηδξ ημπζηήξ πθαζηζηυηδηαξ ζημ δμηίιζμ ζε ηάζεζξ ανηεηά παιδθυηενεξ απυ ημ υνζμ δζαννμήξ ημο αθνμφ μζ μπμίεξ ιπμνμφκ κα ιεζχζμοκ ζδιακηζηά ηδκ ανπζηή ηθίζδ ηδξ ηαιπφθδξ ζηδκ εθαζηζηή πενζμπή αθθά ηαζ ηδκ απμθοβή ζθαθιάηςκ ηα μπμία ιπμνεί κα πνμένπμκηαζ απυ ιδ παναθθδθυηδηα είηε ηςκ πθαηχκ είηε ηςκ επζθακεζχκ ημο δμηζιίμο ηαηά ηδ δμηζιή εθίρδξ. Ζ ηνίζζιδ ηάζδ, δ μπμία ηαεμνίγεζ ημ ηέθμξ ηδξ εθαζηζηήξ πενζμπήξ ηαζ ηδκ ανπή ηδξ ηαηάννεοζδξ ημο αθνμφ εεςνήεδηε ςξ δ ηάζδ εθζπηζηήξ ακημπήξ. Γζα ημκ ηαεμνζζιυ ηδξ ελάνηδζδξ ημο ιδπακζζιμφ παναιυνθςζδξ απυ ηδκ ζπεηζηή ποηκυηδηα ηςκ αθνχκ, πναβιαημπμζήεδηακ εθζπηζηέξ δμηζιέξ βζα ημοξ αθνμφξ Al ιε πμνχδεξ απυ 40 έςξ 70%. 7.2 Θιηπηηθή ζπκπεξηθνξά ημ ζρήκα 7.1 απεζημκίγμκηαζ ηοπζηέξ εζηυκεξ δμηζιίςκ αθνχκ Al ιεηαβεκέζηενα ηδξ δμηζιήξ εθίρδξ. Γείβιαηα αθνχκ ιε πμνχδεξ έςξ 60% πανμοζζάγμοκ μιμζυιμνθα παναιμνθςιέκεξ επζθάκεζεξ πςνίξ ηδκ πανμοζία νςβιχκ ζηδκ επζθάκεζα ημοξ εκχ παναηδνήεδηε ιζηνή πθεονζηή παναιυνθςζδ. Αθνμί ιε πμνχδεξ ιεβαθφηενμ απυ 60% 77

88 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ πανμοζζάγμοκ ζπεηζηά αηακυκζζημ ζπήια παναιυνθςζδξ ιε δζάθμνεξ νςβιέξ βφνς απυ ηδκ παναιμνθςιέκδ επζθάκεζα ηαζ ζδιακηζηή πθεονζηή παναιυνθςζδ. Ζ παναηήνδζδ αοηή οπμδεζηκφεζ δζαθμνεηζηυ ιδπακζζιυ παναιυνθςζδξ ζημοξ αθνμφξ ορδθμφ πμνχδμοξ (πάκς απυ 60%) ζοβηνζηζηά ιε αοημφξ παιδθμφ πμνχδμοξ. Οζ ιμνθμθμβζηέξ αοηέξ δζαθμνέξ ιπμνμφκ κα ζοκδοαζημφκ ιε ηα παναηηδνζζηζηά ηςκ ηαιποθχκ ηάζδξπαναιυνθςζδξ ηςκ ζοβηεηνζιέκςκ αθνχκ. Οζ ηαιπφθεξ ηςκ αθνχκ ορδθμφ πμνχδμοξ (πάκς απυ 60%) είκαζ θζβυηενμ μιαθέξ ηαζ ειθακίγμοκ ιζηνέξ δζαηοιάκζεζξ. Ζ μιαθέξ ηαιπφθεξ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ βζα πμνχδεξ ιζηνυηενμ απυ 60% επζαεααζχκμοκ ηδκ υθηζιδ ζοιπενζθμνά ηςκ ζοβηεηνζιέκςκ αθνχκ. Απυ ηα δμηίιζα ηςκ αθνχκ Αl ιεηαβεκέζηενα ηδξ εθίρδξ, ιε ίδζμ πμνχδεξ ηαζ ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ αθθά δζαθμνεηζηή εενιμηναζία πονμζοζζςιάηςζδξ θαίκεηαζ ηαεανά υηζ δ εενιμηναζία επδνεάγεζ ημκ ηνυπμ παναιυνθςζδξ ηςκ αθνχκ. Γζα πονμζοζζςιάηςζδ ζηενεάξ ηαηάζηαζδξ παναηδνήεδηε εναφζδ ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ημο αθνμφ πανά ηάιρδ ή θοβζζιυξ ημ μπμίμ απμδίδεηαζ ηονίςξ ζημοξ αδφκαιμοξ δεζιμφξ πμο δδιζμονβήεδηακ μδδβχκηαξ ζε ιενζηή εναφζδ ηςκ δεζβιάηςκ αθνμφ έκακηζ ηδξ πθαζηζηήξ παναιυνθςζδξ. ρήκα 7.1: Γμηίιζα αθνχκ Al ιε δζαθμνεηζηυ πμνχδεξ (P) ηαζ εενιμηναζία πονμζοζζςιάηςζδξ (Σ) ιεηαβεκέζηενα ηδξ δμηζιήξ εθίρδξ. Μέζμ ιέβεεμξ πυνςκ 0.70 mm ηαζ πονμζοζζςιάηςζδ οπυ αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ. 78

89 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ ρήκα 7.2: (α) Καιπφθδ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ βζα αθνμφξ Αl ιε δζάθμνα πμνχδδ, (α) Καιπφθδ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ βζα αθνμφξ Αl 70% πμνχδεξ ηαζ ακηίζημζπδ ηαιπφθδ απυδμζδξ εκένβεζαξ. Οζ ηαιπφθεξ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ βζα αθνμφξ Al ιε δζαθμνεηζηά πμνχδδ θαίκμκηαζ ζημ ζρήκα 7.2α. Ζ εενιμηναζία πονμζοζζςιάηςζδξ είκαζ 680 o C βζα υθα ηα δείβιαηα. Όθεξ μζ ηαιπφθεξ ειθακίγμοκ ιζα ανπζηή πενίπμο βναιιζηή εθαζηζηή πενζμπή ιέπνζ ηδκ ηάζδ δζαννμήξ. Ζ εθαζηζηή βναιιζηή πενζμπή βζα αθνμφξ ιε πμνχδεξ 40-70% ειθακίγεηαζ ιυκμ ζε παιδθέξ ηζιέξ παναιυνθςζδξ πενίπμο ζε 0.05 mm/mm εκχ βζα πμνχδεξ 70% ζε παναιυνθςζδ 0.02 mm/mm. ε αοηήκ ηδκ πενζμπή δ ηάζδ αολάκεηαζ απυημια ιε ηδκ αφλδζδ ηδξ παναιυνθςζδξ. Ζ ηνίζζιδ ηάζδ δ μπμία ζδιαίκεζ ηδκ θήλδ ηδξ εθαζηζηήξ πενζμπήξ ηαζ ηδκ ανπή ηδξ ηαηάννεοζδξ ημο αθνμφ, εεςνείηαζ ςξ δ ηάζδ ακημπήξ ζε εθίρδ. Ζ ηάζδ ακημπήξ ζε εθίρδ ιεζχκεηαζ ηαζ δ πενζμπή πθαηχ αολάκεζ ζε ιήημξ ηαζ βίκεηαζ επίπεδδ ιε ηδκ αφλδζδ ημο πμνχδμοξ επεζδή δ δμιή πανέπεζ ιεβαθφηενδ δοκαηυηδηα ζηα ημζπχιαηα ηςκ ηεθίςκ κα παναιμνθςεμφκ ηαζ κα αζημπήζμοκ (ζρήκα 7.2α). Καεχξ ημ πμνχδεξ ιεζχκεηαζ δ πενζμπή πθαηχ βίκεηαζ δζθμνμφιεκδ. Ζ ηζιή ηδξ παναιυνθςζδξ έκανλδξ ηδξ πφηκςζδξ (onset strain of deformation), ζηδκ μπμία ειθακίγεηαζ ιζα ζδιακηζηή ηαζ απυημιδ αφλδζδ ηδξ ηάζδξ, ιεβαθχκεζ ιε ηδκ αφλδζδ ημο πμνχδμοξ. ηζξ ηαιπφθεξ υιςξ ιε παιδθυ πμνχδεξ δ πενζμπή πθαηχ δεκ είκαζ ηαθά ηαεμνζζιέκδ. Σμ πμνχδεξ επδνεάγεζ ζδιακηζηά ηδκ εθζπηζηή ακημπή αθθά ηαζ ημκ ιδπακζζιυ παναιυνθςζδξ ηςκ αθνχκ Al πμο παναζηεοάζηδηακ ιε ιεευδμοξ ημκζμιεηαθθμονβίαξ. Διθακήξ εκδμηνάποκζδ παναηδνείηαζ βζα παναιμνθχζεζξ άκς ηςκ 0.05 mm/mm ιε ιείςζδ ημο πμνχδμοξ. οβηνζηζηά ιε ηα δείβιαηα αθνμφ ορδθήξ ποηκυηδηαξ, ηα παιδθήξ ποηκυηδηαξ δείβιαηα ειθακίγμοκ εοδζάηνζηεξ δζαηοιάκζεζξ ζηδκ ηαιπφθδ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ, ηονίςξ ζε ορδθέξ ηζιέξ παναιυνθςζδξ πνάβια πμο οπμδεζηκφεζ δζαθμνεηζηυ ιδπακζζιυ παναιυνθςζδξ (ζρήκα 7.2β). Ζ ηαιπφθδ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ μιαθμπμζείηαζ ιε ηδ ιείςζδ ημο πμνχδμοξ, οπμδεζηκφμκηαξ αολδιέκδ ζηαεενυηδηα ηαηά ηδκ δμηζιή εθίρδξ βζα ημοξ αθνμφξ ορδθήξ ποηκυηδηαξ. Δκημφημζξ δ εθζπηζηή ζοιπενζθμνά αθνχκ Al ιε πμνχδεξ 79

90 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ ιεβαθφηενεξ απυ 75% δεκ απμηεθμφκ ακηζηείιεκμ ηδξ ενβαζίαξ θυβς ηςκ πεζναιαηζηχκ πενζμνζζιχκ ηδξ ιεευδμο παναζηεοήξ ηςκ αθνχκ [26, 27, 91]. Ζ αθθαβή ημο ιδπακζζιμφ παναιυνθςζδξ ιπμνεί κα απμδμεεί ζηα θεπηά ημζπχιαηα ηςκ ηεθζχκ ηςκ δεζβιάηςκ αθνχκ παιδθήξ ποηκυηδηαξ. Σμ πάπμξ ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθζχκ αολάκεζ ιε ηδκ αφλδζδ ηδξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ βζα ημοξ αθνμφξ πμο παναζηεοάγμκηαζ ιέζς ηδξ ζοβηεηνζιέκδξ ιεευδμο ημκζμιεηαθθμονβίαξ [92]. Λεπημιένεζεξ βζα ημκ ιδπακζζιυ παναιυνθςζδξ ηςκ αθνχκ Al εα ζογδηδεμφκ ζηζξ επυιεκεξ εκυηδηεξ. Καθή ακαπαναβςβζηυηδηα ηαζ πνμαθερζιυηδηα ηςκ εθζπηζηχκ ζδζμηήηςκ είκαζ ζδιακηζηή βζα ηζξ εθανιμβέξ ηςκ αθνχκ αθμοιζκίμο. Δίκαζ επμιέκςξ απαναίηδημ κα ιεθεηδεεί δ επίδναζδ ημο ιεβέεμοξ ηςκ πυνςκ ηαζ ημο πμνχδμοξ ζηδκ ακαπαναβςβζηυηδηα ηαζ πνμαθερζιυηδηα ηςκ ζδζμηήηςκ αθνχκ Αl ακμζηημφ ηεθζμφ ιε δζαθμνεηζηυ ιέβεεμξ πυνςκ. Οζ ηαιπφθεξ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ δεζβιάηςκ ιε δζαθμνεηζημφξ πυνμοξ θαίκμκηαζ ζημ ζρήκα 7.3α ηαζ β. Σμ εεςνδηζηυ πμνχδεξ είκαζ 60% ηαζ ηα πμζμζηά ζημ ζπήια είκαζ ηα ιεηνμφιεκα πμνχδδ. Ζ εενιμηναζία πονμζοζζςιάηςζδξ είκαζ 680 o C οπυ αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ βζα υθα ηα δείβιαηα. Τπήνπακ ιυκμ ιζηνέξ δζαθμνέξ ακαθμνζηά ιε ηδκ ακημπή ζε εθίρδ ηαζ ημ ζδιείμ έκανλδξ ηδξ πφηκςζδξ ιεηαλφ ηςκ ηαιποθχκ ηςκ δεζβιάηςκ ιε πανυιμζμ πμνχδεξ. Δπζπθέμκ θαίκεηαζ υηζ μζ δζαθμνέξ αοηέξ ζηδκ εθζπηζηή ζοιπενζθμνά εθαπζζημπμζμφκηαζ βζα αθνμφξ ιε ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ ίζμ ιε 0.35 mm. Δπμιέκςξ δ ακαπαναβςβζηυηδηα ηαζ πνμαθερζιυηδηα ηςκ εθζπηζηχκ ζδζμηήηςκ αθνχκ Αl αεθηζχκεηαζ υηακ ημ ιέβεεμξ πυνςκ ημο αθνμφ ιεζχκεηαζ βζα ημ εφνμξ ηςκ ιεβεεχκ πυνςκ πμο ιεθεηήεδηακ. Να ζδιεζςεεί υηζ ηα πμζμζηά δζαθμνάξ ιεηαλφ ηςκ ηαιποθχκ ηάζδξπαναιυνθςζδξ υιμζςκ δμηζιίςκ αθνχκ είκαζ ιζηνυηενα απυ 10% εκχ ζοκήεςξ βζα ημοξ ειπμνζημφξ αθνμφξ αθμοιζκίμο μζ δζαθμνέξ ηςκ ιδπακζηχκ ζδζμηήηςκ ηοιαίκμκηαζ ζημ 20% [1-3]. Οζ δζαθμνέξ ιεηαλφ ηςκ ηαιποθχκ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ ζοκανηήζεζ ημο ιεβέεμοξ ηςκ πυνςκ θαίκμκηαζ ζημ ζρήκα 7.3γ υπμο ημ πμνχδεξ είκαζ πενίπμο 60%. Ζ εενιμηναζία πονμζοζζςιάηςζδξ είκαζ 680 o C οπυ αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ βζα υθα ηα δείβιαηα. Δπζθέπεδηακ ηα δζαβνάιιαηα δεζβιάηςκ αθνχκ ηςκ μπμίςκ ημ πμνχδεξ είκαζ ζπεδυκ ίδζμ. Οζ Gibson ηαζ Ashby [3] ακέθοζακ ηδκ ηάζδ αζημπίαξ εκυξ πμνχδμοξ ιεηάθθμο πνδζζιμπμζχκηαξ έκα απθυ ηοαζηυ ιμκηέθμ ηαζ ζδιείςζακ υηζ δ ηάζδ αζημπίαξ δεκ επδνεάγεηαζ απυ ημ ιέβεεμξ ηςκ πυνςκ. Οζ Jiang ηαζ ζοκενβάηεξ [11] ιεθέηδζακ ηζξ ιδπακζηέξ ζδζυηδηεξ πμνχδμοξ αθμοιζκίμο ηαζ έδεζλακ υηζ δ ηαιπφθδ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ ζε εθίρδ αολάκεηαζ υηακ ημ ιέβεεμξ ηςκ πυνςκ ιεβαθχκεζ απυ 0.45 ζε 2 mm. Σα απμηεθέζιαηα ζηδκ πανμφζα ένεοκα έδεζλακ υηζ μζ αθνμί Al ιε ιέβεεμξ πυνςκ 1-2 mm έπμοκ εθαθνχξ ιεβαθφηενεξ ηζιέξ ηάζεςκ ιε εθζπηζηή ηάζδ ακημπήξ ζηα 22 MPa ζοβηνζηζηά ιε αοηήκ ηςκ αθνχκ ιε ιζηνυηενμ ιέβεεμξ πυνςκ πμο ειθακίγμοκ εθζπηζηή ηάζδ ακημπήξ ίζδ ιε 17 MPa (δζαθμνά 23%). Γζα ορδθέξ παναιμνθχζεζξ ιεβαθφηενεξ απυ ημ ζδιείμ έκανλδξ ηδξ πφηκςζδξ παναηδνείηαζ ημ ακηίζηνμθμ θαζκυιεκμ. Οζ δζαθμνέξ ζηζξ ηζιέξ ηςκ 80

91 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ ηάζεςκ βίκμκηαζ ζδζαίηενα αζζεδηέξ ιεηά ημ ζδιείμ έκανλδξ ηδξ πφηκςζδξ. Πανυθα αοηά δεκ ειθακίγεηαζ δζαθμνά ιεηαλφ ηδξ εθζπηζηήξ ζοιπενζθμνάξ ηςκ αθνχκ ιε ιέζμ ηαζ ιζηνυ ιέβεεμξ πυνςκ βζα παναιμνθχζεζξ ιζηνυηενεξ απυ ημ ζδιείμ έκανλδξ ηδξ πφηκςζδξ. Ζ ιζηνή δζαθμνά εθζπηζηήξ ζοιπενζθμνάξ ιεηαλφ ηςκ αθνχκ ιε δζαθμνεηζηυ ιέβεεμξ πυνςκ πζεακυκ κα ζπεηίγεηαζ ιε ημ δζαθμνεηζηυ θυβμ ημο πάπμοξ ημζπχιαημξ ηαζ ημ ιήημξ ηδξ δμηίδαξ, ηαεχξ δ επίδναζδ ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθζχκ βίκεηαζ αλζμζδιείςηδ ιε ηδκ αφλδζδ ημο ιεβέεμοξ ηςκ πυνςκ ή εκαθθαηηζηά απμδίδεηαζ ζημ ηαπφηενμ ηθείζζιμ ηςκ ιζηνχκ πυνςκ ζε παιδθυηενεξ ηζιέξ παναιυνθςζδξ ηαηά ηδ δζάνηεζα ηδξ εθίρδξ [82]. ρήκα 7.3: Καιπφθεξ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ δεζβιάηςκ αθνχκ Al ιε πμνχδεξ πενίπμο ίζμ ιε 61% ηαζ ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ (α) 0.35 mm, (α) 0.75 mm ηαζ (β) δζάθμνα ιεβέεδ πυνςκ. Θενιμηναζία πονμζοζζςιάηςζδξ 680 o C οπυ αηιυζθαζνα παιδθμφ ηεκμφ. 81

92 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ ρήκα 7.4: Καιπφθεξ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ δεζβιάηςκ αθνχκ Al ιε πμνχδεξ πενίπμο ίζμ ιε 60% ηαζ ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ 0.70 mm ιε (α) δζαθμνεηζηέξ εενιμηναζίεξ πονμζοζζςιάηςζδξ, (α) δζαθμνεηζηυ ιέβεεμξ ηυκεςκ Al (β) δζαθμνεηζηυ νοειυ εθίρδξ. Σοπζηέξ ηαιπφθεξ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ βζα αθνμφξ Al πονμζοζζςιαηςιέκμοξ ζε δζαθμνεηζηέξ εενιμηναζίεξ οπυ παιδθυ ηεκυ βζα 3 χνεξ θαίκμκηαζ ζημ ζρήκα 7.4α. Τρδθυηενεξ ηάζεζξ ηαζ παναιμνθχζεζξ παναηδνήεδηακ ιε ηδκ αφλδζδ ηδξ εενιμηναζίαξ πονμζοζζςιάηςζδξ απυ ημοξ 600 ζημοξ 750 o C. Σα ημζπχιαηα ηςκ αθνχκ Al παναζηεοαζιέκςκ ιε ζηενεήξ θάζδξ πονμζοζζςιάηςζδ ειθακίγμοκ πυνμοξ μζ μπμίμζ πνμήθεακ απυ ημ ζηάδζμ ζοιπίεζδξ ηαζ δζαηδνήεδηακ ιεηά. Οζ ιζηνμ-πυνμζ αοημί ιεζχκμκηαζ ζδιακηζηά υηακ δ πονμζοζζςιάηςζδ βίκεηαζ ζε εενιμηναζία άκς ημο ζδιείμο ηήλδξ ημο Al. ε αοηήκ ηδκ πενίπηςζδ ηα ημζπχιαηα ηςκ ηεθζχκ είκαζ ανηεηά πζμ ζοιπαβή εκχ ακαπηφζζμκηαζ ζζπονμί δεζιμί ιεηαλφ ηςκ ηυκεςκ Al. Ζ εθζπηζηή ακημπή ηςκ οπυ ιεθέηδ αθνχκ Al ελανηάηαζ επίζδξ ηαζ απυ ημ ιέβεεμξ ηςκ ηυκεςκ Al (ζρήκα 7.4β). Πανά ηδκ ίδζα ηζιή έκανλδξ παναιυνθςζδ πφηκςζδξ μζ αθνμί παναβυιεκμζ ιε θεπηυημηημ αθμοιίκζμ (ιέζμ ιέβεεμξ ηυκεςκ 100 ιm) πανμοζζάγμοκ ιεβαθφηενδ ακημπή ζηα 22.5 MPa ζοβηνζηζηά ιε ημοξ αθνμφξ παναβυιεκμζ ιε πμκδνυημηημ αθμοιίκζμ (ιέζμ ιέβεεμξ ηυκεςκ 225 ιm) ιε ακημπή 17 MPa, δζαθμνά ηδξ ηάλδξ ημο 24%, 82

93 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ εκχ μζ οπυθμζπμζ πανάιεηνμζ παναβςβζηήξ δζαδζηαζίαξ (εενιμηναζία ηαζ πνυκμξ έρδζδξ, πίεζδ η.α.) παναιέκμοκ ίδζμζ. Αοηή δ ελάνηδζδ απυ ημ ιέβεεμξ ηςκ ηυκεςκ ημο Al απμδίδεηαζ ζηδκ δδιζμονβία ηαθφηενςκ ηαζ πζμ ζζπονχκ δεζιχκ ιεηαλφ ηςκ ηυηηςκ Al θυβς ηδξ φπανλδξ εονφηενδξ πενζμπήξ επαθήξ ιεηαλφ ηςκ ηυκεςκ αθθά ηαζ ζημ ιεζςιέκμ εκαπμιέκςκ πμνχδεξ ημο ζοιπζέζιαημξ Al/γάπανδξ ιε ηδκ πνήζδ θεπηυημηηςκ ηυκεςκ Al. Απυ ημ ζρήκα 7.4γ θαίκεηαζ υηζ μ νοειυξ εθίρδξ ζημ εφνμξ πμο ελεηάζηδηε (απυ sec -1 ) δεκ επδνεάγεζ ηζξ ιδπακζηέξ ζδζυηδηεξ ηςκ παναβυιεκςκ αθνχκ Al. 7.3 Μεραληζκνί παξακόξθωζεο ημ ιμκηέθμ Gibson Ashby, δ δμιή ημο πμνχδμοξ οθζημφ απθμπμζήεδηε ηαζ εεςνήεδηε υηζ μ αθνυξ ακμζηημφ ηεθζμφ απμηεθείηαζ απυ πενζμδζηά ηαηακειδιέκεξ δμημφξ. Ο ηονίανπμξ ιδπακζζιυξ παναιυνθςζδξ είκαζ ιέζς ηάιρδξ ηςκ δμηχκ. Ζ ζφκδεζδ ιεηαλφ ηδξ ηάζδξ πθαηχ, ημο ιέηνμο εθαζηζηυηδηαξ (Young s modulus) ηαζ ηδξ ποηκυηδηαξ βζα αθνυ ακμζηημφ ηεθζμφ δίκεηαζ απυ ηζξ ζπέζεζξ (2.1) ηαζ (2.2) ακηζηαεζζηχκηαξ ημ θ=1, ηαηαθήβμκηαξ ζηζξ ζπέζεζξ: E (0.1 4) E s s 2 (7.1) y ys s 1.5 (0.1 1) (7.2) υπμο E είκαζ ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ (Young s modulus) ημο αθνμφ, E s είκαζ ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ ημο ζοιπαβμφξ οθζημφ ημο ημζπχιαημξ ηςκ ηεθίςκ, ζ y είκαζ δ ηάζδ πθαηχ ημο αθνμφ, ζ ys είκαζ δ ηάζδ δζαννμήξ ημο ζοιπαβμφξ οθζημφ ημο ημζπχιαημξ ηςκ ηεθζχκ. οπκά ζε δμηζιέξ εθίρδξ ημ ζ y ακηζηαείζηαηαζ απυ ηδκ ηάζδ ακημπήξ ζε εθζπηζηή ακημπή. Σμ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ ηαζ δ ακημπή ζε εθίρδ ηςκ αθνχκ Al πμο ανέεδηακ απυ ηδκ ζοβηεηνζιέκδ ένεοκα ζοβηνίεδηακ ιε ηζξ πνμαθέρεζξ απυ ημ ιμκηέθμ Gibson Ashby. Οζ άλμκεξ είκαζ θμβανζειζημί επμιέκςξ δ ηθίζδ ηςκ δζαβναιιάηςκ ζημ ζρήκα 7.5α ηαζ α οπμδεζηκφεζ ημκ εηεέηδ n ηδξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ ζηζξ ελζζχζεζξ (2.1) ηαζ (2.2) ακηίζημζπα. Χξ απμηέθεζια ημκίγεηαζ υηζ μ ιδπακζζιυξ παναιυνθςζδξ ηςκ αθνχκ Al δζαθένεζ ακαθυβςξ ιε ηδκ ζπεηζηή ποηκυηδηα ηαζ ιπμνεί κα πςνζζηεί ζε δφμ πενζμπέξ: Πενζμπή Η βζα ημοξ αθνμφξ παιδθήξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ (ν/ν s < 0.40) ηαζ πενζμπή ΗΗ βζα αοημφξ ιε ορδθέξ ηζιέξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ (ν/ν s > 0.40). Δίκαζ αλζμζδιείςημ υηζ δ παναιυνθςζδ ιπμνεί κα πςνζζηεί ζε δφμ πενζμπέξ ακαθμνζηά ιε ηδκ εθζπηζηή ακημπή αθθά ηαζ ιε ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ. Δπμιέκςξ δ ζπεηζηή ζοπκυηδηα ν/ν s = 0.40 ιπμνεί κα παναηηδνζζηεί ςξ ηνίζζιδ ζπεηζηή ζοπκυηδηα ζηδκ μπμία βίκεηαζ ειθακήξ δ αθθαβή ημο ιδπακζζιμφ παναιυνθςζδξ ηςκ δμηίδςκ ηςκ ηεθζχκ. 83

94 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ Ζ ηζιή R πμο θαίκεηαζ ζηα δζαβνάιιαηα οπμδεζηκφεζ ηδκ πνμζανιμβή ηςκ ελζζχζεςκ (2.1) ηαζ (2.2) ζηα πεζναιαηζηά δεδμιέκα. Ζ ιδ ηαθή πνμζανιμβή ηονίςξ ζηα δεδμιέκα ημο ιέηνμο εθαζηζηυηδηαξ θακενχκεζ υηζ ημ ιέβεεμξ ηςκ πυνςκ ηαζ μζ ιμνθμθμβία ημοξ ιαγί ιε ημ πάπμξ ηςκ δμηίδςκ επδνεάγμοκ ζε έκα ααειυ ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ, αθθά θζβυηενμ ζδιακηζηυ απυ ηδ ζπεηζηή ποηκυηδηα [94]. Δπζπνμζεέηςξ μζ αθνμί ηείκμοκ κα ειθακίγμο ιεβαθφηενδ δζαζπμνά ηςκ ζδζμηήηςκ ημοξ απυ ηα ζοιααηζηά οθζηά θυβς ηςκ ζηαηζζηζηχκ δζαηοιάκζεςκ ηαζ απμηθίζεςκ ηδξ ιαηνμδμιήξ ημοξ. ημοξ ιεηαθθζημφξ αθνμφξ μζ αηέθεζεξ, υπςξ είκαζ δ ηαιποθυηδηα ή ηονηυηδηα ηςκ δμηίδςκ, δ ζοζζχνεοζδ οθζημφ ζημοξ ηυιαμοξ ηςκ ηεθζχκ πανά ζηζξ δμηίδεξ, πηοπχζεζξ ηαζ ηονηυηδηα ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθζχκ ηαεχξ επίζδξ ηαζ ακμιμζυιμνθδ ηαηακμιή ποηκυηδηαξ ηαζ ζοβπχκεοζδ ηεθζχκ ιεζχκμοκ ηδ ζηζαανυηδηα ηαζ ηδκ ακημπή ημοξ. Να ζδιεζςεεί υηζ ζηδκ ακάθοζδ ημο ιμκηέθμο Gibson ηαζ Ashby δ παναιυνθςζδ ηςκ ηθεζζηχκ ηεθζχκ ζοιααίκεζ ιέζς ηάιρδξ ηςκ δμηίδςκ ηαζ ηάκοζδξ ηςκ επζθακεζχκ (ιειανακχκ) ηςκ ηεθζχκ. Αοηυξ μ ιδπακζζιυξ παναιυνθςζδξ ηςκ ηεθζχκ ειθακίγεηαζ βζα ηα πμνχδδ οθζηά πμο πανήπεδζακ ιέζς οβνήξ ιεηαθθμονβίαξ ηαεχξ δ επζθάκεζα ηςκ ηεθζχκ ηυηε είκαζ ηαηά πμθφ θεπηυηενδ απυ ηζξ δμηίδεξ ημο ηεθζμφ. ηδκ πανμφζα ενβαζία μζ ιεηαθθζημί αθνμί παναζηεοάζηδηακ ιέζς ημκζμιεηαθθμονβίαξ ηαζ πονμζοζζςιάηςζδξ επμιέκςξ ημ πάπμξ ηςκ επζθακεζχκ ηςκ ηεθζχκ ζηδκ πενίπηςζδ ηθεζζηχκ πυνςκ είκαζ ζπεηζηά μιμζυιμνθμ ηαζ ιε πάπμξ πανυιμζμ ιε αοηυ ηςκ δμηίδςκ ηςκ πυνςκ. Δπμιέκςξ ζηδκ πανμφζα ενβαζία δ ηάκοζδ ηςκ επζθακεζχκ ηςκ ηεθζχκ δεκ θαιαάκεηαζ οπυρδ ηαζ μζ ιδπακζζιμί παναιυνθςζδξ ηςκ ηεθζχκ απμηεθμφκηαζ απυ ηάιρδ, θοβζζιυ ή πθαζηζηή δζαννμή ηςκ δμηίδςκ. ρήκα 7.5: (α) πέζδ ιεηαλφ ηδξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ ηαζ ημο ιέηνμο εθαζηζηυηδηαξ βζα ημοξ αθνμφξ Al παναζηεοαζιέκμοξ ιε ηδ ιέεμδμ οδαημδζάθοζδξ-πονμζοζζςιάηςζδξ. (α) πέζδ ιεηαλφ ηδξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ ηαζ εθζπηζηήξ βζα ημοξ αθνμφξ Al παναζηεοαζιέκμοξ ιε ηδ ιέεμδμ οδαημδζάθοζδξ-πονμζοζζςιάηςζδξ. 84

95 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ Μέηπο ελαζηικόηηηαρ (Young s Modulus) ημ ζρήκα 7.5α θαίκμκηαζ μζ πνμαθεπυιεκεξ ηζιέξ ημο ιέηνμο εθαζηζηυηδηαξ (Δ) ηςκ αθνχκ Al ηακμκζημπμζδιέκεξ ςξ πνμξ ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ ημο αθμοιζκίμο (E s ) ζοκανηήζεζ ηδξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ (ν/ν s ). οιπενζθαιαάκεηαζ επίζδξ βζα θυβμοξ ζφβηνζζδξ ηαζ ημ ιμκηέθμ ημο Gibson Ashby. Διθακίγεηαζ ιζα ζδιακηζηή δζαθμνά ιεηαλφ ηςκ οπμθμβζζιέκςκ ηαζ ιεηνμφιεκςκ ηζιχκ ημο ιέηνμο εθαζηζηυηδηαξ, ιμθμκυηζ ηαζ μζ δφμ πανμοζζάγμοκ ηδκ ίδζα ηάζδ αθθαβήξ, δδθαδή αφλδζδ βζα ημοξ αθνμφξ ορδθυηενδξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ. Ζ δζαθμνά αοηή επζαεααζχκεηαζ ηαζ απυ άθθεξ δδιμζζεοιέκεξ ενβαζίεξ βζα πμνχδδ ιέηαθθα πμο πανήπεδζακ ιε ηεπκζηέξ πονμζοζζςιάηςζδξ [40, 90, 95, 96]. Ο θυβμξ αοηήξ ηδξ δζαθμνάξ απμδίδεηαζ ηονίςξ ζηδκ εββεκή ιζηνμπμνχδδ δμιή ηςκ δμηίδςκ ημο αθνμφ πμο ηαηαζηεοάζηδηακ ιε ηδ ιέεμδμ ηδξ οδαημδζάθοζδξ πθδνςηζημφ ιέζμο ηαζ πονμζοζζςιάηςζδξ ημο πνυδνμιμο οθζημφ. ημ ιμκηέθμ ημο Gibson Ashby δ δμιή ημο πμνχδμοξ οθζημφ απθμπμζήεδηε ηαζ εεςνήεδηε υηζ μ αθνυξ ακμζηημφ ηεθζμφ απμηεθείηαζ απυ πενζμδζηά ηοαζηά δζαηεηαβιέκεξ μιμζυιμνθεξ δμημφξ. Πνέπεζ κα ζδιεζςεεί υηζ μζ παναβυιεκμζ αθνμί απμηεθμφκηαζ απυ ακμιμζυιμνθεξ ηαζ αηακυκζζημο ζπήιαημξ δμηίδεξ, πμο πανμοζζάγμοκ ιεβάθδ ηαιποθυηδηα ηαζ ιεηααθδηυ πάπμξ. Έπεζ ανεεεί υηζ ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ ηαεμνίγεηαζ απυ ηδ δεηάδα ιζηνυηενμο πάπμοξ ηαζ υηζ δ ηονηυηδηα ηςκ δμηίδςκ μδδβεί ζε ζδιακηζηή ιείςζδ ημο ιέηνμο εθαζηζηυηδηαξ, εκχ δ ιάγα πμο ανίζηεηαζ ζηζξ ιεβαθφηενεξ ζε πάπμξ πενζμπέξ ηςκ δμηίδςκ ζοκεζζθένεζ εθάπζζηα ζημ ζοκμθζηυ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ ημο αθνμφ [40, 95, 96]. Αοηυ έπεζ ςξ απμηέθεζια ηδκ ιείςζδ ημο ιέηνμο εθαζηζηυηδηαξ ιζαξ πμνχδμοξ δμιήξ δεδμιέκδξ ποηκυηδηαξ ζοβηνζηζηά ιε ηα ιμκηέθα πμο ειθακίγμοκ δμηίδεξ μιμζυιμνθδξ δζαημιήξ [22, 95]. Σμ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ ηςκ αθνχκ Al ιε ορδθή ζπεηζηή ζοπκυηδηα επδνεάγεηαζ ζδιακηζηά απυ ηδκ μιμζμβέκεζα ημο πάπμοξ ηςκ δμηίδςκ μδδβχκηαξ έηζζ ζε αλζυθμβδ ιείςζδ ημο ιέηνμο εθαζηζηυηδηαξ ηςκ αθνχκ Al. Δπζπνμζεέηςξ, ζημ ιμκηέθμ ημο Gibson-Ashby μζ δμηίδεξ ηαζ ηα θεπηά ημζπχιαηα εεςνμφκηαζ ςξ ζοιπαβή οθζηά. ηα πονμζοζζςιαηςιέκα οθζηά πμο έπμοκ κα ηάκμοκ ιε ηδκ πνήζδ πθδνςηζημφ ιέζμο μζ δμηίδεξ ηαζ ηα ημζπχιαηα πενζέπμοκ ιζηνμ-πυνμοξ. Δπμιέκςξ ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ E s ζηδκ ελίζςζδ (7.1) εα έπνεπε κα είκαζ ημ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ ημο πμνχδμοξ οθζημφ ηδξ δμηίδαξ ηαζ υπζ ημο ζοιπαβμφξ [86, 97]. Δπζπθέμκ πνέπεζ κα ζδιεζςεεί υηζ ημ ιμκηέθμ ημο Gibson-Ashby δίκεζ πμθφ ηαθά απμηεθέζιαηα βζα ηορεθμεζδή οθζηά ζπεηζηά ορδθμφ πμνχδμοξ, ηοπζηά πάκς απυ 70%. Γζα παιδθυηενα πμνχδδ ηαείζηαηαζ αιθίαμθμ ηαηά πυζμ ημ πθέβια ημο αθνμφ ιπμνεί κα εεςνδεεί ηαζ απθμπμζδεεί ζε ζοκδοαζιυ βεςιεηνζηήξ ηαηακμιή πθαηχκ ηαζ δμηχκ. Αοηυξ είκαζ πζεακυηαηα μ ηφνζμξ θυβμξ βζα ημκ μπμίμ ειθακίγεηαζ δ ιεβάθδ απυηθζζδ ηζιχκ ημο ιέηνμο εθαζηζηυηδηαξ πνμενπυιεκεξ απυ ημ ιμκηέθμ ηαζ ηα απμηεθέζιαηα ηςκ εθζπηζηχκ δμηζιχκ. 85

96 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ Θλιπηική ανηοσή ημ ζρήκα 7.5β απεζημκίγεηαζ δ εθζπηζηή ακημπή (ζ c ) ηςκ αθνχκ Al ηακμκζημπμζδιέκα ςξ πνμξ ηδκ ακημπή ημο αθμοιζκίμο ζοκανηήζεζ ηδξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ (ν/ν s ). Γζα θυβμοξ ζφβηνζζδξ ζοιπενζθαιαάκεηαζ ημ ιμκηέθμ ημο Gibson Ashby. Φαίκεηαζ υηζ δ εθζπηζηή ακημπή ελανηάηαζ απυ ηδκ ζπεηζηή ποηκυηδηα. φιθςκα ιε ηδκ ελίζςζδ (2.2), δ ζηαεενά C εηθνάγεζ ηζξ βεςιεηνζηέξ επζδνάζεζξ υπςξ είκαζ δ ιμνθμθμβία ηςκ ηεθζχκ, ημ ζπήια ηαζ δ ηαηακμιή ηςκ ηεθζχκ ηαζ ηςκ ημζπςιάηςκ εκχ δ ζηαεενά n απμηεθεί ημκ εηεέηδ ηδξ ποηκυηδηαξ. Ζ ηζιή ημο εηεέηδ n ηδξ ελίζςζδξ (2.2) ελανηάηαζ ηαζ ζοκδέεηαζ ιε ημ ιδπακζζιυ παναιυνθςζδξ ηςκ δμηίδςκ ηςκ ηεθζχκ, δδθαδή πθαζηζηή δζαννμή, ηάιρδ ηαζ θοβζζιυ [1, 2, 46, 54]. Έπεζ πνμηαεεί δ ηζιή ηδξ ζηαεενάξ n=2 βζα ηάιρδ ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθίςκ ή ηςκ δμηίδςκ, n=3 βζα θοβζζιυ ηςκ δμηίδςκ ηαζ n=1 βζα πθαζηζηή δζαννμή ηαζ εναφζδ [46, 54]. Ζ ηζιή ηδξ ζηαεενάξ n ζηδκ αζαθζμβναθία πμζηίθθεζ ηαζ ηοιαίκεηαζ απυ 1.0 έςξ 6.3 [1, 2, 20, 38, 46, 54]. Όπςξ θαίκεηαζ ζημ ζρήκα 7.5β, δ πεζναιαηζηή ηζιή ηδξ ζηαεενάξ n ζηδκ πενζμπή Η είκαζ 2.54, δ μπμία είκαζ ιεηαλφ ηδξ ηάιρδξ ηςκ δμηίδςκ (n=2) ηαζ ημο θοβζζιμφ (n=3). Δπμιέκςξ είκαζ πζεακυ ηα ημζπχιαηα ηςκ ηεθζχκ ηςκ δμηζιίςκ ζηδκ πενζμπή Η ηαηά ηδκ δζάνηεζα ηδξ εθίρδξ κα παναιμνθχκμκηαζ ηονίςξ ιέζς ηάιρδξ ηαζ θοβζζιμφ, δδθαδή ιέζς ημπζηχκ ιδπακζζιχκ πθαζηζηήξ παναιυνθςζδξ [42, 44, 91]. Αοηέξ μζ ημπζηέξ δζαηαναπέξ ζοκδέμκηαζ άιεζα ιε ηδκ δδιζμονβία γςκχκ παναιυνθςζδξ [20, 42, 44, 53, 90, 91, 97, 98]. Καηά ηδκ δζάνηεζα ηδξ εθζπηζηήξ ιεηαηυπζζδξ ηςκ αθνχκ Αl παιδθήξ ποηκυηδηαξ (πενζμπή Η) ζπδιαηίζηδηακ πμθθαπθέξ γχκεξ παναιυνθςζδξ (ζρήκα 7.6α). Μεηά ηδκ δδιζμονβία ηςκ γςκχκ πθαζηζηήξ παναιυνθςζδξ, παναηδνήεδηε ηιδιαηζηή απμηυθθδζδ μνζζιέκςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθζχκ ηδξ ελςηενζηήξ επζθάκεζαξ ηςκ δμηζιίςκ ηςκ αθνχκ, ημ μπμίμ οπμδεζηκφεζ ημπζηή ραεονή εναφζδ πμο απμδίδεηαζ πζεακυκ ζηδκ εκδμζηθήνοκζδ (strain hardening) ηδξ πενζμπήξ θυβς ηςκ ημπζηχκ παναιμνθχζεςκ ηαζ ηάζεςκ, ηδκ ζοιαμθή ιεηαλφ ηςκ επζθακεζχκ ηςκ ηεθζχκ ηαζ ημοξ αολδιέκμοξ πενζμνζζιμφξ πμο επζαάθμοκ ηα βεζημκζηά παναιμνθςιέκα ηεθζά, μδδβχκηαξ έηζζ ζε επαηυθμοεεξ ηοιαηχζεζξ ζηδκ ηαιπφθδ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ ηςκ αθνχκ Al πμο οπμαάθθμκηαζ ζε εθζπηζηή θυνηζζδ. ημοξ αθνμφξ ιε ορδθυηενδ ποηκυηδηα (ζπεηζηή ποηκυηδηα ιεβαθφηενδ απυ 0.40, πενζμπή ΗΗ) δεκ ακαπηφπεδηακ γχκεξ παναιυνθςζδξ. ε αοηήκ ηδκ πενίπηςζδ δ παναιυνθςζδ ήηακ μιμζυιμνθα ηαηακειδιέκδ ζε υθμ ημ δμηίιζμ (ζρήκα 7.6β). Αλίγεζ κα ζδιεζςεεί υηζ ηα δμηίιζα πμο πονμζοζζςιαηχεδηακ οπυ αηιυζθαζνα ιέζμο ηεκμφ πανμοζίαζακ μθηζιυηενδ ζοιπενζθμνά ηαεχξ ζε ηακέκα ζηάδζμ ηδξ εθίρδξ δεκ παναηδνήεδηε απμηυθθδζδ ηεθζχκ ημο αθνμφ (ζρήκα 7.6β). Ο ιδπακζζιυξ παναιυνθςζδξ ηςκ ηεθζχκ ιεθεηήεδηε ηαζ οπμθμβζζηζηά ιε FEM πνμζμιμίςζδ ηδξ εθίρδξ ζε αθνυ Αl ιε ζπεηζηή ποηκυηδηα 0.40 (πμνχδεξ 60%). Απυ ημ ιμκηέθμ FEM ζε ιεβαθφηενεξ ιεηαημπίζεζξ ειθακίγμκηαζ μνζζιέκεξ γχκεξ παναιυνθςζδξ, εκδεζηηζηέξ ημο ημπζημφ ιδπακζζιμφ πθαζηζηήξ παναιυνθςζδξ (ζρήκα 7.6γ). 86

97 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ Γζα αθνμφξ ιε ιεβάθδ ζπεηζηή ποηκυηδηα (ν/ν s ) ημ ιήημξ ηςκ δμηίδςκ ηςκ ηεθζχκ ιζηναίκεζ ηαζ ηαηά ηφνζμ θυβμ δζαννέμοκ πθαζηζηά πνζκ πνμθάαμοκ κα ηαιθεμφκ [28,34]. Γεδμιέκμο υηζ αοηυ ακαηνέπεζ ηδκ εεςνία ηδξ ηάιρδξ ηςκ δμηχκ ημο ιμκηέθμο Gibson Ashby, πανυθμ πμο μ εηεέηδξ n ζηδκ πενζμπή ΗΗ ζζμφηαζ ιε 1.45, ηαηαθήβμοιε ζημ ζοιπέναζια υηζ μ ηφνζμξ ιδπακζζιυξ παναιυνθςζδξ ηςκ ηεθζχκ είκαζ δ πθαζηζηή δζαννμή ηαζ δεοηενεουκηςξ δ ηάιρδ ηςκ δμηίδςκ. ρήκα 7.6: Μαηνμ-θςημβναθίεξ αθνμφ Al (α) ιε ζπεηζηή ποηκυηδηα 0.35 πονμζοζζςιαηςιέκμ οπυ παιδθυ ηεκυ ηαζ (α) ιε ζπεηζηή ποηκυηδηα 0.43 πονμζοζζςιαηςιέκμ οπυ ιέζμ ηεκυ ζε δζάθμνα ζηάδζα ηδξ εθζπηζηήξ δμηζιήξ, (β) FEM ιμκηέθμ βζα αθνυ Αl ιε ζπεηζηή ποηκυηδηα Οζ γχκεξ παναιυνθςζδξ ημκίγμκηαζ ιε δζαηεημιιέκεξ βναιιέξ ηαζ είκαζ ειθακείξ ηαζ ζηζξ ακηίζημζπεξ FEM ιμκηεθμπμζήζεζξ. 87

98 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ ρήκα 7.7: von Mises ηάζεζξ πμο ακαπηφπεδηακ ζημ FEM ιμκηέθμ ηαζ ακηίζημζπδ FEM ηαιπφθδ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ. Πεζναιαηζηέξ ηαιπφθεξ ηάζδξ παναιυνθςζδξ βζα αθνυ Al ιε πμνχδεξ 60 ηαζ 61.5% θαίκμκηαζ επίζδξ. 88

99 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ Οζ παιδθυηενεξ πεζναιαηζηέξ ηζιέξ ηδξ εθζπηζηήξ ακημπήξ ζηδκ πενζμπή Η πνμηφπημοκ απυ ηζξ δζαθμνέξ ιεηαλφ ηςκ εεςνδηζηχκ οπμεέζεςκ ημο ιμκηέθμο Gibson Ashby ηαζ ηδξ πναβιαηζηήξ δμιήξ ημο αθνμφ. ημ ιμκηέθμ Gibson Ashby μζ δμηίδεξ ημο αθνμφ εεςνμφκηαζ ζοιπαβείξ εκχ ζηδκ πναβιαηζηυηδηα οπάνπεζ ιεβάθμξ ανζειυξ ιζηνμπυνςκ ζηα ημζπχιαηα ηςκ ηεθζχκ μζ μπμίμζ θεζημονβμφκ ςξ πδβέξ ζοβηέκηνςζδξ ηάζεςκ πμο μδδβμφκ ζε ζδιακηζηή ιείςζδ ηδξ ακημπήξ. Απυ ημ FEM ιμκηέθμ πμο ακαπηφπεδηε βζα αθνυ ιε πμνχδεξ 60% θαίκεηαζ υηζ ζε πμθφ ιζηνέξ ιεηαημπίζεζξ ακαπηφζζμκηαζ ζηζξ δμηίδεξ ηάζεζξ άκς ημο μνίμο δζαννμήξ ημο αθνμφ Al δδιζμονβχκηαξ ημπζηή πθαζηζηυηδηα. Οζ πενζμπέξ αοηέξ ζδιεζχκμκηαζ ιε αέθδ ζημ ζρήκα 7.7. Οζ πνχηεξ ηάζεζξ πμο ακαπηφζζμκηαζ είκαζ ζε δμηίδεξ ιε δζεφεοκζδ πανάθθδθδ ιε αοηή ηδξ εθίρδξ ηαζ ειθακίγμκηαζ ηονίςξ ζημ ηέκηνμ ηςκ δμηίδςκ. Ζ ηαιπφθδ ηάζδξπαναιυνθςζδξ απυ ημ ιμκηέθμ FEM πνμαθέπεζ ιε ιεβάθδ αηνίαεζα ζοιπενζθμνά ημο αθνμφ ζηζξ ανπζηέξ ιεηαημπίζεζξ ζοβηνζηζηά ιε ηα πεζναιαηζηά απμηεθέζιαηα. Ο ιδπακζζιυξ παναιυνθςζδξ ηςκ ηεθζχκ ιεθεηήεδηε ηαζ οπμθμβζζηζηά ιέζς ημο FEM ιμκηέθμο ηαζ επζαεααζχεδηε υηζ μζ δμηίδεξ ημο αθνμφ ιε πνμζακαημθζζιυ πανάθθδθμ ιε ηδ δζεφεοκζδ εθίρδξ παναιμνθχκμκηαζ ηονίςξ ιέζς θοβζζιμφ εκχ μζ δμηίδεξ ιε πνμζακαημθζζιυ ηάεεημ ιε δζεφεοκζδ εθίρδξ αζημπμφκ ιε ηάιρδ. ηζξ πενζπηχζεζξ πμο μζ δμηίδεξ ημο αθνμφ ειθακίγμοκ ιζηνυ ιήημξ, ακαθμνζηά ιε ημ πάπμξ ημοξ, ηυηε αζημπμφκ ιε πθαζηζηή δζαννμή. Σμ ιμκηέθμ FEM πμο ακαπηφπεδηε βζα αθνυ ιε 60% επαθδεεφεζ υηζ μζ ηφνζμζ ιδπακζζιμί παναιυνθςζδξ ηςκ ηεθζχκ βίκεηαζ ιέζς ηάιρδξ ηαζ θοβζζιμφ ηςκ δμηίδςκ ηαζ δεοηενεουκηςξ ιέζς πθαζηζηήξ δζαννμήξ (ζρήκα 7.7). Γζα ιεηαημπίζεζξ ιεβαθφηενεξ ηςκ 0.4 mm πμο ακηζζημζπμφκ ζε παναιυνθςζδ 0.05 mm/mm, ζδιείμ ιεηάααζδξ απυ ηδκ εθαζηζηή ζηδκ πενζμπή ζηαεενμπμίδζδξ (πθαηχ) παναηδνήεδηε υηζ ηάπμζεξ δμηίδεξ θυβς θοβζζιμφ ήνεακ ζε επαθή ιεηαλφ ημοξ. Δπμιέκςξ απμηεθέζιαηα πένα απυ αοηυ ημ ζδιείμ δεκ ιπμνμφκ κα θδθεμφκ οπυρδ ςξ αλζυπζζηα ηαεχξ ζημ ακαπηοπεέκ FEM ιμκηέθμ δεκ οπάνπμοκ ζημζπεία επαθήξ χζηε μ πενζμνζζιυξ ηδξ επαθήξ κα ζοκοπμθμβζζηεί. 7.4 Παξακόξθωζε πνπ αληηζηνηρεί ζηελ αξρή ηεο πύθλωζεο γηα πξνζδηνξηζκό ηεο ηθαλόηεηαο θαη απόδνζεο απνξξόθεζεο ελέξγεηαο Δονφ θάζια ιεευδςκ πνδζζιμπμζείηαζ ζηδ αζαθζμβναθία βζα ηδκ εφνεζδ ηδξ παναιυνθςζδξ πμο ακηζζημζπεί ζηδκ ανπή ηδξ πφηκςζδξ ημο αθνμφ, δ μπμία είηε πνμζδζμνίγεηαζ απυ ηδκ ημιή ηςκ εθαπημιεκζηχκ βναιιζηχκ ηαιποθχκ ηςκ πενζμπχκ πθαηχ ηαζ πφηκςζδξ [39, 52] ή ςξ δ παναιυνθςζδ ζηδκ μπμία δ ηάζδ ζζμφηαζ ιε ημ ηδξ ηάζδξ πθαηχ ( *ζ pl ). Τπάνπμοκ ζδιακηζηέξ δζαθμνέξ ηαζ ααεααζυηδηεξ ιε αοηέξ αθθά ηαζ ιε άθθεξ ιεευδμοξ πμο πνδζζιμπμζμφκηαζ βζα ηδκ εφνεζδ ηδξ παναιυνθςζδ πφηκςζδξ ημο αθνμφ μζ μπμίεξ ιπμνμφκ κα εζζάβμοκ ζδιακηζηά θάεδ υηακ πνδζζιμπμζμφκηαζ βζα ημκ ζπεδζαζιυ ηαζ ηδκ ιμκηεθμπμίδζδ ηςκ πμνςδχκ οθζηχκ ηαζ δμιχκ. 89

100 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ Γφμ δζαθμνεηζηέξ πανάιεηνμζ πνδζζιμπμζήεδηακ ζηδκ πανμφζα ενβαζία βζα ημκ πνμζδζμνζζιυ ηδξ παναιυνθςζδξ πφηκςζδξ ημο αθνμφ: μ ζοκηεθεζηήξ cushion ηαζ μ ζοκηεθεζηήξ απυδμζδξ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ. Ο ζοκηεθεζηήξ cushion (C) μνίγεηαζ ςξ δ ηάζδ δζαζνειέκδ ιε ηδκ εζδζηή εκένβεζα πμο απμννμθήεδηε C = ζ/w [38]. Γζα ηάεε ζδιείμ ηδξ ηαιπφθδξ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ, μζ ηαηαβεβναιιέκεξ ηάζεζξ βζα παναιυνθςζδ απυ 0 έςξ e δζαζνμφκηαζ ιε ηδκ ζοκμθζηή εκένβεζα W πμο απμννμθήεδηε ιέπνζ ηδκ παναιυνθςζδ e. Σμ ζδιείμ ηδξ έκανλδξ ηδξ πφηκςζδξ ακηζζημζπεί ζηδκ παναιυνθςζδ ζηδκ μπμία μ ζοκηεθεζηήξ cushion (C) έπεζ εθάπζζηδ ηζιή. Ο ζοκηεθεζηήξ cushion (C) ιπμνεί κα πνδζζιμπμζδεεί βζα ηδκ εηηίιδζδ ηδξ απυδμζδξ ηαηά ηδκ απμννυθδζδ εκένβεζαξ ιε ημκ παιδθυηενμ ζοκηεθεζηή cushion (C) κα θακενχκεζ ιεβαθφηενδ απυδμζδ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ [1, 3, 93]. Ζ απυδμζδ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ, δ, ημο αθνμφ ζε ζοβηεηνζιέκδ παναιυνθςζδ e α, ηαεμνίγεηαζ ςξ [1, 2, 21]: e (e)de 0 δ(e a )=, 0 e α 1 (7.3) Όπμο ζ α είκαζ δ ακηίζημζπδ ηάζδ βζα παναιυνθςζδ e α. Ζ παναιυνθςζδ έκανλδξ ηδξ πφηκςζδξ e d, μνίγεηαζ ςξ δ ιέβζζηδ ηζιή e i, ζηδκ μπμία δ απυδμζδ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ πανμοζζάγεζ ιέβζζηδ ζηδκ ηαιπφθδ απυδμζδξ-παναιυνθςζδξ. d (e ) de e e i 0, 0 e i 1 (7.4) Δπεζδή μζ ηαιπφθεξ απυδμζδξ πμο πνμηφπημοκ απυ ημοξ αθνμφξ παιδθήξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ (ν/ν s <0.40) ή ορδθμφ πμνχδμοξ (p>60%) ειθακίγμοκ ημπζηέξ ηοιαηχζεζξ, πνδζζιμπμζήεδηε ημ ζοκμθζηυ ιέβζζημ ηδξ ηαιπφθδξ απυδμζδξ ζε αοηέξ ηζξ πενζπηχζεζξ βζα ημκ ηαεμνζζιυ ηδξ παναιυνθςζδξ έκανλδξ ηδξ πφηκςζδξ, εκχ μζ ημπζηέξ δζαηοιάκζεζξ ζηδκ ηαιπφθδ απυδμζδξ ελμιαθφκεδηακ. Ζ οπμθμβζζιέκδ απυδμζδ (δ) αθθάγεζ ηαηά ηδ δζάνηεζα ηδξ εθζπηζηήξ δμηζιαζίαξ ηαεχξ δ ακαπηοζζυιεκδ ηάζδ ιεηααάθθεηαζ ηαηά ηδκ εθζπηζηή θυνηζζδ. Ζ απυδμζδ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ ελανηάηαζ απυ ημ ζπήια ηδξ ηαιπφθδξ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ, δ μπμία βζα ημοξ παναβυιεκμοξ αθνμφξ επδνεάγεηαζ άιεζα ηαζ ηαηά ηφνζμ θυβμ απυ ηδκ ζπεηζηή ποηκυηδηα ηςκ αθνχκ ηαζ δεοηενεουκηςξ απυ ημ ιέβεεμξ ηςκ πυνςκ ηαζ ηδ εενιμηναζία πονμζοζζςιάηςζδξ. Απυ ημ ζρήκα 7.2β θαίκεηαζ υηζ δ απυδμζδ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ ημο ζοβηεηνζιέκμο αθνμφ θηάκεζ ηα 90% εκηυξ ηδξ πενζμπήξ πθαηχ βζα παναιυνθςζδ Πθήεμξ ιδπακζζιχκ ζοκεζζθένμοκ ζηδκ απμννυθδζδ εκένβεζαξ ζηα πμνχδδ οθζηά [1-3, 16, 18, 42]. Μενζημί ζοκδέμκηαζ ιε ηδκ εθαζηζηή, πθαζηζηή ή ραεονή παναιυνθςζδ ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθζχκ εκχ άθθμζ ιε ηδκ ηνζαή ιεηαλφ ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθζχκ πμο έπμοκ ηαηαννεφζεζ ηαζ ηδκ δδιζμονβία κέςκ επζθακεζχκ. Ο ζπεηζηυξ ιδπακζζιυξ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ βζα έκα ζοβηεηνζιέκμ αθνυ ελανηάηαζ απυ ηδ ζοιπενζθμνά ημο 90

101 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ ιδηνζημφ οθζημφ (πθαζηζηή ή ραεονή) ηαζ ηδ ιμνθμθμβία/ημπμθμβία ηςκ ηεθίςκ (ακμζηημφ ή ηθεζζημφ ηεθζμφ) [1, 2, 16, 17, 87, 90]. ημ ζρήκα 7.8 θαίκεηαζ δ απμννυθδζδ εκένβεζαξ ιεηά απυ εθζπηζηή παναιυνθςζδ 0.20, 0.35, 0.40 ηαζ 0.45 βζα αθνυ Al ιε δζάθμνεξ ηζιέξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ ηαζ βζα νοειυ παναιυνθςζδξ 0.06 sec -1. Ζ απμννυθδζδ εκένβεζαξ αολάκεηαζ ιε ηδκ ζπεηζηή ποηκυηδηα. Ζ εθζπηζηή ακημπή απμηεθεί ζδιακηζηή πανάιεηνμ πμο επδνεάγεζ ηδκ πνδζζιυηδηα ημο αθνμφ ςξ ζημζπείμ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ. Ζ εθζπηζηή ακημπή αολάκεηαζ ιε ηδκ αφλδζδ ηδξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ ηαζ ηαηά ζοκέπεζα ιεβαθχκεζ ηαζ δ πενζμπή πμο πενζηθείεηαζ ηάης απυ ηδκ ηαιπφθδ ηάζδξ παναιυνθςζδξ. Δπζπνμζεέηςξ, βζα ιεβάθεξ παναιμνθχζεζξ μ νοειυξ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ αολάκεηαζ ιε ηδκ αφλδζδ ηδξ ποηκυηδηαξ. Αηυιδ απυ ημ ζρήκα 7.8α θαίκεηαζ υηζ ηαεχξ ιεβαθχκεζ δ παναιυνθςζδ απυ 0.20 ζε 0.50 δ ελάνηδζδ ηδξ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ απυ ηδκ ποηκυηδηα βίκεηαζ πζμ έκημκδ ηαζ ειθακήξ. Γζα ηα δμηίιζα πμο ελεηάζηδηακ ζηδκ ζοβηεηνζιέκδ ενβαζία δ εκένβεζα πμο απμννμθήεδηε ανέεδηε υηζ αολάκεηαζ ιμκμημκζηά ιε ηδκ πθαζηζηή παναιυνθςζδ ιέπνζ ημ ζδιείμ έκανλδξ ηδξ πφηκςζδξ (ζρήκα 7.8). Ο Πίλαθαο 7.1 πανμοζζάγεζ δεδμιέκα βζα ηδ εθζπηζηή ακημπή, ηδκ παναιυνθςζδ έκανλδξ ηδξ πφηκςζδξ ηαζ ηδκ ακηίζημζπδ ηάζδ, ηδκ απυδμζδ ηαζ ζηακυηδηα απμννυθδζδξ εκένβεζαξ βζα αθνμφξ Al ιε ζπεηζηή ποηκυηδηα 0.40 ηαζ δζαθμνεηζηυ ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ μζ μπμίμζ πονμζοζζςιαηχεδηακ ζε δζαθμνεηζηέξ εενιμηναζίεξ. Ζ εενιμηναζία πονμζοζζςιάηςζδξ επδνεάγεζ ζδιακηζηά ημ ιέβεεμξ ηδξ εθζπηζηήξ ακημπήξ. Έηζζ μζ αθνμί πμο πονμζοζζςιαηχεδηακ ζε ορδθυηενεξ εενιμηναζίεξ πανμοζζάγμοκ ιεβαθφηενδ ζηακυηδηα απμννυθδζδξ εκένβεζαξ θυβς ηδξ ορδθυηενδξ εθζπηζηήξ ακημπήξ. Μμθαηαφηα δ αφλδζδ ηδξ εενιμηναζίαξ πονμζοζζςιάηςζδξ μδδβεί ζε αφλδζδ ηδξ ηθίζδξ ηδξ βναιιζηήξ πενζμπήξ πθαηχ ζηδκ ηαιπφθδ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ μδδβχκηαξ ζε παιδθυηενεξ ηζιέξ απυδμζδξ εκένβεζαξ. Δπζπθέμκ θαίκεηαζ υηζ ημ ιέβεεμξ ηςκ πυνςκ έπεζ μνζαηή επίδναζδ ζηδκ απμννυθδζδ εκένβεζαξ (βζα ημ εφνμξ ημο ιεβέεμοξ πυνςκ πμο ιεθεηήεδηε) ιε ελαίνεζδ ημοξ αθνμφξ ιε ιέζδ δζάιεηνμ πυνςκ ζηα 0.70 mm, μζ μπμίμζ ειθακίγμοκ παιδθυηενδ ηζιή απμννυθδζδξ εκένβεζαξ ημ μπμίμ ιπμνεί κα ελδβδεεί ςξ ελήξ: δ ζηέδαζδ ηδξ εκένβεζαξ ηαηά ηδκ εθζπηζηή παναιυνθςζδ πνμένπεηαζ ηονίςξ απυ δφμ δζαθμνεηζηέξ πδβέξ, ημκ ιδπακζζιυ ηαηάννεοζδξ ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθζχκ ηαζ ηδκ ηνζαή ιεηαλφ ηςκ ημζπςιάηςκ ηςκ ηεθζχκ υηακ αοηά ένεμοκ ζε επαθή. Γεδμιέκμο υηζ δ εθζπηζηή ηάζδ πθαηχ είκαζ ζπεδυκ ίδζα βζα ημοξ αθνμφξ ιε ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ 0.70 ηαζ 0.35 mm ζοιπεναίκεηαζ υηζ θυβς ημο ηαπφηενμο ηθεζζίιαημξ ηςκ ιζηνχκ πυνςκ ηαζ επαηυθμοεα ηδξ εναφζδξ ηςκ δμηίδςκ ζε ζπεηζηά παιδθυηενεξ ηζιέξ εθζπηζηήξ παναιυνθςζδξ, αολάκεηαζ δ ηνζαή ιέζς ηδξ μπμίαξ απμννμθάηαζ ιεβάθμ ιένμξ ηδξ εκένβεζαξ [16, 18]. Πνέπεζ κα ακαθενεεί υηζ δ ηνζαή απμηεθεί ζδιακηζηυ ιδπακζζιυ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ ηαζ ζοκήεςξ ζοιααίκεζ ζε ορδθυηενα επίπεδα ηαζ ηζιέξ παναιυνθςζδξ εκχ δ εκένβεζα εναφζδξ είκαζ ζοκήεςξ ιεβαθφηενδ απυ 91

102 7. Mεραληθέο ηδηόηεηεο αθξώλ αινπκηλίνπ ηδκ εκένβεζα πθαζηζηήξ παναιυνθςζδξ βζα δεδμιέκδ ηζιή εθζπηζηήξ ιεηαηυπζζδξ, ελδβχκηαξ έηζζ βζαηί ηοπζηά μζ ραεονμί αθνμί απμννμθμφκ ιεβαθφηενδ πμζυηδηα εκένβεζαξ απυ ημοξ υθηζιμοξ αθνμφξ ζε ζοκεήηεξ πνμμδεοηζηήξ εθίρδξ [1, 3, 90]. Γεκζηά βζα ηδκ αλζμθυβδζδ ηςκ παναηηδνζζηζηχκ απμννυθδζδξ εκένβεζαξ ζημοξ αθνμφξ Al, δ απυδμζδ εκένβεζαξ απμηεθεί ζδιακηζηή πανάιεηνμ. Πανυθα αοηά δ απυδμζδ απυ ιυκδ ηδξ δεκ επανηεί βζα ηδκ μνεή επζθμβή ημο αθνμφ Al πμο είκαζ ηαηάθθδθμξ βζα ζοβηεηνζιέκδ εθανιμβή, ηαεχξ δ ζοκμθζηή εκένβεζα πμο απμννμθάηαζ, δ ιέβζζηδ επζηνεπυιεκδ ηάζδ αθθά ηαζ μβημιεηνζημί πενζμνζζιμί είκαζ επίζδξ μοζζχδεζξ πανάβμκηεξ πμο πνέπεζ κα θδθεμφκ οπυρδ [16, 93]. Πίλαθαο 7.1: Πεζναιαηζηέξ ηζιέξ αθνμφ Al ιε ζπεηζηή ποηκυηδηα 0.40 παναζηεοαζιέκμζ οπυ δζαθμνεηζηέξ εενιμηναζίεξ πονμζοζζςιάηςζδξ ηαζ ιε δζαθμνεηζηυ ιέβεεμξ πυνςκ. Θενιμηναζίαξ πονμζοζζςιάηςζδξ/ιέβεεμξ Θθζπηζηή ακημπή [MPa] Παναιυνθς ζδ έκανλδξ ηδξ Σάζδ βζα παναιυνθςζδ e d οκηεθεζηήξ Cushion Απυδμζδξ εκένβεζαξ βζα e d [%] Απμννυθδζδ εκένβεζαξ βζα e d [MJ/m 3 ] πυνςκ [ o C/mm] πφηκςζδξ e d [MPa] (C) 600 / / / / / ρήκα 7.8: (α) Απμννυθδζδ εκένβεζαξ ζοκανηήζεζ ηδξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ ημο αθνμφ βζα εθζπηζηέξ παναιμνθχζεζξ 0.20, 0.35, 0.40, 0.45 ηαζ 0.50 ιε νοειυ παναιυνθςζδξ 0.06 sec -1. (α) Απμννυθδζδ εκένβεζαξ ζοκανηήζεζ ηδξ πθαζηζηήξ παναιυνθςζδξ βζα δζάθμνεξ ηζιέξ ζπεηζηήξ ποηκυηδηαξ. 92

103 8. Δλαλζξάθσζε αθξώλ αινπκηλίνπ 8. EΝΑΝΘΡΑΚΧΖ ΑΦΡΧΝ ΑΛΟΤΜΗΝΗΟΤ ε ζοκεήηεξ ιέηνζμο ή ορδθμφ ηεκμφ είκαζ δοκαηή δ ηαοηυπνμκδ εκακενάηςζδ ηαζ παναβςβή ημο πμνχδμοξ πνμσυκημξ ζε έκα ζηάδζμ ιε ηδ ιέεμδμ οδαημδζάθοζδξπονμζοζζςιάηςζδξ πνδζζιμπμζχκηαξ ηαζηακή γάπανδ ςξ πθδνςηζηυ ηαζ εκακεναηςηζηυ ιέζμ. Γζα ηδκ επίηεολδ μιμζμβεκμφξ ηαζ ζπεηζηά μιμζυιμνθμο πάπμοξ ζηνχιαημξ άκεναηα ζηδκ ελςηενζηή ηαζ εζςηενζηή επζθάκεζα ηςκ πυνςκ δ οδαημδζάθοζδ ηδξ γάπανδξ ζε αοηή ηδκ πενίπηςζδ είκαζ ιενζηή ηαζ υπζ μθζηή. Καηυπζκ πεζναιαηζηήξ δζενεφκδζδξ ανέεδηε υηζ πμζμζηυ εκαπμιέκμοζαξ γάπανδξ 30% η.α. επανηεί βζα ηδ δδιζμονβία ζηνχιαημξ άκεναηα ζε μθυηθδνδ ηδκ επζθάκεζα ημο αθνμφ εκχ πμζμζηά εκαπμιέκμοζαξ γάπανδξ ιεβαθφηενα ημο 40% η.α μδδβμφκ ζε ημπζηή ηαηάννεοζδ ηδξ δμιήξ ελαζηίαξ ηςκ αολδιέκςκ πζέζεςκ εκηυξ ηςκ πυνςκ απυ ηα αένζα πμο δδιζμονβμφκηαζ ηαηά ηδ δζάζπαζδ ηδξ γάπανδξ. Πμζμζηά εκαπμιέκμοζαξ γάπανδξ ιζηνυηενα ημο 25% η.α. μδδβμφκ ζε ιενζηή εκακενάηςζδ ηςκ αθνχκ ηαεχξ δ πμζυηδηα ημο αένζμο ιέζμο εκακενάηςζδξ δεκ είκαζ ανηεηή βζα κα ζπδιαηίζεζ ζε μθυηθδνδ ηδκ επζθάκεζα ημο αθνμφ ζηνχια άκεναηα. Γζα ημκ ηαεμνζζιυ ηδξ εενιμηναζίαξ δζάζπαζδξ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ αθθά ηαζ ηςκ πδιζηχκ ακηζδνάζεςκ ηαζ θοζζημπδιζηχκ ιεηαζπδιαηζζιχκ μζ μπμίμζ πναβιαημπμζμφκηαζ ηαηά ηδ εένιακζδ ηδξ πνδζζιμπμζήεδηε δ ιέεμδμξ ηδξ εενιμαανοηζηήξ ακάθοζδξ ηαζ δζαθμνζηήξ εενιζηήξ ακάθοζδξ. (ΣG-DTA). Ζ ακάθοζδ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ πναβιαημπμζήεδηε ζε αηιυζθαζνα αδνακμφξ αενίμο ανβμφ βζα εενιμηναζζαηυ εφνμξ απυ 25 έςξ 700 μ C ιε νοειυ εένιακζδξ 10 o C/ min εκχ πνδζζιμπμζήεδηακ 24 gr γάπανδξ. Σα δζαβνάιιαηα ηςκ εενιζηχκ ακαθφζεςκ ΣG ηαζ DTA θαίκμκηαζ ζημ ζρήκα 8.1. ρήκα 8.1: Θενιζηέξ ηαιπφθεξ ηδξ ηνοζηαθθζηήξ αηαηένβαζηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ. 93

104 8. Δλαλζξάθσζε αθξώλ αινπκηλίνπ Σα ιειμκςιέκα ζηάδζα δζάζπαζδξ αθθά ηαζ μζ αθθαβέξ ζημ πεδίμ ηδξ εενιμννμήξ δζαηνίκμκηαζ εοηνζκχξ ζηζξ εενιζηέξ ηαιπφθεξ. Ο δζαπςνζζιυξ ηςκ επζηαθοπηυιεκςκ δζαδζηαζζχκ είκαζ δοκαηυξ απυ ηδκ ηαιπφθδ DTG. Ζ DTA ακάθοζδ είκαζ πνήζζιδ ηεπκζηή βζα ημκ ηαεμνζζιυ ηςκ εενιμηναζζχκ δζάζπαζδξ. Οζ ημνοθέξ ή ημζθάδεξ πμο ζπδιαηίγμκηαζ ζηδκ ηαιπφθδ DTA ελανηχκηαζ απυ ηζξ ζοκεήηεξ ημο πεζνάιαημξ ηαζ παναιέηνμοξ υπςξ είκαζ μ νοειυξ εένιακζδξ, δ ιάγα ημο δείβιαημξ ηαζ δ ημηημιεηνία ημο δείβιαημξ. Ζ εενιμηναζία ηήλδξ ηδξ γάπανδξ επδνεάγεηαζ επζπθέμκ απυ ημ πμζμζηυ οβναζίαξ, ηζξ αηαεανζίεξ ηαζ ημ ιέβεεμξ ηςκ ηνοζηαθθζηχκ [31, 32]. Ζ ημζθάδα πμο ειθακίγεηαζ ζηδκ εθάπζζηδ ηζιή βζα 190 μ C είκαζ εκδεζηηζηή ημο εκδυεενιμο ιεηαζπδιαηζζιμφ ηδξ ηήλδξ ηδξ γάπανδξ. Ζ ηαιπφθδ TG δεκ δείπκεζ αθθαβή αάνμοξ ιέπνζ ημ ζδιείμ ηδξ ηήλδξ. Καηά ηδκ ηήλδ ηδξ γάπανδξ ανπίγεζ δ δζαδζηαζία ηδξ ηαναιέθςζδξ (camelization) δ μπμία είκαζ δ δζάζπαζδ ηδξ γάπανδξ (δζζαηπανίηδξ) ζημοξ ιμκμζαηπανίηεξ θνμοηηυγδ ηαζ βθοηυγδ (ιε αθαίνεζδ ιμνίςκ κενμφ) ηαζ ηεθζηά ζε ηαναιέθα [33, 34]. Μεηά ηδ δζαδζηαζία ηδξ ηήλδξ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ ανπίγεζ δ δζάζπαζδ ηδξ ηαζ δζαηνίκμκηαζ ανηεηά ζηάδζα ακηζδνάζεςκ. Ζ δζάζπαζδ ηδξ γάπανδξ υπςξ θαίκεηαζ απυ ηδκ ηαιπφθδ DTG δζεηπεναζχκεηαζ ζε δφμ ζηάδζα. Σμ πνχημ ζηάδζμ δζάζπαζδξ ανπίγεζ απυ ημοξ 210 μ C ηεθεζχκεζ ζημοξ 340 μ C. Ζ απχθεζα αάνμοξ ιέπνζ αοηυ ημ ζηάδζμ δζάζπαζδξ είκαζ ζηα 60%. ε αοηυ ημ ζηάδζμ ανπίγεζ δ δζάζπαζδ ηςκ ιμκμζαηπανζηχκ πνμξ παναβςβή αένζςκ πνμσυκηςκ πμο δδιζμονβμφκηαζ είκαζ ηονίςξ ζημφνμο ηαζηακμφ πνχιαημξ [33, 34]. Σμ δεφηενμ ζηάδζμ είκαζ δ δζάζπαζδ ηςκ αένζςκ πνμσυκηςκ ηαζηακμφ πνχιαημξ απυ ημοξ 340 μ C ιέπνζ ημοξ 410 μ C. Σμ ζηάδζμ αοηυ ζοκμδεφεηαζ απυ πμθθέξ εκδυεενιεξ ακηζδνάζεζξ μζ μπμίεξ μθείθμκηαζ πζεακυκ ζε ζοκεκχζεζξ ηαζ δζαζπάζεζξ ηςκ αένζςκ πνμσυκηςκ. Σεθζηά δ πονυθοζδ ηδξ γάπανδξ ηεθεζχκεζ ζημοξ 410 μ C αθήκμκηαξ πμζμζηυ εκαπμιέκμοζαξ ιάγαξ 18% δ μπμία απμηεθείηαζ απυ δζάθμνεξ ιμνθέξ άκεναηα. 8.1 Θεξκηθόο θύθινο γηα παξαγωγή ελαλζξαθωκέλωλ αθξώλ αινπκηλίνπ Απυ ηα απμηεθέζιαηα ηδξ TG-DTA εενιζηήξ ακάθοζδξ ανέεδηε υηζ δ πονυθοζδ ηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ ηενιαηίγεζ ζε εενιμηναζία 400 μ C. Ο εενιζηυξ ηφηθμξ πμο πνδζζιμπμζήεδηε βζα ηδκ ηαοηυπνμκδ παναβςβή ηαζ εκακενάηςζδ ηςκ αθνχκ Al θαίκεηαζ ζημ ζρήκα 8.2. Πζμ ακαθοηζηά ηα ζηάδζα πμο αημθμοεήεδηακ είκαζ ηα ελήξ: Ανπζηά έβζκε ηεκυ ζημκ ζςθήκα παθαγία ηδξ ηάλδξ ηςκ Σμrr ηαηυπζκ πναβιαημπμζήεδηε πθφζδ ιε αδνακέξ αένζμ ανβμφ. Ζ δζαδζηαζία αοηή επακαθήθεδηε βζα 5-6 θμνέξ βζα ηδκ επίηεολδ ηαθφηενδξ αδνακμφξ αηιυζθαζναξ ηαζ βζα ηδκ εθαπζζημπμίδζδ ηδξ πμζυηδηαξ μλοβυκμο εκηυξ ημο ζςθήκα. Μεηά ημ πέναξ ηςκ πθφζεςκ ιε ανβυκ, εζζάβεηαζ πμζυηδηα αδνακμφξ αενίμο ζημκ ζςθήκα ηαζ δ ηεθζηή αηιυζθαζνα είκαζ ιενζηήξ πίεζδξ ζε ανβυκ ηδξ ηάλδξ ηςκ 40 Torr. 94

105 8. Δλαλζξάθσζε αθξώλ αινπκηλίνπ ρήκα 8.2: Θενιζηυξ ηφηθμξ βζα ηδκ ηαοηυπνμκδ δζενβαζία παναβςβήξ ηαζ εκακενάηςζδξ αθνχκ αθμοιζκίμο. Δπυιεκμ ζηάδζμ είκαζ δ εένιακζδ ημο δμηζιίμο έςξ ημοξ 400 o C βζα κα δζαζπαζηεί δ γάπανδ ηαζ κα δδιζμονβδεμφκ ηα αένζα εκακεναηςηζηά ιέζα. Ζ εενιμηναζία παναιέκεζ ζηαεενή ζημοξ 400 o C βζα 30 θεπηά. Μεβαθφηενμξ πνυκμξ παναιμκήξ (άκς ηςκ 35 θεπηχκ) μδδβεί ζε αολδιέκμ πμζμζηυ δδιζμονβίαξ ηαναζδίςκ ημο αθμοιζκίμο, ηα μπμία είκαζ ακεπζεφιδηα θυβς ηδξ ορδθήξ ραεονυηδηαξ ημοξ, εκχ πνυκμξ παναιμκήξ ιζηνυηενμξ ηςκ 20 θεπηχκ είκαζ πζεακυ κα μδδβήζεζ ζε ιενζηή, ηιδιαηζηή ή ηαζ απμηοπδιέκδ εκακενάηςζδ ηςκ αθνχκ ηαεχξ ιζηνή πμζυηδηα ηδξ γάπανδξ έπεζ δζαζπαζηεί. Καηυπζκ αημθμοεεί ημ ζηάδζμ ηδξ δδιζμονβίαξ ηεκμφ εη κέμο ηαζ ηδξ επαηυθμοεδξ εζζαβςβήξ αδνακμφξ αενίμο ανβμφ πνμξ δδιζμονβία αηιυζθαζναξ ιενζηήξ πίεζδξ ζε ανβυκ. Σμ ηεκυ πμο δδιζμονβείηαζ ζε αοηήκ ηδκ πενίπηςζδ είκαζ ηδξ ηάλδξ ηςκ 0.1 Σμrr. Δπίηεολδ ιεβαθφηενμο ηεκμφ δεκ είκαζ επζεοιδηή ηαεχξ οπμθείιιαηα αδζάζπαζηδξ γάπανδξ πανάβμοκ ιζηνυ πμζμζηυ αένζςκ πνμσυκηςκ ειπμδίγμκηαξ έηζζ ηδ δδιζμονβία παιδθυηενμο ηεκμφ εκχ αολάκεηαζ δ πζεακυηδηα δδιζμονβίαξ ιεβάθμο πμζμζημφ ηαναζδίςκ ημο αθμοιζκίμο. Γζα ηδ βνήβμνδ απμιάηνοκζδ ηδξ αδζάζπαζηδξ γάπανδξ δ εενιμηναζία αολάκεηαζ ιέπνζ ημοξ 640 μ C, (ηάης απυ ημ ζδιείμ ηήλδξ ημο αθμοιζκίμο) ηαζ παναιέκεζ ζηαεενή βζα 15 θεπηά. ε ζοκεήηεξ ηεκμφ ηα οθζηά ηήημκηαζ ηαζ ελαηιίγμκηαζ ζε εενιμηναζίεξ πμθφ παιδθυηενεξ ημο ακηίζημζπμο ζδιείμο ηήλδξ ηαζ αναζιμφ οπυ αηιμζθαζνζηή πίεζδ. Δκδεζηηζηά ακαθένεηαζ υηζ δ εενιμηναζία αναζιμφ ημο αθμοιζκίμο ζε αηιμζθαζνζηή πίεζδ είκαζ 2447 μ C εκχ ζε πίεζδ 10-2 Torr είκαζ 1207 μ C, δδθαδή ιεζχκεηαζ ζπεδυκ ηαηά 50%. 95

106 8. Δλαλζξάθσζε αθξώλ αινπκηλίνπ οκεπχξ βζα ηδκ απμθοβή ηδξ ηήλδξ ημο αθμοιζκίμο δ εενιμηναζία ιεζχκεηαζ έςξ ημοξ 500 μ C ηαζ εκ ζοκεπεία δδιζμονβείηαζ ηεκυ ηαζ επαημθμοεεί πθφζδ ιε ανβυκ. Ζ δζαδζηαζία επακαθαιαάκεηαζ έςξ υημο ημ ηεθζηυ ηεκυ είκαζ ηδξ ηάλδξ ηςκ 0.04 Torr (ίδζμ ιε αοηυ ημο ανπζημφ ζηαδίμο). Μεηά ημ πέναξ ηςκ πθφζεςκ ιε ανβυκ, εζζάβεηαζ πμζυηδηα αδνακμφξ αενίμο ζημκ ζςθήκα ηαζ δ ηεθζηή αηιυζθαζνα είκαζ ιενζηήξ πίεζδξ ζε ανβυκ ηδξ ηάλδξ ηςκ 40 Torr. Ζ εενιμηναζία αολάκεηαζ ζηδκ ηεθζηή επζεοιδηή εενιμηναζία ηςκ 680 μ C. Ο πνυκμξ έρδζδξ ημο δμηζιίμο είκαζ 2 h εκχ δ απυρολδ βίκεηαζ εκηυξ ημο θμφνκμο ζε ιδ μλεζδςηζηή αηιυζθαζνα. Θενιμηναζίεξ ιεβαθφηενεξ ηςκ 680 μ C μδδβμφκ ζε ιενζηή ηήλδ ημο αθνμφ. 8.2 Υαξαθηεξηζκόο ηωλ ελαλζξαθωκέλωλ αθξώλ αινπκηλίνπ Σοπζηά εκακεναηςιέκα δμηίιζα αθνχκ αθμοιζκίμο θαίκμκηαζ ζημ ζρήκα 8.3 βζα δζαθμνεηζηυ ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ. Ζ ηοπζηή ιμνθμθμβία ηδξ ιαηνμ- ηαζ ιζηνμ- δμιήξ ηςκ εκακεναηςιέκςκ αθνχκ Al θαίκεηαζ ζημ ζρήκα 8.3. Ο αθνυξ ειθακίγεζ ζηακμπμζδηζηά μιμζυιμνθμ ζηνχια άκεναηα ζηδκ ελςηενζηή επζθάκεζα αθθά ηαζ ζημοξ εζςηενζημφξ πυνμοξ, ιε πάπμξ πμο ηοιαίκεηαζ απυ ιm. Καηά ζοκέπεζα ημ ιέβεεμξ ηςκ πυνςκ είκαζ εθαθνχξ ιζηνυηενμ θυβς ημο ζηνχιαημξ άκεναηα πμο ημκ πενζηθείεζ. Σμ πναβιαηζηυ πμνχδεξ ημο παναβυιεκμο εκακεναηςιέκμο αθνμφ είκαζ ζπεδυκ πάκηα ιζηνυηενμ απυ ημ εεςνδηζηυ, ηαεχξ ημ ιζηνμπμνχδεξ ηαθφπηεηαζ πθέμκ απυ πνμσυκηα άκεναηα. XRD ιεηνήζεζξ πμο έβζκακ ζε εκακεναηςιέκμοξ αθνμφξ Al έδεζλακ υηζ ημ ζηνχια άκεναηα απμηεθείηαζ ηονίςξ απυ βναθίηδ πανμοζία ηαζ θμοθενεκίςκ C 60, εκχ ζε ιζηνέξ βςκίεξ έπμοιε άιμνθμ άκεναηα μ μπμίμξ πζεακυ κα απμηεθείηαζ απυ ζεζνά θμοθενεκίςκ C 8 - C 60 ηαζ άιμνθμο βναθίηδ. Δπζπθέμκ ειθακίγμκηαζ θάζεζξ ηαναζδίμο ημο αθμοιζκίμο (Αl 4 C 3 ) ηαζ ιζηνή πμζυηδηα μλεζδίςκ (Αl 2 O 3 ). ε ιεβάθεξ βςκίεξ ζηζξ ακαηθάζεζξ ημο αθμοιζκίμο ζπδιαηίγεηαζ δ Κα 2 εκδεζηηζηή ηδξ φπανλδξ ιεβάθςκ ηνοζηάθθςκ αθμοιζκίμο (ζρήκα 8.5). ρήκα 8.3: Βέθηζζηα δείβιαηα αθνχκ Al ιε ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ 0.32, 0.65 ηαζ 1.31 mm (απυ ανζζηενά πνμξ δελζά.). Πμνχδεξ 60%. 96

107 8. Δλαλζξάθσζε αθξώλ αινπκηλίνπ ρήκα 8.4: (α) Μαηνμζημπζηή ιμνθμθμβία ηαζ ιζηνμζημπζηή δμιή εκακεναηςιέκμο αθνμφ Al ιε πμνχδεξ 60%. 8.3 Μεραληθέο ηδηόηεηεο ελαλζξαθωκέλωλ αθξώλ Al Οζ ηαιπφθεξ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ βζα εκακεναηςιέκμοξ αθνμφξ Al ιε πμνχδεξ πενίπμο ζηα 60% ιε δζαθμνεηζηυ ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ θαίκμκηαζ ζημ ζρήκα 8.6. Γζα θυβμοξ ζφβηνζζδξ πανμοζζάγμκηαζ ηαζ μζ ηαιπφθεξ ηςκ ιδ-εκακεναηςιέκςκ αθνχκ αθμοιζκίμο βζα ακηίζημζπμ πμνχδεξ ηαζ ιέβεεμξ πυνςκ. Ζ εενιμηναζία πονμζοζζςιάηςζδξ είκαζ 680 o C βζα υθα ηα δείβιαηα. Όθεξ μζ ηαιπφθεξ ηςκ εκακεναηςιέκςκ αθνχκ Al πανμοζζάγμοκ ανηεηέξ δζαηοιάκζεζξ, εκδεζηηζηέξ ηδξ ραεονήξ αζημπίαξ ημο αθνμφ, ακμιμζυιμνθδξ παναιυνθςζδξ ηαζ αζηάεεζαξ ηαηά ηδκ δμηζιή ηδξ εθίρδξ. Δπζπθέμκ είκαζ ειθακήξ δ ζοιπενζθμνά παθάνςζδξ ηάζδξ δδθαδή ηδξ ιείςζδξ ηςκ ηάζεςκ ιυθζξ λεπενάζμοκ ηδκ ηζιή ηδξ εθζπηζηήξ ακημπήξ. Οζ παναπάκς πανάβμκηεξ μδδβμφκ ζε ιεζςιέκδ επακαθδρζιυηδηα ηςκ ιδπακζηχκ ζδζμηήηςκ ηςκ αθνχκ ηαζ ηαεζζημφκ ακαβηαία ηδκ ιεθέηδ πμθοάνζειςκ δμηζιίςκ (ημοθάπζζημκ 3-5 δμηίιζα βζα ηάεε ιέηνδζδ) βζα ημκ μνευ ηαεμνζζιυ ηςκ ζδζμηήηςκ ημο εκακεναηςιέκμο αθνμφ. 97

108 8. Δλαλζξάθσζε αθξώλ αινπκηλίνπ ρήκα 8.5: Γζάβναιια πενίεθαζδξ αηηίκςκ-υ ιε πνήζδ αηηζκμαμθίαξ CuKa βζα εκακεναηςιέκμ αθνυ Al ιε 60% πμνχδεξ. Ζ αβηίζηνςζδ ηςκ ελανιχζεςκ θυβς ηδξ πανμοζίαξ ζηθδνχκ ηαηαηνδικζζιάηςκ Al 4 C 3, δ δδιζμονβία οπένημνμο ζε άκεναηα ζηενεoφ δζαθφιαημξ ιε παναιυνθςζδ ημο ηνοζηαθθζημφ πθέβιαημξ ημο αθμοιζκίμο ηαζ κδζίδεξ C-C απμηεθμφκ ημοξ ηφνζμοξ ιδπακζζιμφξ ζηθήνοκζδξ ημο εκακεναηςιέκμο αθνμφ [99-101]. Πανυθμ πμο δ δζαδζηαζία ηδξ εκακενάηςζδξ μδήβδζε ζε ζδιακηζηή αφλδζδ ημο ιέηνμο εθαζηζηυηδηαξ δεκ αεθηίςζε ηδκ ιδπακζηή ακημπή ηςκ αθνχκ (ιε ελαίνεζδ ίζςξ αοηχκ ιε ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ ίζμ ιε 0.35 mm). Ακηίεεηα μδήβδζε ζε ιείςζδ ηδξ εθζπηζηήξ ακημπήξ δ μπμία είκαζ ζδζαζηένςξ έηδδθδ βζα ημοξ αθνμφξ ιε ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ ίζμ ιε 0.35 mm. Καηά ηδκ δμηζιαζία ηδξ εθίρδξ ειθακίζηδηακ νςβιέξ ζημκ εκακεναηςιέκμ αθνυ ζε πμθφ ιζηνέξ παναιμνθχζεζξ (ζρήκα 8.7). Ζ ιήηνα αθμοιζκίμο έπεζ ζδιακηζηά ιεβαθφηενμ ζοκηεθεζηή εενιζηήξ δζαζημθήξ ηαζ παιδθυηενμ ιέηνμ εθαζηζηυηδηαξ (απυ 23.5 έςξ 26.5x10-6 K -1, ηαζ 70 GPa ακηίζημζπα) απυ ημ Al 4 C 3 (5x10-6 K -1, ηαζ 445 GPa) [100]. Οζ ιεβάθεξ δζαθμνέξ ζηδκ εενιζηή δζαζημθή έπμοκ ςξ απμηέθεζια ηδκ ακάπηολδ ηάζεςκ ζηδκ δζεπζθάκεζα ηςκ δφμ θάζεςκ (εθζπηζηέξ βζα ηδ ιήηνα αθμοιζκίμο). Πανυθα αοηά επεζδή μζ ηάζεζξ αοηέξ μθείθμκηαζ ζε εενιμηναζζαηή δζαθμνά ηαηά ηδκ δζάνηεζα ηδξ ρφλδξ ιένμξ ελ αοηχκ ακαιέκεηαζ κα ακαημοθζζηεί ιε δδιζμονβία κέςκ ελανιχζεςκ. Λυβς ηςκ ιέβζζηςκ παναιεκμοζχκ ηάζεςκ ζηδκ δζεπζθάκεζα Al- Al 4 C 3 ηαηά ηδκ δζάνηεζα ηδξ εθζπηζηήξ θυνηζζδξ ηα ραεονά ηαηαηνδικίζιαηα Al 4 C 3 είκαζ πζεακυ κα 98

109 8. Δλαλζξάθσζε αθξώλ αινπκηλίνπ εναοημφκ ηαζ κα πνμηαθέζμοκ έκανλδ ιζηνμ-νςβιχκ. Οζ ιζηνμνςβιέξ αοηέξ ζοκεκχκμκηαζ ηαζ επένπεηαζ ραεονή εναφζδ ηαηά ιήημξ ηςκ ζοκυνςκ ηςκ ηυηηςκ (ζρήκα 8.8). Δηηυξ απυ ηδκ ραεονή εναφζδ XRD ιεηνήζεζξ δμηζιίςκ εκακεναηςιέκςκ αθνχκ Al ιεηαβεκέζηενα ηδξ δμηζιήξ εθίρδξ θακενχκμοκ πμθφ ιζηνυ πμζμζηυ άιμνθμο άκεναηα ζε ιζηνέξ βςκίεξ εκχ δεκ ειθακίγμκηαζ ακαηθάζεζξ ηαναζδίςκ οπμδδθχκμκηαξ δζαδζηαζία απακενάηςζδξ ημο εκακεναηςιέκμο αθνμφ αθμοιζκίμο ηαηά ηδ δζάνηεζα ηδξ εθίρδξ (ζρήκα 8.5). Δίκαζ πζεακυ ημ οπένημνμ ζε άκεναηα δζάθοια αθμοιζκίμο ηαηά ηδ δζάνηεζα ηδξ πθαζηζηήξ παναιυνθςζδξ κα πνμζπαεεί κα ιεηααεί ζε ηαηάζηαζδ ζζμννμπίαξ απμαάθθμκηαξ ημκ άκεναηα, μδδβχκηαξ ζε εη κέμο ζπδιαηζζιυ ηαναζδίςκ ηαζ ζε ιενζηή απμηυθθδζδ ημο ζηνχιαημξ άκεναηα. Ο ιδπακζζιυξ αοηυξ ζοιαάθεζ επίζδξ ζηδκ απυημιδ ιείςζδ ηδξ ηάζδξ ακημπήξ ζε εθίρδ ηςκ αθνχκ ηαζ ζε παναηηδνζζηζηή ζοιπενζθμνά παθάνςζδξ παναιυνθςζδξ (strain softening). Πανυιμζεξ ζοιπενζθμνέξ παθάνςζδξ παναιυνθςζδξ έπμοκ ακαθενεεί ηαζ ζε ζηθδνοιέκα οπένημνα ζε Zn ή Mg ηνάιαηα αθμοιζκίμο ηαηά ηδ δζάνηεζα οπμαμθήξ ιεβάθςκ πθαζηζηχκ παναιμνθχζεςκ [102]. ρήκα 8.6: Καιπφθεξ ηάζδξ-παναιυνθςζδξ βζα αθνμφξ Al ηαζ εκακεναηςιέκμοξ αθνμφξ Al ιε πμνχδεξ πενίπμο 60% ηαζ ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ (α) 0.35 mm, (α) 0.70 mm ηαζ (β) 1.35 mm. 99

110 8. Δλαλζξάθσζε αθξώλ αινπκηλίνπ ρήκα 8.7: Μαηνμ-θςημβναθίεξ εκακεναηςιέκμο αθνμφ Al ιε πμνχδεξ 60% ζε δζάθμνα ζηάδζα ηδξ εθζπηζηήξ δμηζιήξ. ρήκα 8.8: Φαεονή εναφζδ ηςκ δμηίδςκ εκακεναηςιέκμο αθνμφ Al ιε πμνχδεξ 60%. Πνέπεζ κα ζδιεζςεεί υηζ επεζδή μζ πυνμζ ηςκ εκακεναηςιέκςκ αθνχκ δζαηδνμφκ πενίπμο ημ ίδζμ ζπήια ηαζ ιέβεεμξ ιε ηδκ ηαζηακή γάπανδ, δ ζοιπενζθμνά παθάνςζδξ παναιυνθςζδξ δεκ ιπμνεί κα απμδμεεί ζε επζιήηοκζδ ή αθθαβή ιεβέεμοξ ηαζ ζπήιαημξ ηςκ πυνςκ, αθθά μθείθεηαζ ζημ ιδηνζηυ οθζηυ ημο αθνμφ. Αηυιδ δεκ παναηδνήεδηε αθθαβή ζπήιαημξ ή ιεβέεμοξ ηςκ ανπζηχκ ηυηηςκ ημο αθμοιζκίμο επμιέκςξ δ παθάνςζδ ηςκ ηάζεςκ δεκ ιπμνεί κα απμδμεεί ζε δοκαιζηή ακαηνοζηάθθςζδ ημο αθμοιζκίμο. Δπμιέκςξ δ ζοιπενζθμνά παθάνςζδξ ηάζδξ ηαηά ηδκ εθανιμβή εθζπηζηχκ θμνηίζεςκ ζημοξ εκακεναηςιέκμοξ αθνμφ απμδίδεηαζ ζε δφμ ιδπακζζιμφξ: αθεκυξ ζηδ ραεονή εναφζδ ηςκ ηαναζδίςκ ημο αθμοιζκίμο μδδβχκηαξ ζε πνυςνδ δδιζμονβία νςβιχκ ζε παιδθέξ παναιμνθχζεζξ ηαζ αθεηένμο ζηδ ιεηάααζδ ζε ηαηάζηαζδ ζζμννμπίαξ ημο οπένημνμο ζε άκεναηα δζαθφιαημξ αθμοιζκίμο. 100

111 8. Δλαλζξάθσζε αθξώλ αινπκηλίνπ 8.4 Γηαβξωηηθή ζπκπεξηθνξά ηωλ ελαλζξαθωκέλωλ αθξώλ Al Γζα ηδκ ελέηαζδ ηδξ επίδναζδξ ηδξ εκακενάηςζδξ ζηδκ δζαανςηζηή ζοιπενζθμνά ηςκ αθνχκ Al πναβιαημπμζήεδηακ ιεηνήζεζξ αμθηαιεηνίαξ (πυθςζδξ) ηαζ δοκαιζημφ ακμζηημφ ηοηθχιαημξ (open circuit potential) ζε δζάηαλδ δθεηηνμπδιζηήξ δζάανςζδξ. Όθεξ μζ ιεηνήζεζξ πναβιαημπμζήεδηακ ζε εενιμηναζία πενζαάθθμκημξ ηαζ ζε δζάθοια απεζηαβιέκμο κενμφ ιε 3.5% η.α. NaCl. Γζα ηδκ πενίπηςζδ ηδξ πυθςζδξ μ νοειυξ ζάνςζδξ ημο δοκαιζημφ ήηακ 0.1 mv/sec ηαζ ημ εφνμξ ζάνςζδξ απυ έςξ -160 mv ζε ζπέζδ ιε ημ δθεηηνυδζμ ακαθμνάξ. ημ ζρήκα 8.9 θαίκμκηαζ μζ ηαιπφθεξ πυθςζδξ βζα αθνυ αθμοιζκίμο ιε πμνχδεξ 60% ηαζ βζα εκακεναηςιέκμ αθνυ αθμοιζκίμο ιε πμνχδεξ 58%. Σμ ιέζμ ιέβεεμξ πυνςκ ηαζ ζημοξ δφμ αθνμφξ είκαζ πενίπμο ίδζμ ηαζ ζζμφηαζ ιε 0.7 mm. Γζα θυβμοξ ζφβηνζζδξ θαίκμκηαζ ηαζ μζ ηαιπφθεξ πυθςζδξ βζα ηζξ πενζπηχζεζξ ποηεοιέκμ αθμοιζκίμο ιε ηαεανυηδηα 99% ηαζ πονμζοζζςιαηςιέκμο αθμοιζκίμο παναζηεοαζιέκμ ιε ίδζεξ ζοκεήηεξ πίεζδξ ηαζ εενιμηναζίαξ πονμζοζζςιάηςζδξ ιε αοηέξ ημο αθνμφ αθμοιζκίμο. Σμ πμνχδεξ ημο δμηζιίμο ημο πονμζοζζςιαηςιέκμο αθμοιζκίμο είκαζ 4%. Ζ επζθάκεζα ηςκ δμηζιίςκ ηςκ αθνχκ εηηζιήεδηε ςξ ιέζμξ υνμξ ηνζχκ βεςιεηνζηχκ ιμκηέθςκ πμο απμηηήεδηακ ιε ηδκ αμήεεζα αλμκζημφ ημιμβνάθμο, ηα μπμία ειθακίγμοκ ίδζα ιμνθμθμβζηά παναηηδνζζηζηά (πμνχδεξ ηαζ ιέβεεμξ πυνςκ) ιε ηα ελεηαγυιεκα δμηίιζα αθνχκ. ρήκα 8.9: Καιπφθεξ πυθςζδξ ακυδμο ηαζ ηαευδμο βζα αθνυ Al ιε πμνχδεξ 60%, εκακεναηςιέκμ αθνυ Al ιε πμνχδεξ 60%, ποηεοιέκμ Al ηαζ πονμζοζζςιαηςιέκμ Al ζε δζάθοια απεζηαβιέκμο κενμφ ιε 3.5% η.α. NaCl ζε εενιμηναζία 25 o C. 101

112 8. Δλαλζξάθσζε αθξώλ αινπκηλίνπ Όπςξ θαίκεηαζ απυ ημ ζρήκα 8.9 μ παναηηήναξ ηδξ ακμδζηήξ ηαζ εκ ιένεζ ηδξ ηαεμδζηήξ ηαιπφθδξ πυθςζδξ βζα ημκ αθνυ αθμοιζκίμο είκαζ πανυιμζμξ ιε αοηυκ ημο πονμζοζζςιαηςιέκμο αθμοιζκίμο ημ μπμίμ οπμδδθχκεζ υηζ βεκζηά μζ ακηζδνάζεζξ πμο ζοιααίκμοκ ζηα δφμ δμηίιζα είκαζ ίδζεξ. Πανυιμζμ θαζκυιεκμ παναηδνείηαζ βζα ημ ποηεοιέκμ αθμοιίκζμ ιε ημκ εκακεναηςιέκμ αθνυ αθμοιίκζμ. Όθεξ μζ ακμδζηέξ ηαιπφθεξ ηςκ δμηζιίςκ δείπκμοκ πενζμπή εκενβδηζηήξ-παεδηζηήξ ιεηάααζδξ [ ]. ηδκ πενζμπή αοηή, ζημ εφνμξ ημο δοκαιζημφ πμο ιεηνήεδηε, παναηδνήεδηε υηζ ημ νεφια ακυδμο είκαζ ζπεδυκ ακελάνηδημ απυ ημ δοκαιζηυ ζδζαίηενα βζα ηα δμηίιζα εκακεναηςιέκμο αθνμφ ηαζ ποηεοιέκμο αθμοιζκίμο. Τρδθυ νεφια παεδηζηήξ πενζμπήξ θακενχκεζ ακεπανηέξ πνμζηαηεοηζηυ ζηνχια μλεζδίμο ηαζ παιδθυηενδ ακηίζηαζδ ζε δζάανςζδ. Δπμιέκςξ δζαανχκεηαζ εοημθυηενα μ αθνυξ αθμοιζκίμο, ζηδ ζοκέπεζα ημ πονμζοζζςιαηςιέκμ αθμοιίκζμ εκχ ίδζα ζοιπενζθμνά ακμδζηήξ δζάανςζδξ ειθακίγεζ ημ ποηεοιέκμ αθμοιίκζμ ιε ημκ εκακεναηςιέκμ αθνυ. ημκ πίλαθαο 8.1 θαίκμκηαζ μζ ηζιέξ ημο δοκαιζημφ δζάανςζδξ ηαζ ημο νεφιαημξ δζάανςζδξ ημ μπμίμ οπμθμβίζηδηε ςξ δ ημιή ηαιποθχκ ηδξ πνμέηηαζδ ηδξ βναιιζηήξ πενζμπήξ ηδξ ακμδζηήξ ηαιπφθδξ ηαζ ηζξ ηζιήξ ημο δοκαιζημφ δζάανςζδξ. Σμ ορδθυ δοκαιζηυ δζάανςζδξ ημο πονμζοζζςιαηςιέκμο αθμοιζκίμο ζε ζπέζδ ιε ηα οπυθμζπα δμηίιζα οπμδεζηκφεζ υηζ εοκμείηαζ δ ηαεμδζηή ημο ακηίδναζδ (ακάπηολδ οδνμβυκμο) εκχ ειπμδίγεηαζ δ ακμδζηή [ ]. Ζ επζαθααήξ επίδναζδ ηςκ ιζηνμπυνςκ θυβς πονμζοζζςιάηςζδξ ζηδκ δζαανςηζηή ακηίζηαζδ απμδίδεηαζ ζε δφμ πανάβμκηεξ: πνχημκ ζηδκ αολδιέκδ εζςηενζηή επζθάκεζα δ μπμία είκαζ επζδεηηζηή ηδξ μιμζυιμνθδξ δζάανςζδξ ηαζ δεφηενμκ ζηδκ έθθεζρδ παεδηζημπμίδζδξ εκηυξ ηςκ ιζηνμπυνςκ. Σμ δζαανςηζηυ ιέζμ εζζπςνεί ζηαδζαηά ζημοξ ιζηνμπυνμοξ μζ μπμίμζ απμηεθμφκ εκενβέξ πενζμπέξ. Οοζζαζηζηά μζ πυνμζ θεζημονβμφκ ςξ πενζμπέξ ακυδμο ηαζ δ οπυθμζπδ επζθάκεζα ςξ ηάεμδμξ, βζ αοηυ ημ θυβμ δ ακάπηολδ θοζαθίδςκ οδνμβυκμο είκαζ εκημκυηενδ. Αοηυ επζαεααζχεδηε ηαζ μπηζηά απυ ηζξ έκημκεξ θοζαθίδεξ οδνμβυκμο πμο ακαπηφπεδηακ ζημ ζοβηεηνζιέκμ δμηίιζμ. Πίλαθαο 8.1: Ζθεηηνμπδιζημί πανάιεηνμζ δζάανςζδξ δμηζιίςκ αθνμφ αθμοιζκίμο, εκακεναηςιέκμο αθνμφ αθμοιζκίμο, ποηεοιέκμο ηαζ πονμζοζζςιαηςιέκμο αθμοιζκίμο ζε δζάθοια απεζηαβιέκμο κενμφ 3.5% η.α. NaCl ζημοξ 25 μ C. Γνθίκην Γπλακηθό δηάβξωζεο [mv] Ρεύκα δηάβξωζεο [A/cm 2 ] Αθνυξ Al *10-4 Δκακεναηςιέκμξ αθνυξ Al *10-5 Υοηεοιέκμ Al *10-5 Πονμζοζζςιαηςιέκμ Al *

113 8. Δλαλζξάθσζε αθξώλ αινπκηλίνπ Ζ εκακενάηςζδ ημο αθνμφ αθμοιζκίμο ιεηαηζκεί ηζξ ηαιπφθεξ πυθςζδξ ακυδμο ηαζ ηαευδμο ζε ιζηνυηενεξ ποηκυηδηεξ νεφιαημξ αολάκμκηαξ ηδκ ακηίζηαζδ ζε δζάανςζδ ηαζ επδνεάγμκηαξ υθεξ ηζξ ακηζδνάζεζξ πμο ζοιααίκμοκ ηαηά ηδκ δζαδζηαζία ηδξ δζάανςζδξ. Δπζπθέμκ ιεηαημπίγεζ ημ δοκαιζηυ ζε πζμ ανκδηζηέξ ηζιέξ εοκμχκηαξ ηζξ ακμδζηέξ ακηζδνάζεζξ ηαζ ειπμδίγμκηαξ ηζξ ηαεμδζηέξ, επζαναδφκμκηαξ δδθαδή ηδκ ακάπηολδ οδνμβυκμο. Δπζπνμζεέηςξ δ ποηκυηδηα νεφιαημξ ηδξ παεδηζηήξ πενζμπήξ ιεζχκεηαζ ηαηά 50% (απυ 0.30 Α/cm 2 βζα ημκ αθνυ αθμοιζκίμο ζε 0.15 Α/cm 2 βζα ημκ εκακεναηςιέκμ). 103

114 9. Σύλνςε 9. ΤΝΟΦΖ Ζ πανμφζα ενβαζία πναβιαηεφηδηε ηδκ παναβςβή πμνςδχκ ιεηάθθςκ ιε ηδ ιέεμδμ οδαημδζάθοζδξ-πονμζοζζςιάηςζδξ πνδζζιμπμζχκηαξ ςξ ηαζκμηυιμ πθδνςηζηυ ιέζμ ηνοζηαθθζηή αηαηένβαζηδ ηαζηακή γάπανδ. Ζ πνήζδ ηδξ αηαηένβαζηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ πνμζθένεζ ζδιακηζηά πθεμκεηηήιαηα έκακηζ ηςκ ζοιααηζηχκ ακαθχζζιςκ πθδνςηζηχκ ιέζςκ υπςξ είκαζ ημ πθςνζμφπμ κάηνζμ [8, 9], μ ηανααιίηδξ ή μονία [9, 28, 29], ακεναηζηά άθαηα [12, 13], ηαζ ανηεηά πμθοιενζηά οθζηά [7]. Πζμ ζοβηεηνζιέκα δ ηαζηακή γάπανδ εεςνείηαζ ιία απυ ηζξ πζμ ηαεανέξ μνβακζηέξ εκχζεζξ παιδθμφ ηυζημοξ, είκαζ πδιζηά αδνακήξ ιε ημ ιδηνζηυ ιέηαθθμ, εκχ δ πθήνδξ οδαημδζάθοζδ ηδξ επζηοβπάκεηαζ ζε πμθφ ιζηνή πνμκζηή δζάνηεζα. Δπζπθέμκ δ υθδ δζαδζηαζία παναβςβήξ πμνςδχκ οθζηχκ είκαζ εθηοζηζηή ηαζ θζθζηή πνμξ ημ πενζαάθθμκ ηαεχξ ηακέκα ζηάδζμ παναβςβήξ δεκ μδδβεί ζε επζηίκδοκα ηαζ ημλζηά παναπνμσυκηα ηαζ αένζεξ εηπμιπέξ, εκχ δεκ απαζηείηαζ ζηδκ παναβςβζηή δζαδζηαζία ηαιία πνήζδ πδιζηχκ μοζζχκ. Με ηδκ πνμηεζκυιεκδ ιέεμδμ ιε πνήζδ ηδξ ηνοζηαθθζηήξ αηαηένβαζηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ ςξ πθδνςηζηυ ιέζμ, ιεβάθμ εφνμξ οθζηχκ ιπμνεί κα πνδζζιμπμζδεεί βζα ηδκ παναβςβή πμνςδχκ δμιχκ ημ μπμίμ εηηείκεηαζ απυ ηαεανά οθζηά ιέπνζ ζοκδοαζιυ αοηχκ ηαζ ηνάιαηα. Σα ζηάδζα ηδξ πνμηεζκυιεκδξ παναβςβζηήξ ιεευδμο ιεθεηήεδηακ ηαζ δζενεοκήεδηακ εζξ αάεμξ χζηε κα ηαηαζηεί δοκαηή δ ζοζπέηζζδ ηδξ επίδναζδ ηςκ παναβςβζηχκ παναιέηνςκ αθεκυξ ζηδκ ιμνθμθμβία ηαζ δμιή ηςκ παναβυιεκςκ πμνςδχκ οθζηχκ ηαζ αθεηένμο ζηζξ ιδπακζηέξ ζδζυηδηεξ. Ζ αεθηζζημπμίδζδ ηςκ παναιέηνςκ αοηχκ μδδβεί ζε ζδιακηζηυ έθεβπμ ηδξ παναβςβζηήξ δζαδζηαζίαξ μδδβχκηαξ αθεκυξ ζε δοκαηυηδηα παναβςβήξ πνμεπζθεβιέκςκ μιμζυιμνθςκ ηαζ μιμζμβεκχκ δμιχκ πμνχδμοξ ιεηάθθμο ακάθμβα ιε ηδκ ζημπεοιέκδ εθανιμβή ηαζ αθεηένμο ζε επακαθδρζιυηδηα ηαζ ακαπαναβςβζηυηδηα ηςκ ιδπακζηχκ ζδζμηήηςκ ημοξ. Σα ιμνθμθμβζηά ηαζ δμιζηά ζημζπεία πμνχδμοξ αθμοιζκίμο πμο πανήπεδηε ιε ηδκ πνμηεζκυιεκδ ιέεμδμ ιεθεηήεδηακ ιε πνήζδ μπηζηήξ ηαζ δθεηηνμκζηήξ ιζηνμζημπίαξ ζάνςζδξ (SEM), πενίεθαζδ αηηίκςκ-υ (XRD) ηαζ αλμκζημφ ημιμβνάθμο (Computed Tomography) εκχ αλζμθμβήεδηε δ επίδναζδ ημοξ ζηζξ ιδπακζηέξ ζδζυηδηεξ ημο πμνχδμοξ πνμσυκημξ. ηδ δζενεφκδζδ αοηή ζοκέααθε δ οπμθμβζζηζηή δζαδζηαζία πεπεναζιέκςκ ζημζπείςκ FEM πμο ακαπηφπεδηε βζα ηδκ πνμζμιμίςζδ ηςκ ιδπακζηχκ ζδζμηήηςκ ηδξ πναβιαηζηήξ ηνζζδζάζηαηδξ βεςιεηνίαξ ημο αθνμφ δ μπμία ζοκεζζθένεζ ζδιακηζηά ζηδκ ηαηακυδζδ ηςκ ιδπακζζιχκ παναιυνθςζδξ αθθά ηαζ ζηδκ εέζπζζδ ζοζπέηζζδξ ιεηαλφ ηδξ δμιήξ ηαζ ηςκ ιδπακζηχκ ζδζμηήηςκ δζεοημθφκμκηαξ ημκ ηεθζηυ ζπεδζαζιυ ηαζ ακάπηολδ ηςκ αθνχκ. ηδκ ενβαζία αοηή βίκεηαζ πνμζπάεεζα δδιζμονβίαξ εκυξ οπμαάενμο βζα ηδ ζφκδεζδ ηςκ ιεηααμθχκ ηςκ ιδπακζηχκ ζδζμηήηςκ πμνςδχκ οθζηχκ, παναζηεοαζιέκςκ ιε ηδ 104

115 9. Σύλνςε πνμηεζκυιεκδ ιέεμδμ, ζε ζπέζδ ιε ηα ιμνθμθμβζηά παναηηδνζζηζηά ημο πμνχδμοξ οθζημφ ιε πνήζδ πεζναιαηζηχκ ηαζ ακαθοηζηχκ ιεευδςκ (FEM πνμζμιμζχζεζξ). Δπζπνμζεέηςξ βζα πνχηδ θμνά επζηεφπεδηε δζαδζηαζία ηαοηυπνμκδξ εκακενάηςζδξ ηαζ παναβςβήξ πμνςδχκ οθζηχκ ζε έκα παναβςβζηυ ζηάδζμ ιε ηδ πνήζδ ηδξ ηνοζηαθθζηήξ αηαηένβαζηδξ ηαζηακήξ γάπανδξ ςξ πθδνςηζηυ ηαζ εκακεναηςηζηυ ιέζμ. Σμ παναβυιεκμ εκακεναηςιέκμ πμνχδεξ πνμσυκ ειθακίγεζ μιμζυιμνθμ ζηνχια άκεναηα ζηδκ ελςηενζηή επζθάκεζα αθθά ηαζ ζημοξ εζςηενζημφξ πυνμοξ αεθηζχκμκηαξ ηδ δζαανςηζηή ζοιπενζθμνά ημο. Πθεμκεηηήιαηα ηδξ ιεευδμο είκαζ μ ζδιακηζηυξ έθεβπμξ ηδξ δζαδζηαζίαξ εκακενάηςζδξ, δ μπμία επζηοβπάκεηαζ ζε παιδθέξ εενιμηναζίεξ (400 μ C). 105

116 10. Βηβιηνγξαθία 10. ΒΗΒΛΗΟΓΡΑΦΗΑ [1] H.P. Degischer, B. Kriszt, (Eds), Handbook of Cellular Metals: Production, Processing Applications, Wiley-VCH, Germany, [2] M.F. Ashby, A.G. Evans, N.A. Fleck, L.J. Gibson, Metal Foams: A Design Guide, Butterworth Heinemann, Oxford, [3] L.J. Gibson, M.F. Ashby, Cellular solids, structure and properties, Cambridge Universirty press, [4] D.P. Papadopoulos, H. Omar, F. Stergioudi, S.A. Tsipas, N. Michailidis, The use of dolomite as foaming agent and its effect on the microstructure of aluminum metal foams - Comparison to titanium hydride, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 382(2011) [5] Y. Conde, J.F. Despois, R. Goodall, A. Marmottant, L. Salvo, C. San Marchi, A. Mortensen, Replication processing of highly porous materials, Adv Eng Mater 8(2006) [6] N. Michailidis, F. Stergioudi, H. Omar, D.N. Tsipas, An image-based reconstruction of the 3D geometry of an Al open-cell foam and FEM modeling of the material response, Mech Mater 42(2010) [7] P. Quadbeck, J. Kaschta, R.F. Singer, Superalloy IN625 with cellular microstructure - Fabrication route and mechanical properties, Adv Eng Mater 6(2004) [8] Y.Y. Zhao, F.S. Han, T. Fung, Optimisation of compaction and liquid-state sintering in sintering and dissolution process for manufacturing Al foams, Mat Sci Eng a-struct 364(2004) [9] Y.Y. Zhao, D.X. Sun, A novel sintering-dissolution process for manufacturing Al foams, Scripta Mater 44(2001) [10] B. Jiang, N.Q. Zhao, C.S. Shi, X.W. Du, J.J. Li, H.C. Man, A novel method for making open cell aluminum foams by powder sintering process, Mater Lett 59(2005) [11] B. Jiang, N.Q. Zhao, C.S. Shi, J.J. Li, Processing of open cell aluminum foams with tailored porous morphology, Scripta Mater 53(2005) [12] M.A. El-Hadek, S. Kaytbay, Mechanical and physical characterization of copper foam International Journal of Mechanics and Materials in Design 4(2008) [13] Y.Y. Zhao, T. Fung, L.P. Zhang, F.L. Zhang, Lost carbonate sintering process for manufacturing metal foams, Scripta Mater 52(2005) [14] C.M. Cady, G.T. Gray, C. Liu, M.L. Lovato, T. Mukai, Compressive properties of a closed-cell aluminum foam as a function of strain rate and temperature, Mat Sci Eng a-struct 525(2009) 1-6. [15] F.S. Han, G. Seiffert, Y.Y. Zhao, B. Gibbs, Acoustic absorption behaviour of an opencelled aluminium foam, J Phys D Appl Phys 36(2003) [16] F.S. Han, Z.G. Zhu, J.C. Gao, Compressive deformation and energy absorbing characteristic of foamed aluminum, Metall Mater Trans A 29(1998) [17] Y.H. Mu, G.C. Yao, Z.K. Cao, H.J. Luo, G.Y. Zu, Strain-rate effects on the compressive response of closed-cell copper-coated carbon fiber/aluminum composite foam, Scripta Mater 64(2011) [18] Y.L. Mu, G.C. Yao, L.S. Liang, H.J. Luo, G.Y. Zu, Deformation mechanisms of closed-cell aluminum foam in compression, Scripta Mater 63(2010) [19] C. Park, S.R. Nutt, PM synthesis and properties of steel foams, Mat Sci Eng a-struct 288(2000) [20] C. Park, S.R. Nutt, Anisotropy and strain localization in steel foam, Mat Sci Eng a- Struct 299(2001) [21] J.H. Shen, G.X. Lu, D. Ruan, Compressive behaviour of closed-cell aluminium foams at high strain rates, Compos Part B-Eng 41(2010) [22] X.F. Tao, Y.Y. Zhao, Compressive behavior of Al matrix syntactic foams toughened with Al particles, Scripta Mater 61(2009) [23] N. Michailidis, F. Stergioudi, H. Omar, E. Paulidou, D.N. Tsipas, C. Albanakis, D. Missirlis, K. Yankinthos, A. Goulas, B. Granier, Microstructural characterization of 106

117 10. Βηβιηνγξαθία oxide morphologies on Ni and Inconel foams exposed to concentrated solar radiation, J Alloy Compd 496(2010) [24] A. Irretier, J. Banhart, Lead and lead alloy foams, Acta Mater 53(2005) [25] B. Matijasevic, J. Banhart, Improvement of aluminium foam technology by tailoring of blowing agent, Scripta Mater 54(2006) [26] N. Michailidis, F. Stergioudi, Establishment of process parameters for producing Alfoam by dissolution and powder sintering method, Mater Design 32(2011) [27] N. Michailidis, F. Stergioudi, D.N. Tsipas, Manufacturing of Open-Cell Metal Foams Using a Novel Leachable Pattern, Adv Eng Mater 13(2011) [28] H.I. Bakan, A novel water leaching and sintering process for manufacturing highly porous stainless steel, Scripta Mater 55(2006) [29] G.L. Hao, F.S. Han, W.D. Li, Processing and mechanical properties of magnesium foams, J Porous Mat 16(2009) [30] M. Bram, C. Stiller, H.P. Buchkremer, D. Stover, H. Baur, High-porosity titanium, stainless steel, and superalloy parts, Adv Eng Mater 2(2000) [31] M. Asadi, Beet-Sugar Handbook, WIiley-Interscience, New Jersey, [32] E. Hugot, Handbook of cane sugar engineering, in: third, (Ed), Elsenier Science, New York, [33] M.I. Abd-Elrahman, S.M. Ahmed, Thermal Degradation Kinetics and Geometrical Stability of D-Sucrose, Int J Polym Mater 58(2009) [34] F. Orsi, Kinetic Studies on Thermal-Decomposition of Glucose and Fructose, J Therm Anal 5(1973) [35] A.S.o. Metals, ASM Handbook, Powder Metal Technologies and Applications 7 ASM International, Metals Park, [36] S.-J.L. Kang, (Ed) Sintering, Densification, Grain Growth and Microstructure, Elsevier Butterworth-Heinemann, [37] R. Goodall, J.F. Despois, A. Mortensen, Sintering of NaCl powder: Mechanisms and first stage kinetics, J Eur Ceram Soc 26(2006) [38] O.B. Olurin, M. Arnold, C. Korner, R.F. Singer, The investigation of morphometric parameters of aluminium foams using micro-computed tomography, Mat Sci Eng a- Struct 328(2002) [39] Q.M. Li, I. Magkiriadis, J.J. Harrigan, Compressive strain at the onset of densification of cellular solids, J Cell Plast 42(2006) [40] E. Andrews, W. Sanders, L.J. Gibson, Compressive and tensile behaviour of aluminum foams, Mat Sci Eng a-struct 270(1999) [41] D.K. Balch, J.G. O'Dwyer, G.R. Davis, C.M. Cady, G.T. Gray, D.C. Dunand, Plasticity and damage in aluminum syntactic foams deformed under dynamic and quasi-static conditions, Mat Sci Eng a-struct 391(2005) [42] J. Banhart, J. Baumeister, Deformation characteristics of metal foams, J Mater Sci 33(1998) [43] A.F. Bastawros, H. Bart-Smith, A.G. Evans, Experimental analysis of deformation mechanisms in a closed-cell aluminum alloy foam, J Mech Phys Solids 48(2000) [44] A.F. Bastawros, A.G. Evans, Deformation heterogeneity in cellular Al alloys, Adv Eng Mater 2(2000) [45] F. Diologent, Y. Conde, R. Goodall, A. Mortensen, Microstructure, strength and creep of aluminium-nickel open cell foam, Philos Mag 89(2009) [46] M. Hakamada, Y. Asao, T. Kuromura, Y.Q. Chen, H. Kusuda, M. Mabuchi, Density dependence of the compressive properties of porous copper over a wide density range, Acta Mater 55(2007) [47] M.I. Idris, T. Vodenitcharova, M. Hoffman, Mechanical behaviour and energy absorption of closed-cell aluminium foam panels in uniaxial compression, Mat Sci Eng a-struct 517(2009) [48] E. Koza, M. Leonowicz, S. Wojciechowski, F. Simancik, Compressive strength of aluminium foams, Mater Lett 58(2004)

118 10. Βηβιηνγξαθία [49] Y.R. Luo, S.R. Yu, J.A. Liu, X.Y. Zhu, Y.H. Luo, Compressive property and energy absorption characteristic of open-cell SiCp/AlSi9Mg composite foams, J Alloy Compd 499(2010) [50] A.E. Markaki, T.W. Clyne, The effect of cell wall microstructure on the deformation and fracture of aluminium-based foams, Acta Mater 49(2001) [51] N. Michailidis, F. Stergioudi, H. Omar, D.N. Tsipas, Investigation of the Mechanical Behavior of Open-Cell Ni Foams by Experimental and FEM Procedures, Adv Eng Mater 10(2008) [52] D.P. Mondal, M.D. Goel, S. Das, Effect of strain rate and relative density on compressive deformation behaviour of closed cell aluminum-fly ash composite foam, Mater Design 30(2009) [53] M. Mukherjee, M. Kolluri, F. Garcia-Moreno, J. Banhart, U. Ramamurty, Strain hardening during constrained deformation of metal foams - Effect of shear displacement, Scripta Mater 61(2009) [54] Y. Yamada, C. Wen, K. Shimojima, H. Hosokawa, Y. Chino, M. Mabuchi, Compressive deformation characteristics of open-cell Mg alloys with controlled cell structure, Mater Trans 43(2002) [55] Y.W. Kwon, R.E. Cooke, C. Park, Representative unit-cell models for open-cell metal foams with or without elastic filler, Mat Sci Eng a-struct 343(2003) [56] X.J. Ren, V.V. Silberschmidt, Numerical modelling of low-density cellular materials, Comp Mater Sci 43(2008) [57] M. Saadatfar, F. Garcia-Moreno, S. Hutzler, A.P. Sheppard, M.A. Knackstedt, J. Banhart, D. Weaire, Imaging of metallic foams using X-ray micro-ct, Colloid Surface A 344(2009) [58] H. Shen, L.C. Brinson, Finite element modeling of porous titanium, Int J Solids Struct 44(2007) [59] H. Shen, S.M. Oppenheimer, D.C. Dunand, L.C. Brinson, Numerical modeling of pore size and distribution in foamed titanium, Mech Mater 38(2006) [60] H. Toda, T. Ohgaki, K. Uesugi, M. Kobayashi, N. Kuroda, T. Kobayashi, M. Niinomi, T. Akahori, K. Makii, Y. Aruga, Quantitative assessment of microstructure and its effects on compression behavior of aluminum foams via high-resolution synchrotron X-ray tomography, Metall Mater Trans A 37A(2006) [61] M. Wicklein, K. Thoma, Numerical investigations of the elastic and plastic behaviour of an open-cell aluminium foam, Mat Sci Eng a-struct 397(2005) [62] H.X. Zhu, S.M. Thorpe, A.H. Windle, The effect of cell irregularity on the high strain compression of 2D Voronoi honeycombs, Int J Solids Struct 43(2006) [63] N. Michailidis, F. Stergioudi, H. Omar, D. Tsipas, FEM modeling of the response of porous Al in compression, Comp Mater Sci 48(2010) [64] N. Michailidis, F. Stergioudi, H. Omar, D.N. Tsipas, Experimental and FEM analysis of the material response of porous metals imposed to mechanical loading, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 382(2011) [65] N. Michailidis, F. Stergioudi, H. Omar, D.N. Tsipas, Fabrication of open-cell Al foams and evaluation of their mechanical response under tension, AIP Conference Proceedings 1203(2009) [66] E. Maire, J.Y. Buffiere, L. Salvo, J.J. Blandin, W. Ludwig, J.M. Letang, On the application of X-ray microtomography in the field of materials science., Adv Eng Mater 3(2001) [67] E. Maire, A. Fazekas, L. Salvo, R. Dendievel, S. Youssef, P. Cloetens, J.M. Letang, X-ray tomography applied to the characterization of cellular materials. Related finite element modeling problems, Compos Sci Technol 63(2003) [68] S. Youssef, E. Maire, R. Gaertner, Finite element modelling of the actual structure of cellular materials determined by X-ray tomography, Acta Mater 53(2005) [69] A.C. Kak, M. Slaney, Principles of Computerized Tomographic Imaging, Society of Industrial and Applied Mathematics(2001). [70] L. Salvo, P. Cloetens, E. Maire, S. Zabler, J.J. Blandin, J.Y. Buffiere, W. Ludwig, E. Boller, D. Bellet, C. Josserond, X-ray micro-tomography an attractive characterisation technique in materials science, Nucl Instrum Meth B 200(2003)

119 10. Βηβιηνγξαθία [71] P. Iassonov, T. Gebrenegus, M. Tuller, Segmentation of X-ray computed tomography images of porous materials: A crucial step for characterization and quantitative analysis of pore structures, Water Resour Res 45(2009). [72] [73] D. Talbot, J. Talbot, Corrosion Science and Technology, CRC Press, Florida, [74] S. Lanzavecchia, P.L. Bellon, The Moving Window Shannon Reconstruction (MWSR) in real and Fourier domain and its use in tomography, Scanning Microscopy 11(1997) [75] F.F. Lange, L. Atteraas, F. Zok, J.R. Porter, Deformation Consolidation of Metal Powders Containing Steel Inclusions, Acta Metall Mater 39(1991) [76] C.A. Leon, G. Rodriguez-Ortiz, E.A. Aguilar-Reyes, Cold compaction of metalceramic powders in the preparation of copper base hybrid materials, Mat Sci Eng a- Struct 526(2009) [77] I. Sridhar, N.A. Fleck, Yield behaviour of cold compacted composite powders, Acta Mater 48(2000) [78] J.F. Despois, Y. Conde, C. San Marchi, A. Mortensen, Tensile behavior of replicated aluminium foams, Adv Eng Mater 6(2004) [79] J.F. Despois, A. Marmottant, Y. Conde, R. Goodall, L. Salvo, C. San Marchi, A. Mortensen, Microstructural tailoring of open-pore microcellular aluminium by replication processing, Mater Sci Forum 512(2006) [80] F. Diologent, R. Goodall, A. Mortensen, Surface oxide in replicated microcellular aluminium and its influence on the plasticity size effect, Acta Mater 57(2009) [81] R. Surace, L.A.C. De Filippis, A.D. Ludovico, G. Boghetich, Influence of processing parameters on aluminium foam produced by space holder technique, Mater Design 30(2009) [82] T.G. Nieh, J.H. Kinney, J. Wadsworth, A.J.C. Ladd, Morphology and elastic properties of aluminum foams produced by a casting technique, Scripta Mater 38(1998) [83] Y. Yamada, K. Shimojima, Y. Sakaguchi, M. Mabuchi, M. Nakamura, T. Asahina, T. Mukai, H. Kanahashi, K. Higashi, Processing of cellular magnesium materials, Adv Eng Mater 2(2000) [84] H.X. Zhu, N.J. Mills, J.F. Knott, Analysis of the high strain compression of open-cell foams, J Mech Phys Solids 45(1997) [85] C.E. Wen, M. Mabuchi, Y. Yamada, K. Shimojima, Y. Chino, H. Hosokawa, T. Asahina, Processing of fine-grained aluminum foam by spark plasma sintering, J Mater Sci Lett 22(2003) [86] C.E. Wen, Y. Yamada, K. Shimojima, Y. Chino, T. Asahina, M. Mabuchi, Processing and mechanical properties of autogenous titanium implant materials, J Mater Sci- Mater M 13(2002) [87] N. Michailidis, F. Stergioudi, A. Tsouknidas, Deformation and energy absorption properties of powder-metallurgy produced Al foams, Mat Sci Eng a-struct in Press(2011). [88] D.P. Papadopoulos, H. Omar, F. Stergioudi, S.A. Tsipas, H. Lefakis, N. Michailidis, A novel method for producing Al-foams and evaluation of their compression behaviour, J Porous Mat 17(2010) [89] A. Daoud, M.T. Abou El-Khair, M. Abdel-Aziz, P. Rohatgi, Fabrication, microstructure and compressive behavior of ZC63 Mg-microballoon foam composites, Compos Sci Technol 67(2007) [90] H.W. Song, Q.J. He, J.J. Xie, A. Tobota, Fracture mechanisms and size effects of brittle metallic foams: In situ compression tests inside SEM, Compos Sci Technol 68(2008) [91] N. Michailidis, F. Stergioudi, A. Tsouknidas, E. Pavlidou, Compressive response of Al-foams produced via a powder sintering process based on a leachable spaceholder material, Mat Sci Eng a-struct 528(2011) [92] L. Wang, Y.L. Mu, G.C. Yao, Density Dependence of the Compressive Behaviors of Closed-Cell Al Foams Manufactured Through Powder Metallurgy Route, J Mater Eng Perform 20(2011)

120 10. Βηβιηνγξαθία [93] D.R.A. Cluff, S. Esmaeili, Compressive properties of a new metal-polymer hybrid material, J Mater Sci 44(2009) [94] A.R. Kennedy, Aspects of the reproducibility of mechanical properties in Al based foams, J Mater Sci 39(2004) [95] A.P. Roberts, E.J. Garboczi, Elastic moduli of model random three-dimensional closed-cell cellular solids, Acta Mater 49(2001) [96] A.P. Roberts, E.J. Garboczi, Elastic properties of model random three-dimensional open-cell solids, J Mech Phys Solids 50(2002) [97] X.J. Wang, Y.C. Li, J.Y. Xiong, P.D. Hodgson, C.E. Wen, Porous TiNbZr alloy scaffolds for biomedical applications, Acta Biomater 5(2009) [98] E.L. Zhang, B. Wang, On the compressive behaviour of sintered porous coppers with low to medium porosities - Part I: Experimental study, Int J Mech Sci 47(2005) [99] T. Etter, P. Schulz, M. Weber, J. Metzc, M. Wimmler, J.F. Loffler, P.J. Uggowitzer, Aluminium carbide formation in interpenetrating graphite/aluminium composites, Mat Sci Eng a-struct 448(2007) 1-6. [100] M. Besterci, O. Velgosová, J. Ivan, T. Kvačkaj, The mechanical properties and fracture of Αl-Al 4 C 3 system investigated by "in-situ tensile test in SEM" method Acta Metallurgica Slovaca 14(2008) [101] C. Qiu, R. Metselaar, Solubility of carbon in liquid Al and stability of Al 4 C 3, J Alloy Compd 216(1994) [102] A.A. Mazilkin, B.B. Straumal, E. Rabkin, B. Baretzky, S. Enders, S.G. Protasova, O.A. Kogtenkova, R.Z. Valiev, Softening of nanostructured Al-Zn and Al-Mg alloys after severe plastic deformation, Acta Mater 54(2006) [103] B. Dabrowski, W. Swieszkowski, D. Godlinski, K.J. Kurzydlowski, Highly porous titanium scaffolds for orthopaedic applications, J Biomed Mater Res B 95B(2010) [104] E. Ura-Binczyk, N. Homazava, A. Ulrich, R. Hauert, M. Lewandowska, K.J. Kurzydlowski, P. Schmutz, Passivation of Al-Cr-Fe and Al-Cu-Fe-Cr complex metallic alloys in 1 M H2SO4 and 1 M NaOH solutions, Corros Sci 53(2011) [105] B. Zhang, Y. Li, F.H. Wang, Electrochemical corrosion behaviour of microcrystalline aluminium in acidic solutions, Corros Sci 49(2007)

121

122 ARISTOTLE UNIVERSITY OF THESSALONIKI (A.U.TH.) MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT PHYSICAL METALLURGY LABORATORY FANI STERGIOUDI Diplomatouchos Mechanicos (Α.U.TH.) PRODUCTION OF POROUS MATERIALS AND EVALUATION OF THEIR PROPERTIES DOCTORAL DISSERTATION EXTENDED SUMMARY SUBMITTED TO THE MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT OF THE ARISTOTELES UNIVERSITY OF THESSALONIKI (Α.U.TH.) THESSALONIKI JULY 2011

123

124 Extended Summary in English Production of porous material and evaluation of their properties Doctoral Thesis of Diplomatouchos Mechanikos Fani Stergioudi Abstract A space-holder method using crystalline raw cane sugar, as a novel leachable pattern for manufacturing open-cell metal foams is described. The influence of the process parameters (mixing procedure, compaction pressure, dissolution process, ratio of initial powders, sintering temperature and atmosphere) on the microstructure of the produced foams is investigated to optimize the process conditions and produce high quality Al-foams with tailored porous structures. The proposed method is attractive and environmentally friendly, given that it does not lead to any dangerous byproducts or emissions and does not employ any toxic, flammable or explosive material. The mechanical behavior of the produced Al-foams is investigated experimentally and analytically through a developed Finite Element Method simulation of compression tests using the real porous geometry, obtained via computed tomography. The developed FEM simulation enabled the determination of local deformation mechanics. The effect of the macro and micro-structure of the produced foams in the reproducibility and predictability of compressive properties is also examined. The feasibility for carburized foam production in an one step-process using crystalline raw cane sugar is among the advantages of the proposed porous production methodology. The considerable control of carburization process conducted at relatively low temperature (400 o C) leads to enhanced corrosion behaviour of the porous materials.. 1. Introduction Metal foams exhibit unusual properties compared to the bulk structural materials and therefore are attractive for several applications. The current understanding and optimization of their production, properties and uses were presented in several recent publications [1-3]. During the last decades considerable processing technologies have been developed for fabrication of aluminium foams. Among these, the space-holder technique is well suited for the production of fairly uniform and homogeneous open-cell foams of low melting point metals such as aluminium [3-5]. The improvement of this powder production process focuses on optimizing process control to produce higher quality materials and to achieve a better reproducibility and predictability of their properties [6-9]. Better quality involves, among others, a good morphological and structural homogeneity of the porous material. 2. Production of porous materials The raw materials used for manufacturing foam are the metal powder and a crystalline raw cane sugar in powder form which consists of cube like crystals having smooth surfaces and even size, which is beneficial for the foams properties. The appropriate selection of the raw metal powders with respect to purity, alloying elements, particle size and distribution is essential for successful foaming. The manufacturing process consists of four stages: mixing, compaction, dissolution and sintering. A schematic illustration of the production method is shown in figure 1a. Initially, the metal powders are mixed thoroughly with the crystalline raw cane sugar powder at a pre-specified volume or weight ratio depending on the desired porosity of the final product and then are compacted. The crystalline raw cane sugar particles were removed from the green compact by water leaching. The final stage involves sintering which depends mainly on the parent material. The advantages of crystalline raw cane sugar as a novel space-holder are that is chemically stable in contact with the parent metal material and can be easily removed from the green product prior to sintering, by a Figure 1: (a) Schematic presentation of the production method for manufacturing of open-cell metal foams using raw cane sugar particles as a space holder material and typical morphologies of initial materials: (b) Al powder, (c) raw cane sugar particles. water leaching process at room temperature. Also it is cheap and easy to purchase in the market. In addition, it does not corrode the foam material since the molecular of the sugar is non-ionic. The method is attractive and environmentally friendly, given that it does not lead to any dangerous by-products or emissions and does not employ any toxic, flammable or explosive material at any stage of the manufacturing process. The resulting foams are very clean and present the same purity as the parent material. Moreover, the complete removal of the space holder material leaves the resultant macro-pore morphology essentially unchanged and does not affect the overall integrity of the foam. This indicates that the morphology and size of the pores can be controlled by selecting an appropriate raw cane sugar particle size. Additionally, a tailored porosity can be obtained by varying the volume 1

125 Extended Summary in English fraction of the metal powder in the initial powder mixture. It is also possible to obtain a purposely tailored distribution of pore size in the foam by using raw cane sugar particles with different particle size ranges and to produce components that are partly dense and partly porous. Moreover, preliminary results showed the feasibility for foam production using a wide range of powder materials like nickel, magnesium, steel, copper etc., employing the proposed methodology. 3. X-ray computed tomography and finite element modeling Computed tomography is a non-destructive imaging process that allows the visualization of complex 3D structures. The apparatus mainly consist of an X-ray source, a rotation stage on which the specimen is fixed, and an X-ray detector. The easiest way to get digitized images is to directly use a two-dimensional radioscopic detector composed of a fluorescent screen that transforms the X-rays into visible light, which are then transferred by appropriate optic lenses to a cooled CCD camera (lines and rows of sensitive elements) [10-11]. An X-ray tomography apparatus with a 5 μm focal spot reflection target X-ray tube source was used to acquire the 3D images of the foam samples working in the absorption mode. Every tomographic setup has to be properly calibrated: the 3D geometry must be reliable and accurately known and some constraints must be fulfilled (number of projections, location of the rotation axis, sample size). The apparatus was operating at 70 kv and 115 μa while the obtained spatial resolution was 22 μm. The specimen is rotated over a full 360 in small angular increments. The resulting series of radiographs are input into cone-beam reconstruction software which generates a series of axial slices using a standard filtered back-projection algorithm [10-11]. The final three-dimensional image is numerically reconstructed based on the two-dimensional images and is displayed either as a series of sectional images or a three-dimensional image composed of voxels. The model was created using a surface rendering approach based on contour line acquisition and polygon surface reconstruction. In order to separate the boundary between the foam material and the surrounding, the contours of surfaces on twodimensional images are segmented applying an adaptive threshold technique to highlight regions of interest. Subsequently a contour interpolation method is applied which involves both the 2D interpolation in the plane of the images that is smoothly expanded in the third dimension and the generation of a 3D triangular mesh (STL surface) The STL file (stereolithography) was processed to reduce the file size (the amount of triangles) keeping the STL surface as close as possible to the original one without decreasing the resolution. Three-dimensional digital images cannot be directly imported in most of the commercial FE software packages. Therefore, it is essential to recreate the three-dimensional geometry of the foam. The STL file is actually a 3D polygonal object generated from volumetric data sets and is represented through a set of points (point cloud) which can be connected with each other to form a triangle mesh (wireframe). The 3D wireframe polygonal object consists of triangular faces that produce the polygonal mesh. This wireframe polygonal object can be seen as an artificial surface serving for visual and qualitative analysis only. Thus, the STL surface of the foam was exported and translated to computer-aided drawing (CAD) data. Analytically, it was first imported in a CAD software package as a *.dxf file where the triangular faces of the 3D wireframe polygonal object (STL file) were converted to triangular surfaces creating thus a polygonal surface model. The 3D surface models are in 3D polygon mesh form, represented by surface triangles and polygons. The generated polygonal surface models were then translated to an *.iges file and exported to a 3D CAD software package where the 3D surface model was transformed to the final 3D solid model. Finally, the translated CAD data (3D solid model) were imported into a finite element analysis program (ANSYS) [12-15]. A high quality mesh consisting of 3D 10-node tetrahedral structural elements (SOLID187) presenting a quadratic displacement behaviour was used, resulting in a discretisation of about elements for the Al foam model. Boundary conditions were applied to the FE analysis of both models, keeping the one side of the model fixed, while applying on the opposite side gradual uniaxial displacement along the z-axis thus exerting compression loads on the model. To ensure the elastoplastic behaviour of the FE models, the stress-strain curve for sintered Al was constructed using experimental data from compression tests and employed as material input data for the corresponding FEM analysis. Large geometry changes were accounted for using the NLGEOM option in Ansys. 4. Optimization of the foam production method Elemental Al powder with a purity of 99.8% a mean diameter of 0.26 mm was used as the parent material and commercial crystalline raw cane sugar as a novel space holder material (figure 1b and c). In order to control the cell size of the final foam within desired range, the raw cane sugar particles was divided by a series of sieves into three size groups: 1-2, and mm, with nominal mean sizes of 1.35, 0.70 and 0.35 mm, respectively. Initially, the metal powders are mixed thoroughly with the crystalline raw cane sugar particles at a pre-specified volume or weight ratio depending on the desired relative density of the final product. The mixture was uniaxially pressed at a given pressure varied over a range of MPa, in a stainless steel cylindrical mold with a diameter of 16 mm and height of 80 mm. The crystalline raw cane sugar particles were removed from the green compact by water leaching at different temperatures. The final stage involves sintering which was performed under low (p= 10 mbar) and medium (p= 4*10-2 mbar) vacuum atmosphere. Sintering temperatures varied between 600 and 750 o C. The density π f of the final Al-foam was calculated by dividing the mass of the foam by its volume, which was measured based on Archimedes principle. The porosity of the as-manufactured Al-foam P f can be estimated by P f = 1 π f / π Al, where π f is the calculated density of the foam and π Al is the density of aluminum (π Al= 2.70 kg/m 3 ). The porosity of the Al/sugar powder compact can be estimated by P c = 1 π c / π s where π f is the calculated density of the compact and π s= π Al V Al + π sugar (1-V Al) where π sugar is the density of raw cane sugar and was found equal to 1.58 kg/m 3 based on Archimedes principle. 2

126 Extended Summary in English Figure 2: (a) Relative density of compacts versus the compaction pressure for different powder sizes and volume ratio of sugar/al and (b) density and porosity of compacts versus the volume fraction of Al. 4.1 Mixing of powders The oxide scale covering pure aluminium is typically some nm thick [16]. During the immersion in water and after the dissolution of the raw cane sugar, the layer oxide (or hydroxide) covering the aluminium can thus be significantly thicker than some nm as the Al reacts with water and produces Al 2O 3 and H 2 emmisions. Due to the emission of H 2, pressure is exerted to the Al powders, which can lead to their detachment from the green product and to a subsequent collapse of the structure. Therefore, mixing was carried out in two stages: First, a small amount of water (~2% in weight) was sprinkled in the Al powders and secondly the raw cane sugar particles were gradually added to ensure homogenous mixing. The use of water, not only enabled the creation of a thermochemical stable Al 2O 3 or hydroxide layer prior the dissolution process reducing or even inhibiting further oxidation of the green product (and emission of H 2), but also prevented the dissimilar powders from segregation. 4.2 Compaction of powder mixtures The introduction of a hard (brittle) phase (raw cane sugar) into a mass of a relatively soft aluminium matrix powder, will result in a change of the bulk materials processing behavior with respect to that of the pure matrix powder [6]. Figure 2a shows the relative density of the green compacts as a function of compaction pressure and volume fraction of Al, varying the raw cane sugar / Al volume ratio in the compacts and using two different raw cane sugar particle and metal powder sizes. Applied pressures versus relative density curves were built using the average density of three compaction tests observing good reproducibility. The raw cane sugar particle does not affect the green density of the compacts, which are strongly affected by the compaction pressure and the raw cane sugar / Al ratio in the compact, while fine Al powders results in higher density compacts for a specific applied pressure. During compression of a metal powder, pores are eliminated by particle rearrangement and particle shape change. The latter occurs through elastic deformation, plastic deformation or cracking. A powder consisting of a mixture of soft deforming (work hardening) and hard non-deforming particles will consolidate less easily because with less matrix volume a larger material strain is needed for the same amount of macroscopic compaction strain. It can therefore be concluded that two phenomena contribute to constrained compaction of Al/sugar powder mixture: (1) the additional Al deformation associated with the excluded volume from the sugar, and (2) the sugar network that supports a portion of the applied stress [17]. It has been well established that a network formed with elastic, spherical particles exhibits non-linear elastic behavior due to the Hertzian contact phenomenon [17]. Because of the non-linear elastic behavior, the recovery strain for the sugar network can be significant. The deformable Al matrix, on the other hand, exhibits linear stress-strain behavior and its recovery strain is determined by its elastic modulus (and perhaps any residual porosity). The differential strain recovery between the sugar network and the Al matrix during unloading can therefore be substantial, resulting in residual stresses in the consolidated body. If the residual stresses are sufficiently large, the stresses may be relieved by the formation of micro-cracks within the matrix material. Al powder is softer and easier to deform compared to the raw cane sugar particle. Accordingly, the higher the volume fraction of the Al powder, the denser the green compacts (figure 2b). Optimum compaction pressures must be established according to the raw cane sugar / Al volume ratio in the compact. Given the fact that compaction has a determinative influence on the bonding between the Al powders formed in the subsequent sintering stage, it is imperative not only to form a green compact, but also to disrupt the oxide film at the surface of the metallic powder in order to achieve effective metallurgical bonding of metallic powder [1,2,6]. Disruption of the oxide film of Al powder can be achieved by the formation of large shear stress and strain concentration fields in the contact regions between the Al powders, due to the applied high pressure. Additionally, the rearrangement and sliding of the particles under a high compacting pressure increases friction among Al and raw cane sugar particles that can cause the local fracture of the oxide film. As a result, metal metal contacts are formed during compaction, which in the subsequent sintering process are fused together and establish an effective bonding between the Al powders. According to our experiments, the optimum compaction pressure lies in the range of 300 MPa. At lower compaction pressures, metallic contacts between the Al powders are unlikely to be created, since severe spalling of Al powders was observed when the spaceholder material was removed from the water bath 3

127 Extended Summary in English during the dissolution stage. At higher compaction pressures, the samples often crack, sometimes leading to complete fracture. Moreover, the raw cane sugar particles are susceptible to crush or largely deform yielding to an imperfect geometry in the final Al-foam. The optimum compaction pressure decreases to 250 MPa in two cases: (1) when fine Al powders are used since these compacts exhibit higher density and (2) when the sugar volume ratio is above 65% due to the extended residual stresses that can lead to cracking of the compact in case of high compacting pressures. 4.3 Dissolution The initial removal rate is high since the water is in direct contact with the sugar crystals and decreases as leaching time increases, due to the fact that the dissolved molecules of the sugar have to travel through the narrow pore channels of the foam in order to diffuse in the water bath. It should be noted that the rate and total time of dissolution depend strongly on the size of the specimen. Heating up from 25 to 60 ο C leads to a 20% reduction of the dissolution time needed to completely remove the raw cane sugar from a compact having 65% vol. sugar with mean particle size of 0.70 mm. Complete removal of raw cane sugar from the green compact can be achieved by water leaching at room temperature for compacts having sugar volume ratio above 60% at the initial powder mixture. 4.4 Sintering All sintering procedures were performed under low or medium vacuum atmosphere to avoid extensive oxidation of the aluminium. Figure 3 shows a typical microstructure of the cell wall of the aluminum foams sintered under low vacuum at three different temperatures. The primitive particle boundaries can still be discerned in the cell walls, even in the dense regions due to the oxide layer of the Al powders. The preform microstructure is also shown in figure 3d. During the compaction stage the different size and mechanical properties of the Al powder and the raw cane sugar particles produce irregular stress and strain distribution in the compact. The Al powders close to the harder raw cane sugar particles are subjected to higher strains and the oxide films at their surfaces are more likely to be disrupted while the stresses and strains in the Al powders surrounded by touching raw cane sugar particles are lower leaving in most cases the oxide layer intact. The cell walls in the Al-foams manufactured under solid state sintering are not fully dense but contain some interstices, or voids, that probably originated from the compaction stage and are retained after sintering. The voids are considerably reduced when sintering is conducted in temperature above melting point of Al. Sintering at temperatures below 600 o C under low vacuum results in an insufficient bonding and requires a prolonged period for establishing bonding between the Al powders. Liquid-state sintering is desirable to achieve effective bonding between the Al powders. Provided that the oxide film of the Al powders has been ruptured to some extent, localised fusion can satisfactorily bridge and bind neighbouring powders, even though the initial metal metal contacts produced from the compaction stage are limited (compared with the total interfacial area among the Al powders) [6,18]. Given that the metal fluidity is required to be sufficient so as to fill the spaces between Al powders, the liquid Figure 3: SEM micrographs of cell walls of produced Al-foams sintered under low vacuum at (a) 600 o C, (b) 680 o C and (c) 750 o C, (d) Al matrix of the green product (without sintering) and (e) proposed sintering mechanism. sintering should be conducted in temperatures far above the melting point [7,9]. Under low vacuum atmosphere, when the sintering temperature was controlled in the range o C, the quality of the samples was generally preferable concerning microstructure (figure 4a and b). In this temperature range, the molten Al has a sufficient fluidity to flow through the disrupted surfaces between the Al particles, filling the nearby micro-pores between Al powders, but not high enough to separate from the foam and ooze out or fill the pores (figure 3e). Higher sintering temperature above 750 o C should be avoided because of the partial melting of the foam which results in nonuniform distribution of cell size and density in the foam as well as undesired shape. 4

128 Extended Summary in English Figure 4: Optimum Al-foam sintered under (a) low vacuum and (c) medium vacuum and (b) their structural characteristics. Under medium vacuum atmosphere the optimum temperature range is o C (figure 4c). Higher sintering temperature above 690 o C should be avoided because of the partial melting of the foam while sintering at temperatures below 650 o C leads to considerably low strength foam due to the thinner oxide layer. 4.5 Porosity of the foam Theoretically, the porosity of the foam is equivalent to the volume fraction of raw cane sugar in the initial Al/raw cane sugar preform, if the preform is 100% dense and all the raw cane sugar particles in the preform are completely dissolved away in the dissolution stage. In practice, two different behaviours are distinct: at higher volume fractions of raw cane sugar, the foam porosity is 1-4% higher than the calculated one whereas the opposite case appeared at lower volume fractions of raw cane sugar (figure 5a). Higher raw cane sugar content (above 55 vol %) increases the contacts between hard particles, forming tiny and complex cavities difficult to fill by the metal powders since the hard raw cane sugar particles act as a shield protecting the Al powder from being largely deformed. However, these retained porosities can not be entirely responsible for the difference in the theoretical and the actual porosity of the final Al-foam. The shrinkage of the compact during sintering can influence the structure and porosity of the resultant foam especially if Al is in liquid form during sintering. The shrinkage effect is intense at porosities lower than 55%, because the corresponding Al volume percentage increases and mitigates at higher porosities (figure 5b). The difference between the calculated and measured porosities can be thus ascribed to a joint effect of green porosity and shrinkage when the volume fraction of raw cane sugar is above 55% [2,6,18]. In porosities lower than 55% in most cases, the raw cane sugar particles in the sintered preform could not be dissolved completely (figure 5c). Taking into account that the Figure 5: (a) Variation between the actual porosity (P a) and theoretical porosity (P t) of the Al-foams, (b) indicative shrinkage percentage of the Al-foam after liquid sintering at 680 o C under low vacuum and (c) dissolution (%) of sugar versus the sugar volume fraction in the initial Al/sugar powder preform. shrinkage contribution increases with decreasing raw cane sugar volume percentage whereas the retained porosity decreases, it is understandable to have calculated porosities higher than the measured porosities. 5. Morphology and structure of the optimum produced foams The foams were observed to contain mainly two types of pores: macropores obtained as a result of raw cane sugar space-holder, and micropores on cell walls (indicated with the arrows), presumably resulting from the compaction and sintering process during the production of the Al-foam. Quantitative metallographic studies reveal that these micropores have an average pore size of 35μm, but could occasionally be as large 5

129 Extended Summary in English the macrostructures of the aluminum foam samples with different pore size having a porosity of 65%. Most of the pores were interconnected and the aluminum foams had an open cell structure, which was necessary to dissolve all sugar particles. The pores were distributed fairly uniformly in the material, and the pore size and shape represented the particle characteristics of the original space-holder particles considering the insignificant decrease in pore sizes due to the sintering shrinkage. The pore size was closely controlled by choosing raw cane sugar particles with appropriate grain size. The pore size distribution for the aluminum foam was not large because the size of carbohydrate particles was strictly selected. It is therefore possible to obtain a purposely tailored distribution of pore size in the foam by using sugar with different particle size ranges. In the longitudinal section, parallel to compacting direction, most of the pores were slightly deformed. The main reason was that the sugar particles changed their original shape and became flat along the compacting direction under the compaction effect leading to an increased circularity. Interconnectivity of the pore was measured from the geometrical model obtained by computed tomography using appropriate algorithm. Macropores become directly connected above a porosity of 65%, which may vary with the size of the spacer particles and the powders constituting the cell walls. For a porosity of 60% interconnectivity was estimated to be 95%. The interconnectivity of the Al-foams increases with porosity. Figure 6: Optical photographs of Al-foams sintered at 680 o C under low vacuum, having 60% porosity and mean pore size of (a) 0.35 mm, (b) 0.75 mm and (c) 1.3 mm, (d) morphological characteristics of pores. as 150 μm. Statistical analysis of macropore size revealed that Al-foam sintered using space-holder particles of mm created pore sizes ranging from 0.3 to 0.9 mm, accounting for 88% of the total pores (figure 6). It should be noted that the sintering temperature and the porosity of the foam influence the microporosity, given that the retained porosity of the compact as well as the shrinkage of the foam depends on those process parameters [6,18]. Usually metal foams are characterized by the cell topology (open or closed cell), cell size, cell shape and anisotropy. To evaluate these parameters, the obtained samples had been cut in the longitudinal and crosssectional direction with a precision diamond saw (to minimize the cell damage) and the morphological parameters had been measured in a 2D cross section by an image software tool. Since the mean area porosity is almost equal to the volume porosity of the foam, as measured from 450 tomographic images and the corresponding geometrical model, the 2D analysis of the pores is reliable. Three slices of each volume were studied which means that a quantitative analysis was performed on at least 500 pores. Because the pores were open a watershed algorithm was used to convert the open pores to close ones and calculate the mean cell size and cell size distribution. About 30 tomographic images were also used to validate the result. In order to describe the pore shape, the ratio of the largest pore axis divided by the smallest as well as circularity and pore surface were used. Figure 6 shows 6. Mechanical response under compressive loads Good reproducibility and predictability of compressive properties is important for applications of Al-foams. It was therefore necessary to study the effect of pore size and porosity on the reproducibility and predictability of properties of the open-cell Al-foams having different pore sizes. The compressive stress strain curves of several samples with different pore sizes are shown in figure 7a and b. The theoretical porosity is 60% and the percentages in the figures are the actual measured porosities. Sintering temperature and time was 680 o C for all the samples. There were only minor differences, regarding yield stress and initial densification strain between stress strain curves of samples with similar porosities. Additionally, it seems that these differences in compression behaviour were minimized for samples with pore size ranging between 0.25 and 0.5 mm. Therefore, the reproducibility and predictability of the compressive properties improved when the pore size of the foam decreased within the range of the investigated pore sizes. The variations in compressive stress strain as a function of pore size are shown in figure 7c, where the porosity is approximately 60%. Sintering temperature and time was 680 o C for all the samples. The results in the present investigation showed that at lower strains Al-foams with big pores (1-2 mm) had slightly higher stress values, with a yield stress of about 22 MPa, than those having smaller pores having a yield stress of about 17 MPa, whereas at higher strains (after the densification point) the reverse case was observed. The discrepancy in stress values was more pronounced with increasing strain after the densification point. However, there was no difference in the compression response of the foam having medium and small pores 6

130 Extended Summary in English Figure 7: Compressive stress-strain curves of Al foams having porosities of about 61% and a mean pore size of (a) 0.35 mm, (b) 0.75 mm and (c) various pore sizes. Sintering temperature: 680 o C under low vacuum. Figure 8: Compressive stress-strain curves of Al-foams having porosities of about 60%, mean pore size 0.70 mm with different (a) sintering temperatures, (b) Al powder size and (c) deformation rate. at strains lower than the point of densification. The slightly different compressive behaviour between the Al-foams with different pore sizes might be related to a change in the aspect ratio of the wall thickness against the edge length, since the effect of the cell wall becomes more and more notable with the increase of pore size, or could be attributed to the faster closure of small pores in early stages (lower strain regime) of compression. Typical compressive stress strain curves for the aluminium foams sintered at different temperatures in low vacuum atmosphere for 3h, having similar porosities of about 60% are shown in figure 8a. Higher compressive stresses and densification strains were observed by increasing the sintering temperature of the samples from 600 to 750 o C. The cell walls in the Alfoams manufactured under solid state sintering were not fully dense but contain some voids that probably originated from the compaction stage and were retained after sintering. The voids were considerably reduced when sintering is conducted at a temperature above melting point of Al. The cell walls were in this case denser and only a few micro-pores or voids could be observed, while very strong bonding among aluminum particles had been achieved after liquid state sintering. The plateau stress of the Al-foams studied depended also on the size of the Al powder (figure 8b). Despite the similar densification strains for foams with similar porosities, the foams produced using fine Al powder with a mean particle size of 100 μm display higher compressive strength (22.5 MPa) compared to the foams produced using coarse Al powder with a mean size of 225 μm (17 MPa); while the other production parameters were kept constant. This metal powder size dependency of the Al-foam was ascribed to a better bonding between smaller Al particles, probably due to the existence of a wider contact area between particles and to the reduced retained porosity of the compact mixture of Al/sugar powders when using finer metal particles. The deformation rate (within the examined range) did not influence the mechanical response of the Al-foam (figure 8c). 6.1 Energy absorption efficiency and capacity The energy absorption per initial volume of the energy absorber after a given compression strain is of great interest. A number of mechanisms contribute to energy 7

131 Extended Summary in English absorption in cellular solids. Some are related to the elastic, plastic or brittle deformation cell walls; others to the friction between the collapsed cell walls and the creation of surface. The relevant mechanisms for a particular foam depend on the behavior of the cell wall material (plastic or brittle) and the structure of the cells (open or closed) [4, 19]. Table 1 presents data for the compressive strength, onset strain of densification, energy efficiency and capacity for Al-foams with 0.40 relative density produced at different sintering temperatures and having several mean pore sizes. The sintering time strongly affects the magnitude of the compressive plateau stress. Thus, the Al-foams sintered at higher temperatures exhibit greater energy absorption capacity because of the higher compressive strength. However, increasing sintering temperature results in an increased slope of the linear plateau region leading thus to lower values of energy efficiency. Table 1: Experimental values for Al-foam with 0.40 relative density produced at different sintering temperatures and having several mean pore sizes. Temper./ Pore size [ o C/mm] Compr. strength [MPa] Strain e d Energy Efficienc at e d [%] Energy Absorption at e d [MJ/m 3 ] 600 / / / / / Figure 9: Relationship between (a) relative density and Young s modulus, (b) relative density and compressive yield strength of Al foams. (c) Stress-strain curves for Al-foams with 70% porosity and the corresponding efficiency curve. evidential of the change in the deformation mode of the cell struts. Also, it can be noted from the data presented in Table 1 that the pore size has a marginal effect on the energy absorbing capacity (within the pore range studied in the present work) with the exception of pores having mean diameter 0.70 mm, exhibiting lower energy absorption which can be explained as follows: The energy dissipation in compressive deformation mainly originates from two different sources: mechanism of cell wall collapse and friction between cell walls when they contact. Given that the plateau compressive stress is almost the same for the foams with mean pore size 0.7 and 0.35 mm it is inferred that due to the faster closure of small pores and subsequently the fracture of the struts in early stages (lower strain regime) of compression, the friction increases that imparts a large capacity for energy absorption [19]. 7. Deformation mechanisms The Young s modulus and compressive strength of the Al-foams obtained during this investigation were compared with the predictions of the Gibson Ashby model (figure 9a and b). The axes are scaled logarithmically subsequently the slope of the plots in figure 9a and b indicates the density exponent n. As a result, it is noted that the deformation mechanism of the Al foams differs based on relative density and can be divided into two regions: Region I in the lower relative density range (π/π s< 0.40) and Region II in the higher relative density range (π/π s> 0.40). It is noticeable that the deformation can be divided into two regions from the viewpoint of not only the compressive yield stress, but also Young s modulus. Thus the relative density π/π s = 0.40 can be taken as the critical relative density 7.1 Young s Modulus There exists a significant difference between the calculated modulus and the measured one, although both have the same trend of change: increasing for higher relative densities, as observed in all cellular solids (figure 9a). The reason for this difference can be ascribed mainly to the inherent strut structure of the foam manufactured by the dissolution of leachable space-holder and sintering of the green product. It should be noted that the produced Al-foams possess irregular and non-uniform struts e.g. curved struts of variable thickness. Since it has been reported that the Young s modulus of a porous structure is determined by the thinnest struts and that strut curvature can significantly reduce the modulus of metal the foams, the mass in the thickest regions of the struts contributes little to the overall Young s modulus [20,21]. This has the effect of reducing the Young s modulus of a porous structure for a given density, compared with models having struts with a uniform cross-sectional area. The Young s modulus of the Al-foams with higher relative densities is very sensitive to the homogeneity of strut thickness thus leading to a pronounced decrease in the Young s modulus of the Al-foams. Additionally, in Gibson and Ashby s model cell edges and faces were considered as perfect solid materials from which the porous materials were made. But in sintered materials involving the usage of space holders, the cell edges and faces contain micro-pores. Hence, the modulus in equation (1) E s, should be the modulus of the porous strut rather than that of the solid materials [3,22]. It should be also noted that Gibson and Ashby s model is generally good for cellular materials of relatively high porosity, typically above 70%. For low to medium porosity materials, it becomes questionable whether the 8

132 Extended Summary in English Figure 10: Macrographs of an Al-foam (a) with relative density 0.35 sintered under low vacuum, (b) with relative density 0.43 sintered under medium vacuum at different compressive strains. (c) FEM model of an Alfoam with relative density The deformation bands are shown with dotted lines. solid part can be considered as beams or plates. This may be one of the major reasons for the large discrepancy between the model and the test results. 7.2 Compressive strength It is reported that the value of density exponent n in figure 9b is governed by the deformation mode of the individual cell struts. The value of n for cell wall or strut bending is 2 and that for struts buckling is 3, while the value of n is 1 for cell strut yielding and fracture [3, 22]. As shown in figure 9b, the experimental value of n in Region I was 2.54, which is between 2 for the bending mode of cell walls and 3 for the buckling mode. Thus, it is likely that cell walls of compressed specimens in Region I predominantly deform by bending and buckling, which can be described as a localized plastic deformation. These local distortions are linked with the formation of deformation bands [3,8,9,22]. During straining of such low density Al-foam samples multiple deformation bands were formed, rather than a single one confirmed also by the FEM model (figure 10a and c). These deformation bands create also apparent serrations in the stress-strain curve (figure 9c). After a certain amount of straining and the formation of plastic bands, some cell wall fragments were ejected from the boundary cells, indicative of local brittle fracture attributed probably to strong strain hardening due to localization of strains, interference between cell surfaces and increasing constraints from the neighboring deformed cells thus leading to subsequent oscillations at the stress strain curves of Al-foams tested in compression. At large relative densities (π/π s) the cell struts become short and squat that they preferably yield axially before they bend [3,22]. Insofar as this will invalidate the beam-bending concept of Gibson Ashby model even if the exponent of n of region II is equal to 1.45, we conclude that the major mechanism of deformation is Figure 11: von Mises stresses developed in Al-foam with 60% porosity for several displacements and corresponding FEM stress-strain. Experimental stressstrain curves are also included. yielding by axial compression rather than bending. Uniform deformation was observed in this case rather than formation of localized bands (figure 10b).This lower compressive yield stress in experimental data at Region I results from the difference between the theoretical hypothesis of the Gibson Ashby model and the experiment. In the model, the pore walls are assumed to be solid metal. However, there are large numbers of micropores formed in the walls, acting as stress concentration regions that lead to marked deterioration in strength. The von Mises stresses computed by the FE model showed that when macroscopic forces are applied to the metal foam local overstresses develop in the struts mainly in struts orientated parallel to the compression direction. FEM model confirmed that cell strut bending and bucking is the predominant deformation mechanism although plastic yielding can appear in short struts (figure 11). The FEM stress-strain curve was in full agreement with the experimental ones. 8. Carburizing of porous materials Production of a carburized Al-foam can be achieved in one step process using raw cane sugar as a pore 9

133 Extended Summary in English Figure 12: Carburized porous aluminum with 60% porosity (a) macro and micro structure and (b) X-ray diffraction pattern using CuKa radiation. forming and carburizing medium and employing the dissolution-sintering production process. In this case the dissolution of the sugar is partially (about 70% wt of the sugar in the initial powder mixture) depending on the desired final thickness of the carbon layer. The process is conducted under medium vacuum (4*10-2 Torr). Heat treatment is employed at 400 o C temperature since TG-DTA measurement indicated that the decomposition of sugar is terminated around 400 o C. The holding time is about 30 min. Ensuant to the isothermal heating, the chamber is evacuated and backfilled with inert gas at least one time. Any remaining crystalline carbohydrate can be removed in a secondary heat treatment stage at a temperature of 640 o C for holding time of about 15. A cooling step until a temperature of around 500 o C is required in order avoid melting of the Al and then to evacuate the chamber and backfill with inert gas at least one time. Finally sintering is conducted at a partial pressure of inert gas, at 680 o C for 2h. Figure 12a shows an image of the macro and micro structure of porous carburized aluminum manufactured according to the proposed production method. The porous aluminum exhibits homogeneous distributed carbon layer around each pore. XRD measurements revealed that the carbon layer consist of graphite with the presence of fullerene C 60 and amorphous carbon. Phases of aluminum carbides and a small amount of aluminum oxide are also detected (figure 12b). Figure 13: Compressive stress-strain curves of pure and carburised Al-foam specimens having porosities of about 60% and mean pore size of (a) 0.35 mm, (b) 0.75 mm and (c) 1.35 mm. Sintering temperature: 680 o C Typical compressive stress strain curves for carburized and pure aluminium foams sintered in medium vacuum atmosphere having similar porosities of about 60% are shown in figure 13.The carburization did not yield to the expected enhanced mechanical strength although the young s modulus increased. Brittle strain softening behavior is observed leading to reduced reproducibility of mechanical properties. The strain softening behavior can be ascribed to the residual stress developed between the Al-Al 4C 3 [23] leading to the fracture of the brittle carbide phase and the onset of micro-cracks. Moreover XRD measurements of the carburized Alfoam specimen post compression (figure 12b) depict only a small amount of amorphous carbon without any picks of carbides indicating that during severe plastic deformation the C-rich supersaturated Al solid solution decomposes and closely approaches the equilibrium state corresponding to room temperature. This decomposition process also contributes to the strain softening behavior [24]. The electrochemical behavior of the Al-foam and carburized Al-foam was monitored by polarization measurements. For comparison, cast and sintered Al specimens were also tested. All electrochemical experiments were performed by a three-electrode technique33 in a glass cell containing a 3.5% w. NaCl 10

134 Extended Summary in English The feasibility for carburized foam production in an one step-process using crystalline raw cane sugar is among the advantages of the proposed porous production methodology. The considerable control of carburization process conducted at relatively low temperature (400 o C) leads to enhanced corrosion behaviour of the porous materials. Figure 14: Polarization curves of different specimens in a 3.5% NaCl solution, scanning rate:/0.1 mv/sec. electrolyte solution. As reference electrode a saturated calomel electrode (SCE) was used. The platinum wire was used as a counter electrode. All measurements were performed at room temperature with a scanning rate of 0.1 mv/sec. The curves of carburized Al-foam and cast specimen illustrate a pronounced active-passive transition by anodic polarization (figure 14) [25]. Moreover the polarization curves show higher passive current for Alfoam than for the cast material. This indicates that the Al-foam has lower corrosion resistance than the solid Al. The carburization of Al-foam moves their polarization curves to smaller current densities, improving corrosion resistance of the system. The micro-pores have a detrimental effect in the corrosive behavior of sintered specimen and Al-foam because of the increased internal surface areas of sintered parts, with respect to their exterior geometric surface areas, that can be subject to increased general corrosion and the lack of passivation within the micropores. As the corrosive medium gradually penetrates the micro-pores, the surface of the micro-pores acts as anode and the remaining surface as cathode, favoring the hydrogen production. 9. Conclusions Raw cane sugar, can be used as a new space-holder material for manufacturing metal foams with theoretical porosities in the range of 40-75%. Advantages of this method comprise considerable control of the pore size, density and the internal architecture of the foam. As an additional benefit, the proposed is capable of producing low-cost, environmentally friendly, net-shape metal foams with tailored distribution of pore size or relative density.a critical relative density π/πs = 0.40 is determined evidential of the change in the deformation mode of the cell struts. Substantial improvements in energy absorption behavior are possible by reducing the pore size of the foam and relative density, improving the pore size uniformity and increasing sintering temperature. The mechanical response of the porous Al was also evaluated by FEM modeling and the corresponding results reveal that there is a good agreement between the experimental and the computational ones. 10. References 1. B. Jiang, N.Q. Zhao, C.S. Shi, J.J. Li, Scripta Mater. 53 (2005) B. Jiang, Z. Wang, N. Zhao, Scripta Mater. 56 (2007) Y. Yamada, K. Shimojima, Y. Sakaguchi, M. Mabuchi, M. Nakamura, T. Asahina, T. Mukai, H. Kanahashi, K. Higashi, Adv. Eng. Mater. 2 (2000) M.F. Ashby, A.G. Evans, N.A. Fleck, L.J. Gibson, J.W. Hutchinson, H.N.G. Wadley, Butterworth Heinemann, Oxford, UK, J. Banhart, Prog. Mater. Sci. 46 (2001) N. Michailidis, F. Stergioudi, Mater. Design 32 (2011) N. Michailidis, F. Stergioudi, A. Tsouknidas, E. Pavlidou, Mat. Sci. Eng. A-Struct. 528 (2011) N. Michailidis, F. Stergioudi, D. N. Tsipas, Adv. Eng. Mater. 13 (2011) N. Michailidis, F. Stergioudi, A. Tsouknidas, Mat. Sci. Eng. A-Struct. (2011) in Press. 10. E. Maire, J.Y. Buffiere, L. Salvo, J.J. Blandin, W. Ludwig, J.M. Letang, Adv. Eng. Mater. 3 (2001) L. Salvo, P. Cloetens, E. Maire, S. Zabler, J.J. Blandin, J.Y. Buffiere, W. Ludwig, E. Boller, D. Bellet, 12. C. Josserond, Nucl. Instrum. Meth. B 200 (2003) N. Michailidis, F. Stergioudi, H. Omar, D.Ν. Tsipas, Adv. Eng. Mater. 10 (2008) N. Michailidis, F Stergioudi, H. Omar, D.Ν Tsipas, Mech. Mater. 42 (2010) N. Michailidis, F Stergioudi, H. Omar, D. Papadopoulos, D.N. Tsipas, Colloid Surf. A- Physicochem. Eng. Asp. 382 (2011) J.F. Despois, Y. Conde, C. San Marchi, A. Mortensen, Adv. Eng. Mater. 6 (2004) F.F. Lange, L. Atteraas, F. Zok, J.R. Porter, Acta Metall. Mater. 39 (1991) Y. Zhao, F. Han, T. Fung, Mat Sci Eng A-Struct A 364 (2004) X.F. Tao, Y.Y. Zhao, Scripta Mater. 61 (2009) A.P. Roberts, E.J. Garboczi, J. Mech. Phys. Solids 50 (2002) E. Andrews, W. Sanders, L.J. Gibson, Mat. Sci. Eng. A-Struct. 270 (1999) M. Hakamada, Y. Asao, T. Kuromura, Y. Chen, H. Kusuda, M. Mabuchi, Acta Mater. 55 (2007) C. Qiu, R. Metselaar, J. Alloy Compd. 216 (1994) A.A. Mazilkin, B.B. Straumal, E. Rabkin, B. Baretzky, S. Enders, S.G. Protasova, O.A. Kogtenkova, R.Z. Valiev, Acta Mater. 54 (2006) B. Zhang, Y. Li, F.H. Wang, Corros. Sci. 49 (2007)

135

136 Βιογραθικό ημείωμα Πποζωπικά ζηοισεία: Σηεπγιούδη Φανή ηος Γεωπγίος και ηηρ Μαπίαρ, γεννηθείζα ζηιρ 12 Ιοςλίος ηος 1984 ζηην Θεζζαλονίκη Βαζική εκπαίδεςζη: Από Σηοισειώδηρ Δκπαίδεςζη ζηο 93 ο Γημοηικό Σσολείο Θεζζαλονίκηρ Από ο Πειπαμαηικό Γςμνάζιο Θεζζαλονίκηρ Από ο Πειπαμαηικό Λύκειο Θεζζαλονίκηρ Σποςδέρ: Από Οκτώβριο 2003 μέχρι Ιούλιο 2007 Τμήμα Μησανολόγων Μησανικών ηος Απιζηοηελείος Πανεπιζηημίος Θεζζαλονίκηρ 30 Ιουλίου 2007 Κηίζη Γιπλώμαηορ Μησανολόγος Μησανικού Από Οκτώβριο 2007 μέχρι Οκτώβριο 2009 Γιαημημαηικό Μεηαπηςσιακό Νανοεπιζηήμερ και Νανοηεσνολογίερ ηος Απιζηοηελείος Πανεπιζηημίος Θεζζαλονίκηρ 17 Οκτωβρίου 2009 Κηίζη Μεηαπηςσιακού Γιπλώμαηορ Νανοεπιζηήμερ και Νανοηεσνολογίερ Δπαγγελμαηική δπαζηηπιόηηηα: Γιακπίζειρ ζσεηικέρ με ηη διαηπιβή: Τπίμηνη ππακηική άζκηζη ζε Τεσνικό Γπαθείο Από 1/4/2008 Δπικοςπία ζηη διεξαγωγή μαθημάηων ζηο Δπγαζηήπιο Μεηαλλογνωζίαρ, Τμήμα Μησανολόγων Μησανικών, Απιζηοηέλειο Πανεπιζηήμιο Θεζζαλονίκηρ Υποηποθία Απιζηείαρ 2009 από ηην επιηποπή επεςνών ηος Α.Π.Θ. Μεηεκπαίδεςζη ζε ηεσνικέρ Από 1/7/2010 μέχρι 15/8/2010 Δκπαίδεςζη ζε σπήζη αξονικού ηομογπάθος ακηίνων- Φ ζηο πανεπιζηήμιο ηος Cambridge, Αγγλία.

137 Επιζηημονικές εργαζίες ζε διεθνή περιοδικά και ζσνέδρια ζτεηικές με ηην παρούζα διαηριβή Ι. Έγκριηα διεθνή Περιοδικά 1) N. Michailidis, F. Stergioudi, H. Omar, D.Ν. Tsipas, Investigation of the Mechanical Behavior of Open-Cell Ni Foams, by Experimental and FEM Procedures, Advanced Engineering Materials 10 (2008), pp ) N. Michailidis, F Stergioudi, H. Omar, D.Ν Tsipas, An image-based reconstruction of the 3D geometry of an Al open-cell foam and FEM modelling, Mechanics of Materials 42 (2010), pp ) N. Michailidis, F Stergioudi, H. Omar, D.Ν. Tsipas, FEM modeling of the response of porous Al in micro-compression, Computational Material Science 48, (2010) pp ) N. Michailidis, F. Stergioudi, Establishment of process parameters for producing Al-foam by dissolution and powder sintering method, Materials and Design 32, (2011) pp ) N. Michailidis, F. Stergioudi, A. Tsouknidas, E. Pavlidou, Compressive response of Alfoams produced via a powder sintering process based on a leachable space-holder material, Materials Science and Engineering A 528, (2011) pp ) N. Michailidis, F. Stergioudi, D. N. Tsipas, Manufacturing of Open-Cell Metal Foams Using a Novel Leachable Pattern, Advanced Engineering Materials 13, (2011) pp ) N. Michailidis, F Stergioudi, H. Omar, D. Papadopoulos, D.N. Tsipas, Experimental and FEM analysis of the material response of porous metals imposed to mechanical loading, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects (2011), 382 (1-3) pp ) N. Michailidis, F. Stergioudi, A. Tsouknidas, Deformation and energy absorption properties of powder-metallurgy produced Al foams, Materials Science and Engineering A, (2011) in Press. II. Πρακηικά διεθνών ζσνεδρίων 1) N. Michailidis, F Stergioudi, H. Omar, D.Ν. Tsipas, Comparison of the response between 2D and 3D FEM models in compression of porous Al-foam, proceedings of the 6th International Conference on Porous Metals and Metallic Foams (METFOAM), 1-4 Semptember 2009, Bratislava, Slovakia. 2) N. Michailidis, F. Stergioudi, H. Omar, D.N. Tsipas, Fabrication of Open-Cell Al Foams and Evaluation of their Mechanical Response under Tension, AIP Conference Proceedings 1203 (2009), pp ) N. Michailidis, F Stergioudi, H. Omar, D. Papadopoulos, D.N. Tsipas, Experimental and FEM analysis of the material response of porous metals imposed to mechanical loading" accepted for oral presentation in 8th International conference of Eufoam (EUFOAM), July 2010, Borovets, Bulgaria. ΙΙΙ. Γίπλωμα εσρεζιηετνίας Ν. Μισαηλίδηρ, Φ. ηεργιούδη, Γ.Ν. Τζιπάρ, Παπαγωγή ποπωδών ςλικών ανοικηού κελιού με σπήζη κπςζηαλλικών ςδαηοδιαλςηών ςδαηανθπάκων ωρ πληπωηικό μέζο, ΟΒΙ 2010/

138

139 ΔΡΓΑΣΗΡΙΟ ΜΔΣΑΛΛΟΓΝΩΙΑ ΣΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΡΙΣΟΣΔΛΔΙΟ ΠΑΝΔΠΙΣΗΜΙΟ ΘΔΑΛΟΝΙΚΗ PHYSICAL METALLURGY LABORATORY MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT ARISTOTLE UNIVERSITY OF THESSALONIKI