تولید ابزار برش از سرامیک/ محققان ایرانی سخت‌ترین الماسه جهان را می‌سازند

گروه علم و فناوری خبرگزاری آنا،  ابزارهای برنده یا ساینده یکی از نیازهای اولیه تراشکاری به شمار می‌رود. این ابزار با نام لبه‌های برش نیز شناخته می‌شوند و جنس آن بسته به نوع فلز قطعه کار (جنس فلزی که قرار است تراش بخورد) متفاوت است. درواقع سختی لبه‌های برش باید از فلز قطعه کار سخت‌تر باشد تا توانایی بُراده‌برداری را داشته باشد. فرایند تراشکاری شامل لرزش‌ها و ارتعاشات بسیاری می‌شود، بنابراین ابزارهای برنده یا ساینده باید چقرمگی بالایی داشته باشند تا این فشار را تحمل کرده و نشکنند.

در صنایع مختلف از انواع گوناگونی از لبه‌های برش یا ابزار برنده و ساینده استفاده می‌شود.  لبه‌های برش براساس نوع و اندازه به گروه‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. این ابزار در سوراخ‌کاری فلز، حفاری، ابزارهای تراش و دستگاه برش فلز مورد استفاده قرار می‌گیرند. حتی یک مته نیز نوعی ابزار برش به شمار می‌رود،  معمولاً نوک مته‌ها متفاوت بوده و از جنس سخت‌تری ساخته شده است.

الماسه از الماس نیست!

سخت‌ترین ماده روی زمین الماس است اما این ماده گرانبها و نایاب بوده و کاربردهای بسیاری دارد، بنابراین گزینه مناسبی برای ساخت لبه‌های برش نیست. بعد از الماس، «تیغه‌بر مکعبی» سخت‌ترین ماده است اما فرایند سنتز این ماده دشوار بوده و قیمت آن نیز بسیار بالاست. این ماده به شکل لایه نازکی روی سطح می‌نشیند بنابراین گزینه مناسبی برای ساخت لایه‌های برش به شمار نمی‌رود.

ابزارهای ساینده و برنده فعلی بر پایه  «کاربید تنگستن» ساخته می‌شوند که سختی بسیار بالایی دارد. این ماده به روش ذوبی تهیه نمی‌شود چراکه دمای ذوب آن فوق‌العاده بالاست. کاربید تنگستن معمولاً با روش متالورژی پودر تولید می‌شود که این امر چقرمگی ماده را به شدت کاهش می‌دهد. به عبارت دیگر کاربید تنگستن تولیدشده به روش متالورژی پودر فوق‌العاده ترد بوده و با نخستین لرزش‌ها و ارتعاشت می‌شکند.

متالورژی پودر نام فرایندی است که در آن مواد ریز با هم ترکیب شده و سپس پرس می‌شوند. در مرحله بعدی ماده در محیط کنترل‌شده حرارت داده می‌شود تا اتصال بین ذرات و خواص مورد نظر ایجاد شود.

سرامیک؛ بهترین گزینه برای الماسه

سرامیک‌های فوق دما بالا نام گروهی از سرامیک‌های مبتنی بر برید، نیترید و کاربید برخی فلزات از جمله تیتانیوم، زیرکونیوم، تانتالوم و هافنیم است. کاربید این فلزات سختی فوق‌العاده بالایی دارد، از سوی دیگر دمای ذوب آنها بیش از ۳ هزار درجه سانتی‌گراد است. کاربید نوعی ترکیب شیمیایی بوده که از کربن و یک عنصر با الکترونگاتیویته کمتر تشکیل شده است. نوع بریدی این فلزات نیز خاصیت رسانایی الکتریکی بالایی دارد.

در صنعت فضایی، هوایی و موشکی از سرامیک‌های فوق دما بالا برای ساخت لبه‌های پرتاب (قسمت‌هایی از موشک و فضاپیما که تحت دمای بسیار بالا قرار می‌گیرند)  استفاده می‌شود.  سنتز این مواد بسیار دشوار است، بنابراین از سرامیک‌های فوق دما بالا به ندرت استفاده می‌شود. کاربرد این مواد سرامیکی محدود به صنایع هوافضا نیست با این حال پژوهش‌های انگشت‌شماری در خصوص کاربردهای صلح‌آمیز این ماده انجام شده است.

ساخت الماسه به سبک ایرانی

حال محققان ایرانی برای نخستین بار در جهان کامپوزیت‌های سرامیکی فوق دما بالا  و تقویت‌شده تولید کرده‌اند بهزاد نایبی دانش‌آموخته مقطع دکتری مهندسی مواد از دانشگاه صنعتی امیرکبیر و یکی از اعضای تیم پژوهشی «تولید کامپوزیت‌های سرامیکی فوق دما بالا و تقویت‌شده با فازهای کاربیدی درجا به روش تف‌جوشی پلاسما جرقه‌ای» است.

به گفته نایبی؛ زیرکونیوم دی‌براید و تیتانیوم دی‌براید سختی بسیار بالایی دارند اما ساخت قطعه با آنها کار دشواری است. از سوی دیگر لایه‌نشانی این مواد نیز به‌آسانی انجام نمی‌شود. کامپوزیت سرامیکی فوق دما بالا و تقویت‌شده با استفاده از روش‌های نوین متالورژی پودر یا تف‌جوشی ساخته شده است. سختی این ماده نوین از هر کامپوزیتی بالاتر است. سختی و چقرمگی از ویژگی‌های مهم ماده سازنده ابزار برش به شمار می‌رود، سختی توانایی تراشکاری و چقرمگی توانایی تحمل ارتعاشات را به ابزار می‌دهد.

روش به کار رفته در ساخت این کامپوزیت تف‌جوشی پلاسمای جرقه‌ای نام دارد. این ماده نخستین کامپوزیت با سختی فوق‌العاده بالا است که چقرمگی شکست چشمگیری دارد. این دو ویژگی باعث شده که این کامپوزیست ماده مناسبی برای ساخت ابزارهای تراشکاری و لبه‌های برش باشد.

کارخانه‌های تولید مقاله؛ دلیل بی‌اعتماد صنعت به دانشگاه است

نایبی می‌گوید؛ ایده اولیه ساخت کامپوزیت سرامیکی فوق دما بالا سال ۹۲ در دانشگاه تبریز شکل گرفت. در سال ۹۶ توسعه این طرح در دانشگاه صنعتی امیرکبیر شروع شد و در سال ۹۸ به نتیجه رسید. این پروژه حدود ۴۰۰ میلیون تومان هزینه داشته که به صورت شخصی پرداخت شده است. دریافت حمایت از نهادهای مربوطه روند بسیار طولانی دارد که این امر باعث دلسردی پژوهشگران می‌شود.

طی سال‌های اخیر بخش پژوهشی کشور به سوی تولید مقاله رفته و تبدیل به کارخانه تولید مقاله شده است.  اکثر این مقالات کاربردی نیستند، درواقع تولید مقاله تبدیل به یک تجارت شده است. این امر باعث سلب اعتماد صنایع داخلی به تولیدات دانشگاهی شده است. بخش خصوص اعتمادی به داده‌های دانشگاه ندارد و ترجیح می‌دهد دانش فنی را از کشورهای خارجی خریداری کند. از سوی دیگر بوروکراسی‌ها و کاغذبازی اداری بخش دولتی باعث می‌شود که اکثر افراد عطای دریافت حمایت یا تجاری‌سازی محصول را به لقایش ببخشند. این امر باعث شده که بسیاری از مخترعان و دانشمندان برای تجاری‌سازی محصولات و ثبت اختراع  به کشورهای خارجی بروند.

انتهای پیام/۴۰۲۱/