Modeling of Spark Plasma Sintering Process

Abstract

الاسم الكامل: محمد عبد المجيد محمد زين عبد الحميد عنوان الرسالة: تصميم برنامج لمحاكاة طريقة الشرارة والبلازما للتشكيل من البودرة التخصص: قسم الهندسة الميكانيكية تاريخ الدرجة العلمية: مايو، 2016 عملية التصليب بإستخدام التيار الكهربائي المباشر وبمساعدة الظغط، هي أحد عمليات تصليب البودرة. حيث يستخدم التيار الكهربائي لتوليد الحرارة، نتيجة لمقاومة المادة لمرور التيار الكهربائي من خلالها. يطبق الضغط علي البودرة بالتزامن مع مرور التيار الكهربائي، مما يساعد في عملية التصليب. تصليب شرارة البلازما هو فرع من عملية التصليب المذكورة أعلاه، يكون فيه التيار مباشر ومتقطع، وهي عملية تحتوي علي أكثر من فيزياء، حيث أنها تحتوي جانب حراري وجانب كهربائي وجانب ميكانيكي. تتسبب بعض العمليات الأساسية في عملية التصليب أثناء تصليب شرارة البلازما. من هذه العمليات؛ الزحف، الإنتقال الكهربائي، الشد السطحي، وإنتقال المادة بسبب الإجهادات. في هذا البحث تم إنشاء نموذج محاكاة رقمي يحتوي علي أكثر من فيزياء، بغرض محاكاة عملية تصليب شرارة البلازما. العمليات الأساسية الأربعة المذكورة أعلاه، تم إعتبارها في نموذج المحاكاة. يسمح النموذج بدراسة بعض العوامل المؤثرة في عملية تصليب شرارة البلازما، وتأثيرها في جودة المنتج. من هذه العوامل الجهد الكهربائي، الضغط، و المدة الزمنية التي تبقي فيها درجة الحرارة عند أعلي قيمة. من الخصائص التي يمكن قياس جودة المنتج من خلالها، الكثافة والإجهادات الساكنة. يسمح نموذج المحاكاة أيضا بدراسة مدي تأثير كل من العمليات الأساسية الأربعة المذكورة أعلاه في عملية التصليب وتماسك حبيبات البودرة. تم التأكد من إعتمادية نموذج المحاكاة، وذلك بمقارنة نتائج النموذج مع بعض قياسات التجارب المعملية، مثل درجة الحرارة، وتوزيع الكثافة في العينة المنتجة. في هذه الدراسة أيضا، تم إجراء بعض التجارب المعملية، لدراسة تأثير بعض عوامل عملية تصليب شرارة البلازما علي جودة المنتج. هذه التجارب تمت علي مادة مركبة من الألومنيوم وأكسيد الألومنيوم. وذلك بقياس بعض الخصائص في العينات المنتجة مثل الصلابة. أظهرت النتائج المستخرجة من نموذج المحاكاة أن الكثافة في مركز العينة أعلي بقليل من الكثافة في المناطق المجاورة للأسطح الخارجية. كما أظهرت النتائج أن عملية الزحف لها التأثير الأكبر من بين العمليات الأساسية الأربعة التي تؤدي إلي عملية التصليب المذكورة أعلاه, وأن الإنتقال الحراري مؤثر بدرجة ملحوظة. خصوصا خلال فترة إبقاء درجة الحرارة عند أعلي قيمة لها