الکتروفورز سرامیک ها ،Ceramic Electrophoresis

الکتروفورز سرامیک ها (Ceramic Electrophoresis) در واقع روش ریخته‌ گری دوغابی است که نیروی الکتروشیمیایی جایگزین نیروی ثقلی و کشش سطحی می‌ شود. در این روش دو الکترود که به جریان پیوسته متصل می‌ باشند در داخل یک سوسپانسیون کلوئیدی و پایدار شامل ذرات سرامیکی قرار می‌ گیرد. بدین ترتیب در الکتروفورز سطح ذرات در داخل دوغاب باردار شده و تحت میدان الکتریکی به سمت الکترود با بار مخالف که قطعه در آن قرار گرفته حرکت نموده و روی آن رسوب می‌ کنند. بار الکترو استاتیک روی سطح ذرات از توزیع بارهای مثبت و منفی در فصل مشترک جامد و مایع ناشی می‌شود. بار الکترو استاتیک روی سطح ذره معادل مجموع بار یون‌ های مخالف در داخل قشر نازک مایع در اطراف سطح ذره می‌ باشد که مجموعا لایه مضاعف الکتریکی را شکل می‌ دهند. ماهیت ضخامت و دانسیته بار الکتریکی در این لایه نقش مهمی در پایداری دوغاب دارد. کنترل پتانسیل زتا عامل بسیار مهمی در کنترل این پوشش مضاعف دارد. پراکندگی یکنواخت پودر در دوغاب زمانی به دست می‌ آید که پتانسیل زتا (نیروی دافعه بین ذرات) در لایه مضاعف بالا باشد. سرعت جابجایی ذرات (سرعت الکتروفورستیک) به مقدار میدان الکتریکی اعمال شده بستگی دارد:
 
پراکندگی ایده‌ آل ذرات زمانی است که سوسپانسیون دارای ویسکوزیته و هدایت الکتریکی پایین بوده و از ثابت دی‌ الکتریک و دانسیته بالایی برخوردار باشد. معمولا سوسپانسیون‌ های آلی عملکرد بهتری دارند اما متاسفانه سمی بوده و پتانسیل الکتریکی بالایی لازم داشته و اغلب گران هستند. بنابراین در صنعت از محلول‌ های آبی بیشتر استفاده می‌شود. علاوه بر این احتمال مشکلات مربوط به الکترولیز آب و تشکیل حباب‌ ها در داخل سوسپانسیون و یا روی سطح الکترودها وجود داشته و معمولا منجر به یک رسوب متخلخل و غیرچسبنده‌ روی الکترود یا قالب می‌شود.
 
شکل سرامیک نهایی همان شکل الکترود است. از ویژگی‌ های این روش نسبت به ریخته‌ گری دوغابی می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
1- سرعت رسوب‌دهی 20-15 برابر بالاتر است.
2- تخلخل ظاهری بیشتر بدنه سرامیکی بخصوص در ولتاژهای بالا.
3- جذب آب کمتر توسط قالب (به عنوان یکی از الکترود ها) و بنابراین خشک کردن آن در دما های بالاتر و با سرعت بالاتر امکان‌ پذیر است.
4- می‌ توان تمام مراحل تولید را اتوماتیک کرد.
5- حساسیت زیادی به پارامتر های رئولوژیکی دوغاب ندارد.
قالب مورد استفاده در این روش باید خصوصیات زیر را داشته باشد:
1- ارزان قیمت باشد تا قابلیت رقابت با قالب گچی را داشته باشد.
2- هدایت الکتریکی بالایی داشته باشد.
3- مقاومت خوب در برابر خوردگی الکتروشیمیایی داشته باشد تا اینکه دچار خوردگی نشده و دوغاب را آلوده نکند.
4- متخلخل بودن.
به نظر می‌ رسد که فلزات گزینه مناسبی باشند اما به دلیل اکسید شدن علاوه بر اینکه رنگ بدنه سرامیکی عوض می‌شود هدایت الکتریکی آن ها نیز کاهش می‌یابد. از طرفی با حضور اکسیژن اضافی در سطح آند باعث سوزنی شدن قطعه می‌ شوند. بعد از فلزات، گرافیت مناسب‌ ترین ماده است زیرا سطح آن صاف بوده و بنابراین رسوب شکل گرفته به راحتی از آن جدا می‌ شود. با متخلخل بودن قالب مشکل مربوط به اکسیژن تولید شده ناشی از تجزیه آب حل می‌شود چرا که اکسیژن به داخل تخلخل‌ ها جذب شده و سطح قطعه را متخلخل نمی‌ کند. از طرفی جدا شدن قطعه از قالب را آسانتر می‌ کند.
از این روش برای ساخت کامپوزیت‌ های سرامیک - گرافیت با ایجاد پوششی از یک سرامیک روی شبکه‌ ای از الیاف‌ کربنی استفاده می‌ شود. از مهم ترین آن ها می‌ توان به کامپوزیت اشاره نمود که در سازه‌ های هوا و فضا کاربرد دارد. در حقیقت حضور فیبر های طولانی کربنی چقرمگی کاربید سیلیسیم را افزایش می‌ دهد. در این حالت پلاکت‌ های کربنی به عنوان الکترود بوده که در دوغاب کاربید سیلیسیم قرار می‌ گیرند. با اندازه‌گیری پتانسیل زتا در pH مختلف می‌ توان حالت پایداری دوغاب کاربید سیلیسیم را مشخص کرد. جریان لازم معمولا 1 الی 5 میکروآمپر بوده و فاصله پلاکت‌ ها حدود 2 سانتی‌ متر است. پوشش‌ های همگن و چسبنده در شدت جریان‌ های ضعیف (5 میکروآمپر) و زمان کوتاه 5 دقیقه حاصل می‌شود. با اعمال ولتاژ های بالا و زمان‌ های طولانی احتمال الکترولیز آب و نفوذ اکسیژن به داخل پوشش وجود دارد.