علم سرامیک

مقدمه :

زمان ظهور نانوسراميك‌ها را مي‌توان دهة 90 ميلادي دانست. در اين زمان بود كه با توجه به خواص بسيار مطلوب پودرهاي نانوسراميكي، توجهاتي به سمت آنها جلب شد، اما روشهاي فرآوري آنها چندان آسان و مقرون به‌صرفه نبود. با پيدايش نانوتكنولوژي، نانوسراميك‌ها هرچه بيشتر اهميت خود را نشان دادند. در حقيقت نانوتكنولوژي با ديدگاهي كه ارائه مي‌كند، تحليل بهتر پديده‌ها و دست‌يافتن به روشهاي بهتري براي توليد مواد را امكان‌پذير مي‌سازد.

شكل‌گرفتن علم و مهندسي نانو، منجر به درك بي‌سابقة اجزاي اوليه پايه تمام اجسام فيزيكي و كنترل آنها شده‌است و اين پديده به‌زودي روشي را كه اغلب اجسام توسط آنها طراحي و ساخته مي‌شده‌اند، دگرگون مي‌سازد.

نانوتكنولوژي توانايي كار در سطح مولكولي و اتمي براي ايجاد ساختارهاي بزرگ مي‌باشد كه ماهيت سازماندهي مولكولي جديدي خواهندداشت و داراي خواص فيزيكي، شيميايي و بيولوژيكي جديد و بهتري هستند. هدف، بهره‌برداري از اين خواص با كنترل ساختارها و دستگاهها در سطوح اتمي، مولكولي و سوپرمولكولي و دستيابي به روش كارآمد ساخت و استفاده از اين دستگاهها مي‌باشد. هدف ديگر، حفظ پايداري واسط‌ها و مجتمع ‌نمودن نانوساختارها در مقياس ميكروني و ماكروسكوپي مي‌باشد.

هميشه با استفاده از رفتارهاي مشاهده‌شده در اندازه‌هاي بزرگ، نمي‌توان رفتارهاي جديد در مقياس نانو را پيش‌بيني كرد و تغييرات مهم رفتاري صرفا" به‌خاطر كاهش درجة بزرگي اتفاق نمي‌افتند، بلكه به دليل پديده‌هاي ذاتي و جديد آنها و تسلط‌يافتن در مقياس نانو بر محدوديتهايي نظير اندازه، پديده‌هاي واسطه‌ا‌ي و مكانيك كوانتومي مي‌باشند.

نانوسراميك‌ها :

نانوسراميك‌ها، سراميك‌هايي هستند كه در ساخت آنها از اجزاي اوليه در مقياس نانو (مانند نانوذرات، نانوتيوپ‌ها و نانولايه‌ها) استفاده شده‌باشد، كه هركدام از اين اجزاي اوليه، خود از اتمها و مولكولها بدست آمده‌اند.

بعنوان مثال، نانوتيوپ يكي از اجزاي اوليه‌ا‌ي است كه ساختار اولية كربن c₆₀ را تشكيل مي‌دهد. به‌طور كلي فلوچارت سازماندهي نانوسراميك به شكل زير مي‌باشد :  

بنابراين مسير تكامل نانوسراميك‌ها را مي‌توان در سه مرحله خلاصه كرد :

مرحلة 1 : سنتز اجراي اوليه
مرحلة 2 : ساخت ساختارهاي نانو با استفاده از اين اجزاء و كنترل خواص
مرحلة 3 : ساخت محصول نهايي با استفاده از نانوسراميك بدست‌آمده از مرحلة دوم
ويژگيها :

ويژگيهاي نانوسراميك‌ها را مي‌توان از دو ديدگاه بررسي كرد. يكي ويژگي نانوساختارهاي سراميكي، و ديگري ويژگي محصولات بدست‌آمده است.

ويژگيهاي نانوساختارهاي سراميكي :

كوچك، سبك، داراي خواص جديد، چندكاركردي، هوشمند و داراي سازماندهي مرتبه‌ا‌ي.

ويژگيهاي محصولات نانوسراميكي :

-          خواص مكانيكي بهتر: سختي و استحكام بالاتر و انعطاف‌پذيري كه ويژگي منحصربه‌فردي براي سراميك‌هاست.

-          داشتن نسبت سطح به حجم بالا كه باعث كنترل دقيق بر سطح مي‌شود.

-          دماي زينتر پايين‌تر كه باعث توليد اقتصادي و كاهش هزينه‌ها مي‌گردد.

-          خواص الكتريكي، مغناطيسي و نوري مطلوب‌تر: قابليت ابررسانايي در دماهاي بالاتر و قابليت عبور نور بهتر.

-          خواص بايويي بهتر (سازگار با بدن).

كاربردها :

نانوتكنولوژي باعث ايجاد تحول چشمگيري در صنعت سراميك گشته‌است. در اين ميان نانوسراميك‌ها، خود باعث ايجاد تحول عظيمي در تكنولوژي‌هاي امروزي مانند الكترونيك، كامپيوتر، ارتباطات، صنايع حمل‌ونقل، صنايع هواپيمايي و نظامي و … خواهندشد. برخي كاربردهاي حال و آينده نانوسراميك‌ها در جدول زير آمده‌است.

 

منبع:فصلنامه سرامیک ایران

گروه میکا شامل 37 کانی می باشد . این کانی ها با نام فیلو سیلیکات ها (phyllosilicates) هستند که دارای ساختاری صفحه ای یا لایه ای هستند. واژه ی یونانی فیلون (phyllon) به معنای برگ است. برخی از کانی های میکا در جدول 1 آورده شده است. همچنین علاوه بر اسم آنها مکان های وجود منابع عمده ی آنها نیز آورده شده است. میکا ها همچنین بر اساس میکاهای واقعی (truemica) و ترد (brittle) نیز طبقه بندی می شوند. میکاهای واقعی که دارای کاتیون های تک ظرفیتی (مانند k^+ و〖Na〗^+ ) در میان لایه هایشان هستند، از خود خواص ورقه ورقه شده نشان می دهند. این مواد به آسانی به صفحات نازک تبدیل می شوند. در میکاهای ترد، بین لایه ها کاتیون های دو ظرفیتی (مانند 〖Ca〗^(2+) ) وجود دارد. پیوند این کاتیون ها و لایه ها قوی است. اگر چه این مواد نیز خاصیت ورقه شدن دارند اما نسبت به نوع واقعی ترد ترند. میکاهای ترد کانی های کمیابی هستند و استفاده از آنها زیاد نیست.



موسکویت (Muscovite) ، یک نوع میکا است که کاربرد عمده ای دارد. این میکا به خاطر خواص الکتریکی فوق العاده و فراوانی ، کاربردهای فراوانی یافته است.
فلوگوپیت (phlogopite) نوعی کانی است که در دمای بالا پایدار است؛ از این رو از آن در کاربردهایی استفاده می شود که در آنها نیاز به پایداری در دمای بالا و خواص الکتریکی مورد نیاز باشد. هردوی این کانی ها (موسکویت وفلوگوپیت) به صورت صفحه ای و آسیاب شده استفاده می شوند.



میکاها در سنگ های آذرین، رسوبی و دگرگون تشکیل می شوند.( این کانی ها در محیط های مختلف زمین شناسی تشکیل می شوند) . علت تشکیل این مواد در گسترده ی وسیعی از محیط های زمین شناسی پایداری گرمایی این مواد است. شکل 1 دیاگرام فشار – دما برای میکای موسکویتی است. در دمای بسیار بالا (بیشتر از )، این نوع میکا ناپایدار می شود و در حضور کوارتز تجزبه گشته و به فلدسپار پتاسیک و سیلیمانیت (sillimanite) تبدیل می شود.(طبق فرمول زیر):



سیلیمانیت فلدسپارتپاسیک کوارتز موسکوویت
موسکوویت در سنگ های دگرگون کم ارزش تشکیل می شود. در این مکان ها موسکوویت از پیروفیلیت تشکیل می شود. این فرآیند در کریستالیزاسیون اولیه ی کانی های آذرین مانند گرانیت ها و پگماتیت ها (Pegmatites) نیز رخ می دهد.
در سنگ های رسوبی مخصوصا آرنیت (arenites) نیز فرآیند تشکیل موسکویت اتفاق می افتد. موسکوویت در بسیاری از بخش های ایالات متحده ی آمریکا به صورت محدود وجود دارد.
بزرگترین تولید کننده ی میکا، روسیه است. این کشور یک سوم نیاز سالانه ی این ماده را تولید می کند. ایالات متحده ی آمریکا سالانه 75000 تن میکای ورقه ای و ذره ای تولید می کند. اگر چه ایالات متحده ی آمریکا از لحاظ تاریخی تولید کننده ی صفحات میکایی است ولی منابع داخلی این ماده به پایان رسیده و از این رو این کشور تنها به تولید میکای ورقه ای و ذره ای می پردازد.
مصرف عمده ی میکای آسیاب شده به عنوان پرکننده در اجزای اتصال دهنده ی دیواره های گچی (ژیپسی) است . استفاده از پر کننده های میکایی موجب تولید سطوح صاف می شود، کارایی را بهبود داده و از گسترش ترک جلوگیری می کند. از این مواد همچنین در رنگ ها، محصولات رابری قالب گیری مانند تایرها و خمیر دندان کاربرد دارند. از میکای فلس مانند به عنوان جایگزینی در لقمه ترمزها و صفحه کلاچ استفاده می شود.
هند بزرگترین تولید کننده ی میکای مورد استفاده در ساخت صفحات موسکوریتی (muscovite sheet meca) است. ماداگاسکار نیز بخش عمده ای از میکای مورد استفاده در ساخت صفحات فلوگوپیت را مهیا می کند. قیمت میکای صفحه ای از کمتر از یک دلار بر کیلوگرم برای کیفیت پایین تا 2000 دلار بر کیلوگرم برای نوع با کیفیت متغیر است. از نوع با کیفیت بالای میکای موسکویتی در ساخت دی الکتریک مورد استفاده در خازن ها استفاده می شود.

سیلیکات ها
فلدسپار
فلدسپارها یک گروه مینرالی بزرگ هستند واین تخمین زده شده است که بیش از 60 درصد پوسته ی زمین را تشکیل می دهند. (همانگونه که در جدول 1 دیده می شود) این گروه مینرالی در بسیاری از سنگ های رسوبی و تقریبا در تمام سنگ های آذرین و دگرگون یافت می شوند.



صنعت شیشه سازی بیشتر فلدسپارهای تولیدی را مصرف می کند. فلدسپار منبع اکسید آلومینوم است. این ماده خواص مکانیکی شیشه مانند مقاومت در برابر خراش و قابلیت مقاومت در برابر شک حرارتی آن را افزایش می دهد. فلدسپار همچنین در بدنه های سرامیک وایت ویر (whiteware) به عنوان فلاکس استفاده می شود. این ماده باعث ایجاد فاز شیشه ای در هنگام پخت بدنه می شود و استحکلام و حالت زجاجی (translucency) بدنه را افزایش می دهد.
کره ی جنوبی بزرگترین تولید کننده ی فلدسپار در جهان است. تولید سالانه ی فلدسپار در ایالات متحده ی آمریکا 800000 تن است که این میزان ارزشی برابر 45 میلیون دلار دارد. ایالات کالیفورنیا، کارولینای شمالی و کانوکتیکات بزرگترین تولید کنندگان فلدسپار هستند.
رویه ی اصلی در فرآیند استخراج و استفاده از فلدسپار شامل موارد زیر است:
1)سوراخ کاری و انفجار توده ی معدنی
2)انتقال سنگ معدن به آسیاب و خردایش آن (فرآوری فیزیکی)
3)جدا سازی مینرال ها به روش فلوتاسیون (این فرآیند بر اساس قابلیت ترشوندگی متفاوت مواد در محلول آبی اتفاق می افتد).
4)خشک کردن
5)آسیاب کردن تا رسیدن به اندازه ی ذره ی زیرمش 200 (75Mm) برای کاربردهای صنتعت سرامیک
درفرآیند فلوتاسیون هوا به داخل سوسپانسیونی از مینرال های خردایش یافته دمیده می شود. در این حالت در محلول کف تشکیل می شود. ذرات تر شده (ذرات آب دوست) در سوسپانسیون باقی می مانند در حالی که ذرات آب گریز جذب حباب های هوا شده که با جدا سازی کف ها می توان مینرال های مورد نظر را جدا سازی نمود. عوامل متنوعی مانند آمینو اسیدها (این مواد دارای وزن ملکولی بالایی هستند) را می توان برای افزایش قابلیت تر شوندگی نسبی مواد جامد در مخلوط ، استفاده کرد. این عوامل به طور گزینشی بر روی سطح مواد خاص مخلوط ، جذب می شوند. این فرآیند در مراحل زیر انجام می شود:
1)جدایش میکا
2)جدایش مینرال های آهن دار مخصوصا گارنت
3)جداسازی فلدسپار از مواد ته نشست شده مانند کوارتز
رس ها و کائولن
رس جزء عمده ی سرامیک های سنتی است. این مواد عموما سیلیکات های لایه ای با اندازه ی دانه ی زیر 2 میکرون هستند. هر لایه ی سیلیکاتی را می توان به عنوان یک کانی رسی تعریف کرد. شش نوع تجاری از رس ها وجود دارند. این انواع در جدول 2 به صورت لیست وار آورده شده است. این رس ها از لحاظ ترکیب، پلاستیسیته، رنگ و خواص پخت متفاوت اند.



هوازدگی مکانیکی و شیمیایی فلدسپارها در سنگ های آذرین و دگرگون شده باعث تشکیل کائولن می شود.(کائولن یک جزء کلیدی در خاک چینی است) . کائولن تشکیل شده می تواند در همان محل متلاشی گردد و یا ابتدا بوسیله ی آب یا باد به محل دیگری منتقل شود و در آنجا متلاشی گردد. ذخایر کائولن اولیه در محل سنگ اولیه وجود دارند. این نوع کائولن دارای مقادیر زیادی کوارتز و میکا است که در حین فرآیند هوا زدگی تشکیل گشته اند. ذخایر بزرگی از کائولن اولیه در جنوب شرقی انگلستان ، اکراین و چین یافت می شود.
کائولن های ثانویه، کائولن هایی هستند که به طور طبیعی از سنگ های اصلی شسته شده اند. و سپس در مکان های دیگر رسوب کرده اند. این مواد به طور طبیعی فرآوری گشته اند و دارای خلوص بیشتری هستند. ذخایر تجاری و اصلی کائولن ثانویه در ایالات متحده آمریکا 50 میلیون سال پیش تشکیل شده اند. این ذخایر به صورت کمربندی در خط ساحلی قدیمی ازشمال آلاباما تا کارولینای شمالی کشیده شده است.
منبع:منبع انگلیسی مقاله : Ceramic Marterial /C.Barry Carter .M.Grant Norton

سنگ های آذرین

این مواد وقتی تشکیل می شوند که ماگما در نزدیکی پوسته و یا در خارج از پوسته و در سطح زمین سرد و جامد می شود. واژه ی آذرین (igneous) از واژه ی ignis که یک واژه ی لاتین است ، گرفته شده است. ignis به معنای آتش است. وسنگ های آذرین به معنای سنگ های بوجود آمده از آتش است. ماگما از عناصری چون سیلیس، آلومینیوم، اکسیژن، سدیم ، پتاسیم، کلسیم ، آهن و منیزیم غنی است. جدول 2 گستره ی ترکیب عناصر عمده ی موجود در سنگ های آذرین را نشان می دهد.



اینها عناصری هستند که وقتی با سیلیس ترکیب شوند، تشکیل سیلیکات می دهند. سیلیکات ها به تنهایی 90 درصد از سنگ های آذرین را تشکیل می دهند. تمام کانی های سیلیکاتی از گروه های سیلیکات تشکیل شده اند.طبقه بندی کانی های سیلیکاتی بر اساس نحوه ی ترکیب این گروه ها انجام می شود. ویژگی مینرال های بوجود آمده ازماگما به ترکیب شیمیایی و دمای ماگما بستگی دارد. نحوه ی کرستالیزاسیون کانی های سیلیکاتی اصلی بوسیله ی واکنش های زنجیره ای Bowen توصیف می گردد که در شکل 2 این واکنش ها را می ببیند. اولوین (Olivine) و فلوسپار کلسیم دار در دمای بالا تشکیل می شوند. و این امکان وجود دارد که در همان ابتدای تشکیل از مذاب جدا شوند. همین طور که دما کاهش می یابد، سایر کانی ها نیز از مذاب به جامد تبدیل می شوند. آخرین کانی هایی که کریستالین می شوند عبارتند از : فلدسپار پتاسیک، میکای موسکویتی (mic muscovite) و کوارتز. این مواد جزء اصلی گرانیت (granite) را تشکیل می دهند.



در پایان آب موجود در ماگما فلزات و گوگرد موجود در ماگما را در خود حل کرده و با نفوذش در ترک ها سبب تشکیل رگه هایی از سولفید در سنگ ها می شود.

سنگ های دگرگون

سنگ های دگرگون دارای ساختار دگرگون هستند که در آنها استحاله های شیمیایی رخ داده است. این تغییر دگردیسی یا دگرگونی نامیده می شود (metamorphism or metamorphosis) استحاله ی رخ داده در این سنگ ها به دلیل اعمال دما و فشار بالا بر سنگ بستر اولیه است. این فشار و دمای بالا در اعماق لایه های زمین پدید آمده است. این دگرگونی در حالت جامد رخ می دهد بدون آنکه ماده ی اولیه ذوب شود و نتیجه آن تشکیل کانی های جدید مانند کیانیت (kyanite)، استارولیت (Staurolite) ، سیلیمانیت (Sillimanite)، آندالوزیت (andalusite)، و گارنت (garnets) می شود . سایر کانی ها مانند درصد ناچیزی از سنگ های آذرین ممکن است در سنگ های دگرگون وجود داشته باشند. البته این نوع کانی ها لزوما به خاطر فشار و دمای بالای صفحات تشکیل نشده اند. و در نمونه ی سنگ اولیه وجود داشته اند. واژه ی دگرگون (metamorphic) واژه ای است که در اصل یونانی است و از دو واژه ی متا (mata) به معنای تغییر و مورفی (morphe) به معنای شکل تشکیل شده است.

سنگ های رسوبی

این نوع از سنگ ها هنگامی تشکیل می شوند که ذرات کوچک و یا کریستال های با خاصیت ته نشین شوندگی به همدیگر بچسبند . سنگ های رسوبی به سنگ های شیمایی(chemical) یا کلاسیک (clasic : جدا شونده) طبقه بندی شوند. سنگ های رسوبی کلاسیک هنگامی تشکیل می شوند که ذرات سنگ ریزه ی تولید شده بوسیله ی هوازدگی شیمیایی و فیزیکی بوسیله ی آب، یخ و باد به مکان های جدید منتقل شوند و به همدیگر بچسبند.
سنگ های رسوبی شیمیایی هنگامی تشکیل می شوند که یون هایی با قابلیت حل شوندگی بالا مانند یون های سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم، کلر، سولفات، کربنات و فسفات از سنگ های اولیه در آب حل شوند و رسوب دهی ثانویه در آنها اتفاق افتد. این مواد تشکیل لایه هایی در کف اقیانوس ها و دریاچه ها می دهند و در همان مکان به همدیگر می چسبند. ترکیب سنگ های رسوبی به موارد زیر بستگی دارد:
1)ترکیب شیمیایی منبع سنگ اولیه
2) مقاومت شیمیایی و مکانیکی هر جزء کانی
3)مسافت پیموده شده بوسیله ی مواد تشکیل دهنده سنگ رسوبی
کانی های پایدار مانند کوارتز معمولا جزء اصلی سنگ های رسوبی هستند و همچنین کانی های کمیاب (مانند گارنت، روتایل (rutile) و زیرکن) نیز در این سنگ ها دیده می شود.
اگر چه فلدسپار کانی با مقاومت پایین است اما این ماده به عنوان یکی از اجزای اصلی سنگ های رسوبی است. کانی های رسوبی شامل کربنات (مانند کلسیت ( Calcite) و دولومیت (Dolomite)، سولفات ها (مانند گیبسیت (gypsum) و آنهیدرایت (anhydrite) )، کلریدها، سیلیس کلسدونیک (Silica chalcedonic) هستند.



سه نوع سنگ توضیح داده شده در بالا در شکل 3 نشان داده شده اند. این شکل نشان دهنده چرخه ی سنگ هاست

سنگ معدن ، مکافی و زمین شناسی

شکل 1 یک برش عرضی است که زمین را به صورت شماتیک نشان می دهد. زمین دارای شعاع متوسط 6370 کیلومتر است که این شعاع از سه لایه ی مجزا تشکیل شده است. لایه ی بیرونی زمین پوسته نامیده می شود.این لایه نسبت به دو لایه ی دیگر نازک تر است. صخامت آن از 20-60 کیلومتر متغیر است.



به طور متوسط پوسته 30 کیلومتر صخامت دارد.) این پوسته ی زمین است که کانی های مفید برای بشر را در خود جای داده است.
پوسته ی قاره ای اصولا از سیلیکات های منیزیم ، آهن، آلومینیوم و کلسیم تشکیل شده است که به همراه این مواد، فلزات قلیایی، آلومینیوم وسیلیس آزاد وجود دارد. جدول 1 فراوانی عناصر عمده ی پوسته ی قاره ای را نشان می دهد. اگر به جدول توجه کنید متوجه می شوید که اکسیژن ، سیلیسیم و آلومینیوم با هم تقریبا %90 وزنی عناصر پوسته را تشکیل می دهند.



لایه ی زیر پوسته جبه نامیده می شود. این تصور وجود دارد که لایه ی ضخیم جبه از سیلیکات های منیزیم، سیلیکات آهن، آهن آزاد و سولفیدهای آهن تشکیل شده است. مینرال های موجود در جبه و هسته هم اکنون قابل دسترسی نیستند برای همین در مورد آنها بیشتر توضیح نمی دهیم. به هر حال زمین شناسان می توانند به توصیف سنگهایی بپردازند که از جبه و به صورت فرآیندهای طبیعی به سطح آمده اند. معدن منبعی از یک ماده ی معدنی است که ارزش استخراج داشته باشد. مثال هایی از معدن ها عبارتند از: هماتیت (سنگ معدن اصلی آهن)، ایلمنیت (سنگ معدن اصلی تیتانیم .البته علاوه بر تیتانیم این ماده آهن نیز دارد.) ، پیروفانیت نیز یکی از مواد معدنی تیتانیم دار است اما این ماده ی معدنی ماده ای بسیار کمیاب است.
تشکیل کانی ها
کانی ها جزء اصلی سنگ ها هستند که از بخش جامد و غیر آلی زمین بدست آمده اند. سنگ ها معمولا از یک کانی تشکیل نشده اند. در واقع آنها از تجمع دو یا چند کانی تشکیل شده اند. عموما زمین شناسان سنگ ها را به سه نوع تقسیم می کنند . که این سه نوع عبارتند از :
1)سنگ های آذرین (igneous)
2)سنگ های دگرگون (metamorphic)
3)سنگ های رسوبی (Sedimentry

در این مقاله برخی از مواد اولیه ی مهم مورد استفاده در صنعت سرامیک را معرفی می کنیم. بدست آوردن مواد اولیه ی مناسب، اولین مرحله از تولید اجزای سرامیکی است. دو منبع عمده برای مواد خام وجود دارد. این دو منبع عبارتند از :
کانی های طبیعی (Naturally occurring Minerals)
کانی های مصنوعی (Synthetic Minerals)
در مورد مینرال های طبیعی ما توضیحاتی درمورد منشع، محل تمرکز منابع و مکان هایی که احتمال وجود آنها هست را توضیح می دهیم. همچنین فراوانی نسبی آنها را نیز بیان می کنیم. برای آنکه بتوان از منیرال های طبیعی استفاده کرد باید آنها را تغلیظ کرد. در اغلب موارد صنایع تغلیظ کننده در کنار منابع این مینرال ها پدید می آیند.
بیشتر این مینرال ها پیش از استفاده شدن باید تغییر حالت فیزیکی – شیمیایی دهند تا برای استفاده شدن مناسب شوند. به مجموعه ی این فرآیندها فرآوری می گویند . افراد شاغل در زمینه ی فرآوری با مطالعه ی مستمر می دانند که یک اکسید چگونه تشکیل گشته و چه ناخالصی هایی به همراه آن وجود دارد. البته آگاهی دقیق از ترکیب شیمیایی یک مینرال طبیعی بوسیله ی آزمایشات آنالیز انجام می شود. موادی که در طبیعت بوجود نمی آیند یا در طبیعت به میزان بسیار کمی وجود دارند را باید به صورت مصنوعی تهیه کرد. (ازاین رو اتلاق واژه ی مینرال به آنها صحیح نمی باشد). در ادامه ما به بیان فرآیندهای سنتز این مواد می پردازیم. کاربیدها، نیتریدها و بریدها مواد مصنوعی متداول مورد استفاده در صنعت سرامیک هستند. البته برخلاف متدوال بودن آنها، این مواد، موادی گران بها هستند و تولید شان بوسیله ی فرآیندهای خاص انجام می شود. برای اکثر مواد غیر اکسیدی، ناخالصی عمده ی مواد اولیه در تولید آنها هستند که به طور کامل واکنش نداده اند مانند آلومینیوم در نیترید آلومینیوم (AIN) یا سیلیسیم در نیترید سیلیسیم در صنعت ساخت سرامیک های ویژه ، مواد خام مختلفی استفاده می شوند که اگر بخواهیم به آنها بپردازیم ، هر کدام یک مقاله را به خود اختصاص می دهند. در این مقاله ما سعی می کنیم گروه های اصلی مواد خام طبیعی و مصنوعی را معرف کنیم.

Materials Characterization and Analysis Methods
واژه ي Characterization هنگامي که در علم مواد مورد استفاده قرار گيرد، به معناي استفاده از تکنيک هاي خارجي جهت کاوش در ساختمان داخلي و خواص ماده است. تکنيک هاي تحليلي مورد استفاده در شناسايي مواد براي رسيدن به تصوير بزرگ شده اي از نمونه است. اين تصوير به دست آمده از ساختار داخلي موجب رسيدن ما به اطلاعات مهمي از جمله: توپوگرافي، توزيع و فراواني عناصر موجود در نمونه و فعل و انفعالات اين عناصر (فازهاي تشکيل دهنده ي ماده) مي گردد [1[
در مطالعه ي هر مطلبي طبقه بندي کردن يکي از بهترين راه ها در جهت درک و يادگيري بهتر مطلب است. در زمينه شناسايي و آناليز مواد نيز طبقه بندي هاي مختلفي وجود دارد؛ که بنابر هدف نويسنده از ارائه مطلب، نحوه ي دسته بندي مطلب نيز متفاوت است. مثلاً در برخي از کتاب ها طبقه بندي را براساس ماهيت شناسايي انجام مي دهند. براساس اين تقسيم بندي که حالتي کلي از بيان روشهاي شناسايي و آناليز مواد را دارد، روش هاي شناسايي به صورت زير تقسيم بندي مي شوند:
شناسايي و آناليز مواد:

الف) آناليز عنصري (آناليز شيميايي)
ب) آناليز فازي (آناليز معدني)
ج) آناليز ريزساختاري (آناليز ميکروسکوپي)
در کنار اين تقسيم بندي دو گروه ديگر نيز اضافه مي شوند؛ يکي از اين گروه ها آناليز سطح است که حالت عنصري دارد. از اين لحاظ در تقسيم بندي 5 گانه زير در کنار آناليز عنصري نشان داده شده است. گروه ديگر، آناليز حرارتي است که حالت تکميل کننده را دارد. لازم به ذکر است که پنج گروه از روش هاي شناسايي و آناليز مواد که در زير نشان داده شده است، اصلي ترين روش هاي آناليز و شناسايي را که در علم مواد مورد نياز است؛ در بر مي گيرد. به عبارت ديگر، با اين مجموعه مي توان اطلاعات کاملي در مورد مواد فلزي، سراميکي، معدني و آلي به دست آورد. البته بيان يک نکته بسيار مهم است که روشهاي ديگري نيز وجود دارند که استفاده از آنها در موارد مختلف مرسوم است.
روش هاي شناسايي و آناليز مواد: [2]

1) آناليز سطح
2) آناليز عنصري
3) آناليز فازي
4) آناليز ريزساختاري
5) آناليز حرارتي
در يکي ديگر از تقسيم بندي ها در زمينه روش هاي آناليز و شناسايي مواد براساس نحوه عملکرد تقسيم بندي انجام مي شود؛ که اين طبقه بندي به صورت زير است [3]:
1) روش هاي ميکروسکوپي
2) روش هاي براساس پراش
3) روش هاي طيف سنجي
4) طيف سنجي جرمي
5) روش هاي جداسازي
در اين مقاله سعي شده است که در مورد انواد ميکروسکوپ هايي که در زمينه ي شناسايي مواد کاربرد دارد، صحبت شود. ليست ميکروسکوپ هاي که در اين مقاله در موردشان صحبت مي کنيم در زير آورده شده است. همچنين شکل هاي 1 و 2 مقاله تصاويري از اين وسايل ديده مي شوند:
1) ميکروسکوپ نوري (OM)
2) ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM)
3) ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM)
4) ميکروسکوپ نيروي اتمي (AFM)
5) ميکروسکوپ روبشي تونلي (STM)
6) ميکروسکوپ يون ميداني (FIM)

استانداردهاي ملي

تست مقا.مت در برابر خراش

كاشي ديواري: اين تست در واقع توسط مينرال آپاتيت (با سختي موهس 5) سنجيده مي شود. هنگاميكه با هيدروكسي آپاتيت روي سطح كاشي ديواري مي كشند لعاب كاشي نبايد خدشه دار شود.

كاشي كف: توسط دستگاه اندازه گيري مقاومت سايشي ، مقاومت به سايش كاشيها را روي سه كلاس تقسيم بندي مي كنند.

دستگاه مقاومت سايش: استوانه روي سطح كاشي قرار مي گيرد كه اين استوانه داراي ساچمه است كه سطح كاشي را مي سايد. براي كلاسهاي پائين تا 1500 دور فقط از ساچمه هاي فولادي استفاده مي شودو براي كلاسهاي بالااز ساچمه هاي فولادي با پودر آلومينا استفاده مي شود( بايد گزارش شود كه چند گرم ساچمه و از چه سايزي استفاده شده است.)

كاشيها را پس از سايش روي ارتفاع خاصي در مقابل چشم ناظر قرار مي دهند و سپس در فواصل مختلف (يك قدمي، دو قدمي، سه قدمي) ميزان سايش آنها را مورد بررسي قرار مي دهند.

هر چه كاشي تا كلاسهاي بالاتري بتواند براقيت خود را كمتر از دست بدهد يا به بيان بهتر دچار ماتي و كدري كمتري بشود ، كاشي مطلوب تري خواهد بود. اين مسأله خصوصاً در مورد كاشي هاي كف بيشتر حائز اهميت است.

در لعاب كاشي در ستون RO ،با افزايش CaO و MgO سختي افزايش مي يابد.اما قويتر از آنها افزايش Al2o3 و sio2 مقاومت سايشي لعاب را افزايش مي دهد.

زيركن(sio2 ، zr2o) هر چه زيركن لعاب بيشتر باشد، مقاومت سايشي لعاب بيشتر افزايش مي يابد. ( اگر ميزان زيركن را زياد كنيم بايد ميزان رنگدانه را افزايش دهيم.) به تجربه ثابت شده است كه تاثير زيركن از سايرين بيشتر است، سپس سيليس و سپس آلومينا.

اگر سيستم پخت لعاب، كوره رولري باشد زمان پخت حدود يك ساعت است. چون زمان پخت كوتاه است اگر كوارتز به لعاب اضافه كنيم دانه هاي كوارتز فرصت انحلال در فاز مذاب را نمي يابند. هر چه ميزان كوارتز مصرفي در لعاب در آسياب كمتر باشد، امكان حل شدن آن بيشتر است و هر چه كوارتز ريزدانه تر باشد، سطح ويژة بيشتري داشته و احتمال حل شدن بيشتر خواهد بود اگر كوارتز دانه درشت باشد و مقدارش زياد باشد، فرصت حل شدن در فاز مذاب را پيدا نمي كند كه ممكن است تبديل به فاز تريدلميت نشود.

در پخت ، كوارتز در 573 استحاله كرده و به علت كاهش حجم باعث ايجاد تنش كششي در لعاب مي شود.

بالاي 1370 كوارتز به كريستو باليت تبديل مي شود. و استحاله كوارتز به كريستوباليت كاهش حجم ناگهاني را منجر مي شود و ناگهان انقباض مي يابد كه در اثر اين تغيير حجم تنش كششي در لعاب ايجاد مي شود كه براي لعاب مضر است. در تست شوك حرارتي اگر به لعاب كوارتز بيافزاييم مقاومت به شوك حرارتي ( در كاشي كف) كم مي شود.

در مورد كاشي هاي كف، استحكام خمشي بالاي 300 ضروري است.

در مورد كاشي هاي ديواري، استحكام خمشي بالاي 115 ضروري است.

6نمونه از كاشي هاي لعاب خورده خط و چاپ خورده را انتخاب كرده ، 2نمونه را در محلول(%3KOH( و دو نمونه را

در محلول (%3) اسيد كليريد ريك و دو نمونه شاهد انتخاب مي كنيم. پس از 24 ساعت چهار نمونه آزمايشي را

با دو نمونه شاهد مقايسه مي كنيم نبايد شاهد تغيير رنگ باشيم. چون به عنوان مثال در حين كاركرد با

موادشوينده (هنگام كاربرد كاشي) نبايد شاهد از بين رفتن چاپ و لعاب كاشي باشيم. لعابهاي چاپ

رولعابي ، اغلب مقاومت شيميايي كمتري دارند.(اين لعابها اصولا ويسكوزيته كمتر و دماي پخت پائين تري

دارند). زيركن، سيليس و آلومينا مقاومت شيميايي لعاب را افزايش مي دهند.

 

 تست اتوكلاو:

اتوكلاو شبيه ديگ بخار اما بزرگتر است. در جداره اش المانهاي حرارتي وجود دارد . دما را بالا مي بريم آب به

جوش مي آيد چون بخار آب منفذ خروج ندارد ، فشار بالا مي رود در نتيجه فشار روي سطح مايع بالاتر مي

رود لذا دماي جوش بالاتر مي رود.

در اتو كلاو دما را تا 160 درجه سانتي گراد و فشار را تا مي رسانيم . پس بخار به داخل قطعه كه خارج از آب

در روي يك سه پايه قرار گرفته است، شديد نفوذ مي كند.

تركهاي رطوبتي: برخي از فاز هاي هيدروليك جسم با جذب رطوبت ، هيدراته شده و منبسط مي گردد كه


اين فازهاي شيشه اي قليايي هستند بخصوص آنهايي كه سديم دارند. قليايي خاكي ها مقاومتشان در برابر

ترك رطوبتي بيشتر است.

تركهاي موجود در كاشي ديواري پس از نصب (مثلا حمام ) مي توانند دو منشا داشته باشند:

1- تركهاي رطوبتي كه ناشي از فاز هاي هيدروليك بدنه اند. چنانچه كاشي ديواري توسط بانيدر سيمان نصب

شده باشد ، امكان دارد گيرش سيمان ( كه همراه با انبساط است) سبب تنش كششي در سطح شده و

منجر به ايجاد ترك مي شود لذا بهتر آن است كه كاشي ديواري با چسب به محل نصب شود بخصوص در

كاشيهاي ديواري كه جذب آب بيشتري دارند .

قطعه را داخل خشك كن 165درجه سانتي گراد به مدت 30دقيقه قرار داده و سپس داخل آب 15درجه سانتي

گراد قرار مي دهند . اين عمل تا سه سيكل انجام مي شود . قطعه نبايستي ترك بخورد (براي مشخص

شدن تركهاي ايجادي از فرچه رنگي استفاده مي شود)

ترك خوردن در اين موارد مي تواند ناشي از عدم تطابق ضريب انبساط حرارتي باشد.

حاشيه: كاربرد جوهر پرمنگنات پتاسيم 1- شناسايي بليستر ها 2- نمايان كننده تركها

حاشيه: اكثر مواد وقتي انجماد حاصل مي كنند منقبض مي شوند ولي در مورد آب و بيسموت انبساط حاصل

مي شود كه سبب بروز تنش كشش در سطح شده كه نهايتاً سبب ايجاد ترك مي شود.

قطعه را به مدت 24 ساعت در آب قرار داده و آب وارد خلل و فرج و تخلخلها مي شود سپس از آب خارج كرده و

داخل فريزر قرار مي دهند و تا منفي 30 درجه فريز كرده و سپس داخل آب به گرم افزايش دما داده و اين عمل

را تا سه مرتبه تكرار مي كنند . توسط محلول جوهر بر روي سطح كاشي مي كشند( نبايستي ترك بخورد )

تا تركها مشخص شود. دو مورد از مواردي كه باعث ايجاد ترك مي شوند:


1- مورنولوژي و ميزان تخلخلهاي بدنه

2- عدم تطابق ضرايب انبساط حرارتي لعاب و بدنه

هر چه تخلخلها بيشتر باشد، مقاومت كمتر خواهد بود چون آبهاي درون درون قطعه يخ مي زنند و باعث ايجاد

تنش كششي در قطعه شده كه در نهايت منجر به ايجاد ترك مي شود.

در مورد مورنولوژي تخلخلها مي توان چنين گفت: تخلخلها هر چه لبه تيزتري داشته باشند، رشد بيشتري

خواهند داشت. هر چه شكل تخلخلها از حالت كروي به سمت بيضوي پيش برود(هر چه نوك تيز شود) باعث

تمركز تنش شده و منجر به ايجاد ترك مي شود.

هر چه ميزان فاز مذاب بيشتر باشد شكل تخلخلها كروي تر و هر چه ميزان از مذاب كمتر باشد، ويسكوزيته

بالاتر و سياليت كمتر در نتيجه شكل تخلخلها غير كروي تر خواهد بود.

در کار حاضر اثر افزودن زيرکونيا تثبيت نشده بر ريز ساختار و مقاومت به خوردگي ديرگدازهاي منيزيا – اسپينلي نسل دوم مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور درصد هاي مختلف زيرکونيا تثبيت نشده به فرمولاسيون پايه ديرگدازهاي منيزيا- اسپينلي نسل دوم افزوده شد. ويژگي هايي نظير دانسيته، درصد تخلخل ظاهري، استحکام فشاري و خمشي سرد و مدول گسيختگي گرم در دما هاي بالا و ديرگدازي تحت بار بر اساس استاندارد JIS و مطالعات ريزساختاري نمونه هاي تهيه شده به کمک ميکروسکوپ نوري(OM) و ميکروسکوپ الکتروني (SEM/EDS) مورد بررسي قرار گرفت. جهت شناخت فازهاي مينرالي ازXRD کمک گرفته شد. نتايج حاصله نشان داد که با افزايش زيرکونيا تثبيت نشده، استحکام مکانيکي گرم وسرد افزايش و تخلخل ظاهري کاهش مي يابد. همچنين مطابق با نتايج XRD و SEM/EDS، مقاومت به خوردگي ديرگدازها در حضور زيرکونيا افزايش يافته است.

واژه هاي کليدي: ديرگدازهاي منيزيا- اسپينلي، زيرکونيا، ريزساختار، مقاومت به خوردگي

 آشنايي جزيي با پرس

    روش پرس پودر در مجموع برای شکلهای نسبتا ساده مورد استفاده قرار می گیرد. در محدوده سرامیکهای ظریف مهمترین کاربرد این روش جهت تولید کاشیهای دیواری و کاشیهای کف طریف می باشد. شکل ساده و تقریبا یکسان و قراردادی کاشیها باعث گردیده که این روش شکل دادن در مورد کاشیها تا حدود زیادی خود کار گردد. به نحوی که صنعت تولید کاشی را می توان یکی خودکارترین شاخه های صنایع تولید سرامیکهای ظریف دانست. در تولید کاشی، فشار پرس به طور عادی حدود 50 تا 100 تن بر هر کاشی و مقدار تولید حدود 50 تا 100 عدد در هر دقیقه می باشد.[1]
    پرس را میتوان در 4 روش کلی تقسیم شود:
    1-پرس خشک
    2-پرس گرم
    3-پرس ایزواستاتیک سرد
    4-پرس ایزواستاتیک گرم
    پرس خشک مناسب برای شکل دهی اشکال جامد ساده می باشد و از 3 مرحله تشکیل شده است.پر کردن قالب(Die)، فشرده سازی محتوی و خارج کردن قطعه پرس شده.
    در پرس دوطرفه(double-action press) هر دو پانچ بالایی و پایینی حرکت میکنند.هنگامی که پانچ پایینی در پایین ترین اندازه ی خود قرار دارد حفره ای به وجود می آید که توسط پودر آماده شده پر می گردد.در پرس خشک (غیر رسی)بین %5-0 چسب اضافه می شود. poly vinyl alcohol) PVA) و (poly ethylene glycol) PEGدو نوع از معروفترین چسب های به کار رفته در پرس خشک می باشند.وقتی که حفره پر شد پودر همسان با بالای قالب می گردد.پانچ بالایی به پایین آمده و پودر را به اندازه حجم از پیش تعیین شده یا فشار نهایی (set pressure) در حین پرس کردن ذرات پودر باید در میان پانچ ها جریان داشته باشند بنابراین فضای بین آنها بطور یکنواخت پر می گردد. ذراتی با اندازه ی µm20-200 برای پرس خشک مورد نظر قرار می گیرد. حجم بالایی از نسبت ذرات ریز باعث مشکلاتی در جریان ذرات می گردد و همچنین باعث بر جا ماندن ذرات بر روی با پنچ می شوند.
    فشار به کاررفته در پرس خشک ممکن است به اندازه300µPa باشد که این بستگی به نوع ماده و نوع پرس دارد. بعد از پرس هر دو پانچ به بالا آورده می شود تا جاییکه پانچ پایینی هم سطح قالب گردد. سپس پانچ بالایی را از پودر می زداییم و سر انجام قطعه پرس شده را خارج می کنیم. پانچ پایینی، پایین آورده شده و این حلقه تکرار می شود. بخاطر اینکه کار با پرس خشک ساده می باشد و اجزا اصلی آن هزینه کمی دارد، برای پروسه شکل دهی سرامیک ها در حجم بالا مورد استفاده قرار می گیرد. سرعت تولید بستگی به اندازه و شکل مورد نظر و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. برای قطعه های زیاد مانند مواد دیرگداز و مواد پیچیده مانند چرخهای سوپاپ، سرعت تولید بین 15-1 قطعه در دقیقه است. در یک بازدید از کارخانه وجوود، شما می توانید بشقابهای نهار خوری را ببینید که در یک پروسه ادامه دار توسط پرس خشک تولید می گردند. اجسام و قطعات کوچک مانند سر لوله آب(Nozzle) مهر استامپ(Seal-ring) سرعت تولید صدها قطعه در دقیقه است. قطعات صاف کوچک مانند مقره ها چیپ یا ابراز برش می توانند هزاران قطعه در دقیقه تولید شوند.[2]
    همچنان که مشاهده میگردد در روش پرس پودر شکل و دانه بندی ذرات بسیار مهم است بنابراین در این موارد باید کنترل و دقت لازم به عمل آید.در دستگاه های پرس جدیدتر،جهت مقابله با مشکل حبس هوا،معمولا کاشی ها با دو ضربه شکل میگیرد.بدین وسیله امکان خروج هوا قبل از ضربه دوم و نهایی وجود خواهد داشت.در محدوده سرامیک های ظریف،علاوه بر کاشی،بعضی از مقره ها نیز به روش پرس پودر شکل می گیرند.در این حالت مقدار آب موجود بیشتر می باشد و حتی ممکن است تا 15 درصد برسد.
    مهم ترین مزایای این روش را می توان حد خودکاری بسیار بالا، حذف و یا کاهش مرحله خشک کردن فرآورده ها و عدم وجود و یا وجود مقدار کمی انقباض تر به خشک و در نتیجه امکان حصول به فرآورده هایی با ابعاد دقیق تر و یکسان تر دانست.در مورد نقاط ضعف این روش،اگر از محدودیت استفاده از روش پرس پودر در تولید فرآورده های با شکل پیچیده صرفنظر کرد،باید هزینه های زیادی که استفاده از این روش دارد را مد نظر داشت.مهم ترین نقطه ضعف این روش شاید عدم امکان حصول به تراکم مناسب و یکنواخت در فرآورده ها باشد.[1]
    عیب عدم یکنواختی (عیب ابعاد ) : عیوب عدم یکنواختی بیانگرتلرانس در خواص فیزیکی و مکانیکی محصول است این عیب ناشی از دانستيه و در واقع اختلاف ضخامت گرانول پر شده در پرس و یا اختلاف در فشار پرس, تغییر در ترکیب بدنه, تغییرات مکانیزم آماده سازی پودر و توزیع اندازه ذرات می تواند مورد فوق را ایجاد نماید حتی تلرانس در میزان رطوبت نیز منجر به بروز عیب می گردد . دستگاه پنتومتری : میزان فشردگی در نقاط مختلف یک بدنه را نشان می دهد .
    عیب پوسته ای شدن (لمینیشن ) عواملی که سبب ایجاد این عیب می شود عبارتند از : 1- عدم تلرانس ابعادی بین پانج و قالب . 2- ریز بودن بیش از حد پودر 3- عدم ایجینگ گرانول . 4- ضخامت زیاد پودری که داخل قالب ریخته شده است . 5- ترکیب بدنه . 6- عدم یکنواختی رطوبت و توزیع اندازه ذرات . 7- خشک بودن بیش از حد پودر . 8- و زیاد بودن فشار پرس در ضربه اول .
    فاکتور پرسپذیری : به تجربه ثابت شده وقتی P.S بین 2-4 باشد بهترین حالت را در فرم دهی (شکل دهی ) داریم اگر P.S کمتر از 2 باشد عیب لمینیشن _پوستگی شاهد خواهیم بود .

    استحکام خشک ---------------------- = P.S » فاکتور پرس پذیری استحکام خام
    عیب هالو(Halo ) :
    عیب هالو پلیسه های کنار کاشی اگر میزان ذرات ریز زیاد باشد در اثر ضربه اول و دوم به دلیل تمایل هوا به خروج از درزها جریان هوای ایجاد می شود که سبب حرکت ذرات ریز به کنار های قالب شده و حالت پلیسه مانندی در کناره ها ایجاد می شود برای رفع این عیب باید ذرات ریز را کم کرد رطوبت پودر را افزایش داد سرعت ضربه اول و دوم را کاهش داد و کاهش تلرانس ابعادی بین یانج و قالب . عیب کثیف شدن قالب ها : قابلیت چسبیدن گرانول به قالب به موارد زیر بستگی دارد . 1- درجه حرارت قالب هر چقدر درجه حرارت قالب کم باشد گرانول کمتر خشک شده و قالب زود کثیف می شود . 2- رطوبت پودر: هر چه پلاستیسیته ترکیب بیشتر باشد در رطوبت یکسان قابلیت کثیف شدن کمتر می شود . 3- ترکیب پودر : هر پلاستیسیته ترکیب بیشتر باشد در رطوبت یکسان قابلیت کثیف شدن کمتر می شود یعنی هر چه P.S بیشتر باشد کثیف شدن کمتر است . 4- اندازه ذرات : هر چه ذرات ریز تر باشد کثیف شدن قالب کمتر می شود به تجربه دیده شده ذراتی که با اندازه 70-75 میکرون حداقل کثیفی را ایجاد می کنند دلیل این امر این است که : 1- کمتر بودن رطوبت نسبی ذرات ریز نسبت به کل پودر . 2- در حین خروج هوا از قطعه این ذرات سریع تر حرکت کرده و باعث تمیز شدن نقاط کثیف می گردد . 5- تکنو لوژی تهیه پودر : به تجربه ثابت شده پودری که توسط اسپری درایر تهیه می شود تمایل بیشتری جهت کثیف کردن قالب دارد .
    روش های برطرف کردن عیب کثیفی قالب :
    1- افزایش دمای قالب . 2- استفاده از رابرهای مناسب جهت پانج آئینه . 3- تمیز کردن قالب توسط آب و گازوئیل . عیب عدم قائمه بودن : در صورتی که ضخامت پودری که به داخل قالب هدایت می شود در نقاط مختلف یکنواخت نباشد در نتیجه فشردگی منطقه حاصله در نقاط مختلف یکنواخت نخواهد بود و این اختلاف در انقباض منجر به عیب عدم قائمه بودن می باشد[4].
    پرس همچنین می توانند در دمای بالا اتفاق بیافتد که به پرس گرم(Hot pressuring) معروف است. قالب مورد استفاده در پرس گرم همانند پرس خشک است. مهمترین تفاوت اینست که در پرس گرم قالب(Die assembly) درون یک کوره قرار دارد در حین پرس گرم، در پودرهای سرامیکی عمل زینتر هم اتفاق می افتد تا فرم یک جز با دانسیته بالا را به خود بگیرد.
    مزایای این روش:
    1.پودر لازم نیست تا دارای کیفیت بالا می باشد.
    2.تخلخلهای بزرگ که ناشی از غیر یکنواختی همزدن می باشد به آسانی قابل رفع است.
    3.می توانیم در دمایی کمتر نسبت به زمانی که بدون فشار عمل زینتر انجام می شود عمل فشرده سازی را انجام دهیم.
    4.قابلیت متراکم کردن موادی را مانند B4C،Sic،Si3N4 که دارای پیوندهای کووالانت هستند بدون افزودنی می باشد.
    5.کریستاله شدن دوباره(Secondary Recrystalliyation) اتفاق نمی افتد هنگامیکه دما را در هنگام متراکم کردن در اندازه کم نگه داریم مهمترین ضعف این روش در نوع قالب است. چون قالبی که در دمای بالا طاقت بیاورد گران است و اساسا زیاد دوام ندارد.
    محصولات تولیدی در پرس گرم محدود هستند؛ با توجه به قیمت بالای آن تنها در مراکز دولتی و آزمایشگاهها مورد استفاده قرار می گیرد.
    پرس ایزواستاتیک سرد (Cold isostatic pressing) و پرس ایزواستاتیک گرم (Hot isostatic pressing) دو نوع دیگر پرس هستند که اساس کلی آنها فشار از تمام جهات می باشد.[2]
    روش پرس "ایزواستاتیک و یا هیدرواستاتیک" در حقیقت از تکامل روش پرس خشک و یا نیمه خشک و به منظور ایجاد قطعه با تراکم همگن و یکنواخت بوجود آمده است در این روش فشار در جهات مختلف یکسان می باشد و در نتیجه تراکم تقریبا یکسانی در نقاط مختلف قطعه بوجود می آید.در این حالت احتمال تغییر شکل در قطعه وجود نخواهد داشت.اساس روش پرس ایزواستاتیک به طور ساده بدین صورت است که پودر به طور یکنواخت در درون یک کیسه لاستیکی قرار داده شده و سپس این کیسه توسط یک مایع واسطه مثل روغن یا آب تحت فشار قرار می گیرد.مایع واسط باعث انتقال فشار وارده به طور یکنواخت به کیسه لاستیکی می شود.
    این پرس بین MPa 20 تا 1GPa متغیر است که بستگی به نوع پرس و عملکرد آن دارد.
    پس از انجام پرس فشار را آهسته کم میکنیم و قطعه پرس شده را خارج میکنیم.
    مزایا:
    1-اندازه ها و اشکال وسیع قابل تولید هستند.
    2-دانسیته یکنواخت در قطعه پرس شده.
    3-قیمت کم ابزار.
    ضعف ها:
    1-اشکالی با کنترل ضعیف بر روی زوایا و طراحی مخصوصا در محصولات پیچیده[2]
    اسپری درایر:
    دو نوع اسپری درایر داریم:
    1-Co current spray dryer
    2-Mixed-Flow spray dryer
    اسپری درایرینگ پروسه اسپری کردن یک دوغاب( (Slurryدرون خشک کن گرمیست تا گرانول های تقریبا کروی که نسبتا همگن هستند تولید گردند.
    پراکندگی قطرات کوچک با مساحت ویژه بالا در هوای خشک کن، تاثیر خشک کنندگی بهتری را فراهم می آورد.اسپری درایر برای تولیدات ذرات گرانولی مورد استفاده از پودر های فریت،تیتانات،آلومینا و کاربید ها در پرس به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.
    عمل آسیاب کردن معمولا برای پراکنده کردن پودر هایی که جمع شده اند و مخلوط کردن ثانویه در حین ریز سازی انجام میشود بنابر این مقدار مواد ناهمگن کاهش می یابد.با اعمال نظارت اسپری درایرها گرانول های کروی تولید میکنند.گرانو ل هایی با اندازه هایی بزرگ تر ازmµ20 جریان یافته وبه خوبی در پروسه پرس،فشرده میشوند.ظرفیت صنعتی اسپری درایرها بین 10 تا چند صد کیلوگرم در ساعت است.[3]
    مراجع:
    1-مهران متین، افسون رحیمی-تکنولوژی ساخت سرامیکهای ظریف-شرکت صنایع خاک چینی ایران-1368
    2-C.Barry Carter. M. Grant Norton-Ceramic Materials Science and Engineering-2007-pages 414-416
    3- James S Reed-Principles of Ceramic Engineering-Willey

لعاب سرامیک

    لعاب
    لعاب قشر نازك شيشه‌اي يا شيشه مانندي است كه (در فرايند لعابكاري) بر سطوح بعضي اجسام سراميكي پوشش داده مي‌شود. ماده تشكيل دهنده لعاب را كه پودر بسيار نرمي است به وسيله‌اي روي جسم موردنظر لعابكاري مي‌كنند و سپس مي‌پزند لعاب، تمام سطح جسم سراميكي را كاملاً به صورت يك پوشش نازك مي‌پوشاند. لعاب هميشه در دماي كمتري نسبت به بدنه‌هاي سراميكي، به حالت خميري و مذاب در مي‌آيد، يعني نقطه خميري پايين‌تري دارد.
    لعابكاري جسم سراميكي موجب تراكم، سختي، صيقلي و رنگي بودن آن مي‌شود و آن را در مقابل بعضي از عوامل شيميايي مستحكم و پايدار مي‌سازد.
    لعاب، اجسام سراميكي متخلخل را كاملاً متراكم و از نفوذ مايعات و گازها به داخل بافت آنها جلوگيري مي‌كند و در نتيجه از تأثير خوردگي و عوامل نامساعد ديگر بر آنها مي‌كاهد.
    تقسيم بندي لعابها
    امروزه تقسيم بندي لعابها بر مبناي تشكيل شيميايي يا نوع توليد آن صورت مي‌گيرد.
    تقسيم بندي بر اساس تركيب شيميايي:
    1ـ لعابهاي سربي
    الف ـ لعاب بدون بور
    الف1ـ لعاب سربي ساده
    الف2ـ لعاب سربي مخلوط
    ب ـ لعاب محتوي برات
    2ـ لعابهاي بدون سرب
    الف ـ لعابهاي براتي
    ب ـ لعابهاي بدون بور
    ب1ـ لعاب با مقدار قليايي زياد (لعابهاي قليايي)
    ب2ـ لعاب با مقدار كم قليايي (لعابهاي پرسلان)
    تقسيم بندي لعاب بر اساس انواع توليدها :
    1ـ لعابهاي خام
    2ـ لعابهاي فريتي
    3ـ لعابهاي تبخيري
    لعابكاري:
    براي لعابكاري بدنه هاي سراميكي روشهاي متعددي وجود دارد كه مهم‌ترين آنها عبارتند از:
    1ـ ريختن لعاب بر روي بدنه سراميكي.
    2ـ فرو بردن بدنه سراميكي در دوغ‌آب لعاب.
    3ـ‌‌ لعابكاري با فشار هوا (پاشيدن دوغ‌آب لعاب توسط پيستوله ).
    4ـ پراندن لعاب توسط نيروي گريز از مركز كه در اين حالت لعاب به صورت ذرات بسيار ريزي تبديل و در فضا پخش مي‌شود كه بدنه هاي سراميكي را در اين فضا قرار داده و لعابكاري مي‌شوند.
    روشهاي لعابكاري ديگري از تركيب اين چهار طريق لعابكاري فوق جهت لعابكاري وجود دارد كه در اينجا آورده نمي‌شود.
    لعاب در لعابكاري به روشهاي ريختن و فرو بردن بايد داراي وزن مخصوصي در حدود 30/1 الي 55/1 گرم بر سانتيمتر مكعب باشد (30ـ50 B´e) وزن مخصوص لعابهايي كه توسط روش پاشيدن لعابكاري مي‌شوند در همين حدود فرق دارند.
    لعابهاي غليظ براي لعابكاري به طريق پاشيدن نامناسب است و سطوح ناهمواري بر روي بدنة سراميكي بوجود مي‌آورد كه موجب لوله و يا پوسته‌اي شدن لعاب مي‌شود.
    دماي بدنه در ضخامت قشر لعاب مؤثر است.به ويژه براي روشهاي لعابكاري به طريق 1 و 2 بدنه هاي فشرده عمل مكندگي و جذب لعاب كمتري دارند، بنابراين بايد لعاب غليظتر تنظيم شود . تخلخل بدنه‌هاي سراميكي با پخت اوليه بايد درحد مناسبي باشد كه عمل مكندگي و جذب لعاب آنها به حد كافي باشد. جذب آب بدنه‌هاي از جنس سراميك سفيدپخت بايد تقريباً 10 تا 15 درصد و براي كاشي در حدود 6 الي 10 درصد باشد.
    براي بهبود لعابكاري بدنه‌هاي سراميكي، مقداري از آب همراه دوغ‌آب لعاب توسط تخلخل بدنه مكيده وجذب مي‌شود، بنابراين تمام اين قدرت مكندگي بدنه را نبايد كلاً جهت لعاب كاري بهره‌برداري كرد .اگر تمام قدرت مكندگي بدنه به وسيله آب لعاب جذيب شده بهره‌برداري شود يعني بدنه از آب اشباع شود بعداً لعاب از روي سطح لعابكاري شده شره كرده و ميريزد يا پس از پخت دراين مواضع بدون لعاب باقي ميماند (حالت كچلي). ازچهار روش لعابكاري فوق، روشهاي زير به ترتيب، مقدار آب بيشتري همراه خود به بدنه مي‌بخشد:
    1ـ فروبردن
    2ـ ريختن لعاب
    3ـ پراندن توسط نيروي گريز از مركز
    4ـ لعابكاري با فشار هوا
    بنابراين، روش لعابكاري به طريق فرو بردن مقدار بيشتري و در روش پاشيدن توسط فشار هوا كمترين آب را همراه خود در حين لعابكاري به بدنه سراميكي مي‌دهد. بدنه‌هايي كه خاصيت مكندگي آنها نسبتاً كم است توسط گرم‌كردن، حالت مكندگي آنها را افزايش مي‌دهند .
    براي نقاشي و تزئين‌كردن بدنه‌هاي سراميكي بعضي از نقاط بدنه را كه مايل به لعابكاري نيستند و بايد عاري از لعاب باشند با مواد پلاستيكي مانند لاتكس، به وسيله قلم‌مو آن منطقه را پوشش و سپس بدنه را لعابكاري مي‌كنند. پس از خشك شدن لعاب مي‌توان به راحتي آن پوسته پلاستيكي را از بدنه جدا كرد و در زير اين پوسته پلاستيكي لعاب نفوذ نكرده و بدنه در اين منطقه عاري از لعاب مي‌ماند. برعكس مواقعي جهت تزئين بدنه سراميكي از رنگهاي متفاوت و زمينه‌هاي مختلف استفاده مي‌شود، لذا رنگ را با محلول پارافين گرم مخلوط كرده و بر روي بدنه مي‌كشند (نقاشي مي‌كنند) و پس از انجماد پارافين تمام بدنه لعابكاري مي‌شود. در مواضعي كه رنگ مخلوط با پارافين نقاشي شده، لعاب دومي يا زمينه را به خود جذب نمي‌كند و در نتيجه به راحتي مي‌توان دو يا چند رنگ را به بدنه بدين طريق لعابكاري كرد.
    به تازگي لعابكاري قطعات سراميكي از روش لعابكاري به طريق الكترواستاتيكي نيز استفاده مي‌شود كه اين روش از بعضي از مزاياي مطلوبي برخوردار است. در اين روش بين الكترود قطب منفي و الكترود قطب مثبت متصل به قطعه سراميكي موردنظر، جهت لعابكاري، جريان برق فشار قوي برقرار مي‌شود. ذرات دوغ‌آب لعاب را به وسيله هواي پرس شده به اين حوضه وارد مي‌كند. ذرات لعاب، از خطوط حوضه تشكيل شده در اين حوضه الكتريكي پيروي كرده و به طرف جسم سراميكي حركت مي‌كند. در اين روش لعابكاري، بدنه سراميكي در تمام جهات لعابكاري شده و به همين سبب داراي اهميت زيادي براي اجسام سراميكي با شكل ظاهري پيچيده است، مانند سراميكي طبي.
    مهمترين مزيت‌هاي لعابكاري به روش الكترواستاتيكي عبارتند از:
    1ـ لعابكاري سه بعدي
    2ـ لعابكاري با ضخامت قشر يكنواخت
    3ـ عدم تشكيل جدايش در حين لعابكاري
    4ـ اتلاف بسيار كم لعاب
    5ـ لعابكاري در زمان كوتاه براي اجسام بزرگ
    لعابكاري خام
    اخيراًدر صنعت سراميك نرم (ظريف) سعي مي‌شود قطعات را فقط يك پخت توليد كنند، يعني بدنه‌هاي سراميكي كه در ابتدا پخت اوليه داده و سپس بعد از لعابكاري پخت نهايي يا صاف انجام مي‌گرفته است، اين پخت ابتدايي را حذف و فقط توسط يك پخت عمل پخت قطعه و لعاب تواماً انجام مي‌گيرد. در اين صورت يك عمل پخت حذف و صرفه‌جويي مي‌شود. براي بعضي از قطعات سراميكي مانند توليد لوله‌هاي فاضل آب كه از سراميك خشن توليد مي‌شوند، اين روش لعابكاري خام، جديد نيست و تا كنون نيز انجام شده است.
    به منظور لعابكاري خام بايد بدنه داراي استحكام خشك نسبتاً بيشتري باشد كه در اثر فروبردن اين قطعات در لعاب يا عمليات ديگر، سست نشوند. در اين روش لعابكاري، مواد بدنه سراميكي بايد قابليت تورم كمتري نسبت به روشهاي ديگر داشته باشد. قطعات سراميكي كه هنوز كاملاًخشك نشده و فقط ظاهراً سطح خارجي آنها خشك شده، يعني در داخل قطعه هنوز مرطوب است، اين قطعات داراي تنش زيادي هستند كه به محض شروع عمليات لعابكاري بر روي آن امكان ترك خوردن يا تشكيل نقايص ديگري مي‌باشد.
    با اضافه و مخلوط كردن پودر پخته شده بدنه، به مواد متورم شونده، مي‌توان از ترك خوردن آنها تا حد زيادي جلوگيري كرد. در صنعت، لعابهاي محتوي خاك رس پلاستيكي (قابليت تورم خوب) براي لعابكاري خام مناسبترند، زيرا آب همراه اين نوع لعابها به كندي به بدنه نفوذ مي‌كند. محتوي بودن بيش از حد خاك رس در اين گونه لعاب موجب بسته شدن حفره‌هاي ريز و در نتيجه لوله‌هاي موئين بدنه مي‌شود كه از نفوذ آب همراه لعاب به داخل بدنه جلوگيري به عمل مي‌آورد و در اين صورت توليد آبله كرده و تشكيل حفره‌هاي هوا در روي سطح بدنه وجود دارد.
    تنها اشكالي كه در اين نوع لعابكاري خام به وجود مي‌آيد شكستن بدنه‌هاي خام به دليل سست شدن آنها است. البته مي‌توان به منظور اجتناب از نقص فوق، استحكام خشك قطعات را با اضافه كردن بعضي از مواد تا اندازه‌اي افزايش داد مانند:
    1ـ اضافه كردن مقداري آب شيشه به مواد تا اندازه‌اي كه اثري بر روي قابليت ريختن، دوغ‌آب مواد بدنه، نگذارد.
    2ـ اضافه كردن مقدار كمي بنتونيت به مواد.
    3ـ اضافه كردن خاكهاي رس مختلف مانند كائولن ـ شيفر و غيره
    4ـ اضافه كردن مواد آلي مانند تولوز و آلگينات. اين مواد استحكام خشك را افزايش داده ولي از تورم مجدد آن در طي زمان نمي‌توان جلوگيري كرد.

    براي لعابكاري خام بايد بدنه سراميكي كاملاً خشك باشد. اگر بدنه در حين لعابكاري ترك خورد بايد لعاب پلاستيكي را به حد كافي با آب رقيق كرد. به مواد بدنه بايد مواد تقليل دهنده‌ يا مواد غير پلاستيكي اضافه كرد. به منظور بهتر كردن خواص لعابهاي محتوي فريت زياد بايد مقداري مواد پلاستيكي به آن اضافه كرد.
    يكي از مسائل مهم در لعابكاري خام زمان لعابكاري بر روي بدنه است. اگر زمان فرو بردن و نگه‌ داشتن بدنه در لعاب زياد باشد مقدار بيشتري آب به خود جذب كرده، به طوري كه قابليت مكندگي بدنه كاملاً به اتمام رسيده (اشباع شده) و آب اضافي موجود در بدنه موجب نرم شدن بدنه و بنابراين تغيير شكل آن مي‌شود.
    زمان لعابكاري زياد سبب عيوب زير مي‌شود:
    1ـ به سختي خشك شدن لعاب از سطح بدنه و سُر خوردن لعاب از روي آن.
    2ـ تشكيل آبله و ترك پس از خشك شدن.
    3ـ تاب خوردن و شكستن بدنه خام.
    فرمول كلي براي تعيين زمان لعابكاري و تنظيم غلظت صحيح و مناسب لعاب وجود ندارد، بلكه بايد با كمي تجربه حدود آنها را مشخص و بدست آورد.
    ترجيح داده مي‌شود قطعات بزرگ ميان تهي را ابتدا از داخل لعابكاري كرده و پس از گذشت چند ساعتي خشك شدن، سطوح خارجي آن را لعابكاري كنند. جهت لعابكاري خام از لعابهايي كه بيش از چهار پنجم مواد محتوي آن فريت شده باشد نامناسب است و احتمالاً اشكالات به وجود مي‌آورد.
    اگر در بدنه انقباض بيشتري نسبت به لعاب داشته باشد، لعاب از روي بدنة خام شروع به ريختن مي‌كند. بنابراين بايد انقباض لعاب را افزايش داد. با اضافه كردن مواد خام پلاستيكي بيشتر به لعاب، حالت ريختن فوق پيش‌گيري مي‌شود. بنتونيت (5/1 درصد) از ريختن لعاب نيز ممانعت به عمل مي‌آورد.
    قواعد كلي براي تهيه فريت
    براي تهيه لعاب اغلب مقداري فريت مورد استفاده است. مواد لعاب را موقعي فريت مي‌كنند كه خواسته باشند مواد حل شونده در آب را به سيليكاتهاي غير محلول تبديل يامواد سمي را به مواد غير سمي تبديل كنند. در موقع محاسبه مواد خام جهت تهيه فريت بايد حتماً مقدار آب متبلور را در نظر گرفته و حساب كرد.
    كربنات سديم كلسينه شده، به ويژه در محيط مرطوب، مقدار زيادي آب به خود جذب و تشكيل هيدرات مي‌دهد، بنا بر اين توصيه مي‌شود از ذخيره و انبار كردن مقدار زياد اين مواد صرفنظر كرده يا بهتر است كربنات سديم متبلور (Na2CO3. 10H2O) كه پايداري نسبتاً بيشتري دارد مورد استفاده قرار گيرد.
    براكس در مقابل آب و رطوبت محيط حساس است و بايد در ظروف كاملاً آبندي شده نگه‌داري شود.
    تمام فريت‌ها بايد محتوي كوارتز باشند و نسبت مقدار بازها به كوارتز، از حداقل يك به يك و حداكثر از 1 به 3 تجاوز نكند.
    به فريت‌هاي قليايي بايد نسبت به هر يك مول قليايي حداقل 5/2 مول كوارتز اضافه شود، در غير اين صورت پس از فريت‌شدن مقداري از قليايي‌ها به شدت در آب حل مي‌شود.
    به منظور ممانعت كامل از حلاليت قليايي‌ها نبايد بيش از نصف مقدار مواد بازي ، از قليايي تشكيل شده باشد.

    در سمت بازها به جز مواد قليايي بايد اغلب مقداري اكسيد كلسيم و اكسيد سرب وجود داشته باشد كه در موقع فريت كردن، سيليكاتهاي غير محلول تشكيل شود.
    اگر به فريتي خواسته باشند اسيد بوريك اضافه كنند، نسبت B2O3 بهSiO2 نبايد كمتر از 1 به 2 باشد.
    در فريتها‌يي كه غير از مواد PbO و SiO2 و اسيد بوريك مواد ديگري مانند K2O وجود دارد، مي توان نسبت B2O3به SiO2 را از 1 به 5/1-1 تغيير داد. در موقع فريت كردن مواد محتوي اسيد بوريك، بايد حتماً مقدار فراريت اسيد بوريك توسط بخار آب تشكيل شده را در نظرگرفت.
    براي توليد فريت‌هاي قليايي خالص جهت كارهاي مخصوص مي توان در طرف بازها در فرمول زگر غير از مواد قليايي مقداري اكسيد كلسيم اضافه كرد. اين اكسيد به رنگفريت تأثيري نمي گذارد ولي اثرات مناسبي بر روي لعاب دارد.
    اضافه كردن مقدار بسيار كمي Al2O3 ، تا اندازه‌اي كه رنگ را تغيير ندهد مفيد است.
    به منظور اجتناب و پيش‌گيري از تبخير بيش از حد سرب در فريت سيليكات سرب خالص، توصيه مي شود به مقدار بسيار كمي Al2O3 به مواد لعاب اضافه كنند.

 

لعاب های سرامیکی ( به طوری که در نهایت خواص تکنیکی و ظاهری خاصی به کاشی می دهند ) نقش بسیار مهمی در پروسه ی تولید کاشی ایفا می کنند . این لعاب ها همچنین به دلیل مواد پیچیده و مشخصه های رئولوژیکی ویژه ای که دارند نیازمند آنالیز بیشتری هستند . اگرچه متاسفانه بحث های زیادی در این حیطه منتشر نشده است ، در این جا به تکنیک های کاربردی در لعاب زنی و دکوراسیون محصولات سرامیکی خواهیم پرداخت .
با این حال ابتدا به شرح مختصر دسته بندی از لعاب های سرامیکی می پردازیم و مشخصات آنها را ارزیابی می کنیم و یک گزارش از تکنیک های آماده سازی آنها ارائه می دهیم . این مسئله باعث می شود که یک پیش زمینه ای از اطلاعات مورد نیاز برای خواننده ایجاد شود تا به درستی بتواند مطالب بعدی در مورد لعاب زنی و دکوراسیون را متوجه شود.
لعاب را می توان مانند یک لباس برای پوشاندن محصولات سرامیکی از قبیل کاشی ها ، ظروف سفره ، ظروف سفالین و ... مورد استفاده قرار داد . پوشانندگی لعاب 2 کاربرد مهم شامل کاربرد تکنیکی و زیبایی ظاهری دارد. کاربرد تکنیکی شامل پرداخت کامل سطح محصول ، ضد آب کردن سطح و ایجاد سطحی است که به راحتی لکه و چرک از آن پاک شود .
کاربرد ظاهری لعاب شامل صیقلی کردن سطح محصولات و رنگارنگ کردن سطح است که رسیدن به این سطح رنگارنگ از راه های دیگر بسیار سخت است . ویژگی سطح نهایی بستگی به نوع لعاب و روش اعمال آن دارد .
 پيش فرض لعاب های سرامیکی ، ویژگی آنها :

    لعاب یکی از انواع شیشه است و تمام مشخصه های شیشه را دارد ( بعضی از این مشخصه ها برای رسیدن به اهدافی که در بالا توضیح داده شد مورد استفاده قرار می گیرد .)
    مطابق با ویژگی ها و خواص لعاب های شیشه ای ابتدا باید مفهوم زجاجیت ذکر شود.
    شیشه :
    حالت زجاجی : هر مایعی که در زیر نقطه ی انجماد خود جامد می شود . این جامد ممکن است ساختاری کریستالی با شبکه های مولکولی منظم و یا ساختاری آمورف با نظم گیری اتفاقی مولکول ها به صورت نا منظم داشته باشد . شیشه یک جامد با مشخصه ای بین 2 حالت کریستالی و آمورف است . شیشه شبکه ای کریستالی دارد که نظم این شبکه ها دوباره تغییر کرده و به شیوه ای نا منظم در فضا قرار گرفته اند . شیشه را می توان یک جامد با ساختاری کریستالی تصور کرد که سریع تر از سرعت مورد نیاز برای کریستالیزه شدن سرد شده ، بنا بر این زمان لازم برای کریستالیزاسیون کامل را نداشته است.
    از یک دید دیگر شیشه را می توان مانند یک مایع با ویسکوزیته ی بالا در نظر گرفت که قبل از کریستالی شدن سخت و صلب شده است . از آنجایی که ساختار کریستالی نسبت به حالت شبه کریستالی انرژی کمتری دارد بنا بر این حالت زجاجی نا پایدار است. چون تمایل دارد به سمت انرژی پیش رود که حالت مناسب تری (حالت کریستالی) داشته باشد ، بنا بر این ساختار کریستالی پیدا می کند.
    همه ی مواد نمی توانند در حین سرد شدن حالت شیشه ای پیدا کنند. به طور کلی موادی شیشه می شوند که مخلوطی از اکسید هایی مانند سیلیکا و اکسید بور داشته باشند. این اکسید ها در اکثر مواقع در شیشه ها وجود دارند و ساختار را ( اگر نا منظم باشد ) مطابق با مشخصه هایی نظم می دهند.( تترائدر های سیلیکا و تریگونال های اکسید بور ) این اکسید ها شیشه ساز نامیده می شوند. بقیه ی اکسید ها خواصی بین اکسید های شیشه ساز با پیوند ضعیف دارند و نهایتا برخی خواص ( دانسیته ، ویسکوزیته و مقاومت شیمیایی ) مودیفایر ها ( اصلاح ساز ) را دارند. ای اکسید ها اصلاح ساز ( مانند اکسید های قلیایی ) و یا پایدار ساز ( مانند اکسید های قلیایی خاکی ) نامیده می شوند. برخی از اکسید های دیگر مانند آلومینا و اکسید های فلزات اصلی می توانند مانند هر دو اکسید اصلاح ساز و پایدار ساز رفتار کنند که بستگی به خواص اکسید های دیگر موجود در شیشه دارد.
    شاخصه های کلی شیشه :
    خواص شیمیایی : به طور کلی شیشه مقاومت شیمیایی خوبی دارد ، به همین دلیل به طور گسترده برای ظروف حاوی مواد شیمیایی که اسید و یا باز قوی هستند مورد استفاده قرار می گیرد ( هیدروفلوریک یکی از استثنائات است که به شیشه آسیب می رساند )
    لعاب شیشه ای معمولا مقاومت به اسید و باز خوبی دارد.مقاومت این لعاب ها نسبت به اسید کمتر است زیرا آنها شامل برم زیاد و اصلاح سازی کمتری هستند ( لعاب های دما پایین ) . لعاب های حاوی سیلیکات زیاد و پایدار ساز ها دارای مقاومت به اسید بالاتری هستند ( لعاب های دما بالا )
    خواص مکانیکی :
    شیشه رفتاری الاستیک دارد . به عبارت دیگر استحکام فشاری بالا و کششی پایینی دارد و مقاوم به شوک است . تفاوت بین استحکام کششی و فشاری در لعاب هایی که روی بدنه ی کاشی اعمال می شود مهم است . لایه های شیشه ای لعاب باید تناسبی نسبی با بدنه داشته باشند ( به عبارت دیگر باید ضریب انبساط کمتری نسبت به بدنه داشته باشند ) تا از ترک برداری سطحی جلوگیری شود . ترک برداری زمانی اتفاق می افتد که لعاب نسبت به بدنه در انقباض یا کشش باشد ( لعاب ضریب انبساط بالاتری نسبت به بدنه داشته باشد )
    سختی نسبت به مقاومت به خراش در ناحیه ی بین 6 – 7 در دستگاه سختی سنج موهس قرار می گیرد . و با ترکیب شیشه کمی تغییر می کند . محاسبه ی سختی بر حسب مقاومت به خراش یک پارامتر مهم و معنادار برای لعاب های پوشاننده ی کاشی کف است . این پارامتر که با توجه به هر 2 پارامتر ساختار سطح ( سایش سطح که به دلیل وجود اصلاح ساز ها است که ایجاد خواص اپتیکی در سطح می کنند ) و ترکیب شیشه ( سایش عمیق که با برداشتن مواد سطحی برای مشخص شدن لایه ی اصلی می باشد که در زیر قرار گرفته است )متنوع است .
    خواص اپتیکی ، حرارتی و الکتریکی :
    با توجه به ترکیب، شیشه توانایی جذب طوح موج های متفاوتی از محدوده ی طیف مرئی را دارد . همچنین شیشه می تواند نور را شکست و یا بازتاب دهد . شیشه رسانای ضعیف گرما و الکتریسیته است و از این رو عایق خوبی می باشد .

 ترکیب لعاب ها :

    1 ) فریت : فریت ها در اصل ذرات ریز شیشه ای هستند که جز اصلی لعاب ها را تشکیل می دهند . تولید فریت ها بدین گونه است که مواد اولیه ی خام مختلف که به صورت پودر هستند با هم مخلوط کرده و در کوره های مخصوص فریت قرار می دهند که در آنجا متلاشی و تجزیه شده و یک سری فعل و انفعالات داخلی روی آنها صورت می گیرد و به یک توده ی ویسکوز مایع تبدیل می شود . در نهایت آین توده سریعا توسط آب یا هوا سرد شده که این سرد شدن در نقطه ای صورت می گیرد که گرانول ها یا پولک های شیشه ای شکل می گیرد .
    فریت ها را می توان دوباره ذوب کرد و با سایر فریت ها و یا با مقدار مناسبی از مواد خام غیر شیشه ای مخلوط کرد تا در نهایت یک توده ی شیشه ای هموژن حاصل شود که خواصی متفاوت با فریت اولیه دارد. این خاصیت فریت ها باعث می شود تا از تعداد کمی مواد اولیه و فریت ، گستره ی پهناوری از فریت ها با خواص مختلف حاصل شود.
    اجزا اصلی فریت ها :
    سیلیکا : شیشه ساز اصلی است و به صورت ماسه های سیلیسی فلد اسپار وجود دارد.
    آلومینا : پایدار ساز اصلی شیشه است و توانایی ترکیب با اکسید های پایه و سیلیکا را دارد. به طور کلی به شکل فلد اسپار ها دیده می شود .
    اکسید بور : به همراه سیلیکا یکی از شیشه ساز ها محسوب می شود که شیشه ای با نقطه ی ذوب پایین تری تشکیل می دهد. به صورت اسید بوریک ، بوراکس و کانی بوریک ( کلومونیک و آلکسیت ) مشاهده می شود.
    اکسید های قلیایی : ( لیتیم ، سدیم ، پتاسیم ) اصلاح ساز های شیشه هستند که به صورت فلداسپارها و کربنات ها دیده می شوند.
    اکسید های قلیایی خاکی : ( کلسیم ، منیزیم ، استرونتیوم ) اصلاح ساز و پایدار ساز هستند که به صورت کربنات ها و کانی های دیگر مانند تالک و ولاستنیت مشاهده می شوند.
    اکسید فلزات سنگین : ( باریم ، سرب ) اصلاح ساز های شیشه هستند که به صورت کربنات ( باریم ) و یا اکسید سرب قرمز ( سرب ) دیده می شوند.
    اکسید فلزات دیگر : ( قلع ، روی ، زیرکونیوم ) اصلاح ساز های شیشه هستند که معمولا همیشه حضور ندارند. به صورت اکسید ( قلع و روی ) و یا سیلیکات ( زیرکونیم ) دیده می شوند .
    کانی مواد خام :
    تعدادی زیادی از اکسید ها هستند که به فریت اضافه می شوند تا شیشه ای با مشخصات متفاوت با فریت اولیه حاصل شود . این اکسید ها ، کانی های خامی هستند که قابلیت انحلال در آب را دارند . این مواد در شکل گیری شیشه نقش دارند از این رو باید در طی پروسه ی پخت به صورت ترکیب وجود داشته باشند و با توده ی مذاب یکنواخت و همگن شوند.این مورد با دمای پخت پایین و سیکل سریع سازگاری دارد.
    مواد خامی که معمولا به فریت ها اضافه می شوند شامل :
    آلومینا و کوراندوم : برای افزایش سختی و استحکام شیشه و افزایش اپسیته به کار می رود .
    دی اکسید تیتانیوم : به عنوان مات کننده استفاده می شود .
    رس و کائولن : به طور کلی برای پایداری سوسپانسیو ن مورد استفاده قرار می گیرد .
    کوارتز : برای افزایش میزان سیلیکای شیشه است .
    دی اکسید قلع : به عنوان مات کننده استفاده می شود .
    ولاستنیت : به عنوان مات کننده در دماهای نسیتا پایین مورد استفاده قرار می گیرد .
    اکسید روی : به عنوان ماده ی متبلور کننده ( در مقدار زیاد ) استفاده می شود تا سطح حاصل مات شود .
    سیلیکات زیرکونیوم : به عنوان مات کننده مورد استفاده قرار می گیرد

شیمی لعاب ها :

    همانطور که گفتیم عوامل مختلفی به صورت اکسید می توانند شیشه بسازند . از طریق ترکیب در صد های مختلفی از این اکسید ها می توان شیشه هایی با ویزگی و مشخصات مختلف تولید کرد .در زیر لیستی ( غیر جامع ) از اکسید هایی که به طور کلی در لعاب ها ی سرامیکی وجود دارد به همراه خواص اصلی آنها ذکر شده است .
    سیلیکا ( اکسید سیلیکون ) : همیشه و اغلب با در صد های بالا در لعاب وجود دارد و عامل اصلی تشکیل شیشه است . شیشه هایی که محتوی سیلیکای بالایی هستند مقاومت به اسید و نقطه ی ذوب بالایی دارند .
    آلومینا : ( اکسید آلومینیم ) همیشه در لعاب وجود دارد و پایدار ساز اصلی شیشه است و توانایی ترکیب شدن با اکسید های قلیایی و سیلیکا را دارد . مقاومت شیمیایی و استحکام مکانیکی شیشه را افزایش داده و ضریب انبساط را کاهش می دهد . به عنوان مات کننده نیز مورد استفاده قرار می گیرد .
    اکسید بور : به طور معمول به همراه سیلیکا به عنوان شیشه ساز اصلی وجود دارد. این اکسید به عنوان گداز آور در شیشه های حاوی سیلیکا عمل می کند و توانایی انحلال رنگ را به خوبی دارد . در درصد های بالا رنگ شیری یا کدر ایجاد می کند.
    اکسید های قلیایی : ( لیتیم ، سدیم ، پتاسیم ) در اکثر مواقع در لعاب موجود است زیرا نقطه ی ذوب و ویسکوزیته ی شیشه را کاهش می دهد . این اکسید ها هیچگاه در درصد های بالا مورد استفاده قرار نمی گیرند زیرا محلول هستند و تمابل دارند مقاومت شیمیایی شیشه را کاهش و همچنین ضریب انبساط را افزایش دهند . قابلیت حل شدن و گداز آوری در اکسید لیتیم از همه بیشتر و در اکسید پتاسیم از همه کمتر است .
    اکسید های قلیایی خاکی : ( کلسیم ، منیزیم ، استرانسیم ) اصلاح ساز های شیشه هستند که قادرند قابلیت انحلال اکسید های قلیایی را کاهش دهند. در درصد های بالا اکسید کلسیم قابلیت مات کنندگی دارد .
    اکسید باریم و سرب : اصلاح ساز های شیشه هستند که برای کاهش نقطه ی ذوب و افزایش براقیت استفاده می شوند. به ویژه اکسید سرب توانایی رنگی کردن رنگ های مشخصی را بالا می برد و وقتی در درصد های بالا استفاده می شود نقطه ی ذوب شیشه را بسیار کاهش می دهد. برای پخت سوم یا دکوراسیون روی شیشه مناسب است . همچنین شیشه هایی که حاوی درصد بالایی سرب هستند مقاومت شیمیایی پایینی دارند. در درصد های بالا اکسید باریم باعث دوباره شیشه ای شدن و ماتی می شود .
    اکسید تیتانیوم : پایدار ساز است و باعث افزایش مقاومت شیمیایی و استحکام مکانیکی شیشه می شود . در درصد های پایین مات کننده است . این اکسید به شیشه رنگ زردی مشابه عاج فیل می دهد.
    اکسید زیرکونیوم : در اکثر مواقع در لعاب های مات وجود دارد. الاستیسیته ی شیشه را افزایش داده و آن را در مقابل ترک برداری سطحی مقاوم می کند .
    اکسید روی : به عنوان گداز آور و اصلاح ساز شیشه های حاوی آلومینا با درصد بالا است .در درصد های پایین باعث افزایش براقیت و روشنی یک سری رنگ های خاص می شود . در درصد های بالا به عنوان مات کننده در شیشه های فاقد بور و شیشه های حاوی اکسید کلسیم پایین است .در درصد های بالا باعث شیشه ای شدن مجدد و ماتی سطح می شود .
    اکسید قلع : اصلاح ساز شیشه که به عنوان عامل مات کننده است و ضریب انبساط شیشه را کاهش و مقاومت شیمیایی ان را افزایش می دهد .
    اکسید سریم : به دلیل قدرت مات کنندگی بسیار بالا به لعاب اضافه می شود .
    اکسید کبالت : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های آبی و مشکی و سبز استفاده می شود .
    اکسید کروم : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های مختلف شامل زرد ، سبز ، قهوه ای و مشکی مورد استفاده قرار می گیرد .
    اکسید نیکل : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های مختلف شامل زرد ، سبز ، قهوه ای و مشکی مورد استفاده قرار می گیرد .
    اکسید آنتیموان : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های زرد و نارنجی استفاده می شود .
    اکسید منیزیم : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های قهوه ای مختلف استفده می شود . به فرم رنگی برای حصول رنگ صورتی استفاده می شود .
    اکسید وانادیم : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های زرد و آبی استفاده می شود .
    اکسید مس : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های سبز و مشکی استفاده می شود .
    اکسید آهن : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های قهوه ای و قهوه ای مایل به قرمز است . به فرم رنگی برای حصول رنگ مشکی و صورتی استفاده می شود .
    اکسید پرازئودیمیم : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ زرد مورد استفاده قرار می گیرد .

انواع لعاب : انواع مختلف لعاب را می توان از طریق فریت ها ، مواد خام و رنگ های مختلف ( حتی ممکن است فقط درصد های مواد متفاوت باشد ) به دست آورد که اگر بخواهیم آنها را دسته بندی کنیم می توان بر حسب کاربردهایشان در گروه های یکسان قرار بگیرند .
لعاب را می توان با شیوه های مختلف روی روی کاشی اعمال کرد که در زیر به توضیح آن می پردازیم. دسته بندی زیر بر اعمال خشک یا تر لعاب است . طبق مقدار لعابی که روی کاشی اعمال می شود انواع آن شامل :
- کاشی های دو پخت : 1 - 1.2 کیلوگرم بر متر مربع
- کاشی دیوار تک پخت : 0.7 – 0.9 کیلوگرم بر متر مربع
- کاشی کف تک پخت : 0.6 – 0.8 کیلوگرم بر متر مربع
-کاشی پرسلان : 0.4 – 0.6 کیلوگرم بر متر مربع
لعاب هایی که به صورت تر اعمال می شوند :
انگوب : یک زیر لایه است که با هدف پوشاندن بدنه ی کاشی و یکنواخت و هموار کردن سطح برای اعمال لعاب مورد استفاده قرار می گیرد . انگوب شیشه ای نشده و قادر به پوشانندگی کامل نیست . انپوب معمولا سفید است و برای همه ی محصولات لعاب دار استفاده می شود . تشکیل دهنده ی اصلی انگوب مواد خام رسی است وشامل مقدار کمی فریت است . زمینه ی شیشه ای به این دلیل است که انگوب بعد از پخت به بدنه بچسبد . مقدار و نوع فریتی که استفاده می شود بستگی به دمای پخت دارد.
زیر لعابی : همان لعاب های اصلی هستند که با مقادیر متفاوت اعمال می شوند . زیر لعابی می تواند سفید یا رنگی باشد که معمولا به صورت مات اعمال می شود . زیر لعابی مهم ترین جز برای ایجاد سطح براق ، جلای نهایی و عمق است .
زیر لعابی شامل یک یا چند فریت و مواد خام است که تقریبا همیشه شامل کائولن و سیلیکات زیرکونیم است . درصد بالای فریت معمولا در لعاب کاشی دیوار ( بیشتر از 90% ) و درصد پایین تر آن در کاشی کف ( کمتر از 50% ) استفاده می شود .
نوع و مقدار فریت در انگوب بستگی به سیکل و دمای پخت دارد .
به طور کلی فریت هایی که برای کاشی کف استفاده می شوند فاقد سرب یا در بعضی مواقع شامل مقدار کمی سرب هستند . از سوی دیگر، معمولا سرب در لعاب کاشی کف و در بعضی مواقع در درصد های بالا ( بالای 30% ) به کار برده می شود .
موتل ( ابری ، رنگی ) این لعاب ها رنگی هستند و به شکل پودری اعمال می شوند . از این رو در زیر یا روی زیر لعابی خطوط برجسته ایجاد کرده و آنرا ترمیم می کنند . معمولا مقدار کمی موتل رو ی کاشی ها اعمال می شود . بنابراین نحوه ی پراکنده کردن آن به نوع دستگاه اعمالی بستگی دارد . که بتواند آنرا به طور کامل روی کاشی پراکنده کند ( گاهی اوقات 3 یا 4 موتل مختلف روی یک کاشی اعمال می شود ) و مقدار لعابی که در نهایت مصرف می شود می تواند زیاد باشد . موتل شامل درصد بالایی از فریت و رنگ است . معمولا فریت ها نقطه ی ذوب پایینی دارند ( بنابراین می توانند با مقدار زیادی از رنگ ها در شیشه یکنواخت شوند ) و شفاف هستند. ( بنابراین قدرت رنگی بودن رنگدانه ها را بالا می برد ) به علاوه فریت ها باید فاقد سرب باشند تا برای سلامتی مضر نباشند . فریت توسط دستگاه های لعاب به فرم ذارت کروی و پودری در می آید .
رو لعابی : این لعاب در انتهای پروسه ی لعاب زنی اعمال می شود و با افزایش استحکام مکانیکی و مقاومت شیمیایی از سطح محافظت می کند . به همین دلیل این نوع لعاب بیشترین کاربرد را در کاشی کف نسبت به کاشی دیوار دارد . گاهی اوقات رو لعابی نواقص زیر لعابی را اصلاح می کند و سطح را شیشه ای تر و یا اطلسی و کمی رنگی می کند . این خانواده از لعاب ها مشابه زیر لعابی ها شامل فریت و مواد خام افزودنی هستند .
میزان فریت و مواد خام با توجه به میزان مقاومت مورد نیاز لعاب محاسبه می گردد . فریت باید قابلیت حل پایینی داشته باشد و مواد افزودنی نیز معمولا سیلیکا و آلومینیم هستند که ممکن است به فرم کوارتز و کوراندوم اضافه گردند .
لعاب های چاپ تخت : همانطور که از اسم آنها پیداست این لعاب ها از طریق چاپ تخت و برای ایجاد زیبایی روی کاشی اعمال می شوند . از نظر ترکیب گاهی اوقات مشابه زیر لعابی ( غیر رنگی ) و گاهی شبیه موتل ( با مقدار رنگ زیاد ) هستند . یکی از مشخصه های این لعاب که مشابه هیچکدام از لعاب های بالا نیست این است که در مایعات آلی یا مایعاتی با مقدار ماده ی آلی بالا پراکنده می شوند .
لعاب های خشک :
گریت ها ( شن ، سنگ ریزه ) : فریت هایی هستند که روی آنها خردایش اولیه صورت گرفته و الک شده اند تا گرد و غبار آنها گرفته شود و اندازه ی ذارت آنها کنترل شده باشد . اولین باری که کاشی پخته می شود گریت ها نمایان باقی می مانند که این قسمتی از خصوصیات این لعاب هاست . گریت ممکن است فقط شامل یک فریت و یا مخلوطی از چند فریت باشد . گریت می تواند سفید یا رنگی ، شفاف یا مات باشد . ایجاد رنگ از طریق خردایش فریت های رنگی انجام می گیرد یا با استفاده از تکنیک های خاصی در فریت های سفید یا شفاف رنگ ایجاد می کنند .
پودر : بر خلاف گرانول ها ، پودر برای ایجاد سایه و یا رگه دار کردن بدون نمایان شدن دانه استفاده می شوند . پودر شامل فریت و لعاب یا رنگ است که باید اندازه ی ذارت آن بسیار کوچک باشد و اگلومره شده باشد .
گرانول : گرانول ها لعاب هایی هستند که آسیاب شدن اولیه و خشکایش و گرانوله شدن از طریق چسب های ویژه روی آن انجام شده است . در نتیجه ترکیبی از ذارت کروی با اندازه ی ذرات کنترل شده است . دانه ها بعد از پخت کاشی نمایان باقی می ماند و زیبایی خاصی به آن می دهد . ظاهر لعاب می تواند با توجه به اثرات نهایی که لازم است بسیار متغیر باشد . گرانولیت ها از نظر زیبایی ظاهری گستره ی وسیع تری نسبت به گرانول ها دارند اگرچه به دلیل تکنیک تولید آنها شکننده تر هستند . به دلیل ناهنجاری هایی که ممکن است در طی لعاب زنی ایجاد شود گاهی اوقات پودر کلسینه یا زینتر می شود . به همین دلیل گرانول ها استحکام مکانیکی بالاتری دارند . ( لعاب های قرصی شکل )

 

لعاب های سرامیکی ( به طوری که در نهایت خواص تکنیکی و ظاهری خاصی به کاشی می دهند ) نقش بسیار مهمی در پروسه ی تولید کاشی ایفا می کنند . این لعاب ها همچنین به دلیل مواد پیچیده و مشخصه های رئولوژیکی ویژه ای که دارند نیازمند آنالیز بیشتری هستند . اگرچه متاسفانه بحث های زیادی در این حیطه منتشر نشده است ، در این جا به تکنیک های کاربردی در لعاب زنی و دکوراسیون محصولات سرامیکی خواهیم پرداخت .
با این حال ابتدا به شرح مختصر دسته بندی از لعاب های سرامیکی می پردازیم و مشخصات آنها را ارزیابی می کنیم و یک گزارش از تکنیک های آماده سازی آنها ارائه می دهیم . این مسئله باعث می شود که یک پیش زمینه ای از اطلاعات مورد نیاز برای خواننده ایجاد شود تا به درستی بتواند مطالب بعدی در مورد لعاب زنی و دکوراسیون را متوجه شود.
لعاب را می توان مانند یک لباس برای پوشاندن محصولات سرامیکی از قبیل کاشی ها ، ظروف سفره ، ظروف سفالین و ... مورد استفاده قرار داد . پوشانندگی لعاب 2 کاربرد مهم شامل کاربرد تکنیکی و زیبایی ظاهری دارد. کاربرد تکنیکی شامل پرداخت کامل سطح محصول ، ضد آب کردن سطح و ایجاد سطحی است که به راحتی لکه و چرک از آن پاک شود .
کاربرد ظاهری لعاب شامل صیقلی کردن سطح محصولات و رنگارنگ کردن سطح است که رسیدن به این سطح رنگارنگ از راه های دیگر بسیار سخت است . ویژگی سطح نهایی بستگی به نوع لعاب و روش اعمال آن دارد .
 پيش فرض لعاب های سرامیکی ، ویژگی آنها :

    لعاب یکی از انواع شیشه است و تمام مشخصه های شیشه را دارد ( بعضی از این مشخصه ها برای رسیدن به اهدافی که در بالا توضیح داده شد مورد استفاده قرار می گیرد .)
    مطابق با ویژگی ها و خواص لعاب های شیشه ای ابتدا باید مفهوم زجاجیت ذکر شود.
    شیشه :
    حالت زجاجی : هر مایعی که در زیر نقطه ی انجماد خود جامد می شود . این جامد ممکن است ساختاری کریستالی با شبکه های مولکولی منظم و یا ساختاری آمورف با نظم گیری اتفاقی مولکول ها به صورت نا منظم داشته باشد . شیشه یک جامد با مشخصه ای بین 2 حالت کریستالی و آمورف است . شیشه شبکه ای کریستالی دارد که نظم این شبکه ها دوباره تغییر کرده و به شیوه ای نا منظم در فضا قرار گرفته اند . شیشه را می توان یک جامد با ساختاری کریستالی تصور کرد که سریع تر از سرعت مورد نیاز برای کریستالیزه شدن سرد شده ، بنا بر این زمان لازم برای کریستالیزاسیون کامل را نداشته است.
    از یک دید دیگر شیشه را می توان مانند یک مایع با ویسکوزیته ی بالا در نظر گرفت که قبل از کریستالی شدن سخت و صلب شده است . از آنجایی که ساختار کریستالی نسبت به حالت شبه کریستالی انرژی کمتری دارد بنا بر این حالت زجاجی نا پایدار است. چون تمایل دارد به سمت انرژی پیش رود که حالت مناسب تری (حالت کریستالی) داشته باشد ، بنا بر این ساختار کریستالی پیدا می کند.
    همه ی مواد نمی توانند در حین سرد شدن حالت شیشه ای پیدا کنند. به طور کلی موادی شیشه می شوند که مخلوطی از اکسید هایی مانند سیلیکا و اکسید بور داشته باشند. این اکسید ها در اکثر مواقع در شیشه ها وجود دارند و ساختار را ( اگر نا منظم باشد ) مطابق با مشخصه هایی نظم می دهند.( تترائدر های سیلیکا و تریگونال های اکسید بور ) این اکسید ها شیشه ساز نامیده می شوند. بقیه ی اکسید ها خواصی بین اکسید های شیشه ساز با پیوند ضعیف دارند و نهایتا برخی خواص ( دانسیته ، ویسکوزیته و مقاومت شیمیایی ) مودیفایر ها ( اصلاح ساز ) را دارند. ای اکسید ها اصلاح ساز ( مانند اکسید های قلیایی ) و یا پایدار ساز ( مانند اکسید های قلیایی خاکی ) نامیده می شوند. برخی از اکسید های دیگر مانند آلومینا و اکسید های فلزات اصلی می توانند مانند هر دو اکسید اصلاح ساز و پایدار ساز رفتار کنند که بستگی به خواص اکسید های دیگر موجود در شیشه دارد.
    شاخصه های کلی شیشه :
    خواص شیمیایی : به طور کلی شیشه مقاومت شیمیایی خوبی دارد ، به همین دلیل به طور گسترده برای ظروف حاوی مواد شیمیایی که اسید و یا باز قوی هستند مورد استفاده قرار می گیرد ( هیدروفلوریک یکی از استثنائات است که به شیشه آسیب می رساند )
    لعاب شیشه ای معمولا مقاومت به اسید و باز خوبی دارد.مقاومت این لعاب ها نسبت به اسید کمتر است زیرا آنها شامل برم زیاد و اصلاح سازی کمتری هستند ( لعاب های دما پایین ) . لعاب های حاوی سیلیکات زیاد و پایدار ساز ها دارای مقاومت به اسید بالاتری هستند ( لعاب های دما بالا )
    خواص مکانیکی :
    شیشه رفتاری الاستیک دارد . به عبارت دیگر استحکام فشاری بالا و کششی پایینی دارد و مقاوم به شوک است . تفاوت بین استحکام کششی و فشاری در لعاب هایی که روی بدنه ی کاشی اعمال می شود مهم است . لایه های شیشه ای لعاب باید تناسبی نسبی با بدنه داشته باشند ( به عبارت دیگر باید ضریب انبساط کمتری نسبت به بدنه داشته باشند ) تا از ترک برداری سطحی جلوگیری شود . ترک برداری زمانی اتفاق می افتد که لعاب نسبت به بدنه در انقباض یا کشش باشد ( لعاب ضریب انبساط بالاتری نسبت به بدنه داشته باشد )
    سختی نسبت به مقاومت به خراش در ناحیه ی بین 6 – 7 در دستگاه سختی سنج موهس قرار می گیرد . و با ترکیب شیشه کمی تغییر می کند . محاسبه ی سختی بر حسب مقاومت به خراش یک پارامتر مهم و معنادار برای لعاب های پوشاننده ی کاشی کف است . این پارامتر که با توجه به هر 2 پارامتر ساختار سطح ( سایش سطح که به دلیل وجود اصلاح ساز ها است که ایجاد خواص اپتیکی در سطح می کنند ) و ترکیب شیشه ( سایش عمیق که با برداشتن مواد سطحی برای مشخص شدن لایه ی اصلی می باشد که در زیر قرار گرفته است )متنوع است .
    خواص اپتیکی ، حرارتی و الکتریکی :
    با توجه به ترکیب، شیشه توانایی جذب طوح موج های متفاوتی از محدوده ی طیف مرئی را دارد . همچنین شیشه می تواند نور را شکست و یا بازتاب دهد . شیشه رسانای ضعیف گرما و الکتریسیته است و از این رو عایق خوبی می باشد .

 ترکیب لعاب ها :

    1 ) فریت : فریت ها در اصل ذرات ریز شیشه ای هستند که جز اصلی لعاب ها را تشکیل می دهند . تولید فریت ها بدین گونه است که مواد اولیه ی خام مختلف که به صورت پودر هستند با هم مخلوط کرده و در کوره های مخصوص فریت قرار می دهند که در آنجا متلاشی و تجزیه شده و یک سری فعل و انفعالات داخلی روی آنها صورت می گیرد و به یک توده ی ویسکوز مایع تبدیل می شود . در نهایت آین توده سریعا توسط آب یا هوا سرد شده که این سرد شدن در نقطه ای صورت می گیرد که گرانول ها یا پولک های شیشه ای شکل می گیرد .
    فریت ها را می توان دوباره ذوب کرد و با سایر فریت ها و یا با مقدار مناسبی از مواد خام غیر شیشه ای مخلوط کرد تا در نهایت یک توده ی شیشه ای هموژن حاصل شود که خواصی متفاوت با فریت اولیه دارد. این خاصیت فریت ها باعث می شود تا از تعداد کمی مواد اولیه و فریت ، گستره ی پهناوری از فریت ها با خواص مختلف حاصل شود.
    اجزا اصلی فریت ها :
    سیلیکا : شیشه ساز اصلی است و به صورت ماسه های سیلیسی فلد اسپار وجود دارد.
    آلومینا : پایدار ساز اصلی شیشه است و توانایی ترکیب با اکسید های پایه و سیلیکا را دارد. به طور کلی به شکل فلد اسپار ها دیده می شود .
    اکسید بور : به همراه سیلیکا یکی از شیشه ساز ها محسوب می شود که شیشه ای با نقطه ی ذوب پایین تری تشکیل می دهد. به صورت اسید بوریک ، بوراکس و کانی بوریک ( کلومونیک و آلکسیت ) مشاهده می شود.
    اکسید های قلیایی : ( لیتیم ، سدیم ، پتاسیم ) اصلاح ساز های شیشه هستند که به صورت فلداسپارها و کربنات ها دیده می شوند.
    اکسید های قلیایی خاکی : ( کلسیم ، منیزیم ، استرونتیوم ) اصلاح ساز و پایدار ساز هستند که به صورت کربنات ها و کانی های دیگر مانند تالک و ولاستنیت مشاهده می شوند.
    اکسید فلزات سنگین : ( باریم ، سرب ) اصلاح ساز های شیشه هستند که به صورت کربنات ( باریم ) و یا اکسید سرب قرمز ( سرب ) دیده می شوند.
    اکسید فلزات دیگر : ( قلع ، روی ، زیرکونیوم ) اصلاح ساز های شیشه هستند که معمولا همیشه حضور ندارند. به صورت اکسید ( قلع و روی ) و یا سیلیکات ( زیرکونیم ) دیده می شوند .
    کانی مواد خام :
    تعدادی زیادی از اکسید ها هستند که به فریت اضافه می شوند تا شیشه ای با مشخصات متفاوت با فریت اولیه حاصل شود . این اکسید ها ، کانی های خامی هستند که قابلیت انحلال در آب را دارند . این مواد در شکل گیری شیشه نقش دارند از این رو باید در طی پروسه ی پخت به صورت ترکیب وجود داشته باشند و با توده ی مذاب یکنواخت و همگن شوند.این مورد با دمای پخت پایین و سیکل سریع سازگاری دارد.
    مواد خامی که معمولا به فریت ها اضافه می شوند شامل :
    آلومینا و کوراندوم : برای افزایش سختی و استحکام شیشه و افزایش اپسیته به کار می رود .
    دی اکسید تیتانیوم : به عنوان مات کننده استفاده می شود .
    رس و کائولن : به طور کلی برای پایداری سوسپانسیو ن مورد استفاده قرار می گیرد .
    کوارتز : برای افزایش میزان سیلیکای شیشه است .
    دی اکسید قلع : به عنوان مات کننده استفاده می شود .
    ولاستنیت : به عنوان مات کننده در دماهای نسیتا پایین مورد استفاده قرار می گیرد .
    اکسید روی : به عنوان ماده ی متبلور کننده ( در مقدار زیاد ) استفاده می شود تا سطح حاصل مات شود .
    سیلیکات زیرکونیوم : به عنوان مات کننده مورد استفاده قرار می گیرد

شیمی لعاب ها :

    همانطور که گفتیم عوامل مختلفی به صورت اکسید می توانند شیشه بسازند . از طریق ترکیب در صد های مختلفی از این اکسید ها می توان شیشه هایی با ویزگی و مشخصات مختلف تولید کرد .در زیر لیستی ( غیر جامع ) از اکسید هایی که به طور کلی در لعاب ها ی سرامیکی وجود دارد به همراه خواص اصلی آنها ذکر شده است .
    سیلیکا ( اکسید سیلیکون ) : همیشه و اغلب با در صد های بالا در لعاب وجود دارد و عامل اصلی تشکیل شیشه است . شیشه هایی که محتوی سیلیکای بالایی هستند مقاومت به اسید و نقطه ی ذوب بالایی دارند .
    آلومینا : ( اکسید آلومینیم ) همیشه در لعاب وجود دارد و پایدار ساز اصلی شیشه است و توانایی ترکیب شدن با اکسید های قلیایی و سیلیکا را دارد . مقاومت شیمیایی و استحکام مکانیکی شیشه را افزایش داده و ضریب انبساط را کاهش می دهد . به عنوان مات کننده نیز مورد استفاده قرار می گیرد .
    اکسید بور : به طور معمول به همراه سیلیکا به عنوان شیشه ساز اصلی وجود دارد. این اکسید به عنوان گداز آور در شیشه های حاوی سیلیکا عمل می کند و توانایی انحلال رنگ را به خوبی دارد . در درصد های بالا رنگ شیری یا کدر ایجاد می کند.
    اکسید های قلیایی : ( لیتیم ، سدیم ، پتاسیم ) در اکثر مواقع در لعاب موجود است زیرا نقطه ی ذوب و ویسکوزیته ی شیشه را کاهش می دهد . این اکسید ها هیچگاه در درصد های بالا مورد استفاده قرار نمی گیرند زیرا محلول هستند و تمابل دارند مقاومت شیمیایی شیشه را کاهش و همچنین ضریب انبساط را افزایش دهند . قابلیت حل شدن و گداز آوری در اکسید لیتیم از همه بیشتر و در اکسید پتاسیم از همه کمتر است .
    اکسید های قلیایی خاکی : ( کلسیم ، منیزیم ، استرانسیم ) اصلاح ساز های شیشه هستند که قادرند قابلیت انحلال اکسید های قلیایی را کاهش دهند. در درصد های بالا اکسید کلسیم قابلیت مات کنندگی دارد .
    اکسید باریم و سرب : اصلاح ساز های شیشه هستند که برای کاهش نقطه ی ذوب و افزایش براقیت استفاده می شوند. به ویژه اکسید سرب توانایی رنگی کردن رنگ های مشخصی را بالا می برد و وقتی در درصد های بالا استفاده می شود نقطه ی ذوب شیشه را بسیار کاهش می دهد. برای پخت سوم یا دکوراسیون روی شیشه مناسب است . همچنین شیشه هایی که حاوی درصد بالایی سرب هستند مقاومت شیمیایی پایینی دارند. در درصد های بالا اکسید باریم باعث دوباره شیشه ای شدن و ماتی می شود .
    اکسید تیتانیوم : پایدار ساز است و باعث افزایش مقاومت شیمیایی و استحکام مکانیکی شیشه می شود . در درصد های پایین مات کننده است . این اکسید به شیشه رنگ زردی مشابه عاج فیل می دهد.
    اکسید زیرکونیوم : در اکثر مواقع در لعاب های مات وجود دارد. الاستیسیته ی شیشه را افزایش داده و آن را در مقابل ترک برداری سطحی مقاوم می کند .
    اکسید روی : به عنوان گداز آور و اصلاح ساز شیشه های حاوی آلومینا با درصد بالا است .در درصد های پایین باعث افزایش براقیت و روشنی یک سری رنگ های خاص می شود . در درصد های بالا به عنوان مات کننده در شیشه های فاقد بور و شیشه های حاوی اکسید کلسیم پایین است .در درصد های بالا باعث شیشه ای شدن مجدد و ماتی سطح می شود .
    اکسید قلع : اصلاح ساز شیشه که به عنوان عامل مات کننده است و ضریب انبساط شیشه را کاهش و مقاومت شیمیایی ان را افزایش می دهد .
    اکسید سریم : به دلیل قدرت مات کنندگی بسیار بالا به لعاب اضافه می شود .
    اکسید کبالت : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های آبی و مشکی و سبز استفاده می شود .
    اکسید کروم : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های مختلف شامل زرد ، سبز ، قهوه ای و مشکی مورد استفاده قرار می گیرد .
    اکسید نیکل : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های مختلف شامل زرد ، سبز ، قهوه ای و مشکی مورد استفاده قرار می گیرد .
    اکسید آنتیموان : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های زرد و نارنجی استفاده می شود .
    اکسید منیزیم : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های قهوه ای مختلف استفده می شود . به فرم رنگی برای حصول رنگ صورتی استفاده می شود .
    اکسید وانادیم : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های زرد و آبی استفاده می شود .
    اکسید مس : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های سبز و مشکی استفاده می شود .
    اکسید آهن : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ های قهوه ای و قهوه ای مایل به قرمز است . به فرم رنگی برای حصول رنگ مشکی و صورتی استفاده می شود .
    اکسید پرازئودیمیم : به عنوان عامل رنگی برای حصول رنگ زرد مورد استفاده قرار می گیرد .

انواع لعاب : انواع مختلف لعاب را می توان از طریق فریت ها ، مواد خام و رنگ های مختلف ( حتی ممکن است فقط درصد های مواد متفاوت باشد ) به دست آورد که اگر بخواهیم آنها را دسته بندی کنیم می توان بر حسب کاربردهایشان در گروه های یکسان قرار بگیرند .
لعاب را می توان با شیوه های مختلف روی روی کاشی اعمال کرد که در زیر به توضیح آن می پردازیم. دسته بندی زیر بر اعمال خشک یا تر لعاب است . طبق مقدار لعابی که روی کاشی اعمال می شود انواع آن شامل :
- کاشی های دو پخت : 1 - 1.2 کیلوگرم بر متر مربع
- کاشی دیوار تک پخت : 0.7 – 0.9 کیلوگرم بر متر مربع
- کاشی کف تک پخت : 0.6 – 0.8 کیلوگرم بر متر مربع
-کاشی پرسلان : 0.4 – 0.6 کیلوگرم بر متر مربع
لعاب هایی که به صورت تر اعمال می شوند :
انگوب : یک زیر لایه است که با هدف پوشاندن بدنه ی کاشی و یکنواخت و هموار کردن سطح برای اعمال لعاب مورد استفاده قرار می گیرد . انگوب شیشه ای نشده و قادر به پوشانندگی کامل نیست . انپوب معمولا سفید است و برای همه ی محصولات لعاب دار استفاده می شود . تشکیل دهنده ی اصلی انگوب مواد خام رسی است وشامل مقدار کمی فریت است . زمینه ی شیشه ای به این دلیل است که انگوب بعد از پخت به بدنه بچسبد . مقدار و نوع فریتی که استفاده می شود بستگی به دمای پخت دارد.
زیر لعابی : همان لعاب های اصلی هستند که با مقادیر متفاوت اعمال می شوند . زیر لعابی می تواند سفید یا رنگی باشد که معمولا به صورت مات اعمال می شود . زیر لعابی مهم ترین جز برای ایجاد سطح براق ، جلای نهایی و عمق است .
زیر لعابی شامل یک یا چند فریت و مواد خام است که تقریبا همیشه شامل کائولن و سیلیکات زیرکونیم است . درصد بالای فریت معمولا در لعاب کاشی دیوار ( بیشتر از 90% ) و درصد پایین تر آن در کاشی کف ( کمتر از 50% ) استفاده می شود .
نوع و مقدار فریت در انگوب بستگی به سیکل و دمای پخت دارد .
به طور کلی فریت هایی که برای کاشی کف استفاده می شوند فاقد سرب یا در بعضی مواقع شامل مقدار کمی سرب هستند . از سوی دیگر، معمولا سرب در لعاب کاشی کف و در بعضی مواقع در درصد های بالا ( بالای 30% ) به کار برده می شود .
موتل ( ابری ، رنگی ) این لعاب ها رنگی هستند و به شکل پودری اعمال می شوند . از این رو در زیر یا روی زیر لعابی خطوط برجسته ایجاد کرده و آنرا ترمیم می کنند . معمولا مقدار کمی موتل رو ی کاشی ها اعمال می شود . بنابراین نحوه ی پراکنده کردن آن به نوع دستگاه اعمالی بستگی دارد . که بتواند آنرا به طور کامل روی کاشی پراکنده کند ( گاهی اوقات 3 یا 4 موتل مختلف روی یک کاشی اعمال می شود ) و مقدار لعابی که در نهایت مصرف می شود می تواند زیاد باشد . موتل شامل درصد بالایی از فریت و رنگ است . معمولا فریت ها نقطه ی ذوب پایینی دارند ( بنابراین می توانند با مقدار زیادی از رنگ ها در شیشه یکنواخت شوند ) و شفاف هستند. ( بنابراین قدرت رنگی بودن رنگدانه ها را بالا می برد ) به علاوه فریت ها باید فاقد سرب باشند تا برای سلامتی مضر نباشند . فریت توسط دستگاه های لعاب به فرم ذارت کروی و پودری در می آید .
رو لعابی : این لعاب در انتهای پروسه ی لعاب زنی اعمال می شود و با افزایش استحکام مکانیکی و مقاومت شیمیایی از سطح محافظت می کند . به همین دلیل این نوع لعاب بیشترین کاربرد را در کاشی کف نسبت به کاشی دیوار دارد . گاهی اوقات رو لعابی نواقص زیر لعابی را اصلاح می کند و سطح را شیشه ای تر و یا اطلسی و کمی رنگی می کند . این خانواده از لعاب ها مشابه زیر لعابی ها شامل فریت و مواد خام افزودنی هستند .
میزان فریت و مواد خام با توجه به میزان مقاومت مورد نیاز لعاب محاسبه می گردد . فریت باید قابلیت حل پایینی داشته باشد و مواد افزودنی نیز معمولا سیلیکا و آلومینیم هستند که ممکن است به فرم کوارتز و کوراندوم اضافه گردند .
لعاب های چاپ تخت : همانطور که از اسم آنها پیداست این لعاب ها از طریق چاپ تخت و برای ایجاد زیبایی روی کاشی اعمال می شوند . از نظر ترکیب گاهی اوقات مشابه زیر لعابی ( غیر رنگی ) و گاهی شبیه موتل ( با مقدار رنگ زیاد ) هستند . یکی از مشخصه های این لعاب که مشابه هیچکدام از لعاب های بالا نیست این است که در مایعات آلی یا مایعاتی با مقدار ماده ی آلی بالا پراکنده می شوند .
لعاب های خشک :
گریت ها ( شن ، سنگ ریزه ) : فریت هایی هستند که روی آنها خردایش اولیه صورت گرفته و الک شده اند تا گرد و غبار آنها گرفته شود و اندازه ی ذارت آنها کنترل شده باشد . اولین باری که کاشی پخته می شود گریت ها نمایان باقی می مانند که این قسمتی از خصوصیات این لعاب هاست . گریت ممکن است فقط شامل یک فریت و یا مخلوطی از چند فریت باشد . گریت می تواند سفید یا رنگی ، شفاف یا مات باشد . ایجاد رنگ از طریق خردایش فریت های رنگی انجام می گیرد یا با استفاده از تکنیک های خاصی در فریت های سفید یا شفاف رنگ ایجاد می کنند .
پودر : بر خلاف گرانول ها ، پودر برای ایجاد سایه و یا رگه دار کردن بدون نمایان شدن دانه استفاده می شوند . پودر شامل فریت و لعاب یا رنگ است که باید اندازه ی ذارت آن بسیار کوچک باشد و اگلومره شده باشد .
گرانول : گرانول ها لعاب هایی هستند که آسیاب شدن اولیه و خشکایش و گرانوله شدن از طریق چسب های ویژه روی آن انجام شده است . در نتیجه ترکیبی از ذارت کروی با اندازه ی ذرات کنترل شده است . دانه ها بعد از پخت کاشی نمایان باقی می ماند و زیبایی خاصی به آن می دهد . ظاهر لعاب می تواند با توجه به اثرات نهایی که لازم است بسیار متغیر باشد . گرانولیت ها از نظر زیبایی ظاهری گستره ی وسیع تری نسبت به گرانول ها دارند اگرچه به دلیل تکنیک تولید آنها شکننده تر هستند . به دلیل ناهنجاری هایی که ممکن است در طی لعاب زنی ایجاد شود گاهی اوقات پودر کلسینه یا زینتر می شود . به همین دلیل گرانول ها استحکام مکانیکی بالاتری دارند . ( لعاب های قرصی شکل )

 

دستگاه سنجش مقاومت :
این دستگاه دارای یک اهرم می باشد و کاملا مکانیزه و کامپیوتری عمل می کند . برای سنجش مقاومت خمشی یک قطعه باید ضخامت کاشی را بدون پایه اندازه می گیریم و به دستگاه می دهیم سپس دکمه START را می زنیم اهرم پایین می اید تا جایی که قطعه را کاملا بشکند در این ازمایش اهرم باید کاملا در وسط فرار بگیرد در روی صفحه نمایش نیروی لازم جهت شکستن قطعه نوشته می شود و بر اساس فرمول زیر مقاومت را محاسبه می کنیم :
б = 3PL / ba2
که نیروی لازم جهت شکستن قطعه است . L فاصله تکیه گاه یا طول قطعه است . a ضخامت و bعرض است .
برای کاشی کف 22< б نیوتن بر میلیمتر است و برای کاشی دیوار12<б است . چون کاشی کف جذب اب کمتر ٬ تخلخل کمتر و استحکام بیشتر دارد .


جذب اب :
از هر سایز 5 نمونه را بر می داریم اول وزن خشک را انداره می گیریم سپس قطعات داخل دستگاه
بن ماری می گذاریم . دستگاه بن ماری بدین صورت کار می کند که قطعات را داخل ان گذاشته و درون ان اب می ریزیم 2 ساعت قطعات را در اب جوشان قرار می دهیم سپس 4 ساعت در اب معمولی قرار می دهیم سپس قطعه را وزن می کنیم و از فرمول زیر درصد جذب اب را محاسبه می کنیم :
100 x (وزن خشک – وزن تر)/ وزن تر
اگر دستگاه بن ماری نبود قطعات را داخل اب به مدت 24 ساعت گذاشته و سپس وزن ان اندازه می گیریم و از فرمول درصد جذب اب را محاسبه می کنیم .


لک پذیری :
این آزمایشات فقط برای کاشی کف است و برای دیوار نیست . در این حالت از پرمنگنات پتاسیم که جوهر قوی می باشد استفاده می کنیم در این حالت قطرات پرمنگنات را به مدت 24 ساعت بر روی قطعات نگه می داریم سپس می شوییم نباید لکی بر روی ان باقی یماند . اگر لک ماند باید فرمولاسیون لعاب عوض شود .


تست شیمیایی :
این تست هم برای کاشی کف است وهم برای کاشی دیوار است زمانی که فرمولاسیون لعاب عوض می شود تست شیمیایی می شود . برای این ازمایش اسید HCL 3% نرمال و باز KOH 3% نرمال را بر روی قطعات ریخته و در داخل یک محفظه قرار می دهیم و بعد از 4 روز ان را خالی می کنیم و دوباره این اسید ها و باز ها را ریخته و 3 روز بعد خالی می کنیم

نقش اكسيد سيليسيم (SiO2 ) در لعاب

دو گروه عمده از سراميک ها و شيشه ها وجود دارند که اين دو گروه عبارتند از:
1- سراميک هاي سنتي (Traditional ceramics)
2- سراميک هاي پيشرفته (Advanced ceramics)
کاربردهاي سراميک هاي سنتي در توليداتي مانند چيني آلات غذاخوري (dinner ware)، ظروف با قابليت استفاده شدن در اجاق غذاپزي (ovenware) و محصولات ساختماني شبيه به کاشي يا پنجره است. اکثر اين کاربردها مدت هاست که استفاده مي شوند و بنابراين مراکز و موقعيت هاي توليد و فروش اين محصولات به حد کمال رشد کرده اند. و نياز به رشد بيشترين اين مراکز انگشت شمار است.
سراميک هاي پيشرفته از مواد سراميکي و شيشه هايي ساخته شده اند که خواص مکانيکي، الکتريکي، اپتيکي، شيميايي و بيومديکالي آنها بهبود يافته است. اين مواد در چند دهه ي گذشته چشم انداز و پيشرفت خوبي داشته اند. که از اين رو زمينه هاي توليد و فروش برخي از اين محصولات مي تواند رشدي دو برابر داشته باشند.
دو گروه عمده در تقسيم بندي مواد سراميکي را مي توان دوباره به بخش هاي ديگر تقسيم کرد. که اين تقسيم بندي بر اساس توليدات خاص يا بخش هاي فروش انجام مي شود. (جداول 1و2)




در بين اين گروه ها توصيف برخي مشکل تر است مثلاً محصولات نسوز (refractories) داراي گروه گسترده اي مي باشد که تقسيم بندي آن مشکل تر مي شود. توليد بسياري از مواد وابسته به مواد نسوز است همانگونه که مي دانيد فلزات در خطوطي توليد و شکل دهي مي شوند که بوسيله ي مواد سراميکي عايق کاري شده اند. مواد نسوز مواد مهمي هستند که در برابر محيط هاي خورنده مقاومت نشان مي دهند. اين محيط هاي خورنده گاهاً داراي دماي بيش از 3200 درجه فارنهايت (1760 درجه سانتيگراد) هستند و همچنين علاوه بر دماي بالا حمله ي عوامل بازي و اسيدي، ضربات مکانيکي و ... نيز وجود دارد.
از اين رو سراميک هاي نسوز کمتر شناخته شده اند ولي موادي کاربردي هستند که نقش تعيين کننده اي در ارتقاء توانايي هاي توليد کننده ها براي صرفه جويي در مصرف انرژي و افزايش کيفيت مواد توليديشان دارند. که نتيجه ي اين مسأله پيشرفت اقتصادي در کل جهان مي شود. اگرچه مواد نسوز جزء گروه سراميک هاي سنتي هستند و اين تصور وجود دارد که زمينه هاي رشد اين نوع مواد به حد کمال رسيده ولي کاربرد و مصرف زياد اين مواد باعث شده است که به مواد پيشرفته تبديل شوند.
در حقيقت يک زمينه ي جهاني فروش براي سراميک هاي پيشرفته، کوره ها هستند که تخمين زده مي شود که فروشي معادل 211 ميليون دلار داشته باشند.

سرامیک لعابدار در افغانستان

( از قرن یازدهم تا اوائل قرن چهاردهم میلادی)
سفال افغانستان به دو طریق شناخته شده است . یکی از طریق انتشارات Gardinو دیگری از طریق حفاریهایی در « غزنی» (Ghazni)، تحت رهبری Umberto Scerrato. قبل از تجاوز شوروی به افغانستان ، چندین حفاری توسط ماموریتهای خارجی در افغانستان انجام شده است . اما گزارشهای نهائی هنوز در انتظار چاپ هستند . یکی از مهمترین پروژه های مربوط به باستان شناسی توسط « انستیتوی باستان شناسی بریتانیا در قندهار» انجام شده است . اگر چه هنوز گزارشهای مقدماتی در دسترس می باشد و مختصراً از حفاریهای انجام شده و کشفیات آنها اطلاعاتی به ما می دهند . در پی حوادث سیاسی تاسف بار از 1979 به این طرف موزه های افغانستان و همچنین موزه ملی کابل ویران شده و مجموعه های داخل آن نیز همگی به یغما برده شده اند . در خلال این شانزده سال پر مشقت اخیر ، حفاریهای پنهانی در کشور انجام شده و کشفیات آن به خارج از افغانستان فروخته شده است . یافته ها چه دولتی و چه خصوصی ، غیر قانونی به خارج از کشور انتقال یافتند در نتیجه این حوادث مصیبت بار ، سفال افغان به تعداد زیادی به بازارهای غرب رسید . در گذشته اینطور فکر می کردند که سفال افغان همان هنر ایرانی است که به اینجا رسیده است . یا اینکه بعنوان نمونه های « بدلی» وارد افغانستان شده است . به لحاظ یافته های وسیع جدید و قابل دسترس مشخص شد که ما به سفال افغانستان بعنوان یک نمونه کاملاً مجزا با مشخصات کاملاً مخصوص بخود نیز رسیده ایم . ولو اینکه تحت نفوذ تاثیرات سفالگران ایرانی بوده باشد .
من زمینه تاریخی این نوع ابزار آلات تولید شده را رها می کنم چونکه اخیراً این موضوع توسط Morgan Peter خوب تحلیل شده است . شاید کافی باشد که بگوییم دوره ای که این سفال به آن مربوط می شود به اوایل قرن یازدهم تا چهاردهم بر می گردد . اصل آن را باید در دوره سامانیان جستجو کرد و ممکن است همچنین در رسوم سفالگری مربوط به نیشاپور و سمرقتند نیز بدست آید . هم سلسله غزنویان و هم غوریان ( مربوط به Ghuridسلسله پادشاهی اواسط قرن 12 در افغانستان جدید) هر دو از مشوقان و پشتیبانان هنر بودند . و در خلال سلطنت آنها بود که هم معماری و هم هنر رنگ آمیزی در افغانستان رواج پیدا کرد بدون شک حمله مغول ( در 1220 میلادی یا 617 هجری) باعث رکود هنری و زندگی اجتماعی در کشور شد . در افغانستان مرکزی ، دره بامیان کاملا از بین رفت . « بامیان» یا شهر اسلامی (Gholghola) که چسبیده به ان بود و از مراکز مهم سفالگری بحساب می آمند . نیز کاملاً ویران و دیگر بازسازی نشد . سفالگران و هنرمندان همراه با دیگر جمعیت شهر باید کشته شده باشند . علی رغم این ویرانی بعضی از فعالیتهای هنری در اواخر قرن سیزدهم احتمالاً از سر گرفته شده اند .
عمده به اصطلاح کارهای سفال افغانها ظروف سفالی (earthenware)یا سفال سخت می باشد ولی در میان آنها به تعدادی از نمونه های ترکیبی « سفال لعابی سفید» یا Grube( که اخیراً به این نام برگردانده شده است) و « سفال سخت» بر می خوریم . سفالگری افغانستان در موزه تارق رجب " Tareq Rajab Museum s Collection"شامل موارد ذیل می باشند :
• کاشیها و ظروف لعابدار تک رنگ تزیین درون ظرف (Sgraffiato Ware)
• سفالینه سفید دوره سلجوقی (Seljuq White Ware)
• ظروف سفالی رنگ آمیزی شده با زیر لعاب
• کاشی های لعابدار چند رنگی

پيش فرض مقاله شماره 13: اسپري دراير

    اسپری درایر
    (خشک کن های افشان یا پاشنده) :
    امروزه در صنعت سرامیک ، خشک کن های افشان رایج ترین وسیله جهت تهیه پودر می باشد . این نوع خشک کن ها اگر چه از مدتها قبل در تولید بعضی ازمواد غذائی به عنوان مثال شیر خشک و قهوه بکار می رفتند ولی در صنعت سرامیک ، می توان گفت که هنوز دستگاههای نسبتا جدید بشمار می آیند .
    بطور کاملا ساده و خلاصه ، در خشک کن های افشان دوغاب بدنه به وسیله پاشیده شدن و برخورد با گاز های داغ خشک شده و به پودر تبدیل می گردد .
    این خشک کن ها اساسا از استوانه هائی از جنس فولاد ضد زنگ ساخته شده اند . قسمت پایین استوانه به یک مخروط ختم می شود . محل ورود دوغاب به داخل فضای استوانه می تواند در پایین قسمت مخروطی و یا در بالای خشک کن باشد عمل پاشیدن دوغاب معمولا به دو روش انجام می شود . در روش اول دوغاب به وسیله عبور از میان یک صفحه دوار ( با سرعت زیاد) در فضای خشک کن پاشیده می شود . در روش دوم (که صنایع سرامیک بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد ) پاشیده شدن دوغاب مستلزم عبور آن از وسط یک شیپوره است . حرارات مورد نیاز این خشک کن ها نیز معمولا از سوختن نفت و یا گاز تامین می شود . بدین صورت که گازهای حاصل از احتراق مستقیما وارد فضای خشک کن شده و با قطرات ریز دوغاب برخورد می نمایند . با این توضیحات بدیهی است که چنانچه عمل پاشیدن دوغاب ازاین به طرف بالا انجام می شود . زمان تماس گازهای داغ با قطرات ریز دوغاب افزایش خواهد یافت . ولی در هر صورت در خشک کن های افشان زمان تماس هوای داغ با قطرات دوغاب در مجموع بسیار کم است . دمای گازهای ورودی معمولا بین 75 تا 100 می باشد . بنا بر این با توجه به زمان بسیار کم برخورد مواد اولیه و گازهای داغ ، بدیهی است که تعادل حرارتی بین این دو برقرار نخواهد شد و این موضوع نهایتا بدین معنی است که درجه حرارت مواد اولیه کمتر از مقدار مذکور می باشد . با این همه و علی رغم زمان بسیار کم برخورد ، عمل تبخیر در خشک کن های افشان بسیار سریع است . به هرحال این موارد در مجموع باعث می گردند که پودر بدنه حاصل در معرض حرارت بیش از حد قرار نگیرد و این موضوع نیز به نوبه خود بدین معنی است که ادامه عمل تبخیر پودر ، به آن مفهومی که در مورد خشک کن های غلطکی اشاره شد ، در مورد خشک کن های افشان مصداق ندارد و بنا بر این در خشک کن های افشان امکان حصول به مقدار دقیق آب مورد نظر وجود خواهد داشت . این مورد یکی از مهمترین مزایای خشک کن های افشان در صنعت سرامیک است . علاوه بر این مورد ، سرامیک ها با دیدگاه خاص خود یک مزیت عمده دیگر را نیز در خشک کن های افشان مطرح می نمایند ، این مزیت شکل دانه ها و ذرات پودر حاصل از خشک کن های افشان است . بطور کلی ذرات پودر حاصل از خشک کن های افشان کروی می باشند . این شکل خاص باعث تسهیل در حرکت و غلطیدن ذرات پودر روی یکدیگر و در نتیجه شکل گیری بهترآنها در داخل قالب ( هنگام اعمال فشار ) می گردد. بدیهی است که چنانچه جهت تهیه پودر از روشها و یا خشک کن های نوع دیگر استفاده شود به هیچ وجه چنین سهولتی در حرکت ذرات و پخش آنها وجود نخواهد داشت . ضمنا در پایان باید اشاره گردد در خشک کن های افشان جهت باز یابی گرد و غبار مواد اولیه موجود در هوای خروجی معمولا از پایه های کیسه ای و با سیکلونها در مسیر خروج هوا استفاده می گردد.
    تكنلوژي سراميكهاي ظريف

 

روش پرس پودر در مجموع برای شکلهای نسبتا ساده مورد استفاده قرار می گیرد. در محدوده سرامیکهای ظریف مهمترین کاربرد این روش جهت تولید کاشیهای دیواری و کاشیهای کف طریف می باشد. شکل ساده و تقریبا یکسان و قراردادی کاشیها باعث گردیده که این روش شکل دادن در مورد کاشیها تا حدود زیادی خود کار گردد. به نحوی که صنعت تولید کاشی را می توان یکی خودکارترین شاخه های صنایع تولید سرامیکهای ظریف دانست. در تولید کاشی، فشار پرس به طور عادی حدود 50 تا 100 تن بر هر کاشی و مقدار تولید حدود 50 تا 100 عدد در هر دقیقه می باشد.[1]
پرس را میتوان در 4 روش کلی تقسیم شود:
1-پرس خشک
2-پرس گرم
3-پرس ایزواستاتیک سرد
4-پرس ایزواستاتیک گرم
پرس خشک مناسب برای شکل دهی اشکال جامد ساده می باشد و از 3 مرحله تشکیل شده است.پر کردن قالب(Die)، فشرده سازی محتوی و خارج کردن قطعه پرس شده.
در پرس دوطرفه(double-action press) هر دو پانچ بالایی و پایینی حرکت میکنند.هنگامی که پانچ پایینی در پایین ترین اندازه ی خود قرار دارد حفره ای به وجود می آید که توسط پودر آماده شده پر می گردد.در پرس خشک (غیر رسی)بین %5-0 چسب اضافه می شود. poly vinyl alcohol) PVA) و (poly ethylene glycol) PEGدو نوع از معروفترین چسب های به کار رفته در پرس خشک می باشند.وقتی که حفره پر شد پودر همسان با بالای قالب می گردد.پانچ بالایی به پایین آمده و پودر را به اندازه حجم از پیش تعیین شده یا فشار نهایی (set pressure) در حین پرس کردن ذرات پودر باید در میان پانچ ها جریان داشته باشند بنابراین فضای بین آنها بطور یکنواخت پر می گردد. ذراتی با اندازه ی µm20-200 برای پرس خشک مورد نظر قرار می گیرد. حجم بالایی از نسبت ذرات ریز باعث مشکلاتی در جریان ذرات می گردد و همچنین باعث بر جا ماندن ذرات بر روی با پنچ می شوند.
فشار به کاررفته در پرس خشک ممکن است به اندازه300µPa باشد که این بستگی به نوع ماده و نوع پرس دارد. بعد از پرس هر دو پانچ به بالا آورده می شود تا جاییکه پانچ پایینی هم سطح قالب گردد. سپس پانچ بالایی را از پودر می زداییم و سر انجام قطعه پرس شده را خارج می کنیم. پانچ پایینی، پایین آورده شده و این حلقه تکرار می شود. بخاطر اینکه کار با پرس خشک ساده می باشد و اجزا اصلی آن هزینه کمی دارد، برای پروسه شکل دهی سرامیک ها در حجم بالا مورد استفاده قرار می گیرد. سرعت تولید بستگی به اندازه و شکل مورد نظر و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. برای قطعه های زیاد مانند مواد دیرگداز و مواد پیچیده مانند چرخهای سوپاپ، سرعت تولید بین 15-1 قطعه در دقیقه است. در یک بازدید از کارخانه وجوود، شما می توانید بشقابهای نهار خوری را ببینید که در یک پروسه ادامه دار توسط پرس خشک تولید می گردند. اجسام و قطعات کوچک مانند سر لوله آب(Nozzle) مهر استامپ(Seal-ring) سرعت تولید صدها قطعه در دقیقه است. قطعات صاف کوچک مانند مقره ها چیپ یا ابراز برش می توانند هزاران قطعه در دقیقه تولید شوند.[2]
همچنان که مشاهده میگردد در روش پرس پودر شکل و دانه بندی ذرات بسیار مهم است بنابراین در این موارد باید کنترل و دقت لازم به عمل آید.در دستگاه های پرس جدیدتر،جهت مقابله با مشکل حبس هوا،معمولا کاشی ها با دو ضربه شکل میگیرد.بدین وسیله امکان خروج هوا قبل از ضربه دوم و نهایی وجود خواهد داشت.در محدوده سرامیک های ظریف،علاوه بر کاشی،بعضی از مقره ها نیز به روش پرس پودر شکل می گیرند.در این حالت مقدار آب موجود بیشتر می باشد و حتی ممکن است تا 15 درصد برسد.
مهم ترین مزایای این روش را می توان حد خودکاری بسیار بالا، حذف و یا کاهش مرحله خشک کردن فرآورده ها و عدم وجود و یا وجود مقدار کمی انقباض تر به خشک و در نتیجه امکان حصول به فرآورده هایی با ابعاد دقیق تر و یکسان تر دانست.در مورد نقاط ضعف این روش،اگر از محدودیت استفاده از روش پرس پودر در تولید فرآورده های با شکل پیچیده صرفنظر کرد،باید هزینه های زیادی که استفاده از این روش دارد را مد نظر داشت.مهم ترین نقطه ضعف این روش شاید عدم امکان حصول به تراکم مناسب و یکنواخت در فرآورده ها باشد.[1]
عیب عدم یکنواختی (عیب ابعاد ) : عیوب عدم یکنواختی بیانگرتلرانس در خواص فیزیکی و مکانیکی محصول است این عیب ناشی از دانستيه و در واقع اختلاف ضخامت گرانول پر شده در پرس و یا اختلاف در فشار پرس, تغییر در ترکیب بدنه, تغییرات مکانیزم آماده سازی پودر و توزیع اندازه ذرات می تواند مورد فوق را ایجاد نماید حتی تلرانس در میزان رطوبت نیز منجر به بروز عیب می گردد . دستگاه پنتومتری : میزان فشردگی در نقاط مختلف یک بدنه را نشان می دهد .
عیب پوسته ای شدن (لمینیشن ) عواملی که سبب ایجاد این عیب می شود عبارتند از : 1- عدم تلرانس ابعادی بین پانج و قالب . 2- ریز بودن بیش از حد پودر 3- عدم ایجینگ گرانول . 4- ضخامت زیاد پودری که داخل قالب ریخته شده است . 5- ترکیب بدنه . 6- عدم یکنواختی رطوبت و توزیع اندازه ذرات . 7- خشک بودن بیش از حد پودر . 8- و زیاد بودن فشار پرس در ضربه اول .
فاکتور پرسپذیری : به تجربه ثابت شده وقتی P.S بین 2-4 باشد بهترین حالت را در فرم دهی (شکل دهی ) داریم اگر P.S کمتر از 2 باشد عیب لمینیشن _پوستگی شاهد خواهیم بود .

استحکام خشک ---------------------- = P.S » فاکتور پرس پذیری استحکام خام
عیب هالو(Halo ) :
عیب هالو پلیسه های کنار کاشی اگر میزان ذرات ریز زیاد باشد در اثر ضربه اول و دوم به دلیل تمایل هوا به خروج از درزها جریان هوای ایجاد می شود که سبب حرکت ذرات ریز به کنار های قالب شده و حالت پلیسه مانندی در کناره ها ایجاد می شود برای رفع این عیب باید ذرات ریز را کم کرد رطوبت پودر را افزایش داد سرعت ضربه اول و دوم را کاهش داد و کاهش تلرانس ابعادی بین یانج و قالب . عیب کثیف شدن قالب ها : قابلیت چسبیدن گرانول به قالب به موارد زیر بستگی دارد . 1- درجه حرارت قالب هر چقدر درجه حرارت قالب کم باشد گرانول کمتر خشک شده و قالب زود کثیف می شود . 2- رطوبت پودر: هر چه پلاستیسیته ترکیب بیشتر باشد در رطوبت یکسان قابلیت کثیف شدن کمتر می شود . 3- ترکیب پودر : هر پلاستیسیته ترکیب بیشتر باشد در رطوبت یکسان قابلیت کثیف شدن کمتر می شود یعنی هر چه P.S بیشتر باشد کثیف شدن کمتر است . 4- اندازه ذرات : هر چه ذرات ریز تر باشد کثیف شدن قالب کمتر می شود به تجربه دیده شده ذراتی که با اندازه 70-75 میکرون حداقل کثیفی را ایجاد می کنند دلیل این امر این است که : 1- کمتر بودن رطوبت نسبی ذرات ریز نسبت به کل پودر . 2- در حین خروج هوا از قطعه این ذرات سریع تر حرکت کرده و باعث تمیز شدن نقاط کثیف می گردد . 5- تکنو لوژی تهیه پودر : به تجربه ثابت شده پودری که توسط اسپری درایر تهیه می شود تمایل بیشتری جهت کثیف کردن قالب دارد .
روش های برطرف کردن عیب کثیفی قالب :
1- افزایش دمای قالب . 2- استفاده از رابرهای مناسب جهت پانج آئینه . 3- تمیز کردن قالب توسط آب و گازوئیل . عیب عدم قائمه بودن : در صورتی که ضخامت پودری که به داخل قالب هدایت می شود در نقاط مختلف یکنواخت نباشد در نتیجه فشردگی منطقه حاصله در نقاط مختلف یکنواخت نخواهد بود و این اختلاف در انقباض منجر به عیب عدم قائمه بودن می باشد[4].
پرس همچنین می توانند در دمای بالا اتفاق بیافتد که به پرس گرم(Hot pressuring) معروف است. قالب مورد استفاده در پرس گرم همانند پرس خشک است. مهمترین تفاوت اینست که در پرس گرم قالب(Die assembly) درون یک کوره قرار دارد در حین پرس گرم، در پودرهای سرامیکی عمل زینتر هم اتفاق می افتد تا فرم یک جز با دانسیته بالا را به خود بگیرد.
مزایای این روش:
1.پودر لازم نیست تا دارای کیفیت بالا می باشد.
2.تخلخلهای بزرگ که ناشی از غیر یکنواختی همزدن می باشد به آسانی قابل رفع است.
3.می توانیم در دمایی کمتر نسبت به زمانی که بدون فشار عمل زینتر انجام می شود عمل فشرده سازی را انجام دهیم.
4.قابلیت متراکم کردن موادی را مانند B4C،Sic،Si3N4 که دارای پیوندهای کووالانت هستند بدون افزودنی می باشد.
5.کریستاله شدن دوباره(Secondary Recrystalliyation) اتفاق نمی افتد هنگامیکه دما را در هنگام متراکم کردن در اندازه کم نگه داریم مهمترین ضعف این روش در نوع قالب است. چون قالبی که در دمای بالا طاقت بیاورد گران است و اساسا زیاد دوام ندارد.
محصولات تولیدی در پرس گرم محدود هستند؛ با توجه به قیمت بالای آن تنها در مراکز دولتی و آزمایشگاهها مورد استفاده قرار می گیرد.
پرس ایزواستاتیک سرد (Cold isostatic pressing) و پرس ایزواستاتیک گرم (Hot isostatic pressing) دو نوع دیگر پرس هستند که اساس کلی آنها فشار از تمام جهات می باشد.[2]
روش پرس "ایزواستاتیک و یا هیدرواستاتیک" در حقیقت از تکامل روش پرس خشک و یا نیمه خشک و به منظور ایجاد قطعه با تراکم همگن و یکنواخت بوجود آمده است در این روش فشار در جهات مختلف یکسان می باشد و در نتیجه تراکم تقریبا یکسانی در نقاط مختلف قطعه بوجود می آید.در این حالت احتمال تغییر شکل در قطعه وجود نخواهد داشت.اساس روش پرس ایزواستاتیک به طور ساده بدین صورت است که پودر به طور یکنواخت در درون یک کیسه لاستیکی قرار داده شده و سپس این کیسه توسط یک مایع واسطه مثل روغن یا آب تحت فشار قرار می گیرد.مایع واسط باعث انتقال فشار وارده به طور یکنواخت به کیسه لاستیکی می شود.
این پرس بین MPa 20 تا 1GPa متغیر است که بستگی به نوع پرس و عملکرد آن دارد.
پس از انجام پرس فشار را آهسته کم میکنیم و قطعه پرس شده را خارج میکنیم.
مزایا:
1-اندازه ها و اشکال وسیع قابل تولید هستند.
2-دانسیته یکنواخت در قطعه پرس شده.
3-قیمت کم ابزار.
ضعف ها:
1-اشکالی با کنترل ضعیف بر روی زوایا و طراحی مخصوصا در محصولات پیچیده[2]
اسپری درایر:
دو نوع اسپری درایر داریم:
1-Co current spray dryer
2-Mixed-Flow spray dryer
اسپری درایرینگ پروسه اسپری کردن یک دوغاب( (Slurryدرون خشک کن گرمیست تا گرانول های تقریبا کروی که نسبتا همگن هستند تولید گردند.
پراکندگی قطرات کوچک با مساحت ویژه بالا در هوای خشک کن، تاثیر خشک کنندگی بهتری را فراهم می آورد.اسپری درایر برای تولیدات ذرات گرانولی مورد استفاده از پودر های فریت،تیتانات،آلومینا و کاربید ها در پرس به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.
عمل آسیاب کردن معمولا برای پراکنده کردن پودر هایی که جمع شده اند و مخلوط کردن ثانویه در حین ریز سازی انجام میشود بنابر این مقدار مواد ناهمگن کاهش می یابد.با اعمال نظارت اسپری درایرها گرانول های کروی تولید میکنند.گرانو ل هایی با اندازه هایی بزرگ تر ازmµ20 جریان یافته وبه خوبی در پروسه پرس،فشرده میشوند.ظرفیت صنعتی اسپری درایرها بین 10 تا چند صد کیلوگرم در ساعت است.[3]
مراجع:
1-مهران متین، افسون رحیمی-تکنولوژی ساخت سرامیکهای ظریف-شرکت صنایع خاک چینی ایران-1368
2-C.Barry Carter. M. Grant Norton-Ceramic Materials Science and Engineering-2007-pages 414-416
3- James S Reed-Principles of Ceramic Engineering-Willey

کورهٔ هوفمن یا کورهٔ هوفمان (Hoffmann kiln) یکی از کوره‌های مورد استفاده در شاخه‌های مختلف صنایع سرامیک است. این کوره در سال ۱۸۵۶ توسط فردی به همین نام ابداع شد و در حال حاضر در صنایع آجر، سفال و مواد دیرگداز مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کوره در گروه کوره‌های پیوسته یا مداوم قرار دارد. در این کوره، محصولات ثابت و آتش متحرک است.


چگونگی پخت محصولات در کورهٔ هوفمن

کورهٔ هوفمن، تونل طویلی است که به شکل حلقه یا بیضی ساخته می‌شود و با استفاده از دیواره‌ها یا تیغه‌هایی به اتاقک‌هایی تقسیم می‌شود. اتاقک‌های کورهٔ هوفمن از کانال دریچه‌ها یا درهایی که در تیغه‌های جداکنندهٔ اتاق‌ها تعبیه شده‌است، با یکدیگر در ارتباط هستند. هر یک از اتاق‌ها نیز یک درب خروجی به بیرون دارند که برای بارگیری و تخلیهٔ کوره مورد استفاده قرار می‌گیرند. به این درها خمیره یا قمیره می‌گویند. اندازهٔ کورهٔ هوفمن با استفاده از این درها بیان می‌شود؛ مثلا یک کورهٔ ۳۲ قمیره‌ای، کوره‌ای است با ۳۲ درب که هر درب به یک اتاقک برای چیدن آجرها (یا سایر محصولات) مرتبط است. [محل استقرار سوخت‌پاش‌ها نیز در سقف قرار دارد.

در کورهٔ هوفمن، محصولات قبل از آنکه مستقیما توسط آتش پخته شوند، با حرارت سایر اتاقک‌ها گرم می‌شوند که اصطلاحا پیش‌گرمایش نامیده می‌شود. این حرارت همراه با گاز خروجی اتاقک پخت و از طریق دریچه‌هایی که قبلا تعبیه شده‌است حرکت می‌کند و به اتاق‌های مجاور وارد می‌شود و محصولات موجود در آن‌ها را پیش‌گرم می‌کند. زمانی که در یک اتاق، عملیات پخت در جریان است، در اتاقک مقابل (دورترین اتاق)، عملیات تخلیه و بارگیری در جریان است. این کار با استفاده از دری که اتاقک به بیرون کوره دارد انجام می‌شود. ضمن بار گیری، هوای خنک نیز وارد کوره می‌شود که به وسیلهٔ آتش موجود در اتاقک پخت و از طریق دریچه‌های تعبیه شده بین اتاق‌ها مکیده می‌شود. بنابراین هوا از اتاق‌هایی که عملیات پخت قبلا در آنها صورت گرفته‌است حرکت می‌کند و باعث خنک شدن محصولات پخته‌شده می‌شود. به این ترتیب در حلقهٔ کورهٔ هوفمن دو جریان هوا وجود دارد؛

هوایی که در نیم‌دایرهٔ اول، از اتاق پخت به سمت بیرون جریان دارد و اتاق‌های بعدی را پیش‌گرم می‌کند.
هوایی که در نیم‌دایرهٔ مقابل، از بیرون به سمت اتاقک پخت جریان دارد و اتاق‌های قبلی را خنک می‌کند.

با اتمام عملیات پخت در اتاق پخت، در اتاق روبرویی حلقهٔ هوفمن نیز عملیات بارگیری تمام می‌شود و درب آن به بیرون بسته می‌شود. در این مرحله، مشعل‌ها از سقف اتاق پخت به سقف اتاق بعدی منتقل می‌شوند و درب اتاق روبرویی این اتاق (اتاق پخت جدید) برای تخلیه و بارگیری گشوده خواهد شد.


انواع کورهٔ هوفمان

کوره‌های هوفمان در چند مدل مختلف ساخته می‌شود:

کورهٔ حلقوی
کورهٔ زیگ‌زاگ (zig-zag)
کورهٔ بوکس (Bocks)
کورهٔ هاریزن (Harrizon)

اما معمولا به کورهٔ حلقوی، کورهٔ هوفمن اطلاق می‌شود.

کورهٔ تونلی یا Tunnel Kiln یکی از کوره‌های مورد استفاده در شاخه‌های مختلف صنایع سرامیک است. اولین کورهٔ تونلی در سال ۱۷۵۱ توسطی فردی به نام وینسنز ابداع شد و در حال حاضر در صنایع آجر، سفال، مواد دیرگداز و چینی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کوره در گروه کوره‌های پیوسته یا مداوم قرار دارد. در این کوره، محصولات متحرک و آتش ثابت است.


ساختار کورهٔ تونلی

کورهٔ تونلی یک تونل دراز و باریک است که کف آن ریل‌گذاری شده‌است و محصولات، با عبور از درون آن در معرض حرارت قرار می‌گیرند و پخته یا زینتر می‌شوند. محصولات برای عبور از کورهٔ تونلی می‌بایست بر روی واگن‌های مخصوصی چیده شوند. کورهٔ تونلی شامل سه مرحلهٔ پیش‌گرمایش، پخت و خنک‌کن می‌باشد. در ساده‌ترین نوع کورهٔ تونلی، مشعل‌های موجود در منطقهٔ پخت باعث گرم شدن هوای کوره می‌شود. این هوا با حرکت به سمت ورودی تونل (پیش‌گرمایش) آرام آرام حرارت خود را به واگن‌های این منطقه منتقل می‌کند و در نهایت از دودکش خارج می‌شود. از سوی دیگر هوای تازه از خروجی تونل وارد می‌شود و در مواجهه با واگن‌هایی که مرحلهٔ پخت را پشت سر گذاشته‌اند، آنها را آرام‌آرام خنک می‌کند و دمایش به تدریج افزایش می‌یابد تا به منطقهٔ پخت برسد و اکسیژن لازم برای احتراق مشعل‌های این منطقه را فراهم نماید. البته قسمتی از هوای گرم شده به بیرون از کوره هدایت می‌شود تا در خشک‌کن و بعضا برای تنظیم دمای هوای سالن تولید مورد استفاده قرار بگیرد. معمولا ۶۰درصد از طول کوره به منطقهٔ پخت، ۲۰درصد به منطقهٔ پیش‌گرمایش و ۲۰درصد به منطقهٔ خنک‌کن اختصاص دارد. دمای مناطق مختلف کوره از طریق ترموکوبل و سیستم‌های کنترل اندازه‌گیری و تنظیم می‌شود. همچنین اتمسفر کوره نیز از نظر اکسیدی، احیایی یا خنثی بودن قابل کنترل است.





مزایای کورهٔ تونلی

استفاده از کورهٔ تونلی در مقایسه با سایر انواع کوره‌ها (کوره‌های سنتی، هوفمن و متناوب) دارای مزایایی است که برخی از آنها را می‌توان بدین شرح برشمرد:

کنترل مناسب‌تر دمای کوره و یکنواختی حرارت
افزایش کیفیت تولید
تشابه کیفی محصولات
افزایش سرعت تولید
کاهش نیروی انسانی
کاهش مصرف انرژی
کاهش آثار زیان‌بار زیست‌محیطی


کاربرد کورهٔ تونلی در صنایع آجر و سفال

کورهٔ تونلی یکی از پیشرفته‌ترین انواع کوره‌است که در صنایع آجر و سفال مورد استفاده قرار می‌گیرد. خشت‌های خام که قبلا از خشک‌کن تونلی عبور کرده‌ و بیشتر آب خود را از دست داده‌اند، وارد منطقهٔ پیش‌گرمایش می‌شوند و تا ۳۵۰ درجهٔ سانتی‌گراد گرم می‌شوند. خشت‌ها سپس وارد منطقهٔ پخت می‌شوند و با توجه به نوع مواد اولیه، در دمایی بین ۸۰۰ تا ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد پخته می‌شوند.

 

    تغلیظ کائولن
    کائولن از هوازدگی سنگهای ثانویه فلدسپاتی پدید می آید. در معدن کائولن، کائولینیت، سیلیس، فلدسپات، کوارتز و ... نیز وجود دارد. بخاطر تاریخچه باستانی که در یک معدن وجود دارد، امکان دارد که نوع کائولن موجود در یک معدن با دیگر معادن تفاوت داشته باشد. (پرکائولینیت، کم کائولینیت، نوع رنگ و ...)
    معادن به صورت روباز(open pit) (بهترين معادن كائولن اروپا از اين نوع هستند ودر ايران با وجود اينكه معادن خوبي نداريم ميتوان زنوز و آباده را نام برد)و یا بسته هستند. در یک معدن، نکته مهم برداشت از معدن و هماهنگسازی است. در یک معدن، نقاط مختلف معدن دارای درجه های متفاوت خلوص مواد در جاهای گوناگون می باشد در نتیجه نمی توان به طور ساده عملیات تغلیظ را انجام داد و باید تکنیکهای هماهنگ سازی و انبار صورت گیرد. زیرا مواد استخراج شده باید همگن باشند تا خلوص مواد یکسان باشد، برای این منظور و برای هماهنگ سازی و انبار و یکنواخت سازی از تکنیکهای دپوی چند تپه ای و یا دپو و برداشت عمود بر هم استفاده می گردد.

    بسته به نوع معدن کائولنیت موجود در سنگ در یک محدوده مثلاً 25-30 درصد وجود دارد که باید به 70-80 درصد برسد تا درصد کائولن مناسبی داشته باشیم. پس به طور كلي سنگهايي كه از معادن به دست مي آيند بايد دو كار بر روي آنها انجام شود؛ يكي اينكه بايد تغليظ شوند تا درصد كائولينيت افزايش يابد و ثانيا بايد ناخالصيهاي كائولن گرفته شود. ( بعضي ناخالصيها وجودشان مضر است؛ مانند: آهن، تيتانيوم؛ ولي بعضي زياد خطرناك نيستند مثل كوارتز و فلدسپار.)براي سراميكهاي سنتي بيشتر افزايش مينرال كائولينيت اهميت دارد و در صورتي عمليات شيميايي در جهت حذف ناخالصي ها انجام مي شود كه بخواهيم در جهت خاصي استفاده شود.
    دو نوع مواد معدني كائولن داريم: 1- معدن پر از كلوخه هاي بسيار محكم باشد (مثل معدن زنوز). 2- كائولن در حالت طبيعي به صورت پودر يا كلوخه هايي با استحكام كم داريم.