علم سرامیک

فریت های دما بالا چیست؟

همگی می دانیم که امروزه تمایل به تولید محصولات تک پخت مانند کاشی های Monoporosa و Glazed Porcelain افزایش یافته است. مزیت این محصولات سرعت بالای تولید آنها و کاهش هزینه های سوخت به دلیل بهره گیری از فرآیند تک پخت می باشد. اما تاکنون اندیشیده ایم که چه نوع لعابی بر سطح چنین محصولاتی اعمال و تشکیل می شود و رفتار آن چگونه است؟

‏لعاب ها معمولاً شامل یک یا چند نوع فریت می باشند که در هنگام پخت و پس از عبور از دمای نرم شوندگی خود (Softening Temperature Point) ویسکوزیته آنها کاهش می یابد. عبور از دمای نرم شوندگی (۶۰۰-۷۰۰ درجه سانتیگراد) موجب افزایش سیالیت فریت ها خواهد شد.

حال می بایست تصور شود که یک فریت در دمای نرم شوندگی خود، مانند لایه ای نازک عسل مانندی بر روی بدنه کاشی خام قرار می گیرد. با افزایش تدریجی دما، کاشی به دمای کلسیناسیون مواد خام موجود در بدنه می رسد. آب خلل و فرج، آب پیوندی و گازهای متنوعی شرع به خارج شدن از سطح کاشی خواهند نمود. با افزایش هرچه بیشتر دما، سیالیت لعاب افزایش می یابد و حجم گازهای متصاعد شونده از سطح کاشی نیز بیشتر می شود.

در این هنگام، لعاب که بر روی بدنه کاشی قرار دارد اگر لعاب خامی نباشد و به صورت فاز شیشه ای روان در آمده باشد چگونه می تواند چنین حجم زیادی گاز را از خود عبور دهد بدون آن که عیبی در آن ایجاد شود؟ این مساله بزرگ ترین سد در راه تولید لعاب برای کاشی های تک پخت بوده است. به منظور غلبه بر این مشکل، فریت هایی براق و یا مات با نام فریت های دمای بالا در سال ۱۹۸۲ توسط Dr.Nilo Tozzi و همکارانش طراحی شد و توسعه یافت. این فریت ها شامل مقادیر بالای روی و کلسیم می باشند.

کلسیم و روی در فریت ها باعث افزایش تمایل به تبلور شده و بلورهای سیلیکات کلسیم (مانند ولاستو نیت) و سیلیکات روی (مانند ویلمیت) تشکیل می دهند. از این خاصیت استفاده شد تا فریت های تک پخت طراحی گردد. بدین صورت که مقادیر کلسیم و یا روی دم ترکیب فریت طوری تنظیم می شود که فریت در مرحله پیش گرم و قبل از رسیدن به دمای کلسیناسیون مواد موجود در بدنه (حدود ۸۵۰-۱۰۵۰ درجه سانتیگراد‏) متبلور شود. در محدوده چنین دمایی که گازها و آب های پیوندی با شدت بیشتری در حال خروج از سطح کاشی می باشند، فریت متبلور شده است و به صورت یک لایه متخلخل و صلب در آمده است. در این هنگام، لعاب دیگر سیال نمی باشد و گازها به راحتی و بدون ایجاد عیبی می تواند از سطح لعاب خارج شوند. اما به تدریج و با افزایش دما چه اتفاقی خواهد افتاد؟
‏هنگامی که دما افزایش می یابد و به محدوده ۱۰۵۰-۱۱۰۰ درجه سانتیگراد ‏می رسد، تمامی بلورهای تشکیل شده در مرحله قبل، در زمینه شیشه ای فریت حل خواهند شد و مجدداً یک لایه ای از لعاب با سیالیت بالا بر روی سطح کاشی تشکیل می شود. باید توجه نمود که هم اکنون در بیشینه دمای پخت کاهش می باشیم. پس از سپری شدن زمان پخت در بیشینه دما، کاشی و لعاب سریعاً سرد می شوند. این عمل باعث می شود که لعاب دیگر مجدداً متبلور نشود و به صورت یک فاز شیشه ای و شفاف بر روی سطح کاشی تشکیل شود. البته در این مرحله، اگر هیچ بلوری تشکیل نشود لعاب حاصل براق خواهد بود در غیر این صورت تشکیل مجدد بلورها در مرحله سرمایش باعث ایجاد یک لعاب مات می گردد.
‏رفتار چنین فریت هایی را می توان به طور خلاصه بر روی منحنی پخت در شکل بالا نمایش داد.
‏حال که رفتار چنین فریت هایی بیان گردید، بهتر است در مورد ترکیب یک فریت براق دمای بالا بحث شود. در جدول بالا ترکیب یک نوع فریت براق دمای بالا آورده شده است.

همان طور که مشاهده می شود در ترکیب این فریت، مقدار SiO2 ‏زیاد و مقدار B2O2 اندک انتخاب شده است. این امر موجب می شود که نقطه ذوب فریت افزایش یافته و به دماهای بالاتر از ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد ‏منتقل شود.

مقادیر Al2O3‏در ترکیب این فریت ها زیاد انتخاب می شود تا در دماهای بالا، فریت سیالیت کمی داشته باشد و از جوشیدن آن جلو گیری شود. همچنین آلومینا باعث پایداری بیشتر فریت نسبت به تغییرات دمایی در دماهای پخت می شود. نقش دیگر آلومینا به خصوص در فریت های براق، کاهش سیالیت و جلوگیری از تبلور لعاب در محدوده پخت و سرمایش می باشد. نقش آلومینا در این فریت ها حیاتی است زیرا آلومینا باعث می شود این فریت ها در دمای بالا، در بازه دمایی بسیار محدودی تغییرات ویسکوزیته داشته باشند. همان طور که می دانیم، فریت های سنتی شامل مقادیر بالای سرب و بر می باشند که باعث کاهش شدید دمای ذوب و افزایش حساسیت آنها نسبت به تغییرات دمایی می شود. اما در فریت های دمای بالا، بر این مشکل غلبه شده است.

‏در این نوع فریت، اکسید بارپم قریب انبساط حرارتی و شفافیت را افزایش می دهد. اکسید سدیم و پتاسیم به عنوان کمک ذوب عمل خواهند نمود.

‏همان طور که ذکر گردید، اکسیدهای روی، کلسیم و منیزیم باعث تبلور فریت در مرحله پیش گرم می شوند. در این حالت خاص، مقادیر اکسید روی به دلیل کاهش قیمت، حداقل می باشد. لذا در هنگام پیش گرم، سیلیکات کلسیم متبلور شده و با ایجاد یک لایه متخلخل و صلب بر روی سطح کاشی، باعث سهولت در خروج گازها و عبور آنها از سطح لعاب خواهد شد. بدین ترتیب است که فریت های تک پخت، براق و دما بالا تشکیل می شوند

+ نوشته شده در شنبه بیست و دوم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:37 توسط مهندس ایمان رستگار |

فریت های دما بالا چیست؟

+ نوشته شده در شنبه بیست و دوم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 18:37 توسط مهندس ایمان رستگار |

روش هاي شناسايي و آناليز مواد

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)

ميکروسکوپ نوري (Optical Microscope)

ساده ترين نوع ميکروسکوپ، ميکروسکوپ نوري است. اين وسيله در انواع مختلف و در دقت هاي متفاوت براي استفاده هاي مختلف ساخته مي شود. و هم اکنون نيز يکي از انواع متداول ميکروسکوپ در مراکز تحقيقاتي و آموزشي است. اين وسيله هنوز نيز در زمينه ي پزشکي ، علوم طبيعي، قارچ شناسي، باکتري شناسي و علم و مهندسي مواد و... کاربرد دارد. و استفاده از آن منسوخ نشده است؛ ولي در عوض با پيشرفت تکنولوژي، ميکروسکوپ هاي نوري پيشرفته تر شده اند.
ميزان بزرگنمايي اين وسيله به نسبت کاربردش متفاوت است ولي به طور معمول، ميکروسکوپ هاي نوري مورد استفاده در علم و مهندسي مواد بزرگنمايي تا 1000 برابر دارند.
ميکروسکوپ (microcope) وسيله اي است براي ديدن احسام خيلي کوچک. اين اجسام به حدي کوچک اند که با چشم غيرمسلح (naked eye) ديده نمي شوند. واژه ي microscopic به معني يک جسم بسيار کوچک است که با چشم قابل رؤيت نيست مگر با کمک يک ميکروسکوپ [4]

تاريخچه:

اگر بخواهيم در مورد تاريخچه ي ميکروسکوپ نوري بگوييم بايد به سال 1655 برگرديم. در آن زمان روبرت هوگ کديک فيزيکدان بود، اولين مشاهده ي ميکروسکوپي را انجام داد.
وي براي اولين با توانست بقاياي ديواره ي سلولهاي مرده ي گياهي را در برشي از چوب پنبه مشاهده کند.
در سال 1674: آنتوني وان ليون هوگ، که يک پارچه فروش بود، براي اولين با توانست تک سلولهاي زنده (پروتوزوآ) را مشاهده کند. در سال 1683 آنتوني وان ليون هوگ با تکيمل ميکروسکوپي که ساخته بود، توانست باکتريها را نيز مشاهده کند. [5]
البته بايد يک نکته مورد تذکر قرار داده شود و آن اين است که گزارشاتي از ساخت وسايلي براي بزرگنمايي مر بوط به زمان هاي قبل از سال 1655 نيز گزارش شده است که در آن زمان ميکروسکوپ وسيله اي براي تفريح بود ولي با گسترش علوم اين وسيله در علوم پزشکي و زيست شناسي و ... نيز جايگاه پيدا کرد. براي اطلاعات بيشتر به مرجع [6] مراجعه کنيد.

اصول کار ميکروسکوپ هاي نوري امروزي:

اصول کار يک ميکروسکوپ نوري به صورت خيلي ساده، بدين صورت است که با استفاده از دو عدسي محدب تصوير جسم، بزرگتر مي شو. در واقع پرتوهاي بازتابيده شده از جسم که به وسيله منبع نوري گسيل ميشوند، از عدسي محدب اوليه (عدسي شيئي) عبور کرده و فاصله ي کانوني عدسي دوم (عدسي چشمي) تشکيل تصوير مي دهد که اين تصوير بزرگتر و مجازي است. [7]

ساختمان ميکروسکوپ نوري:

ميکروسکوپ هاي نوري کاربردهاي گوناگوني دارند و بسته به نوع کاربرد آنها، از انوع عدسيها، صافيها، قطبشگرها و نيز دستگاه هاي کمکي براي مشاهده و ثبت تصوير استفاده مي شود. بسياري از ميکروسکوپ هاي نوري جديد به دوربينهاي CCD، کار رابطه الکترونيکي و پردازشگر رايانه اي مجهز هستند.
فناوري جديد الکترونيکي، امکان استفاده از بسته هاي نرم افزاري گوناگوني را فراهم کرده است. بدين ترتيب مي توان به کمک آنها و سخت افزارهاي مناسب، اندازه گيري هاي دقيق، محاسبه آماري و حتي مقايسه ريزساختاري مواد را با داده هاي موجود در بانک اطلاعات انجام داده و نسبت به شناسايي مواد و فازها به کمک نرم افزارهاي پردازشگر تصوير اقدام کرد. با تمام گستردگي موجود، ميکروسکوپ هاي نوري به دو گروه ميکروسکوپ هاي نوري و عبوري و ميکروسکوپ هاي نوري بازتابي دسته بندي مي کند (مطابق شکل 1). در علوم زيستي، بيشتر از ميکروسکوپ هاي عبوري و در متالوگرافي و بررسي ريزساختار مواد از ميکروسکوپ هاي بازتابي استفاده مي شود. اما اين يک دستور عمومي نيست و در عمل، روشهاي مؤثر کسب اطلاعات و آماده سازي نمونه، نوع ميکروسکوپ را تعيين مي کند. از ميکروسکوپ عبوري براي مطالعه ي نمونه هاي شفاف استفاده مي شود. در اين حالت بايد يک مقطع نازک (به ضخامت 80-10 ميکرون) از نمونه تهيه کرد. در اين ميکروسکوپ، کنتراست تصويري، به دليل اختلاف جذب نور در ناحيه هاي گوناگون نمونه به دست مي آيد. در بررسي ريزساختار مواد، از ميکروسکوپ عبوري، براي شناسايي کانيها، سنگ ها، شيشه ها، سراميک هاو پلي مرها استفاده مي شود.
ميکروسکوپ هاي نوربي بازتابي، براي مطالعه ي نمونه هاي مات و کدر به کار مي رود. در اين حالت، آماده سازي نمونه تا اندازه اي ساده تر است ولي نبايد آماده سازي سطح مورد بررسي را فراموش کرد. در بيشتر موارد، همواري سطح تا يک ميکرون يا کمتر، لازم است و در مورد سراميک ها و فلزات، عمليات سونش شيميايي مناسب براي دستيابي به اطلاعات صحيح اهميت زيادي دارد. برخي از سازندگان ميکروسکوپ ها، ميکروسکوپ هاي گوناگون ترکيبي را که حالت هاي عبوري، بازتابي و قطبيده را به طور همزمان دارد. طراحيو ساخته اند [2]

اجزاي ميکروسکوپ هاي نوري

در شکل 2 اجزاي اين ميکروسکوپ به طور شماتيک نشان داده شده است که به ترتيب زير مي باشند:

1) چشمه نوري (s)

چشمه نور بايد درخشان، پايدار و کوچک باشد. از آنجايي که در بيشتر موارد 20-25 درصد از شدت نور به عدسي چشمي انتقال نمي يابد. بنابراين بايد از يک چشمه ي نوري قوي و درخشان استفاده کرد. چشمه ي نوري بايد کوچک باشد تا بتوان به نور نقطه اي دست يافت. پايداري چشمه نور براي راحتي مشاهده، خسته نشدن چشم و تکرارپذيري تصوير لازم است. به طور معمول، چمشه نوري از رشته هاي تنگستن ساخته مي شود که شدت نور آنها کم است. تا چندي پيش، از چراغ هاي قوس کربني نيز استفاده مي شد ولي به دليل اتلاف کربن در اين نوع چراغ ها: سازوکار مناسب براي حرکت ميله هاي کربني وجود ندارد. از چراغ هاي قوس الکتريکي فشار بالاي جيوه نيز استفاده مي شود. عمر اين چراغ ها، گوناگون و غير قابل پيش بيني بوده و گران نير مي باشند. عيب ديگر آنها اين است که براي بدست آوردن شرايط بهينه ي تابش، حدود 15 دقيقه زمان لازم است و پس از گرم شدن امکان قطع و وصل کردن دوباره چراغ در حالت داغ وجود ندارد. چراغ هاي زنوني نيز امروزه بسيار شهرت يافته اند داراي اشکالهاي يکساني هستند. تنها تفاوت آنها در قطع و وصل کردن فوري است که در اين زميه چراغ هاي زنوني عملکرد مناسبي را از خود نشان داده اند. هر دو نوع چراغ کربني و زنوني، امواج فرابنفش تابش مي کنند که بايد براي حفاظت از چشم کاربر، اقدام ايمني مناسبي در اين نوع ميکروسکوپ ها با قراردادن صافي فرانبفش صورت گيرد.
در چشمه هاي متداول، براي مشاهده کيفي، از رشته هاي تنگستن استفاده مي شود اما شدت نور آنها کم است.

2) عدسي محدب C1

از اين عدسي به دو دليل استفاده مي شود اول آنکه نور پديد آمده از چمشه را موازي و جمع کند تا پرتوي با اندازه ي مورد نظر به دست آيد؛ و دوم آنکه، روشنايي يکنواختي براي نمونه پديد مي آورد. تنظيم اين عدسي براي نوردهي بحران لازم است [2]

3) ديافراگم تنظيم نور

ديافراگم تنظيم نور، ديافراگم پره اي شکل جمع شونده اي است که در کنار عدسي محدب C1 قرار داد. و وظيفه ي آن، تنظيم مقدار نور عبوري است که اين کار را با محدود نمودن قطر پرتو انجام مي دهد. بدين ترتيب مي توان از قابليت هاي عدسي شيئي بهترين استفاده را کرد، بدون آنکه نور اضافي در ميکروسکوپ وجود داشته باشد. و بازتاب هاي ناخواسته پديد آيد. در شرايط بحران، مي توان اين ديافراگم را تا اندازه اي کوچک کرد که فقط پرتو بسيار باريک از آن به دست آيد. [2]

4) ديافراگم تنظيم ميدان ديد

اين ديافراگم مانند ديافراگم تنظيم نور، به شکل پره اي است و در مکاني قرار داده مي شود که چشمه يا در بيشتر موارد عدسي محدب C1 را آنجا قرار داد. در صورت استفاده از اين نوع ديافراگم، عدسي محدب ديگري مانند C2 به کمک عدسي شيئي تصوير آن را به طور کامل بر سطح نمونه کانوني مي کند. بنابراين با تنظيم اين ديافراگم مي توان سطح مشخصي از نمونه (ميدان ديد) را بررسي کرد.

5) آينه هاي بازتابنده

در ميکروسکوپ هاي مختلف از انواع آينه هاي بازتابنده استفاده مي شود. در ساده ترين و رايج ترين شکل خود، اين آينه به صورت يک صفحه ي شيشه اي سطح است که در مسير نوري، پس از عدسي محدب C1، ديافراگم تنظيم نور، ديافراگم تنظيم ميدان ديد و عدسي C2 قرار مي گيرد، به طوري که عمود بر اين صفحه با پرتو نور، زاويه ي 45 درج مي سازد. از آنجا که صفحه شيشه اي بسيار نازک است، اعوجاج تصوير به علت بازتابهاي چندگانه کمترين مقدار خواهد بود. بنابراين پرتو نور، بازتابش 90 درجه پيدا مي کند. به به طور عمود وارد عدسي شيئي مي شود.
براي افزايش بهره اين آينه و پرهيز از بازتاب هاي ناخواسته از سطح جلويي آينه، به طور معمول سطح پيشين آن را نيمه نقره کاري مي کنند و حتي سطح جلويي آن را با لايه نازکي از يک ماده ي جاذب مي پوشانند. در هر حال، آينه شيشه اي، شدت نور دريافتي از عدسي شيئي را تا حدود 25 درصد کاهش مي دهد. در پاره اي از ميکروسکوپ هاي نوري، به جاي آينه بازتابنده از يک منشور شيشه اي عمود استفاده مي کنند. نوردهي اين دستگاه به علت بازتابش کلي مشنور بسيار بيشتر است. از آنجا که نور بازتابيده از سطح نمونه بايد بتواند به عدسي چشمي فرستاده شود، اين منشور بايد به گونه اي نصب گردد که فقط نيمي از پرتو ابتدايي را بازتاب کند. اين بدان معناست که نيمي از عدسي شيئي به صورت يک عدسي محدب جمع کننده و نيم ديگر به شکل عدسي بزرگنما عمل کند. و بايد سبب کاهش توان تفکيک آن شود. يکي ديگر از پي آمدهاي استفاده از منشور که به علت فراگيري غيرمرکزي آن پديد مي آيد آنست که نوردهي سطح نمونه، ديگر به صورت عمودي نبوده و حالت مايل است. البته اين حالت مي تواند در طراحي پاره اي از انواع ميکروسکوپ نوري مفيد و در پاره اي ديگر زيان آور باشد. در يکي از انواع ميکروسکوپ هاي نوري که کاربرد پژوهشي گسترده اي نزي دارد، از بازتابنده اي استفاده مي شود که در آن يک جفت منشور از جنس کلسيت، همه پرتوهاي نوري پديد آمده از نمونه را به داخل عدسي چشمي انتقال دهد. نور تابشي نيز به طور همزمان از قطبش صفحه اي برخوردار است. اين طراحي که به منشور Foster معروف است، فقط در اين نوع ميکروسکوپ به کار رفته است [2]

6) عدسي شيئي

عدسي شيئي، مهمترين قسمت يک ميکروسکوپ نوري است. و به عبارت ديگر خود ميکروسکوپ نوري مي باشد. و همه قسمتهاي ديگر لوازم جانبي آن به حساب مي آيند. عدسي هاي شيئي گوناگوني طراحي و ساخته شده اند ولي همه آنها يک ويژگي مشترک دارند. بيشتر آنها از چند عدسي شيشه اي گوناگون تشکيل شده اند. که گاهي با عدسيهاي فلوريت (فلوريد کلسيم طبيعي) ترکيب شده تا يک عدسي مرکب يا بزرگنمايي 2000-5 برابر به دست آيد. همانطور که پيشتر اشاره شد، تفکيک پذيري مناسب اين عدسيها، وابسته به دهانه عدسي آنها بوده که متناظر با o.2-o.9 براي عدسيهاي خشک و 1.4 براي عدسيهايي است که مشاهده نمونه در محيط روغني صورت مي گيرد. در بسياري از ميکروسکوپ ها روميزي، عدسيهاي شيئي گوناگوني که تعداد آنها 4 الي 3 عدد است، در قاب فلزي و و قابل چرخش نصب شده اند. اين قابهاي چرخان، استفاده از عدسي شيئي را آسان مي کند و در بيشتر ميکروسکوپ ها، طراحي اين قالب به گونه اي صورت گرفته که عدسيها پارفوکال باشند که به معني آنست که حتي با جابجا کردن عدسي شيئي (به کمک قاب چرخان) تصوير به صورت کانوني باقي مي ماند. اگر چه فواصل کاري آنها متفاوت است. فاصله کاري يک عدسي چنان چه از نام آن پيداست، فاصله ي بين قسمت جلويي عدسي شيئي و سطح نمونه مي باشد، هنگامي که ميکروسکوپ کانوني شده است. افزون بر تفکيک پذيري يک عدسي، ويژگي هاي ديگر نيز در عملکرد آن نقش دارند که مجموعه آنها را با نام ابيراهي معرفي مي کنند. و در هنگام ساخت عدسيها بايد به آنها توجه کرد. پاره اي از اين ويژگي ها عبارتند از: ابيراهي رنگي، ابيراهي کروي، ابيراهي آستيگماتيسم و... جهت مطالعه ي بيشتر به مرجع [2] مراجعه کنيد.

7) عدسي چشمي

پرتوهاي بازتابيده از سطح نمونه، پس از عبور از آينه بازتابنده يا منشور عمودي، به صورت کانوني درمي آنيد و به کمک يک عدسي بزرگنمايي کمکي به نام عدسي چشمي ديده مي شوند. وطيفه اين عدسي، تشکيل تصوير مجازي براي چشم است و يا تصوير ابتدايي را بر يک صفحه عکاسي متمرکز مي نمايد. در هر صورت، عدسي چشمي، بزرگنمايي ابتدايي عدسي شيئي را تقويت مي کند. از عدسي چشمي ممکن است در تصحيح ابيراهي هاي ناشي از عدسي شيئي نيز استفاده کرد. عدسيهاي چشمي به 3 گروه کلي تقسيم بندي مي شوند که در زير تنها به آنها اشاره مي شود. اطلاعات بيشتر در منبع [2].
الف) عدسي مثبت يا Ramsden
ب) عدسي منفي يا Huygenian
ج) عدسي چشمي تقويت کننده

8) سکوي جانمونه اي

اين سکو براي نگهداري نمونه در صفحه ي کانوني عدسي شيئي به کار مي رود و يکي از اجزاي اصلي ميکروسکوپ به حساب مي آيد. در ميکروسکوپ هاي نوري بزرگ، اين سکو به طور معمول به شکل معکوس است. بدين معني که عدسي شيئي در زير سکو قرار دارد و نمونه بر روي يکي از چند فضاي خالي که به شکل حلقه مي باشند قرار مي گيرد.

بدين ترتيب مي توان نمونه را از پايين، هنگامي که بر روي فضاي حلقه اي شکل است مشاهده کرد. در ميکروسکوپ هاي ديگر، سکوي جانمونه اي در زير عدسي شيئي قرار دارد و سطح صيقلي شده و جلا يافته ي نمونه رو به بالا قرار مي گيرد. به کمک گيره هاي فلزي، نمونه را از دو طرف ثابت نگه مي دارند. سکوي جانمونه اي داراي پيچ هاي تنظيم ميکرومتري ريز و درشت براي حرکت عمودي (در جهت محور z) است. و توانايي حرکت جانبي در دور محور x و y را نيز دارد. سکوي حانمونه اي مي تواند به دور محور عمود بر صفحه نيز بچرخد اين قابليت به ويژه درمشاهده ي نمونه توسط نور قطبيده بسيار مفيد است. در اين نوع ميکروسکوپ ها، عمل کانوني کردن نمونه، توسط پيچ هاي تنظيم ريز و درشت که حرکت عمودي را پديد مي آورند صورت مي گيرد

ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM)
ميکروسکوپ هاي الکتروني از کجاآمده اند؟

ميکروسکوپ هاي الکتروني به خاطر محدوديت ميکروسکوپ هاي نوري توسعه پيدا کردند. همانگونه که مي دانيد ميکروسکوپ نوري بزرگنمايي ماکزيمم، 500 برابر تا 1000 برابر و رزوليشن o.2 ميکرون دارند. که اين باعث محدوديت استفاده از اين وسايل مي شود. در ابتداي دهه ي 1930، اين محدوديت از لحاظ تئوري نيز فهميده شده بود و ديدن خصوصيات ساختار داخل سلولهاي آلي (هسته، ميتوکندري و...) به عنوان يک آرزو درآمده بود. براي ديدن ساختار سلولهاي آلي نياز به بزرگنمايي 10.000 برابر بود که به وسيله ي طول موج مرئي قابل انجام نبود. اولين نوع از ميکروسکوپ هاي الکتروني، ميکروسکوپ ها عبوري (TEM) بود که دقيقاً مانند يک ميکروسکوپ عبور نوري کار مي کرد. با اين تفاوت که به جاي نوار از يک باريکه ي الکتروني استفاده شد.
Max knoll و Ernst Ruska، ميکروسکوپ الکترون عبوري (TEM) را در سال 1931 ساختند. اولين ميکروسکوپ الکتروني روبشي نيز در سال 1942 اختراع شد. در اين قسمت از مقاله با ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) آشنا مي شويم و در قسمت آينده با ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) آشنا مي شويم [9]

ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM) چيست؟

ميکروسکوپ الکتروني روبشي يا SEM نوعي ميکروسکوپ الکتروني است که قابليت عکس برداري از سطوح با بزرگنمايي 10-100000 برابر و قدرت تفکيک در حد 3-100 نانومتر (بسته به نمونه) را دارد. [9]

تاريخچه ي ميکروسکوپ روبشي (SEM)

نخسيتن تلاش ها در زمينه ي توسعه ي ميکروسکوپ ها روبشي به سال 1935 باز مي گردد. که نوول و همکارانش در آلمان پژوهش هايي در زمينه ي پديده هاي الکترونيک نوري انجام دادند. آردن در سال 1938 با اضافه کردن پيچه هاي جاروب کننده به يک ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) توانست ميکروسکوپ الکتروني عبوري ـ روبشي بسازد. استفاده از SEM براي مطالعه ي نمونه هاي ضخيم اولين بار توسط ژورکين و همکاران در سال 1942 در ايالات متحده ي آمريکا گزارش شد. قدرت تفکيک ميکروسکوپ هاي اوليه در حدود 50 نانومتر بود. [9]

ساختمان ميکروسکوپ الکتروني روبشي (SEM)

در شکل 1 الف يک تصوير از ميکروسکوپ الکتروني روبشي مدل اس 4700 با مارک هيتاچي را مي بينید. ستون ميکروسکوپ، محفظه ي نمونه و سيستم خلأ در سمت چپ و کامپيوتر، صفحه نمايش و ديگر وسايل کنترل کننده در سمت راست است. به عنوان يک اپراتور شما نيازمند اين هستيد که بدانيد چه اتفاقي در داخل blackbox (ستون ميکروسکوپ) و در هنگام اعمال کنترل هاي ابزراي براي توليد يک تغيير در تصوير مانيتور، اتفاق مي افتد.

نگاهي به داخل blackbox

نگاهي به داخل blackbox، نشاندهنده ي پيچيدگي بسيار زیاد اين قطعه است. (شکل 1-ب) اما به صورت ساده اجزای اين ستون به شرح زير هستند:
1) منبع گسيل پرتو الکتروني (electron gun)
اين منبع، الکترون ها را شتاب مي دهد.
2) لنزهاي الکترومغناطيسي (condenser and objective)
اين اجزا قطر پرتو را تغييرمي دهند تا پرتو بر روي نمونه متمرکز شود.
3) تعدادي روزنه (opertures)
اين روزنه ها، سوراخ هاي ميکروني هستند که در يک فيلم فلزي نازک ايجاد شده اند. پرتو الکتروني از ميان آنها عبور مي کند که اين عمل بر خواص پرتو اثر مي گذارد.
4) کنترل کننده هاي موقعيت نمونه (Specimen Position)
اين قسمت ها موقعيت نمونه را در سه جهت فضايي z,y,x تعيين مي کند و چپ و راست شدن ها و دوران نمونه يا پرتو را کنترل مي کنند.
5) بخش اينتراکشن (intraction)
با اين قسمت مي توان چنين نوع سيگنال مختلف بوجود آورد که با انجام پروسه هايي توليد تصوير، طيف و ... مي کند.
6) محفظه خلأ (vacuum levels)

تمام قطعات 1 تا 5 در بالاي قسمت خلأ قرار دارندکه حجم ستون ميکروسکوپ از محفظه نمونه بزرگ تر است.
اگر ما نگاهي دقيق تر به پايين ستون ميکروسکوپ و محفظه نمونه بيندازيم مي توانيم لنزهاي شيئي را ببينيم که پرتو الکتروني را بر روي نمونه متمرکز مي کنند.
سينگنال توليدي بوسيله نمونه توسط حسگرها جمع آوري مي شود و پس از انجام عمليات بر روي داده ها، تصوير يا طيفي بوجود مي آيد که بر روي مانيتور نمايش داده مي شود. ما همچنين يک جفت پيچه ي منحرف کننده (deflector coils) را در تصوير شکل 1-ب مي بينيم که بوسيله ي Scan Generator کنترل مي شوند. اين پيچه ها عهده دار حرکت باريکه ي پرتو بر روي سطح نمونه هستند. که الگوي حرکت عضو اسکن کننده توسط Magnification Control کنترل مي شود. پرتوي اسکن کننده (پرتو روبش کننده) حرکت خود را از چپ به راست و از بالا به پايين ادامه مي دهد. که يک تناسب خانه به خانه بين ناحيه ي روبش شده بر روي نمونه و تصوير ايجادي بر روي مانيتور مطابق شکل 2 وجود دارد. رزوليشن انتخابي توسط کاربر به طور واضح بر روي تعداد پيکسل ها در هر سطر تأثير مي گذارد. که اين سطرها تشکيل دهنده ي ناحيه ي اسکن هستند. نقاط قرمز در داخل هر پيکسل بر روي نمونه بيان کننده ي يک ناحيه ي واکنش دهنده با پرتو از نمونه است که سيگنال هاي تشکيل دهنده ي تصوير از اين نقاط مشتق مي شوند. سيگنال هاي توليدي بوسيله ي آشکارساز (detectro) جمع مي شوند پس از پروسه اي ديگر تصوير حاصل مي شود.
پروسه ي انجام شده شدت سيگنال هاي دريافتي را به داده هاي سياه و سفيد قابل قبول براي مانیتور تبديل مي کند. تصوير مانيتور يک الگوي روبشي دو بعدی از داده هاي سياه و سفيد است.
با متمرکز شدن پرتو بر روي سطح نمونه، که نياز همه ي کاربران براي تغيير بزرگنمايي است، ابعاد ناحيه ي روبش تغيير مي کند. ابعاد تصوير توليد بر روي مانيتور همواره ثابت است. حال اگر کاربر ابعاد ناحيه ي اسکن بر روي نمونه را کاهش دهد. بزرگنمايي افزايش مي يابد. [10]
ناحيه ي اسکن شده بر روي مانيتور÷ ناحيه ي اسکن شده بر روي نمونه = بزرگنمايي
اطلاعاتي که يک اپراتور SEM بايد بداند:
1) بخش پرتو الکتروني
2) بر همکنش نمونه ـ پرتو
1) بخش پرتو الکتروني
الف) تفنگ الکترونی (Electron Gun)
هدف تفنگ الکتروني مهيا نمودن پرتوي پايداري از الکترون است که انرژي پرتو قابل تنظيم باشد. سه نوع عمده از تفنگ هاي الکتروني وجود دارند که به شرح زير هستند:
1) تفنگ هيرپين تنگستن (Tungsten hairpin)
2) تفنگ لانتانيوم هگزابورايد (Lanthanum hexaboride)
هگزابورايد فرمول شيمايي LaB6 دارد.
3) تفنگ نشر ميداني (Field emission)

براي نمونه يکي از اين انواع يعني نوع نشر ميداني، برايتان توضيح داده مي شود. اين نوع تفنگ با نام Field emission gun (با نام اختصاري (FEG)) داراي يک کاتد فلزي تيز است که شبيه يک نوک مداد مي باشد وداراي شعاعي کمتر از 100 نانومتر است که جنس آن معمولاً از تنگستن (W) است. با اعمال يک ولتاز (V1) بين قسمت نوک تيز کاتدوآند نخستين ايجاد يک ميدان الکتروني مي گردد. اين ميدان الکتروني در بخش نوک تيز مداد مانند تمرکز دارد که موجب تسهيل نشر الکتروني (نشر جريان) مي گردد. اختلاف پتانسيل ميان قسمت نوک تيز کاتدوآند پايه دوم با عنوان ولتاژ شتابدهنده (accelerating voltage) تفنگ ناميده مي شود که با علامت V0 در شکل 3 ديده مي شود. با افزايش ولتاژ شنابدهنده ي تفنگ (V0) حرکت الکترون به سمت پايين ستون سريع تر مي شود و قدرت نفوذ آن نيز افزايش مي يابد.
قسمت نوک تيز کاتد بايد تميز و عاري از هر گونه اکسيد باشد و نياز به وجود حالت خلأ بسيار بالا (Vltra High Vacuum Conditions) است که نياز به خلأي به اندازه ي 10-10-10-11تور است. از اين رو سيستم خلأ مورد نياز براي اين نوع تفنگ الکتروني (FEG) بسيار گران قيمت است. خلأ مورد نياز براي محفظه نمونه تقريباً در رنج 10-5-10-6تور است.
(هرتور=133pa
=mabar4033)
در جدول 1 اطلاعات درمورد ميزان خلأ بيان شده است که براي تصور بهتر در مورد خصوصيات ميزان خلأ بيان شده است.
جدول 1

خلأ	اتم/ 3cm	فاصله بین اتم ها	طول پویش آزاد	زمان مونولایر
1atm(760torr)	10 19	5*10-9 m	10-7 m	1-9 s
10-2 torr	1014	2*10-7 m	10-2 m	10-4 s
10-7 torr	109	1*10-5 m	103 m	10 s
10-10 torr	106	1*10-4 m	106 m	104 s

نکته ي ديگر در مورد سيستم خلأ يک ميکروسکوپ الکتروني روبشي اين است که در هنگام کار با اين وسيله بايد به آنها توجه کنيم در زير آورده شده است:
1) بايد توجه داشت که دستگاه در هنگام استفاده در حالت مناسبي از خلأ قرار داشته باشد.
2) در هنگام تعويض نمونه ها دريچه ي تفنگ الکتروني بسته باشد. اين دريچه قسمت بالايي ستون SEM را از بقيه ي قسمتها مجزا مي کند.
3) پيش از اين که ولتاژ بالا به تفنگ اعمال گردد از ايجاد خلأ مورد نظر درمحفظه تفنگ مطمئن شويم.
4) استفاده از دستکش در هنگام مانت نمونه ها و انتقال آنها بداخل ستون
5) نمونه بايد عاري از هر گونه گاز اضافي باشد و خشک نيز باشد.
ب) لنزهاي الکتروني (Electron Lenses)
لنزهاي الکتروني جهت کم کردن ضخامت پرتو استفاده مي شوند همچنين اين لنزها جهت متمرکز کردن پرتو بر روي نمونه نيز استفاده مي شوند. لنزهاي جمع کننده (condensor lenses) موجب باريک شدن پرتو مي شوند. و لنزهاي شيئي باعث تمرکز باريکه ي پرتو بر روي نمونه مي شوند. اندازه ي منبع FEG (تفنگ نشر ميداني) نسبتاً کوچک است. اين کوچکي باعث مي شود که اندازه ي قطر باريک سازي مورد نياز بسار کم باشد.البته در اين نوع تفنگ الکترونی (FEG) اندازه ي باريکه ي روشن کننده از انواع ديگر کمتر است.

مقايسه ي لنزهاي مغناطيسي با لنزهاي نوري کار مفيدي جهت يادگيري مباني لنزهاي مغناطيسي است.
در شکل 4 نمونه اي از اين لنزها را مي بينيد. البته با توجه به ساختار نسبتاً پيچيده اين لنزها از بيان قوانين آنها خودداري مي کنيم. ولي نکته ي مهم اين است که اين لنزهاي الکترومغناطيس نقش مهمي در آناليز بوسيله ي SEM دارند. براي اطلاع بيشتر از لنزهاي الکترومغناطيس به منبع [10] مراجعه کنيد.

برهم کنش پرتو ـ نمونه

باريکه ي الکتروني مي تواند هم با الکترون اتم نمونه و هم با هسته هاي اتم نمونه بر هم کنش انجام دهد. اين برهم کنش موجب پديد آمدن گروه زيادي از انواع سيگنال ها مي شود. اين سيگنال ها شامل: الکترون هاي بازگشتي، الکترون هاي ثانويه، اشعه X، الکترون هاي اوژه (Angerelectrons) و لومينانس کاتدي (cathodolumine scence) مي شوند.
در برخورد الکترون به سطح نمونه ما دو نوع رفتار داريم:
1) رفتار غير الاستيک
2) رفتار الاستيک
رفتار غيرالاستيک هنگامي رخ مي دهد که يک باريکه ي الکتروني با ميدان ابر الکتروني اتم هاي نمونه بر هم کنش انجام دهد. نييجه ي اين عمل انتقال انرژي به اتم هاي نمونه و آزاد شدن الکترون هاي ثانويه (Secondary electron(se که انرژي اين الکترون کمتر از 50ev است. اگر جاي خالي الکترون جدا شده از اتم با شرايط خاص بوسيله ي الکترون ديگر از لايه هاي بالا جايگزين شود. اشعه ي x توليد مي شود که انرژي اشعه x توليدي وابسته به فاصله ي بين ترازهاي شرکت کننده در انتقال است.
رفتار الاستيک هنگامي رخ مي دهد که باريکه ي الکتروني با ميدان الکتريکي هسته ي اتم نمونه بر هم کنش انجام دهد. و اين امکان وجود دارد که بدون تغيير مقدار انرژي الکترون پرسرعت تنها مسير حرکت آن تغيير کند. اگر هسته اتم نمونه سبب برگشتن الکترون به سمت مخالف ورود به قطعه شود. الکترون هاي برگشتي (BSE) توليد مي شوند. الکترون هاي برگشتي (BSE) مي تواند انرژي در محدوده ي 50ev و انرژي الکترون هاي ورودي داشته باشد. به هر حال بيشتر الکترون هاي بازگشتي حداقل 50 درصد انرژي الکترون هاي ورودي را دارند.
با توجه به نوع سيگنال به دست آمده، نوع دتکتور و ... مي توان تصاوير توپوگرافي خوبي به دست آوريم. از اين لحاظ بررسي کيفيت سيگنال هاي به دست آمده از برخورد الکترون هاي پرانرژي به سطح نمونه و پروسه ي بدست آوردن تصوير SEM از مسائلي است که فراگيري آنها براي کساني ک مي خواهند از SEM استفاده کند ضروري است.

ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM)
مقدمه

ميکروسکوپ الکتروني عبوري پيش از ميکروسکوپ الکتروني روبشي ساخته شد.اين وسيله به علت سختي مراحل آماده سازي نمونه گستردگي کمتري نسبت به نوع SEM خود دارد. از اين لحاظ سعي مي کنيم اطلاعات مفيد و ساده اي در مورد اين وسيله (TEM) به شما بدهيم.[11]

تعريف

ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) يک وسيله ريز بيني است که در آن با استفاده از يک تکنيک، باريکه اي از الکترون ها از ميان يک لايه فوق العاده نازک عبور مي کنند. که بر هم کنش ميان نمونه و الکترون هاي پر سرعت باعث ايجاد سيگنال هايي مي کند که با آن ريز بيني انجام مي شود. اين وسيله هم در علوم فيزيک و هم در علوم بيولوژي کاربرد فراوان دارد و اطلاعات مطلوبي از ريز ساختار مواد به ما مي دهد (شکل1تعريف يک ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) است).[11]

تاريخچه

در اصل Ernst Abbe، کسي است که اولين بار به رابطه ي بين طول موج نور استفاده شده در ريز بيني و مقدار بزرگنمايي و جزئيات قابل ديدن اشاره کرد. بنابراين محدوديت بزرگنمايي مفيد قابل حصول براي يک ميکروسکوپ نوري (optical microscope) چند ميکرون است. توسعه ي ميکروسکوپ هاي فرابنفش(UVMicroscopes) که به وسيله koehler انجام شد. باعث دو برابر شدن بزرگنمايي مفيد قابل حصول شد. به هر حال اين روش به علت نياز به اجزاي نوري کوارتزي بسيار گران قيمت بود. زيرا شيشه پرتو فرابنفش را (UV)را جذب مي کند. بنابراين در اين وسايل ما به اجبار بايد از لنزهاي و وسايل کوارتزي گران بها استفاده کنيم. در اينجا بود که اهميت الکترون هاي پر انرژي براي دانشمندان مشخص شد.
اولين نوع از ميکروسکوپ هاي الکتروني، ميکروسکوپ هاي الکتروني عبوري بود که توسط May Knoll و Ernst Ruska در آلمان و در سال 1931 ساخته شد.

اجزاي ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM)

يک (TEM) از چندين جزء مهم تشکيل شده است.که شامل
1-سيستم خلأ
2-لنزهاي الکترومغناطيس
3-محفظه نمونه
4-تفنگ الکتروني
5-روزنه ها (Apertures)
6-سيستم پردازش و نمايش تصوير 2

1)سيستم خلأ (Vacuum System)

براي کاهش جذب پرتو الکتروني بوسيله ي ملکول هاي هوا ما نياز داريم که مسير حرکت پرتو الکتروني از هوا خالي شود. که فشار آن بايد در حدود 5-10، 4-10 پاسکال باشد. همچنين در تفنگ الکتروني نيز ما نياز به خلأ داريم زيرا کاتد نوک تيز تفنگ الکتروني نبايد اکسيد شود و بايد عاري از هر گونه آلودگي باشد. براي اطلاعات بيشتر به توضيحات سيستم خلأ مربوط به قسمت قبل از اين مقاله (SEM) مراجعه کنيد. همچنين جهت اطلاع از انوع پمپ ها و سيستم هاي خلأ به منبع [11] مراجعه کنيد. [12]

2)لنزهاي الکترومغناطيس

لنزهاي الکتريکي عملکردي شبيه به لنزهاي نوري (Optical Lenses) در ميکروسکوپ هاي نوري دارند. اين اجزا باعث تمرکز پرتوهاي موازي در فاصله ي کانوني مي شوند. اين لنزها ممکن است به صورت الکتريکي و يا مغناطيسي کار کنند. در ساختار يک (TEM) عمدتاً از پيچه هاي الکترو مغناطيسي توليد کننده ي لنزهاي محدب استفاده مي شود.
استفاده از اين لنزها نيز مانند لنزهاي اپتيکي موجب ايجاد خطاهايي (eberrations) مي شود. که براي مطالعه ي بيشتر به منبع [11] مراجعه کنيد.

3)محفظه نمونه

محفظه ي نمونه مکاني است که باريکه الکتروني به نمونه برخورد مي کند.
اين بخش در انتهاي ستون ميکروسکوپ واقع است. که در هنگام کار با اين وسيله بايد مراقب باشيم که حداقل اتلاف خلأ انجام شود.
نگه دارنده هاي نمونه براي نگه داشتن يک نمونه ي استاندارد طراحي شده اند. معمولي ترين استانداردهاي مورد استفاده براي نگه دارنده ها شامل يک بخش توري مانند است که اندازه ي 3/05mm براي قطر حلقه ي برنجي است. ضخامت اين توري 100um با يک ناحيه ي سوراخ دار به قطره تقريباً 2/5mm است. که نمونه بر روي آن جاي مي گيرد. با توجه به روش تهيه نمونه، جا نمونه اي هاي مختلفي ساخته شده است.

4)تفنگ الکتروني

تفنگ الکتروني از چندين جزء تشکيل شده است. که شامل يک فيلامنت، يک جريان باياس، کلاهک و هلنت و يک آند استخراج کننده است. با اتصال پايه ي منفي برق به فيلامنت الکترون ها از تفنگ الکتروني به صفحه ي آند (سمت پايين ستون ميکروسکوپ) فرستاده مي شوند.
براي فيلامنت تفنگ بايد از مواد با نقطه ذوب بالا از جمله تنگستن يا LaB6 استفاده کنيم علت آن اين است که براي ايجاد جريان فيلامنت تفنگ الکتروني بايد گرم باشد [12]

5)روزنه ها(Apertures)

روزنه ها، يک صفحات فلزي حلقوي مانند هستند که الکترون ها از ميان آنها عبور مي کنند. اين اجزا شامل ديسک هاي فلزي کوچک هستند. که بسيار نازک هستند و از عبور الکترون ها جلوگيري مي کنند. در حالي که الکترون هاي محوري عبور مي کنند. قرار دادن روزنه ها اهدافي دارد که به شرح زير هستند:
1)روزنه ها شدت پرتو را مي کاهند و پرتو را فيلتر مي کنند.
2)اين فيلترها ازعبور الکترون هايي که با زاويه ي بسيار زياد منعکس شده اند جلوگيري مي کنند. (اين پرتوهاي منعکس شده با زاويه ي زياد باعث اتفاق افتادن فرآيند هاي نامطلوب شبيه خطا در مشاهده مي شوند.)
در شکل 2 اجزاي يک ميکروسکوپ الکتروني عبوري نشان داده شده است [12]

تهيه نمونه

تهيه ي نمونه براي (TEM) مشکل است. يک نمونه ي (TEM)، تنها 100 ها نانومتر ضخامت دارد. باريکه ي الکتروني مورد استفاده در (TEM) برخلاف پرتوهاي ايکس و يا گاما جذب اتم هاي نمونه مي شود. بنابراين براي تصوير برداري از نمونه ما نيازمند به يک لايه ي بسيار نازک از نمونه هستيم. روش آماده سازي نمونه (TEM) به نوع ماده مورد آناليز بستگي دارد. از اين لحاظ تکنيک هاي بي شماري براي تهيه يک ضخامت کم ابداع شده است. از اين لحاظ تهيه ي نمونه از برخي مواد مثل پودرها يا نانوتيوپ ها که الکترون از آنها به آساني عبور مي کند، بسرعت انجام مي ششود در برخي از نمونه ها (مثلاً نمونه هاي بيولوژيکي) به علت اينکه ممکن است نمونه در اثر مکش سيستم خلأ از بين بروند. و براي محافظت از نمونه با يک روش خاص سطح نمونه پوشش دهي مي شود.
در علم مواد ومتالوژي عمدتاً نمونه ها به صورت طبيعي نسبت به خلأ مقاوم اند. ولي بايد اين نمونه ها نيز بسيار نازک شوند و يا بوسيله ي عاملي اچ شوند تا يک ضخامت بسيار نازک حاصل شود.

مراحل تهيه نمونه براي (TEM):

1)جدا سازي تکه هاي باريک از نمونه:
با عبور نمونه از يک لبه ي تيز يا الماسه اي پس از عبور از اين مرحله يک بريده ي کوچک و نازک از قطعه اي مورد آناليز جدا مي گردد. براي جلوگيري از واکنش شيميايي سطح نمونه و يا آلوده شدن نمونه کوچک جدا شده نياز به پوشش دهي نمونه داريم. يک لايه ي در حد نانومتر مي تواند نتيجه ي (TEM) را تغيير دهد.
2)ايجاد حفره در نمونه

در نمونه ي توليد شده که معمولاً به شکل يک قرص کوچک است بوسيله ي تکه برداري مکانيکي، اچ کردن شيميايي و يا اچ يوني ايجاد يک حفره مي کنيم.
نمونه ي با قطره حدود 1mm وضخامت نيم ميلي متر است. که حفره ي بوجود آمده در آن در حدود 100 ميکرون قطر دارد. روش توليد حفره به نحوه اي است که در ديواره ي حفره ايجاد لبه هاي تيز مي گردد. که باريکه ي الکتروني به اين لبه ها برخورد مي کند.[11]

اصطلاحات:

ما مي توانيم امکانات يک ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) را به وسيله ي تغيير و اضافه کردن دتکتورها وجا نمونه اي هاي مختلف تجهيز و گسترش دهيم. که گاهي اين کار را مي توان بر روي ميکروسکوپ اوليه انجام داد. crymicroscope الکتروني يک (TEM) است که مي توان نمونه را در هنگام سرمايش در نيتروژن مايع و يا هليوم مايع مورد بررسي ريز ساختاري قرار داد. همچنين مي توان يک ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) را با يک ميکروسکوب الکتروني روبشي (SEM) ترکيب کرد و يک ميکروسکوپ الکتروني روبشي -عبوري (STEM) ساخت. در شکل 3 يکي از انواع (STEM) را مي بينيد. ميکروسکوپ هاي الکتروني عبوري پيشرفته همچنين امکان تصحيح خطاها را دارند.[

ميکروسکوپ نيروي اتمي (AFM)
مقدمه:

براي شروع کار با (AFM)ابتدا بايد در مورد ساختمان و اساس کار اين نوع ميکروسکوپ اطلاعات بدست آوريم. پس از آن نيز ضروري است که براي ارتقاي سطح دانش خود به فراگيري جنبه هاي مختلف نرم افزار اين ميکروسکوپ بپردازيم.[13]

معرفي

ميکروسکوپ نيروي اتمي وسيله اي است که توان آناليز و توصيف نمونه ها در مقياس ميکروسکوپي را دارا مي باشد. اين بدين معني است که ما مي توانيم خواص سطح را با دقت تفکيکي در گستره ي بينloomm
(100ميکرون)،تا 1mm مشاهده کنيم.
(AFM) بر اين اساس عمل مي کند که اجازه مي دهد يک قسمت قلم مانند که بسيار تيز است با تمايل به نمونه و يا قرار گيري در فاصله ي بسيار نزديک به نمونه تصور آن سطح را بکشد . اين قسمت قلم مانند، يک باريکه ي ميکروني است که معمولاً 100 آنگسترم قطر دارد.
قسمت قلم مانند در قسمت آزاد يک پايه ي معلق که بين 100 تا 200 ميکرون طول دارد قرار گرفته است. و نمونه در زير نوک قلم مانند پويش مي گردد.
نيروهاي مختلف نوک قلم مانند را جذب و يا دفع مي کنند. اين انحرافات (جاذبه و دافعه ها) ثبت شده و به وسيله ي نرم افزار، تصاوير مورد پردازش قرار مي گيرند. تصوير نتيجه، يک نمايش توپوگرافيک از نمونه است که تنها يک تصويرخيالي است. اگر شما بخواهيد که در مورد نمونه به جاي يک ديد از سطح آن چيزي بدانيد مدلهاي تصويري مختلفي وجود دارد. که در انواع ديگر از آناليزها استفاده مي گردد. همچنين نرم افزارهاي متفاوت يا تکنيک هاي پويش کردن ديگري مورد نياز است تا اطلاعات مورد نياز براي آناليز بدست آيد.
(AFM) مي تواند يکي از ويژگي هاي خاص نمونه را اندازه گيري کند که ديگر انواع ميکروسکوپ ها توان اين تصوير برداري را ندارند.[13]

تاريخچه:

در سال 1986، ميکروسکوپ نيروي اتمي بوسيله ي گرد بينينگ (Gerd Binning) اختراع شد. Binning اين کار را براي شکست انحصار ميکروسکوپ هاي تونلي روبشي (STM) که قبل از (AFM) مورد توجه بود، کرد. (STM) تنها مي توانست از موادي تصوير برداري کند که يک جريان تونلي را هدايت کنند. (AFM) مي توانست راهي براي تصويربرداري از ديگر مواد مانند پليمرها و نمونه هاي بيولوژيکي که توانايي هدايت جريان را ندارند باز کند. در بعضي موارد، قدرت تفکيک (STM) بهتر از (AFM) است و علت آن اينست که جريان تونلي وابستگي اکپوتسيالي با فاصله دارد. اين وابستگي نيرو-فاصله در (AFM) ، هنگامي که خواصي مانند تيزي نوک قلم مانند و نيروي برخورد مطرح مي گردد، بسيار پيچيده تر مي گردد. البته (AFM) همه کاره تر است و در مقايسه با ديگر انواع ميکروسکوپ ها، (AFM) بهتر و يا در قياس با آنهاست.[13]
براي يادگيري بهتر (AFM) را با ديگر انواع ميکروسکوپ مقايسه مي کنيم.

(AFM) در مقابل (SEM)

در مقايسه با ميکروسکوپ الکتروني روبشي (AFM) ،(SEM) ، کنتراست توپوگرافي بسيارعالي مهيا مي کند که ما به صورت مستقيم به اندازه ي ارتفاعات دست مي يابيم و در خواص سطحي نيز تداخل ايجاد نمي شود. (احتياج به پوشش دهي ندارد)

(AFM) در مقابل (TEM)

در مقايسه با ميکروسکوپ هاي الکتروني عبوري (TEM)، تصوير سه بعدي (AFM)، بدون نياز به آماده سازي گران قيمت نمونه، اطلاعات کامل تري از مقطع عرضي دو بعدي به ما مي دهد.

(AFM) در مقابل ميکروسکوپ نوري

در مقايسه با ميکروسکوپ هاي تداخلي نوري، (AFM) ، اندازه مبهمي از ارتفاعات پله ها، مستقل از تفاوت بازتابش بين مواد مختلف را مهيا مي کند. [13]

نيروهاي تعاملي (Interactive Forces)

تفاوت عمده ميان انواع ميکروسکوپ ها و (AFM) به نيروي ميان نمونه و قسمت پويشگر مربوط است. نيرويي که به طور عمده به ميکروسکوپ نيروي اتمي مربوط است نيروي بين اتمي است. اين نيرو به نيروي واندروالس شهرت يافته است. رابطه بين نيرو و فاصله در شکل 1 نشان داده شده است. در محل تماس پويشگر (نوک قلم مانند) و نمونه، پويشگر در فاصله ي کمتر از چند آنگسترم از سطح نمونه قرار دارد. و نيروهاي بين پايه و نمونه دافعه است. در نواحي غير تماس پايه در فاصله ي 10 - 100 آنگسترمي از سطح نمونه قرار مي گيرد. و نيروي بين اتمي پايه و نمونه جاذبه است. حالات پويش کردن در نواحي مختلف اين نمودار:
1)غير تماسي در ناحيه ي جاذبه
2)تماسي در ناحيه ي دافعه
3)حالت غير دائمي (که در بين دو حالت قبلي نوسان مي کند). يادگيري اين نمودار به آساني انجام مي شود. اگر شما تصور کنيد که بخش پويشگر مانند گروهي از اتم هاست که با سطح ماده که به صورت گروهي از اتم هاي ديگر است، فعل و انفعال مي کند.
در سمت راست نمودار، اتم ها در فاصله ي زيادي مجزا گشته اند و همين طور که اتم ها به صورت تدريجي به همديگر مي رسند، آنها ابتدا همديگر را به صورت ضعيف جذب مي کنند. اين جذب کردن کاهش يافته تا اتم ها به حدي از فاصله برسند که ابرهاي الکتروني همديگر را خنثي کنند. دافعه ي الکترو مغناطيس به طور تصاعدي نيروي جاذبه را همين طور که فاصله کاهش مي يابد ضعيف مي کند. با توجه به منحني، نيرو به سمت صفر ميل مي کند. هنگامي که فاصله بسيار زياد مي شود. هر چيزي که از اين نزديک تر شود، نيروي واندروالس کلي مثبت (دافعه)مي گردد.
اگر نيرويي موجب نزديک شدن پويشگر و نمونه شود. باعث برخورد پويشگر به سطح نمونه مي شود که نتيجه ي آن دفورمگي و خسارت نمونه يا پويشگر مي شود. دو نيروي ديگر وجود دارد که در هنگام اسکن کردن نمود مي کنند. يکي از اين نيروها، نيروي مويئن است که بوسيله يک آب ساختاري، که به طور معمول در يک محيط خنثي و در پويشگر بوجود مي آيد و نيرو به وسيله ي خود پايه بوجود مي آيد که شبيه نيرويي است که يک فنر فشرده دارد.[13]

شناسايي معيار ميکروسکوپيک

ولو اينکه، پروسه ي اسکن کردن درست باشد و با تمام دقت ممکنه انجام شده باشد، همه ي تصاوير، ارائه ي درستي از توپوگرافي واقعي نمونه نيست. پارامترهايي وجود دارد که مي توانند در هر اسکن تغيير کنند و ديگر نيروهايي که مجزا از نيروهاي بين اتمي اند که اين نيروها تصوير را دگرگون مي کنند.براي مثال در شکل 2 يک اسکن 5 ميکروني از مس است که با تترا هيدوفوران (tetrahydrofuran) اچ شده است.
اجزاي ميکروسکوپ (AFM)
(AFM) شامل اجزاي مختلفي است ولي در حالت کلي اجزاي اين ميکروسکوپ به نحوه ي زير تقسيم بندي شده اند :
1)سيستم بررسي نمونه
اين بخش شامل يک قسمت نوک تيز است که با قرار گيري نمونه در آن، آناليز سطح انجام مي شود. يعني نمونه در زير پروب حرکت مي کند و با توجه به عکس العمل هاي سطح توپوگرافي نمونه بدست مي آيد.
2)سيستم نمايش و پردازش اطلاعات
اين بخش شامل يک کامپيوتر و مانيتور است که با توجه به داده هاي بدست آمده از آناليز و بهره گيري از نرم افزارهاي خاص اين دستگاه تصاوير توپوگرافيک سطح جسم را نمايش مي دهد.

آناليز تصوير:

حال ما مي خواهيم از تفاوت تصوير خوب و بد صحبت کنيم. وقتي که من مي گويم تصويرخوب، منظورم تنها کيفيت تصوير نيست بلکه منظورم اين است که سطح با خواص واقعي ترسيم گردد. تصوير بد آن نوع تصاويري است که زروليشن پايين و خواص ناخانا دارند. اين تصاوير را نمي توان به عنوان مرجع استفاده کرد ولي مي توانند اطلاعاتي در مورد گروه هاي تشکيل دهنده ي جسم و نوع مواد شيمايي بدهند.
اگر نمونه از مواد خاصي تشکيل شده باشد و يا فازهاي تشکيل دهنده ي آن به طور نامنظم پخش شده باشند، نشاندهنده ي عدم دوام نمونه است.
تصاوير شکل 2 نشاندهنده ي مشکلات توليد است که به وسيله (AFM) نشانداده شده است.
تصوير شماره 2 -الف-نشاندهنده ي انعقاد (دلمه شدن) در يک نمونه است که تصور مي شد يک فيلم نازک است.
تصوير شماره 2 -ب-نشان مي دهد که چگونه گرد و خاک روي نمونه اسکن مناسب را تخريب مي کند. که در اين نمونه منشع خرابي، وجود گرد و خاک در فرآيند توليد است نکته ي مهم در مورد تصوير بد اين است که پارامترهاي بسياري بر روي خواص تصوير نمونه اثر مي گذارند. اين تغييرات نتيجه ي اين پارامترهاست که مي توانستند نباشند و تصوير ما يک تصوير خوب باشد.

براي مثال دفورمگي يا کند شدن پويشگر يکي از پارامترهاي مؤثر بر نوع تصوير (خوب يا بد) است. اين دفورمکي يا کند شدن به علت شکستگي و يا استفاده ي زياد بوجود آيند. در شکل 3 تصوير دو بعدي از يک نمونه ي شکستگي است در نگاه اول علامتي از اينکه تصوير، تصويري مناسب نيست وجود ندارد و اين مورد بنظر مي رسد که تنها از طريق تصوير 3 بعدي درستي و يا نادرستي تصوير فهميده مي شود. يک اپراتور جديد احتمالاً نمي تواند اين تصوير نامناسب را تشخيص دهد. ناآشنايي با نحوه اي که مواد بنظر مي رسند اين اجازه را نمي دهد، اما با آزمايش اين ممکن است که پارامترهاي ديگري که مي توانند تأثيرات اسکن را ايجاد کنند. در اختيار باشند. پارامترهاي اختياري شبيه ست پوينت (set point) که به معناي فاصله تا سطح ماده است . سرعت اسکن نه تنها مي تواند بر روي تصوير تأثير بگذارد، حتي مي تواند به نمونه آسيب برساند. تغيير ست پوينت بر نيرويي که پويشگر بين خود و نمونه احساس مي کند مؤثر است. اگر ست پوينت بسيار پايين باشد اسکن به خوبي انجام نمي شود.

زيرا نيروها به اندازه اي نمي رسند که بتوانند به وسيله ي دتکتورها پايه شناسايي شوند. اگر ست پوينت خيلي بزرگ باشد. نوک قلم مانند (پويشگر) باعث دفورمگي خود و يا نمونه مي شود مگر اينکه واقعاً سخت باشد. که در اين حالت نيز نمونه تغيير فورم مي دهد. فاکتورهاي ديگري نيز وجود دارند که باعث ايجاد تصوير بد در زمان اسکن مي شوند که قابل کنترل نيستند. از نمونه هايي از اين فاکتورها بايد به اختشاشات دردماي عادي (الاستيک و پلاستيک)اشاره شود. هنگامي که نتيجه ي اسکن خوب است اما پيک هاي مکاني رندوم يا خطي در يک اسکن وجود دارند و در نمونه ي ديگر نيست احتمال ايحاد اختشاشات وجود دارد.[

+ نوشته شده در شنبه بیست و دوم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 17:43 توسط مهندس ایمان رستگار |

صنايع توليد شيشه

صنايع توليد شيشه يکي از پايه هاي اصلي اقتصاد آمريکا مي باشد. اين صنعت بيش از 150/000شغل تخصصي ايجاد نموده است؛ که بيش از 21 ميليون تن محصولات مصرفي با ارزش تخميني 22 ميليارد دلار در سال توليد مي کند.
توليد شيشه نياز به انرژي زياد دارد که 12 درصد ازکل قيمت فروش را شامل مي شود. از لحاظ تئوري براي ذوب کردن يک تن شيشه 2/2 ميليون Btu (واحد بريتانيايي براي گرما) انرژي لازم است؛ در حقيقت مقدار انرژي مورد نياز به خاطر پايين بودن بازده و اتلاف انرژي به ميزان دو برابر افزايش مي يابد. صنايع شيشه شامل 4 بخش عمده مي شود:

1) ظروف شيشه اي (container glass)

اين گروه شامل بطري ها(Bottles) ، شيشه هاي دهنه گشاد(Jars) و... مي شود.

2) شيشه هاي فلوت(flat glass)

اين گروه شامل شيشه هاي پنجره، آينه ها و شيشه هاي اتومبيل و... مي شود.

3) الياف شيشه (fibre galss)

اين گروه الياف شيشه اي اند که به صورت عايق هاي ساختماني و الياف بافته شده توليد مي شوند.

4) شيشه هاي ويژه (specialty glass)

اين گروه شامل وسايل آشپزخانه (cook ware)، تابلوهاي نمايشگر سطح (displays flat panel)، حباب لامپ ها(light bulbs)، الياف نوري(fiber optics)، وسايل پزشکي(medical equipment) و... مي باشد.
شيشه هاي فلوت 17%توليد شيشه ي ايالات متحده آمريکا از لحاظ وزن را شامل مي شود. همچنين ظروف شيشه اي 60درصد، الياف شيشه و9 درصد و شيشه هاي ويژه 4 درصد از توليدات شيشه اي ايالات متحده را شامل مي شوند.
درحالي که صنايع ظروف شيشه اي، الياف و شيشه هاي فلوت که سهم بسيار بالايي در فروش دارند بر پايه ي شيشه هاي سودالايم(soda-lime glass) پايه گذاري شده اند؛ صنعت شيشه هاي ويژه بر روي شيشه هاي مقاوم در دماهاي بالاتر تمرکز دارد و بيش از 60/000نوع محصول مختلف توليد مي کند. مثالهايي از توليدات شيشه اي که بوسيله ي صنعت شيشه سازي توليد مي شوند در شکل 1 ديده مي شوند. حالت مطلوبي از صنعت شيشه درطول 20 سال فرمول بندي شده است؛ که اين با مشارکت DOE (دپارتمان انرژي آمريکا) انجام شده است.

و چالشهاي تکنولوژي در آينده و فرصت هاي تحقيقاتي با مقايسه ديد آينده و حالت کنوني صنعت شيشه تعريف شده است. چالشهاي تکنولوژي به طور عمومي به چهار دسته تقسيم بندي مي شوند:
1)پيشرفت ها در زمينه ي ذوب و پالايش و در زمينه ي ساخت (شکل دهي)
2)پيشرفت تکنولوژي، تکنيک هاي ساخت شيشه، کنترل پروژه ها (Processing controls) و شبيه سازي مدل براي پروسه هاي جديد با کامپيوتر
3)بهبود سيستم هاي کنترل خروج، روشهاي بازيافت و مديريت مواد جامد باطله و...
4)توسعه ي توليدات ابداعي براي استفاده هاي جديد از شيشه
بخش هاي بالا پروسه هاي توليد شيشه هاي کنوني و چگونگي رسيدن به ديد صنعتي در زمينه ي شيشه از مواد پايه سراميکي را تعريف مي کند.
موادي که معمولاً در وسايل تهيه شده بوسيله ي شيشه استفاده مي شود شامل: فيوزد سيليکا (fusedsilica)، گرانيت، فلزات گران بها، آلياژهاي آهني سرد شده در آب مي باشند. مواد سراميکي ابتدا به عنوان مواد نسوز(refractories) و اکنون نيز به صورت هرچه بيشتر و در زمينه ي پوشش هاي مقاوم به سايش کاربرد دارد. همچنين مواد سراميکي پيشرفته به ندرت در اين صنعت استفاده مي شود که علت آن قيمت بالاي اين مواد است. بعلاوه به خاطر نبود مواد مقاوم در محيط هاي بادماي بالا جهت فرآيندهاي شيشه سازي، فلاکس ها به مواد شيشه اي اضافه مي شوند تا بتوان با کاهش دماي فرآيند شيشه سازي، اجازه ي استفاده از مواد مرسوم را داشته باشيم.
بحث ما بر طبق 4 عمليات عمده در توليد شيشه متمرکز شده است که به شرح زير مي باشند:
1)مرحله ي تهيه مخلوط(Batching)
2)مرحله ي ذوب (melting)
3)مرحله تصفيه و پالايش (refining)
4)مرحله شکل دهي (forming)
همچنين در بخش هاي بعدي اين مقاله در مورد 4 بخش از صنعت شيشه سازي صحبت کرده و در بخش آخر اين مقاله در مورد مشعل ها و وسايل توليد حرارت درکوره هاي توليد مذاب شيشه صحبت مي کنيم.
عمليات تهيه ي مخلوط، ذوب و پالايش در همه ي روش هاي توليد شيشه با اندک تفاوت در نوع کوره يکسان است. پس به بررسي جداگانه ي 4 مرحله ي شيشه سازي مي پردازيم:

1) مرحله ي تهيه ي مخلوط (Batching)

انتخاب مواد خام با توجه به ترکيب شيميايي، يکنواختي و اندازه ي ذرات انجام مي شود. مواد افزودني آلي و فلزي و سراميکي از بين مراحل حمل ونقل، انبار کردن، مخلوط کردن و دانه بندي عبور مي کند. اين مراحل شبيه مراحلي است که شيشه هاي بازيافتي عبور مي کنند. به علت اثرات مواد افزودني و با توجه به کيفيت محصول توليد شده، مقدار شيشه ي بازيافتي تغيير مي کند.
صنعت توليد شيشه هاي فلوت 39درصد از شيشه هاي شکسته ي خود را باز يافت مي کند. مواد ناخالصي سراميکي واکنش کمي با مذاب شيشه دارند و ذوب نمي شوند بنابراين به صورت سنگ ريزه هايي در محصول نهايي ديده مي شوند. ناخالصي هاي فلزي و آلي باعث بوجود آمدن ناپايداري در طي پروسه ي شيشه سازي مي شوند(از طريق واکنش هاي اکسايش -کاهش). که اين مواد موجب کاهش کيفيت شيشه مي شوند. مواد آلي موجود در بچ، منبعي مناسب جهت افزايش گازهاي خروجي هستند و موجب افزايش ارزش تميزکنندگي گازهاي خروجي مي شوند(اين مواد موجب افزايش گازهاي خروجي مي گردد و خروج گاز را از مذاب آسانتر مي کنند)
پروسه هاي نقل و انتقال، مخلوط کردن و دانه بندي موجب ساييده شدن وسايل وادوات مورد استفاده مي شوند بنابراين معمولاً ابزار آلات اين بخش داراي سطوح پوشش داده شده با سراميک هستند؛ و يا خطوط انتقال بوسيله ي سراميک هايي مانند آلومينا، سيلسيم کاربيد و يا تنگستن کاربيد ساخته مي شوند.
درحالي که به طورعمومي اثر قيمت و عملکرد مناسب و کافي براي انتخاب مواد در اين مکان ها بسيار مهم است ولي به دليل ريسک امکان آلودگي مذاب شيشه، استفاده از مواد ارزان قيمت تر ريسک بزرگي به حساب مي آيد.

2) مرحله ذوب(melting):

تقريباً 600 کوره ي ذوب شيشه در آمريکاي شمالي وجود دارد. توزيع نوع اين کوره ها به شرح زير است.
210کوره در زمينه صنعت بطري هاي سازي، 110 کوره مربوط به الياف شيشه، 45 کوره در صنعت شيشه ي فلوت و 235کوره مربوط به شيشه هاي ويژه است. عمر يک کوره مذاب شيشه با توجه به نحوه ي ساخت آن متفاوت است اما براي کوره هاي اين صنعت عمر 7 تا 8 سال غير معمولي نيست. البته هزينه ي بازسازي يک کوره به آساني از يک ميليون دلار تجاوز مي کند و همين امر نشاندهنده ي اهميت نحوه ي بازسازي کوره هاي شيشه سازي است. کوره ها را مي توان به دو گروه، کوره هاي گرم شونده با الکتريسته و کوره هاي گرم شونده با سوخت تقسيم کرد، که معمولاً گرمايش الکتريکي مذاب با آتش حاصل از سوختن مواد نفتي توأم است. اين عمل موجب بهبود يکنواختي گرما دهي، مهيا نمودن افزايش متناوب در ظرفيت ذوب با کم ترين هزينه، افزايش بازده مذاب، کاهش مصرف انرژي و دماي پايين تر (در بالاي نقطه ي ذوب) براي کاهش خروج انرژي مي گردد.

3) مرحله پالايش(refining):

مرحله ي اصلاح شيشه در کوره ي مقدماتي اتفاق مي افتد و موجب يکسان شدن دماي مذاب مي گردد. کوره ي مقدماتي معمولاً با گاز طبيعي کار مي کند. همچنين ازتقويت کننده هاي الکتريکي نيز براي افزايش بازده و بهبود يکساني دما، مي توان بهره برد. مبدلهاي گرمايي سرد شده با آب (water-cooled metal heat exchangers) براي کمک به ايجاد دماي يکنواخت مورد استفاده قرار مي گيرند. همچنين ممکن است از سراميک هاي پيشرفته نيز استفاده شود. تغييرات دمايي در کوره ي مقدماتي بسيار حياتي است و موجب ايجاد مشکلاتي شبيه به آنهايي که در مرحله ي ذوب با آنها روبرو بوديم، مي شود.پيستون ها(plungers) و نازل هاي (nozzles) مورد استفاده براي حرکت دادن و پخش کردن مذاب شيشه از سراميک هاي نسوز و يا موليبدن ساخته شده اند. ولي اين اجزا به علت رويا رويي و مواجهه با سايش بالا و ايروژن (erosion )نوعي خوردگي است که به واسطه ي حرکت سيال بر روي يک سطح اتفاق مي افتد). براي شيشه هاي با دماي ذوب پايين تر Inconel600 استفاده شده است که در اين مورد نيز شبيه به مورد بالا خوردگي شديد گزارش شده است. در دماهاي بالاتر خنک سازي با آب نيز مي تواند براي کاهش دماي اجزا مورد استفاده قرار گيرد. تعداد زيادي از مواد مناسب (مواد سراميکي پيشرفته) مورد استفاده در مراحل پالايش و ذوب شيشه وجود دارد که بسياري از اين مواد مناسب، براي ساخت کوره هاي سوخت -اکسيژن fired oxy-fuel استفاده مي شوند. سيکل هاي متناوب احتراق نيز بهبود يافته که گفته مي شود مواد سراميکي پيشرفته توانايي مقاومت در برابر اين سيکل هاي احتراقي را دارند.

4)شکل دهي(forming):

با توجه به اينکه محصول نهايي، چه نوع محصولي باشد نوع و نحوه ي فرم دهي نيز متفاوت است.
روش هاي شکل دهي انواع مختلف شيشه از جمله شيشه هاي فلوت، ظروف شيشه اي، الياف شيشه و شيشه هاي ويژه معمولاً بسيار متفاوت اند. در قسمت هاي بعدي اين مقاله در مورد هر يک از اين زمينه هاي توليد شيشه صحبت کرده و درقسمت پاياني نيز در مورد مشعل ها و سيستم هاي گرمايشي مورد استفاده دراين صنعت صحبت مي کنيم. ديدگاه اين مقاله بيشتر بررسي موقعيت هاي کاربردي در زمينه ي مواد ساختاري مورد استفاده در صنعت توليد شيشه است.

شيشه هاي فلوت (flat)

صنايع شيشه ي فلوت ايالات متحده آمريکا شامل 6 توليد کننده ي عمده است؛ که با 28 کوره در 16 ايالت کار مي کنند در اين کارخانه ها، که 12/000 نيروي کار ماهر را به کار گرفته اند سالانه 2/9 ميليون تن شيشه توليد مي شود که اين مقدار توليد، فروشي برابر 2/1 ميليارد دلار را به خود اختصاص مي دهد. کارخانه هاي توليدي در اين بخش عمدتاً در کنار منابع ارزان قيمت انرژي قرار دارند. در سال 1991، اين صنعت 55/2 تريليون Btu انرژي مصرف کرده است که اين مقدار انرژي در درجه اول از گاز طبيعي و در درجه ي دوم از برق بدست آمده است. به دليل فشارهاي رقابتي حاصله از کشورهاي درحال توسعه، افزايش بازده توليد و راندمان انرژي به طور مداوم و مصرانه مورد توجه قرار گرفته است.
در طي 25 سال گذشته راندمان انرژي به بيش از 50% ارتقاء داده شده است؛ که اين صرفه جويي در انرژي به خاطراستفاده از مواد نسوز بهبود يافته ميسر گشته است. يک کارخانه ي توليد شيشه فلوت هزينه اي برابر 100ميليون دلار براي ساخت لازم دارد عمر مفيدي برابر 12 سال دارد.
يک کارخانه ي توليد شيشه هاي فلوت نمونه وار شامل يک سري عمليات هاي بالادستي (upstream operations) است که شامل عمليات هاي، تهيه ي مواد اوليه (Batching)، پالايش(refining)، شکل دهي (forming) و اينلينگ(annealing) است. همچنين يک سري عمليات پايين دستي شامل حرارت دهي ثانويه(reheating)، شکل دهي ثانويه(reforming)، پوشش دهي (coating)،تنپر کردن(tempering) و لايه نشاني.
عمليات هاي پايين دستي را مي توان در کارخانه ي مبدأ و يا در جاهاي ديگر انجام داد. عمليات هاي بالا دستي در همه ي کارخانه هاي توليدي يکسان است. که علت آن اين است که همه ي آنها از پروسه ي مسطح سازي براي شکل دهي شيشه ي سيليسي سودالايم به صورت ورقه هاي نازک استفاده مي کنند. برخلاف کوره هاي مورد استفاده در ساخت انواع ديگر شيشه ها، کوره هاي مورد استفاده در صنعت شيشه هاي فلوت عمدتاً بسيار بزرگ هستند. قسمت پالايش دهنده شيشه در کوره هاي توليد شيشه ي فلوت نيز به تناسب بزرگ است؛ که علت آن احتياج به زدودن عوامل مخرب ناشي از جوشش گازها و ديگرعوامل ناخالصي است. اين عوامل ناخالصي و يا گاز موجب کاهش شفافيت نوري شيشه ي توليدي مي شوند.
دو نوع روش براي شکل دهي شيشه ي فلوت استفاده مي شود که يکي از آنها به وسيله ي برادران (PB) pikington وديگري بوسيله صنايع PPG ابداع شد.
تفاوت هاي عمده بين اين دو روش نحوه خروج شيشه از کوره است. اجزاي اصلي روش PPG در شکل 1 نشان داده شده است.

يک کوره ي نمونه وار فلوت – زون (furnace float Zone ) ، 49متر طول و 9متر عرض دارد و مي تواند909 تن شيشه را در خود جاي دهد. در روش PPG، شيشه ي پالايش يافته به طور پيوسته و به صورت يک نوار با پهناي ثابت از روي يک حمام قلع مذاب عبور کرده و با عبور از يک بخش که شامل غلطک هاي فولادي آسترشده با مواد نسوز است، در هواخنک مي شود.
در روش PB، شيشه ي مذاب وارد يک ناحيه بسيار باريک مي شود و سپس به سمت يک حمام قلع مذاب حرکت مي کند و قبل از رسيدن به پهناي مناسب، يک مسير پيچيده را طي مي کند. در هر دو روش، شيشه با دماي 1040درجه سانتي گراد وارد مي شود و با دماي 600درجه سانتي گراد خارج مي شود. حمام قلع در يک دماي معين (815درجه سانتيگراد) نگه داشته مي شود و اين درحالي است که مسير فولادي دماي شيشه را به 100درجه سانتي گراد مي رساند. يک محيط شامل گاز نيتروژن 5-8 درصد گاز هيدروژن براي جلوگيري از اکسيد شدن قلع استفاده مي شود. مواد ديگري که توانايي جايگزيني با فولاد آسترشده با مواد نسوز و حمام قلع مذاب (براي مثال تنگستن و گرافيت) مورد بررسي قرار گرفته است؛ که البته اين مواد گران قيمت هستند و داراي مشکلاتي ناشي از سختي بسيار آنها (مثلاً در فرآيند شکل دهي آنها) هستند. يکي ديگر از مشکلات و عيوب هاي اين مواد مقاومت به اکسيداسيون ضعيف آنهاست. براي انتخاب مواد براي وسايلي که با قلع ارتباط دارند گزينه هاي بسيار کمي داريم که علت آن طبيعت بسيار خورنده ي قلع است.
جريان شيشه از کوره ي زون -فلوت و در بخش انتهايي پالايش دهنده بوسيله ي يک خروجي که tweel ناميده مي شود به طورمنظم خارج مي شود. جنس tweel از فيوزد سيليکا (fused silica)است. tweel، شيشه ي مذاب خروجي از کوره ي ذوب شيشه را شکل دهي مي کند که بدين وسيله کمک به کنترل اندازه ي ضخامت نهايي محصول توليدي مي شود. ضخامت پاياني شيشه ي توليدي همچنين به عواملي چون:ويسکوزيته ي شيشه، کشش سطحي و از همه مهمتر، نيروهاي انقباضي وارده به لبه هاي نوار شيشه اي (اين نيروها بوسيله ي سيستم کشش وارد مي شود) بستگي دارد. شيشه هاي نازک تر را مي توان با جريان دادن شيشه و ايجاد موانعي گرافيتي تهيه کرد در حقيقت اين موانع گرافيتي که به صورت خشک کار مي کنند به لبه هاي شيشه اعمال نيرو مي کنند. به علت کوتاهي عمر tweel که تنها 2 ماه مي باشد، مواد ديگري نيز که عمر مفيد بيشتري دارند مورد توجه قرار گرفته است. يک نکته ي مهم در مورد مواد استفاده شده در ساخت tweel اين است که جنس مواد مورد استفاده شده بايد با جنس شيشه سازگار باشند همچنين بايد مقاومت به شک بالا و قابليت تحمل نيرو در دماي ذوب شيشه را داشته باشند.
جايگزيني مواد نيازمند به سيستم خنک سازي با مواد بدون نياز به اين سيستم، به خاطر هزينه ي بالاي نگهداري و خوردگي شديدتر اين قطعات مورد توجه و پژوهش قرار گرفته است. از اين رو استفاده از آلياژهاي فلزي (مثلاً فولادها) مورد توجه قرار گرفته که به علت وجود نيکل در شيشه هاي بازيافتي و تبديل شدن آن به سولفيد نيکل در هنگام قرار گرفتن در دماي بالا، اين کار نيز مطلوب نمي باشد.
معمولاً براي کاهش خوردگي در کارخانه هاي شيشه سازي، آب مورد استفاده براي خنک سازي اجزا تصفيه شده و برخي از يون هاي مضر بوجود آمده در آب دفع مي شود.
دماي شيشه و قلع مذاب بوسيله ي هزاران بخش سيلسيم کاربيدي تعبير شده در طول کوره تنظيم مي شود. و همين طور که شيشه به سمت پايين حمام قلع حرکت مي کند، سرد شده و ويسکوزيته اش افزايش مي يابد، بنابراين مي توان بوسيله ي غلتک هايي شيشه ي سرد شده را از حمام حرکت داد. غلتک هاي جابجا کننده ي شيشه در کره آنيلينگ، که در امتداد کوره ي ذوب قرار گرفته، به گونه اي طراحي شده اند که موجب دفورمگي حاصل از وزن خود شيشه در حال سرد شدن، نشوند. اين غلتک ها تقريباً 30 سانتيمتر قطره و 4/3متر طول دارند که از فلزات سرد شده در آب يا پوشش هاي آزبستي (پنبه ي نسوز) ساخته شده اند.
يکي ديگر از وسايل مورد استفاده در پروسه ي شيشه سازي و بررسي آن، آذرسنج هاي نوري هستند اين وسايل براي اندازه گيري دماي سطح شيشه و حمام قلع مورد استفاده قرار مي گيرند. همچنين ترموکويل هاي غلاف دارمورداستفاده در اندازه گيري دماي زير سطح حمام قلع نيز يکي ديگر از اين وسايل است.
وسايل سرد کننده تعبيه شده در سقف کوره ي آينلينگ يکي از منابع عمده ي ايجاد کننده ي عيوب شيشه هستند. بخارات سولفيد بر روي اين وسايل سرد کننده چگالش مي يابد و موجب افتادن اين بخارات چگالش يافته بر سطح شيشه مي شود.
البته از منابع ديگر ايجاد عيوب در شيشه سطح ناصاف غلتک هاي آسيب ديده نيز مي تواند باشد. که اين مشکل نيز قابل حل است.
ورقه ي شيشه اي خارج شده از کوره زون -فلوت وارد کوره ي آنيلينگ مي شود. اين کوره هاي آنيلينگ عموماً lehr ناميده مي شوند. کوره ي lehrموجب از بين رفتن تنش هاي ناشي از شيب گرمايي مي شوند که اين شيب گرمايي ناشي از عملياتي است که در پروسه ي شکل دهي اتفاق افتاده است.
کوره ي lehr در دماي 200درجه سانتي گراد کار مي کند. اين کوره با احتراق گاز و يا الکتريسته گرم مي شود. اتمسفر يک کوره ي lehrالکتريکي، هوا و اتمسفر يک کوره ي lehr گازي، عموماً گازهاي ناشي از پروسه ي احتراق است.
شيشه ي توليدي از ميان کوره ي lehr و بر روي يک سري غلتک از جنس فولاد سرد شده با آب، فيوزد سيليکا و يا ماده اي با پوشش آزبست عبور مي کند که اين غلتک ها 5 سانتي متر قطر و 2/5متر طول دارند. (همان گونه که در شکل 2 نشان داده شده است.)

مشکلاتي که در طي حرکت صفحه ي شيشه اي در کوره lehr اتفاق مي افتد شامل:
1)آسيب رسيدن به سطح غلتک ها
2)ايجاد خط و علامات ناشي از غلتک ها برروي سطح شيشه
3)خم شدن شيشه در بين فاصله ي دو غلتک بر اثر نيروي وزن شيشه
4)موج دار شدن غلتک ها
5)تغيير فاز بر اثر گرما در غلتک ها
اندازه و سرعت يکسان غلتک ها، عوامل مهمي در جهت جلوگيري از خط دار شدن سطح شيشه است. مشعل هاي تشعشعي در بسياري از کوره هاي lehr استفاده مي شود و به عنوان يک وسيله ي مناسب و حفاظتي در برابر خط هاي ناشي از عوامل مختلف است. بمحض سرد شدن شيشه و رسيدن دماي شيشه به دماي محيط، شيشه بريده شده و براي پروسه هاي پايين دستي بسته بندي مي شوند.
عمليات هاي پايين دستي مي تواند از تعدادي مرحله شامل: حرارت دهي دوباره (reheating)، شکل دهي دوباره(reforming)، تنپرکردن(tempering) و پوشش دهي تشکيل شده باشند. مراحل حرارت دهي دوباره و تنپرينگ در کوره اي شبيه به کوره ي lehr اتفاق مي افتد و تنها، دماي کوره متفاوت است. حجم زيادي از هواي گرم شده در کوره ي lehr و براي کاهش شيب گرمايي استفاده مي شود. فن هاي مورداستفاده از فولاد دما بالا ساخته شده اند که اين فن ها همراه درايورهاي سرد شده در آب تشکيل شده اند. اعوجاج حاصل از دماي کاربرد بالا موجب کاهش طول عمر اين قطعات مي شود.
پس ازاينکه شيشه دوباره گرم شود، قابليت شکل دهي دوباره و خم کردن آن در قالب هاي فيوزد سيليکايي وجود دارد.

به خاطر خواص ساختاري ضعيف و ظريف، قالب ها به آساني آسيب مي بينند. در حالي که قالب ها قابل تعميرند ولي به خاطر صرفه جويي در وقت و هزينه اين کار انجام نمي شود. پوشش هاي رهاسازي يا موانع سراميکي يا ورقه هاي نازک فلزي براي جلوگيري از چسبيدن قالب به شيشه مورد استفاده قرار مي گيرند. به دليل اينکه شيشه ي قالب گيري شده بايد يک دوره ي زماني را بدون حرکت قرار گيرد و توان جداسازي سريع قالب از شيشه وجود ندارد، نياز به قالب هاي زيادي در اين پروسه است که بسيار پر هزينه مي باشد

شيشه ي مخصوص ظروف ( Container glass) :

صنعت شيشه ي مخصوص ظروف که شامل 64 کارخانه در 25 ايالت آمريکاست ، با اشتغال 30000 کارگر ماهر ، توليد کننده ي 1203 ميليون تن شيشه در سال است . اين صنعت سالانه 5 ميليارد دلار فروش دارد .
کارخانه هاي مرتبط با اين صنعت به طور عمده در نزديک مراکز فروش کالا قرار دارند . در سال 1992 ، اين صنعت 119 تريليون Btu انرژي مصرف کرده است که 79 درصد از اين انرژي به وسيله ي گاز طبيعي تامين شده است .
فشارهاي رقابتي حاصله از سليقه ي مشتري ها و بازار به سمت استفاده از مواد سبک تر (مانند آلومينيوم و پلاستيک ) براي ظروف است . همچنين عواملي مانند قيمت بالاي توزيع و پخش محصولات شيشه اي به خاطر وزن بالاي شيشه ، ارزان بودن قيمت کارگر در کشورهاي در حال توسعه ، بر روي اين صنعت تاثير مي گذارد . قيمت توزيع و پخش ظروف شيشه اي با توسعه ي شيشه هاي با استقامت کششي بالاتر و بهبود روش هاي توليد ، کاهش مي يابد . اين بهبود روش هاي توليد و افزايش مقاومت کششي شيشه موجب توليد شيشه هاي با جداره ي نازک تر مي شود . افزايش توليد و بهره وري بيشتر از انرژي باعث ايجاد توان رقابتي بالا در برابر کشورهاي در حال توسعه است .
براي ساخت يک کارخانه ي توليد شيشه هاي مخصوص ظروف هزينه اي برابر 70 ميليون دلار نياز است . که آخرين کارخانه ي توليد اين محصولات در سال 1981 ساخته شد . به دليل به کمال رسيدن روش هاي توليد ، روشهاي توليد در همه ي کارخانه ها يکسان است .
يک کارخانه ي توليد شيشه هاي مخصوص ظروف نمونه وار شامل عمليات هاي بالا دستي :
تهيه ي بچ اوليه ، ذوب کردن شيشه ، اصلاح و پالايش شيشه ( conditioning ) و شکل دهي است . همچنين عمليات هاي پايين دستي شامل : پوشش دهي و آنيلينگ مي شود . که البته عمليات هاي پايين دستي را مي توان در داخل کارخانه و يا بيرون از آن انجام داد . عمليات هاي مربوط به تهيه بچ اوليه ، ذوب ، اصلاح و آنيلينگ شيشه هاي توليدي شبيه به آنهايي است که در قسمت قبل گفته شد . در اينجا در مورد شکل دهي شيشه هاي ظروف صحبت مي کنيم .

شکل دهي شيشه هاي مخصوص ظروف :

پس از اصلاح دما و يکنواختي : شيشه مذاب به عمليات شکل دهي منتقل مي شود .
gob feeder يک قسمت کوچک از کوره ي مقدماتي است که شامل يک ميکسر ، پيستون ، خروجي و جرثقيل است که در شکل (1) نشان داده شده است . gob feeder وزن ، دما و شکل تکه هاي شيشه را کنترل مي کند . که همه ي اين فاکتورها بر روي کيفيت ظروف توليدي موثر است .سرعت شکل دهي تکه هاي شيشه را مي توان تا 300 تکه بر دقيقه افزايش داد . مواد ساختاري مورد استفاده براي gob feeder شامل : فلزات سرد شده در آب (پره هاي برش دهنده ) ، فلزات گران بها ( هم وزن ) ، مواد نسوز ( پيستون ) مي شود که در طي پروسه دماي تکه هاي شيشه به 1100 درجه سانتيگراد مي رسد . تکه هاي شيشه سپس وارد عمليات شکل دهي مي شوند . در طي پروسه ي شکل دهي گرما از شيشه گرفته شده که اين از دست دادن حرارت بر اساس روش کنترل شده اي انجام مي شود . چندين روش براي شکل دهي تکه هاي شيشه وجود دارد ؛ که انتخاب نوع روش به عواملي چون ترکيب ، شکل ظرف ، اندازه و سرعت توليد بستگي دارد . روش پرس ـ دمش معمولاً براي تهيه ي ظروف دهان گشاد استفاده مي شود . شکل (2)

در عمليات شکل دهي به روش پرس ـ دمش ، تکه هاي شيشه وارد قالب شده و ابتدا پرس مي شوند . درطي عمليات پرس کردن ، دماي پيستون به 550 درجه سانتيگراد مي رسد . به دليل اينکه مواد مورد استفاده در ساخت پيستون ، سختي مناسبي در اين دما ندارند معمولاً سطح پيستون به واسطه ي شيشه ي سرد شده خراشيده مي شوند .
قطعه ي شيشه ي پرس شده که Blank نام دارد از قالب خارج شده و دوباره گرم مي شود و در قالب ثانويه که قالب دمش نام دارد ، قرار مي گيرد و با دمش به شکل ظرف مورد نظر در مي آيد . هنگامي که شيشه ي فرم داده شده از قالب دمش خارج مي شود ، دماي آن به 78 درجه سانتيگراد کاهش مي يابد .
سرعت توليد به سرعت خروج حرارت وابسته است که مي توان سرعت توليد را به 100 ظرف در دقيقه رساند (اين سرعت توليد هنگامي اتفاق مي افتد که از قالب هاي چند برابر براي يک سيستم تغذيه ي تکه هاي شيشه بهره برده شود )عمليات شکل دهي سهم زيادي در هزينه و کيفيت ظروف شيشه اي پاياني دارد که مقدار زيادي از اين سهم مربوط به قالب هاي شکل دهي مي شود.
مواد مورد نياز براي توليد قالب هاي مناسب بايد خصوصياتي از جمله : ارزان بودن ، توانايي توليد شکل هاي پيچيده ، پيچش کم در هنگام استفاده ، توانايي ايجاد سطح پاياني مطلوب براي شيشه ، انبساط گرمايي پايين ، خواص ساختاري پايدار در دماي بالا ، ضريب انتقال گرمايي بالا و مقاومت بالا در برابر سيکل هاي گرمايي را داشته باشند . مواد قالب هاي اوليه از چدن است .سرمايش به وسيله ي فشار کم هوا براي تسريع در عمليات انتقال گرما و بهبود کنترل گرمايي انجام مي شود . به هر حال به دليل اينکه سيستم خنک سازي با هوا ايجاد سر و صدا مي کند ، سيستم سرد کردن با آب ، به عنوان يک راهکار ممکن است انتخاب شود . البته يکي از نقايص سيستم هاي خنک سازي با آب ، ايجاد نشست آب و خوردگي است .
براي کاهش زمان قالب گيري در هر سيکل ، مي توان دماي قالب را به وسيله ي هوا يا آب کاهش داد . مواد مورد استفاده براي قالب ها که انتقال حرارت بهتري دارند نيز مي تواند به عنوان يک راهکار باشد . (مثلاً آلياژهاي پايه مس ).
براي جلوگيري از چسبيدن قالب به شيشه ، ايجاد خطوط نامطلوب بر روي شيشه و يا اکسيداسيون فلز قالب ، قالب در هر سيکل به مواد روانساز آغشته مي شود . به خاطر اينکه دماي قالب به 500 درجه سانتيگراد مي رسد؛ مواد روانساز مورد استفاده در قالب ، ايجاد بخار يا دود مي کنند و در برخي موارد به طور خود به خود آتش مي گيرند . روش هاي ديگر جهت رفع اين مشکل وجود دارد که شامل استفاده از روانسازهاي جامد غير فلزي فيلم مانند و يا وارد کردن گاز استيلن به داخل قالب گرم در هر دوره ، مي شود.(وارد کردن گاز استيلن موجب شکسته شدن گاز استيلن و ايجاد يک لايه ي کربني در بخش داخلي قالب مي گردد ).
مواد ديگري که اخيراً جهت ساخت قالب ها مورد استفاده قرار مي گيرند شامل سوپر آلياژهاي پايه نيکل ، گرافيت و پوشش هاي سراميکي مي شوند . موادي که شامل آزبست (پنبه ي نسوز ) بودند نيزبراي مدتي استفاده مي شد ولي به خاطر سرطان زايي و مسائلي با گرافيت جايگزين شد . سوپر آلياژهاي پايه نيکل در جاهايي مورد استفاده قرار مي گيرد که نياز به سختي و مقاومت کششي بالاتر باشد ( مثلاً در پيستون ها ، وسايل تنظيم جريان ( baffles ) ، قيف ها ، سري هاي دمش ، صفحات زيري و قطعات مسدود کننده ( plugs ) .
مانند شيشه ي فلوت ، آلودگي ناشي از نيکل مي تواند در پروسه ي شکل دهي ايجاد مشکل کند . گرافيت ماده ي ترجيح داده شده براي استفاده است زيرا اين ماده خيس نمي شود و موجب ايجاد خط يا چسبندگي نيز نمي شود . همچنين خود گرافيت خاصيت روانسازي دارد . اين ماده در دماي بالا مقاومت کششي خود را از دست نداده و ابعاد آن نيز ثابت مي ماند گرافيت ماده اي ارزان ، با قابليت ماشين کاري آسان و از لحاظ محيط زيست نيز ماده اي خنثي است . کاربرد گرافيت شامل لايي هاي سري دمش ( blow-head inserts ) ، لايي هاي دهانه ي خروجي ( take - out - tongue ) ، ميلرهاي باربر کوره ي (lehr-loading bars)lehr ، دفلکتورهاي تکه هاي شيشه ( gob deflectors ) ، جهت دهنده هاي بالابر ( conveyor guides ) ، مي شود . نمره و گريد گرافيت مورد استفاده بر اساس کاربردش تعيين مي شود .
مثلاً گرافيت متخلخل براي کوره ي lehr مطلوب است زيرا اين نوع گرافيت از واکنشهاي گرمايي که موجب انتقال سريع گرما در انتقال ظروف جلوگيري مي کند . گرافيت هاي با دانسيته ي بالاتر براي قالب ها ، که نيازمند استحکام و سختي بيشتري هستند ، مورد استفاده قرار مي گيرد . در حالي که گرافيت به خاطر بسياري از ويژگي هايش ترجيح داده مي شود ، اشکال کليدي آن عمر کوتاه آن به خاطر مقاومت در برابر اکسيداسيون و خواص کششي نامناسب آن است . همچنين استفاده از سراميک نيزموجب افزايش عيوب شيشه مي شود . همين طور که ظروف نازک تر مي شوند ، مواد با سختي بالاتر نيزبراي سطح قالب مطلوب تر مي شوند . که علت آن اين است که مواد سخت تر در سطح قالب ها به خاطر کاهش دادن ميزان آلودگي و ايجاد سطح پاياني تميزتر و کاهش اندازه ي بحراني ، بيشتر مورد توجه اند .
مواد با سختي بالاتر موجب کاهش ميزان سايش قالب نيز مي شوند . يکي از راه کارهاي مورد استفاده براي سخت کاري سطح قالب ، استفاده از پوشش هاي سخت (مانند : کاربيد تنگستن و کاربيد تيتانيم ) است . اين مواد در سطوحي که با دماي بالا سر و کار دارند (مخصوصاً در پيستون ها ) ، مورد استفاده قرار مي گيرند . در حالي که قطعات پوشش داده شده گران ترند و ماشين کاري آنها سخت تر است؛ مقاومت به سايش و اکسيداسيون ، و حفظ ابعاد اوليه در دماي بالا ، هنگامي که اين پوشش ها بر روي چدن و يا گرافيت ايجاد شود ، بسيار خوب است .
پس از انجام عمليات قالب گيري ، ظروف توليدي به داخل کوره ي lehr (براي از بين بردن تنش هاي داخلي ) برده مي شوند . ساختار کوره ي lehr مانند همان حالتي است که در مورد شيشه هاي فلوت گفته شد ؛ تنها تفاوت اوليه ي آنها در اين است که در توليد شيشه هاي ظروف از نوار نقاله براي حرکت دادن مواد اوليه از ميان نقطه ي گرم به وسيله ي يک روش کنترل شده که نوار نقاله کاملاً در داخل کوره قرار دارد .که اين کار موجب کاهش پرت حرارتي و افزايش بازده مي شود . به جز پوشش هاي مورد استفاده در برخي از قالب ها ، هيچ گواهي از استفاده ي مواد پيشرفته ي سراميکي در فرآيند شکل دهي شيشه هاي مخصوص ظروف نيست .
فرصت هاي خاص براي استفاده از مواد جايگزين با گرافيت در مکان هاي بسيار گرم وجود دارد که اين مواد جايگزين بايد خواصي از جمله تا فنس بهتر ، سختي بالاتر ، پايداري در برابر اکسيداسيون بهتر داشته باشند .
همچنين مواد ارزان تر جهت جايگزيني با فلزات گران بهاي مورد استفاده در gob feeder و کوره ي مقدماتي مورد تحقيق قرار گرفته است .
مواد با انتقال حرارت بيشتر و سختي بالاتر در دماي بالا براي ساخت قالب ها مورد استفاده قرار گرفته که موجب افزايش طول عمر قالب ، کاهش زمان انجام يک قالب گيري (بدون نياز به سرمايش داخلي ) شده است . مواد با مقاومت گرمايي بالاتر را همچنين مي توان در ساخت قطعات ديگر ماشين قالب گيري استفاده کرد . که اين امر موجب کاهش هزينه هاي نگهداري و بهبود کيفيت مي شود .
سنسورها جديد و غلاف سنسورهايي براي اندازه گيري دماي تکه هاي شيشه مورد استفاده قرار مي گيرند . اين سنسورها همچنين يکنواختي دما ، خروج حرارت در طي فورم دهي را اندازه گيري مي کنند که در همه ي موارد ، سراميک هاي پيشرفته در مرکز حل مشکلات قرار دارند . به دليل اينکه سازگاري سراميک هاي پيشرفته با مواد مذاب شيشه اي زياد است ؛ اين مواد که عمدتاً برپايه ي اکسيدها هستند ، انتخاب خوبي هم به صورت خالص و هم به صورت کامپوزيت با مواد ديگر هستند که در دماهاي بالا فازهاي پايدار نيزدارند .براي مثال مواد ممتاز در اين زمينه شامل : آلومينا ، مولايت ، کامپوزيت هاي سيلسيم کاربيد با آلومينا هستند . کامپوزيت هاي پايه موليبدن سيليسيد نيز از جمله مواد مناسب براي بسياري از اين کاربردهاست .

سراميک هاي پايه سيلسيم يک انتخاب خوب براي کاربردهاي با دماي بالاست که در اين کاربردها بهينه سازي خواص ساختاري مدنظر است و تماسي ميان شيشه مذاب و نسوز وجود ندارد

الياف شيشه و شيشه هاي ويژه

الياف شيشه ( fiber glass) :

صنعت الياف شيشه از دو بخش فروش عمده تشکيل شده است ؛ يکي مواد عايق با الياف کوتاه ( wool insulation) و ديگري الياف نساجي .
مواد عايق ، اليافي با اندازه ي کوتاه هستند که در صنعت ساختمان مورد استفاده قرار مي گيرند و الياف نساجي يک سري الياف مداوم هستند که به طور کلي به عنوان يک تقويت کننده در کامپوزيت هاي زمينه پليمري مورد استفاده قرار مي گيرند . به علاوه چهار توليد کننده ي عمده ي الياف کوتاه و 6 توليد کننده ي عمده ي الياف نساجي ، 16000 کارگر ماهر را به کار گرفته اند ؛ که بر فرض مثال يک توليد کننده مي تواند 27 کوره ي ذوب شيشه را به کار بگيرد . در سال 1991 الياف شيشه 9% کل توليد شيشه را تشکيل مي دادند . و اين مقدار 21 درصد از کل فروش را تشکيل مي داد . در سال 1981 ، 71 درصد وزني از الياف شيشه اي فروخته شده به صورت الياف کوتاه مخصوص مواد عايق بود .
مصرف انرژي در صنعت الياف شيشه در سال 1991 ، 59/9 تريليون Btu بوده ، که تنها مصرف انرژي در بخش ظروف شيشه اي از اين مقدار مصرف بالاتر بوده است . بر خلاف صنايع شيشه فلوت و ظروف شيشه اي ، مقدار زيادي انرژي مصرف شده در صنعت الياف شيشه صرف توليد الياف از شيشه ي مذاب مي شود . در حالي که هر دو بخش در زمينه ي صنعت الياف شيشه سرمايه بر هستند ، صنعت اليام مداوم نساجي سرمايه برتر است زيرا اين صنعت محتاج فلزات گران بهاست . کيفيت شيشه ي مورد استفاده نيز متفاوت است ، اما محصولات الياف نساجي نيازمند مواد اوليه ي با کيفيت بيشتري اند . همچنين اين صنعت نيازمند استفاده از کنترل فرآيند بهتري هستند . کليدهاي محرک براي استفاده از تکنولوژي هاي جديد در صنعت الياف شيشه شامل کاهش قيمت ، افزايش توان عملياتي و موقعيت هاي رقابتي مي شود . فشارهاي رقابتي عمدتاً از سوي محصولات با پايه ي آلي است. روش استفاده شده براي توليد الياف شيشه را مي توان به مراحل زير تقسيم کرد :
1 ـ تهيه ي مواد اوليه ( Bat ching )
2 ـ ذوب ( Melting )
3 ـ توليد الياف ( Fiberzation )
در هر يک از اين مراحل فرصت هايي براي استفاده از سراميک هاي پيشرفته وجود دارد .

1 ـ تهيه ي مواد اوليه ( Batching ) :

مرحله تهيه ي مواد اوليه در صنعت الياف شيشه شبيه به همان هايي است که در توليد ديگر انواع شيشه مورد استفاده قرار مي گيرد ؛ با اين تفاوت که ترکيب شيشه و اندازه ي ذرات مواد اوليه متفاوت است . به دليل اينکه اندازه ي ذرات مواد اوليه مورد نياز بايد ريزتر باشد ، کنترل انتشارات ( emissions control ) و ناخالصي هاي سراميکي ، فلزي ، آلي و يا آلياژي بيشتر است و يک مسئله ي مورد توجه است .
يک جزء کليدي براي توليد الياف شيشه عنصر بور است . اين عنصر ويسکوزيته ي مذاب را کاهش داده و دوام شيشه را بهبود مي دهد ولي بور عنصري فرار است و به خاطر همين در مکان هاي نامطلوب رسوب مي کند . عنصر بور درشيشه در يک رنج 5 ـ 10 درصد وزني دارد که 50 ـ 75 درصد از قيمت کلي را به خود اختصاص مي دهد .
براي توليد الياف کوتاه مخصوص عايق کاري از درصد زيادي شيشه خورده ي بازيافتي که از شيشه هاي ظروف و شيشه هاي فلوت تشکيل شده اند ، استفاده مي شود (علت آن اين است که براي الياف کوتاه عايق ، مواد اوليه ي با کيفيت کمتر نياز است ) الياف شيشه ي بازيافتي هم اکنون به علت وجود عنصر بور در آنها مورد استفاده قرار نمي گيرند .

2 ـ ذوب ( Melting ) :

عمليات ذوب کردن شيشه در صنعت الياف شيشه شبيه عمليات ذوب کردن شيشه در ديگر صنايع توليد شيشه است . (مانند تهيه ي مواد اوليه ) . تفاوت هاي موجود بين ذوب کردن شيشه در صنعت الياف شيشه با ديگر صنايع محدود به چالش هاي عملياتي نتيجه شده از ترکيب شيميايي شيشه و اندازه کوچکتر کوره ي ذوب ، مي شود . به علت وجود درصد کمي مواد قليايي در الياف نساجي ، نياز به دماي بالاتر ذوب کردن و اندازه ي الياف بزرگتر براي رسيدن به حالت يکنواختي بدون نياز به استفاده از افزودني هاي ( فلاکس ها ) ، است .
هر دو صنعت ( هم الياف نساجي و هم الياف کوتاه مخصوص عايق بندي ) از بور استفاده مي کنند که اين بور استفاده شده مي تواند فلز آلات کوره را آلوده کند و موجب افزايش انتقالات گرمايي ذره به ذره شود .
ذوب کننده هاي شيشه شامل مولد ، جهت دهنده ي آتش و کوره ي بهبود دهنده مي شوند .
در حقيقت کوره ي بهبود دهنده ي گازي به طور عمده منبع ذوب کننده ي شيشه است .
عمر مفيد يک کوره ي 7 تا 10 سال است و بازسازي آن هزينه بر و وقت گير است . تعدادي کوره ي مبدل الکتريکي و تقويت کننده هاي الکتريکي گاز ، براي کاهش مصرف گاز ، افزايش بازده مذاب و کاهش انتشار گازهايي مانند NOx و SOx ساخته شده است .
کوره هاي الکتريکي از الکترودهايي استفاده مي کنند که اين الکترودها از کف يا بالا به مذاب وارد شده اند . البته نوع تعبيه شده در بالا با سهولت بيشتري تعمير و نگهداري مي شوند . عمر مفيد کوره هاي الکتريکي 6 ماه است . و براي ساخت مجدد يک کوره ي الکتريکي نمونه دار دو روز وقت لازم است . يک مثال از ديواره هاي فلزي سرد شده با آب و دستگاه ذوب کننده ي از کف در شکل 1 نشان داده شده است .

مذاب از بين يک گلويي مانند شناور خارج مي شود و به بخش داخلي يکنواخت کننده وارد مي شود اين بخش يکنواخت کننده به وسيله ي يک اجاق دنبال مي شود که اين کار براي توزيع شيشه به دستگاه هاي شکل دهي مختلف انجام مي شود . با تبديل اجاق به شعله اي که از احتراق سوخت با اکسيژن تغذيه مي شود بازده مصرف انرژي و گازهاي انتشار يافته بهبود مي يابند .
تعدادي از فرصت هاي استفاده از مواد سراميکي پيشرفته در داخل ذوب کننده موجود است . دماي بالاتر مذاب که به دليل ترکيب شيميايي شيشه ( وجود درصد کمتر از عناصر قليايي ) به وجود مي آيد باعث ايجاد اجبار در استفاده از نسوزهاي حاوي کروم مي گردد . اين نسوزها حاوي کروم موادي خطرناک براي محيط زيست هستند . نسوزهاي کروم دار همچنين از لحاظ الکتريکي رسانا هستند که اين امر موجب خروج جريانات گرمايي از داخل شيشه مي گردد و باعث کاهش عمر نسوز مي شوند .
با توليد احتراق و دماي بالاتر به وسيله ي شعله ي سوخت با اکسيژن ، عمر مفيد اين نسوزها نيز کاهش مي يابد . نسوزهاي ثابت کننده ي شيشه نيز براي کاهش تعميرات و نگهداري مورد توجه قرار گرفته اند .
فلزات گران بها (پلاتين و روديم ) در سر تا سر دستگاه ذوب کننده مورد استفاده قرار مي گيرد ؛ که بخش هاي دستگاه ذوب کننده شامل خروجي هاي گاز ( gas bubblers ) ، پيستون ها ( plungers ) و غلاف هاي ترموکوپل مي شود . مصرف فلزات گران بها در هر کوره مبلغ تقريبي 10 ميليون را به خود اختصاص مي دهد . پلاتين و روديم به خاطر سازگاري دماي بالايشان و پايداري در زمان برخورد با مذاب با دماي بالاتر از 1371 درجه سانتيگراد ، استفاده مي شوند . اشکالات اين مواد ( پلاتين و روديم ) شامل قيمت بالا ، استحکام خزش پايين و منابع تهيه ي نامطمئن ، مي شود .
مواد جايگزين براي پلاتين و يا روديم نيزمورد پژوهش قرار گرفته و موادي پيش بيني شده که شامل موليبدن سيليسيد دوپ شده با ژرمانيم و Inconel بوده که استفاده از آنها موفقيت آميز نبوده است . انتخاب مواد پايه سراميکي مثل ترکيب هاي داراي آلومينا يا زيرکونيا با خلوص و دانسيته ي بالا ، انجام شده است . اکسيدهاي با فاز سه گانه نيز مي توانند مورد استفاده قرار گيرند اما پايداري فازي آنها هنوز مورد توجه است . انتخاب ديگر ترکيب هاي غيراکسيداني داراي مقاومت به خزش بالاست ( مانند سيليسيم کاربيد باپوشش پلاتين يا روديم براي سازگاري با مذاب شيشه ) موليبدن نيز يک ماده ي عمده استفاده شده در ذوب کننده هاي ( melters ) الياف شيشه است که کاربردهايش شامل الکترودها و وسايل کنترل جريان شيشه مي شود . براي کاربردهاي با دماي پايين تر ( دماي کمتر از 1315 درجه سانتيگراد ) ، 1600 Incone استفاده مي شود .
در هر دو مورد بالا (موليبدن ، Inconel600 ) شکستگي نا به هنگام به خاطر خوردگي و سايش مفرط ، انجام مي شود . مواد پيشرفته ي سراميکي ساخته شده اند که مي توانند بدون سرد شدن و در زير يا روي خط مذاب کار کنند (اين مواد مقاومت به خزش بسيار خوبي در دماي بالا دارند ).موقعيت ها و فرصت هاي استفاده از سراميک هاي پيشرفته در مشعل هاي سوخت اکسيژن و غلاف سنسورها وجود دارد . اين سنسورها براي تامين سايش در نسوزها استفاده شده است .

3 ـ توليد الياف ( Fiberization ) :

شيشه ي مذاب پس از عبور از کوره ، وارد پروسه ي توليد الياف مي شود که اين کار يا به طور مستقيم يا بعد از پروسه ي ماربليزينگ مياني ( Intermediate Marblizing ) انجام مي شود .
ماربليزينگ معمولاً در توليد الياف نساجي و در هنگامي که پروسه ي شکل دهي در کنار ذوب کننده قرار ندارد ، مورد استفاده قرار مي گيرد .
توليد ليف با نازک کردن باريکه اي از شيشه مذاب با هوا ، بخار و يا گازهاي احتراقي ( براي الياف کوتاه عايق بندي ) يا به وسيله ي کشيدن شيشه ي مذاب از ميان بوشينک هايي با جنس فلزات گران بها ( Precious metal bushing ) انجام مي شود . براي توليد الياف کوتاه مثالي درشکل 2 مي بينيد . که در آن يک تکه رشته از شيشه ي مذاب به داخل يک سيلندر چرخنده ي سريع ، مي افتد ( سانتريفيوژ ) . اين سيلندر از آلياژهاي پايه فلزي دما بالا ساخته شده اند که داراي 12 ـ 32 سانتيمتر قطر هستند و شامل 10000 ـ 30000 کنترل کننده ي ليزري مي شود که قطر رشته ي شيشه را بين 0/1 تا 0/015 سانتيمتر کنترل مي کنند .

شرايط عملياتي شامل شرايط پايداري ( Steady state ) و دماي 2000 درجه فارنهايت در حالي که در معرض هوا قرار دارد ،
مي شود .
آلياژهاي پايه فلزي استفاده شده عمدتاً به طور اختصاصي و براي کاهش هزينه ي سرمايه گذاري بازيافت مي شوند . همچنين مواد ديگري که مقاومت به خزش بهتر ، مقاومت به خوردگي ( سولفيد شدن ) و اکسيداسيون بهتري دارند ، نيز مورد تحقيق قرار گرفته اند . همين طور که شيشه ي مذاب از ميان سيلندر شکل دهي به سمت پايين مي آيد ( از بالا به پايين ) جت هاي گازي با سرعت بالا باعث نازک شدن جريان و افزايش طول الياف مي شوند . الياف به وسيله ي بيندرهاي ( binders ) آلي اسپري شده و به حالت يک کمربند متحرک جمع مي شوند و در آنجا به آون عمل آوري برده مي شوند . درپروسه ي شکل دهي الياف پيوسته که درشکل 3 نشان داده شده است .

شيشه ماربيل شده و از ميان سوراخ هايي به داخل بوشينگ هاي از جنس آلياژ پلاتين تغذيه مي شوند . يک بوشينگ نمونه وار داراي يک برش کناري با ابعاد 25 ـ 50 سانتيمتر و 18 ـ 20 سانتيمتري است که عمقي برابر 5 سانتيمتر دارد . تقريباً 100 دستگاه شکل دهي براي هر ذوب کننده مورد استفاده قرار مي گيرد و يک کارخانه ي توليدي به صورت نمونه وار ، 4 ذوب کننده دارد . هر واحد توليدي مي تواند 400 تا 3000 فيلامنت با قطر بين 3/5 الي 20 ميکرون توليد کند . عمر بوشينگ ها تقريباً 6 ماه است . بوشينگ هاي فرسوده به علت گراني مواد اوليه ي آن بازيافت مي شود . عمر اين قطعات با سايش سوراخ يا کج شدن آنها کم مي شود . شرايط عملياتي شامل شرايط پايداري ( steady state ) (با دماي 1200 ) در هوا مي باشد . سرد کردن به وسيله ي هوا با جريان اجباري ، پيش از آهار زدن براي افزايش فرآوري مورد استفاده قرار مي گيرد .
يک پيچه ي استوانه اي شکل ، فيلامنت ها را جمع آوري مي کند و يک نيروي کششي براي کشيدن الياف اعمال مي کند . در حين اعمال اين نيروي کششي ، الياف از ميان يک وسيله ي مکانيکي عبور کرده که با آهار زدن و ايجاد تاب در چندين فيلامنت به هم نزديک شده ، ايجاد يک تکه نخ مي شود . با توجه به نوع کاربرد ، پروسه هاي اضافي بر روي تک نخ هاي به وجود آمده اعمال مي شود . موادي که عمدتاً براي هدايت فيلامنت هاي گرم مورد استفاده قرار مي گيرند ، موادي باپايه ي کربن هستند . هدايت کننده هاي سيلسيم نيتريدي و آلومينايي براي کاربردهايي که نياز به آهار زدن و تاب دادن دارند ، مورد استفاده قرار مي گيرند . ( در اين مکان ها سايش بسيار زياد است ) . يک هدايت کننده ي الياف در شکل 4 نشان داده شده است .

مواد ديگري نيز براي مکان هايي که الياف حرکت مي کنند (مکان هايي که الياف با آنها در تماس هستند )مورد جستجو قرار گرفته است که مواد سراميکي يکي از اين مواد هستند ( به خاطر خواص يکپارچه ي مواد سراميکي ) ولي بايد اين مواد را از لحاظ چقرمگي بهبود داد . راه حل هاي کم هزينه تر نيز براي بوشينگ ها و غربال هاي مورد استفاده ، جستجو شده است . در اين ميان اکسيدهاي حاوي تقويت کننده هاي پراکنده شده از ايتريا ( yttria ) نيزمورد ارزيابي قرار گرفته ، که اين ارزيابيها توان جايگزيني اين مواد با فلزات گران بها مورد ارزيابي قرار گرفته که نتايج آن اميد بخش بوده است .
استفاده از پلاتين پوشش داده شده با موليبدن نيز مطرح شده است ولي اين ماده نيز درطي آزمايش شکسته شده است .
موقعيت هاي موجود در مرحله ي تهيه ي مواد اوليه ( Batching ) شبيه آنهايي است که در بحث ظروف شيشه اي و شيشه هاي فلوت مورد بررسي قرار گرفت .

شيشه هاي ويژه (Specialty glass ) :

قسمت هاي فروش و تنوع فروش اين نوع شيشه بسيار گسترده تز از شيشه هاي فلوت ، ظروف شيشه اي و الياف شيشه اي است . يک تفاوت عمده اين است که توليد کنندگان اين بخش بر خلاف توليد کنندگان انواع ديگر شيشه که با شيشه هاي سود الايم کار مي کنند ، با شيشه هاي با دماي ذوب بالاتر ( آلومينو سيليکاتي و بروسيليکاتي ) کار مي کنند . در حالي که ترکيب شيشه هاي توليدي در صنعت شيشه هاي ويژه با ديگر صنايع توليدي شيشه متفاوت است ، روشهاي توليد شبيه به همان هايي است که قبلاً مورد بحث قرار گرفت .
محصولات توليدي در اين بخش بسيار گسترده هستند . که 60000 نوع مختلف از محصولات را شامل مي شوند ولي حجم اين محصولات کم است . تعداد زيادي از توليد کنندگان شيشه هاي ويژه وجود دارند که بسيار کوچکند . اين کارخانه ها توسط مالک هايشان اداره مي شوند و نيازمند نيروي انساني زيادي مي باشند .
به دليل طبيعت اين حرفه ، تکنولوژي هاي مورد استفاده در آن مکرراً توسعه يافته و همچنين به صورت اختصاصي مانده است .
شيشه هاي ويژه ترکيب هاي شيميايي متنوع دارند و داراي خواص فيزيکي و شيميايي کاملاً واضح و تعريف شده اي هستند . کوره هاي مورد استفاده در اين صنعت معمولاً طراحي خاصي دارند و اساساً به وسيله ي احتراق سوخت ـ اکسيژن گرم مي شوند .
براي افزايش بازده انرژي ، پيش گرم کردن خرده شيشه ها ( مواد اوليه ) مورد ارزيابي قرار گرفته است . ظرفيت ذوب 45 تن در مورد اين صنعت يک رقم بزرگ در نظر گرفته مي شود .
به دليل دماي ذوب بالاتر ، استفاده از نسوزها و غلاف هاي ترموکوپل معمولي يک مشکل تلقي مي شود . از اين رو خيلي اوقات از دوربين هاي مادون قرمز به جاي ترموکوپل هاي با عمر کوتاه براي کنترل دما استفاده مي شود . همچنين سيستم هاي با الياف نوري براي اين موارد توسعه يافته است . به دليل اندازه ي کوچک ، جريان هاي همرفتي به جاي استفاده از دمنده هاي گاز ، براي يکنواخت سازي شيشه مورد استفاده قرار مي گيرد .

رنج وسيعي از آلياژهاي پايه فلزي و فلزات گران بها در بخش ذوب و مرحله ي مشکل دهي استفاده مي شود ( مانند پاروهاي پلاتيني مورد استفاده در ذوب کننده ها که وظيفه ي يکنواخت سازي را بر عهده دارند ) پس از پروسه ي ذوب ، شيشه به چندين خروجي مختلف ( با توجه به محصول نهايي ) تقسيم مي شود ، قالب هاي مورد استفاده درطي فرايند شکل دهي عمدتاً از سوپر آلياژها ساخته شده اند . قالب هاي سراميکي نيزمورد استفاده قرار مي گيرند ولي معلوم شده است که باعث افزايش سنگ ريزه هاي به وجود آمده در محصول شيشه اي نهايي مي شوند .
مشعل هاي تشعشعي فلزي با سوخت گاز طبيعي وجود دارند که از آنها در طي فرآيند شکل دهي و آنيلينگ استفاده مي شود اما اين مشعل ها نياز به تعمير و نگهداري زيادي دارند

گرمايش کوره هاي ذوب شيشه و مسائل مربوط به آن :

وسايل و ادوات متنوعي براي گرم کردن کوره ها وجود دارد که معمولاً انرژي اين فرآيند از گاز طبيعي ، برق و يا هر دوي آنها و ديگر انواع سوخت ها به دست مي آيد در زير به بررسي کوره هاي ذوب فلز مي پردازيم .

کوره هاي احتراقي ( Combustion Heated Furnaces ) :

کوره هاي احتراقي را مي توان مجدداً و با توجه به روش استفاده شده در آن براي بازيافت گرماي تلف شده به وسيله ي گاز خروجي و يا روش آتش گرفتن سوخت (به وسيله ي احتراق به همراه هوا يا اکسيژن )طبقه بندي کرد .بازيافت گرما بسيار مهم است زيرا تنها 10 درصد از گرماي توليدي به وسيله ي مذاب شيشه جذب مي گردد و 67 درصد از اين مقدار به وسيله ي گازهاي خروجي تخليه مي شود .
بازيافت گرماي تلف شده به وسيله ي گازهاي خروجي ، توسط يک مولد يا ريکلاپتور ( recuperatr ) انجام مي شود .
کوره ي مولد ( Regeneratorfurnace ) يکي از قديمي ترين و فراگيرترين وسايل براي صرفه جويي در صنعت شيشه است .
يک مثال از اين کوره هاي مولد درشکل 1 نشان داده شده است .

بچ (مواد اوليه ) از يک انتهاي کوره به داخل آن ريخته مي شوند و به سرعت شروع به ذوب شدن مي کنند . همين طور که شيشه مذاب از سمت ديگر کوره خارج مي شود ، شيشه هاي جامد جديد وارد مي شوند وپس از ذوب ، يکنواخت شده و حباب هاي هواي درون آن نيز به بيرون هدايت مي شوند . پس از گذر از نقطه ي ذوب ، شيشه ي ذوب شده وارد مکان شيشه ي مذاب از لحاظ حرارتي يکنواخت (Homogeneous ) مي شود .پس از عبور از مرحله ي پالايش ، شيشه وارد کوره ي مقدماتي مي شود .اين کوره ي مقدماتي جايي است که شيشه ي مذاب به يک يا چند ماشين شکل دهي تزريق مي شود .
مواد نسوزي که معمولاً در کوره هاي مولد شيشه مذاب استفاده مي شوند در شکل 2 آمده است . مواد AZS ( آلومينا ، زيرکونيا ، سيليکا ) ، موادي هستند که براي ديوارهاي کناري انتخاب مي شوند که درصد زيرکونياي موجود در آنها از 33 تا 41 درصد متغير است .

نسوزهاي کروم دار متنوعي معمولاً در صنعت الياف شيشه استفاده مي شوند که علت آن مقاومت به ايروژن بسيار خوب اين نوع نسوزهاست ؛ ولي به علت مشکلات زيست محيطي کروم ، اين آجرها به تدريج جايگزين پيدا کرده اند . به هر حال بدون توجه به عملکرد نسوزهاي کروم دار ، اين نسوزها ، استفاده ي وسيعي در صنايع شيشه فلوت ، ظروف شيشه اي و شيشه هاي ويژه ندارند که علت آن ، اين است که ناخالصي هاي کروم باعث به وجود آمدن رنگ نامناسب درشيشه مي شوند .
در جلوي کوره ، جايي که مواد اوليه به کوره شارژ مي شوند ، ايروژن و خسارت هاي ناشي از گرما ، مهمترين عوامل کاهش عمر کوره است . موادي که مقاومت به خوردگي خوبي دارند براي ديواره هاي کناري مورد نياز هستند . نسوزهاي روکش دار ( CLADDING REFRACTORIES ) باپلاتين يا موليبدن نيز در مورد اين قسمت ها مورد استفاده قرار گرفته اند ولي بسيار گران قيمت هستند . الکترود AZS و بلوک هاي قسمت دمنده ي آتش در روي ديوار کناري و در زير خط مذاب قرار دارند که نشان داده نشده اند . اين بلوک ها ، تقويت کننده هاي الکتريکي ، الکترودهاي گرمايي و نازل هاي آتش را نگه مي دارند . در اين مکان ها هم دما بالاست و هم تنش هاي گرمايي اتفاق مي افتد . و موجب کاهش عمر آنها مي شود .
اصلي ترين منبع مشکل ساز در بالاي مذاب شيشه (در جايي که دماي بالاتر را تجربه مي کند ) قرار دارد . در اين مکان احتراق اتفاق مي افتد .
نسوزهاي با ساختار بالا ( Superstructure refractories ) مي توانند دماي 1600 درجه سانتيگراد را در هنگامي که سوخت + هوا براي احتراق انتخاب شده ، تحمل کنند . و اين دماي قابل تحمل برايشان در هنگامي که سوخت انتخابي همراه اکسيژن ، سوزانده شود حتي بيشتر از اين مقدار نيز مي شود .
سيليکا (سيليس ) به علت ارزان بودنش و همچنين قابليت حل نشدن در مذاب در صورت جدا شدن از سقف براي سقف کوره ها در نظر گرفته شده است . البته سيليکا عملکرد مناسبي در محيط ناملايم سوختن مواد نفتي با اکسيژن را ندارد .
مولايت ( Mullite ) درپروسه هاي داراي دماي بالاتر جايگزيني مناسب براي سيليکاي سقف کوره است اما اين ماده موجب ايجاد ناخالصي در شيشه مي شود .
AZS نيز براي سقف کوره مطلوب است اما قيمت آن بسيار بيشتر است و وزن آن نيز بيشتر است . به علت ناهمگوني ميان سيليکا و نسوزهاي AZS ديواره ها ، يک لايه ي خنثي از زيرکون ( Zrsio4 ) در ميان آنها قرار داده مي شود .
مشعل هاي فولادي ضد زنگ در ديواره هاي کوره و در بالاي مذاب قرار دارند .در کوره هاي مولد عمل دميدن آتش به صورت متناوب از سمتي به سمت ديگر تغيير مي کند . و در هنگام روشن بودن مشعل هاي يک سمت ، هواي ورودي به اين مشعل ها به واسطه ي عبور از يک ساختار آجر چيني گرم مي شود و گازهاي خروجي از سمت ديگر به داخل اين ساختارهاي آجرچيني وارد مي شوند تا انرژي از بين نرود و صرف پيش گرم شدن هواي مورد نياز جهت پروسه ي احتراق شود . دهنه ي مشعل هاي که از جنس فولاد ضد زنگ هستند همچنين مي توانند به وسيله ي آب و هواي خنک شده ، سرد شوند البته هنگامي که مشعل در حال سوختن است ، دهنه ي آن به طور مداوم با مخلوط هوا و سوخت نيز خنک مي شود . در هنگامي که خاموش بودن مشعل هاي يک طرف از کوره (در هنگامي که مشعل هاي سمت مقابل در حال حرارت دهي هستند ) ، دهنه ي مشعل ها با هوايي که دماي تقريبي 1040 درجه سانتيگراد دارند ، خنک سازي مي شوند .
اندازه و هندسه ي نازل هاي مشعل متنوع است اما يک نوع از آنها به طور نمونه وار داراي قطر 3/17 cm 10/16cm است . دهنه هاي سراميکي با طول عمر بيشتر نيز توليد شده اند اما اين نوع دهنه براي باقي ماندن در رقابت با نوع فلزي خود بيشتر از 200 دلار نمي تواند قيمت داشته باشد ( نوع فلزي دهنه ها 150 دلار قيمت دارد ) .
کوره اي به طور نمونه شامل 20 مشعل مي شود . يک مثال از مشعل هاي گازي ( gas - fired burner ) با يک نازل مستطيلي شکل در شکل (3) آمده است .

همزن ها و دهنده ها براي بهبود يکنواختي در نقطه ذوب استفاده مي شوند . همزن ها به طور نمونه وار از فولاد زنگ نزن سرد شده در آب و پاروها از پلاتين ساخته مي شوند که در مذاب شيشه با دماي 1425 درجه ي سانتيگراد کار مي کنند . طول عمر پاروهاي مجهز به سيستم خنک سازي بيکران است .در حالي که در مورد پاروهاي پلاتيني نياز به هيچگونه خنک سازي وجود ندارد ، اين پاروها گران قيمت و کم دوام اند . عمليات دمش نيز به وسيله ي نازل هاي فولاد پرکربني سرد شده در آب ، که در کف تعبيه شده اند ، انجام مي شود . عمز نازل هاي شيشه مذاب چندين سال است ؛ به هر حال هر وقت که جايگزين کردن يک دمنده ي نو به جاي قبلي مدنظر باشد ، اين کار با سوراخ کردن ديواره ي کناري ، مسدود کردن آرام سوراخ و سوراخ کردن مجدد براي جا انداختن خروجي شيشه ي مذاب که نازل به آن متصل مي شود ، انجام مي شود .
اخيراً خروجي هاي مذاب از جنس دي سيليسيد موليبدن ( Molybdenum disilicide ) ساخته شده که طول عمرشان بيشتر است . اگر چه مواد پر کننده شيشه براي محدود کردن مدت تعميرات کافي است ، موادي براي تعميرات توليد شده ، که عمر و ماندگاري بيشتري دارند .
پروسه ي ذوب کردن با ترموکوپل هاي تعبيه شده در بالا و پايين مذاب و همچنين مشاهدات بصري از عملکرد مشعل هاي بالاي مذاب تحت نظارت قرار مي گيرد .
تقريباً 8 ترموکوپل در طول سقف کوره تعبيه شده است . يک غلاف از جنس آلومينا ، مولايت و يا آلوميناي پوشش داده شده باپلاتين براي محافظت از ترموکوپل تعبيه شده است . به هر حال شکست پس از دو ماه رخ مي دهد . يک عامل بسيار معمول در شکست اين قطعات ، شک هاي حرارتي يا زيان هاي ناشي از فشار است که موجب کاهش عمر ترموکوپل از 12 ماه به 2 ماه مي شود . البته در ترموکوپل هاي بلندتر ، خزش نيز يکي از اين عوامل است .
يک غلاف نمونه وار ، 0/063 ـ 1/27 سانتيمتر قطر و 92 ـ 30 سانتيمتر طول دارد .
پس از جا گذاري ترموکوپل به داخل غلاف ، ابتدا آن آزمايش مي شود و سپس در داخل کوره توليد نصب مي شود . البته کاوشگرهاي الياف اپتيکي ( Fibre optis probes ) نيز به منظور ثبت دما ، در جاهاي مختلف مذاب مورد استفاده قرار مي گيرد . مشاهدات بصري از عملکرد مشعل با يک دوربين انجام مي شود که داراي زواياي وسيعي است . يک نوع دوربين مخصوص کوره وجود دارد که داراي يک تيوپ فولادي داخلي است که اين تيوپ داخلي شامل مجموعه اي از لنزهاي خنک شونده با هوا است .همچنين اين دوربين داراي يک تيوپ فولادي خارجي است که به وسيله ي آب خنک مي شود . شکست پيش از موعد پوسته ي حاوي آب به علت بسته شدن بخشي از سيستم خنک کننده ، اتفاق مي افتد . شکست در سيستم خنک کننده ي اين نوع دوربين سرانجام باعث شکست کل سيستم تصوير برداري مي شود که موجب از دست رفتن کنترل دماي کوره مي شود . از اين رو احتياج به جايگزيني يک ماده ي مناسب براي ماده ي استفاده شده در اين تيوپ خارجي داريم که نياز به خنک سازي نداشته باشد . اين بخش سراميکي بايد خواص زير را داشته باشد :
1 ـ مقاومت در برابر شک حرارتي ( از دماي 1650 درجه سانتيگراد به دماي اتاق در چند ثانيه )
2 ـ استقامت کافي در هنگام بيرون آوردن آن از ديواره ي با ضخامت 30 سانتيمتر
3 ـ سازگاري با نسوزهاي ديواره ي کناري کوره
4 ـ قابليت اتصال به يک تيوپ فولادي که در دماي 427 درجه سانتيگراد کار مي کند .
5 ـ قيمت مناسب (قيمت مناسب براي يک تيوپ با قطر 6/4 سانتيمتر و طول 15/2 سانتميتر و ضخامت 1/3 سانتيمتر 400 دلار است )
علاوه بر اين مطالبي که در مورد دماي کوره گفتيم ، سنسورهايي براي اندازه گيري ضخامت ديواره ي نسوز کوره تعبيه شده است . اين سنسورها بر اساس جريان مخالف ـ صوتي ( acoustic , eddy current ) يا اندازه گيري ظرفيت الکتريکي که با زمان تغيير مي کند ، کار مي کنند . سنسورها مستقيماً در داخل نسوز و به طور محکم قرار مي گيرند و تغييرات را اندازه گيري مي کنند . يک غلاف سراميکي جهت محافظت از سنسورها از محيط نامناسب بر روي سنسور قرار مي گيرد .
ماکزيمم توليد خروجي شيشه از کوره به وسيله ي مقدار انرژي که مي توان به داخل کوره ي ذوب فرستاد محدود مي گردد . محدوديت در هنگامي مشخص مي گردد که مشعل ها در حالت ماکزيمم گرمادهي باشند . و تقويت کننده هاي الکتريکي نيز با حداکثر توان کار کنند .افزايش هاي ديگر در گرمايي که به داخل کوره ي ذوب مواد وارد مي شود به وسيله ي ظرفيت دمايي مواد مورد استفاده در ساخت کوره و تابش فزاينده اي که توليد مي شود محدود مي شود .
يکي از روش هايي که براي غلبه بر اين محدوديت ها به دست آمده است ، اين است که مخلوط شيشه خورده و مواد اوليه ( بچ اوليه ) را پيشگرم کنيم . همانگونه که در شکل 4 نشان داده شده است . گاز گرم دودکش از يک قسمت مبدل حرارتي عبور کرده در حالي که پودر بچ در جهت مخالف مسير گاز دودکش فرو مي ريزد . پيش گرم کردن مواد اوليه با استفاده از مشعل مجزا نيز مي تواند انجام شود . در هر دو حالت يک فن براي کشاندن گازهاي داغ از بين مبدل حرارتي مورد استفاده قرار مي گيرد . حالات عملياتي پيش گرم شامل دماي گاز ورودي است که دمايي بالاتر از 982 درجه سانتيگراد دارد .

همچنين در معرض قرار گرفتن به وسيله ي محصولات احتراق است که اين گاز خروجي از دودکش مقدار زيادي رطوبت و گازهاي خورنده دارند .
مبدل هاي فلزي اخيراً مورد استفاده قرار گرفته که نيازمند نگهداري و تعمير مداوم هستند .
و محدوديت دمايي نيز دارند که با استفاده از مبدل هاي سراميکي عمرشان طولاني ، وزن شان کاهش و ظرفيت گرمايي افزايش مي يابد . همچنين اين مزايا در مورد استفاده از فن هاي سراميکي نيز صادق است . يکي ديگر از مزاياي اين روش سهولت ارتقاء قطعات جديد در کوره مورد نظر است . يکي ديگر از روش هاي افزايش راندمان کوره ي شيشه ي مذاب ، ورود اکسيژن در عمل احتراق به جاي هوا است . بهبود راندمان کوره نتيجه اي از دماي بالاتر کوره و کاهش گازهاي خروجي است که به علت کاهش نيتروژن از سيستم احتراق ، انجام مي شود . اکسيژن احتراقي را مي توان يا به طور محلي به داخل مذاب و به وسيله ي يک تيوپ وارد کرد و يا با هواي مورد استفاده براي احتراق جايگزين کرد . تيوپ ورود اکسيژن از فلزات سرد شده با آب ، فلزات گران بها و اخيراً نيز از سيليسيد موليبدن ساخته شده است . در حالي که ارزانترين و ساده ترين روش انجام اين کار ، تزريق اکسيژن در مکان هاي گرم است ولي اين کار موجب آسيب ديدن ديواره هاي کوره و مشعل ها و ... مي شود . احتراق برپايه ي اکسيژن خالص با استقبال روبروست که اخيراً از 87 کوره از اين نوع که عمدتاً در بخش شيشه هاي ويژه و الياف شيشه اي است ، مورد استفاده قرار گرفته است . مزاياي اين نوع احتراق شامل پايداري شعله اي بيشتر ، توان عملياتي بيشتر ، کاهش مصرف سوخت ، کاهش قيمت کوره ، کاهش گازهاي NOx ، تابش هاي ذره به ذره و افزايش بازده بدون استفاده از مولدها ، ريکلاپچرها و تقويت کننده هاي الکتريکي گران قيمت است . يک اشکال مهم در اين روش تغيير خواص گازهاي خروجي است . به عنوان مثال يک کوره ي مولد معين داراي يک خروجي گاز با دماي 315 ـ 482 و رطوبت 8 ـ 10 درصد است در حالي که کوره هاي بهبود يافته هم دما و هم رطوبت بيشتري دارند . در کوره هاي با سوخت اکسيژن گاز خروجي ، دماي 1204 ـ 1426 و رطوبت 55 ـ 67 درصد دارند .
به علت دماي بالا و وجود بخارات خورنده( مانند بخارات بور )در گازهاي خروجي از کوره ي گرم شده با سوخت + اکسيژن ، فرصت مناسبي براي استفاده از مواد سراميکي در اين کوره ها ، مهيا گشته است .

کوره هاي گرم شونده با الکتريسته :

حرارت دهي الکتريکي در بسياري از محصولات کم اهميت و کوره هاي ذوب الياف شيشه اي کاربرد دارد که علت آن قيمت ابتدايي کمتر و انتشار گاز کمتر است ، اگر چه قيمت برق مصرفي بسيار بالاست . اشکالات کليدي تمام کوره هاي الکتريکي ، هزينه ي انرژي مصرفي بالا و عمر کوتاه آنها است . کوره هاي الکتريکي را معمولاً هر 6 ماه يک بار بازسازي مي کنند اما به علت اندازه ي کوچک ، زمان بازسازي تنها 2 روز است . يک مثال از کوره هاي الکتريکي با مجراي خروجي در کف در شکل (5) نشان داده شده است .

الکترودهاي مورد استفاده معمولاً براي آسان بودن تعويض و نگهداري بدين نحوه (در بالاي کوره ) قرار گرفته اند که به خاطر عمر کوتاه مواد مورد استفاده در ساختار اين کوره ها ايجاد رخنه در کف و ديواره هاي کوره مطلوب نمي باشد . اجزاي تقويت کننده (دمنده ها و قطعات الکتريکي ) در بالاي طرفين مخزن کوره قرار داده شده اند . اين مکان هاي قرارگيري دسترسي به اجزاي حرارتي را براي اپراتور آسان تر مي کند . در کوره ي مثال زده در شکل (5) مذاب در ميان يک بخش مجزا قرار گرفته که اين بخش مذاب را از لحاظ دمايي تنظيم مي کند . سيلندرها و همزن ها در کاربردهاي مختلف استفاده مي شود که هدف همه ي آنها يکنواخت سازي دماي شيشه ي مذاب است ؛ همچنين اين قطعات موجب کم شدن حباب هاي گاز موجود در مذاب مي شوند . مواد مورد استفاده در ساخت کوره هاي الياف شيشه و توليدات شيشه اي کوچک شامل فلزات گران بها ( براي سيلندرها ، همزن ها و پيستون ها ) و موليبدن (براي ساخت الکترودها و بخش هاي مکانيکي کنترل سيال ) مي شود .

مواد جايگزين که داراي قيمت ارزان تر نسبت به اين مواد هستند ، نيز مورد جستجو قرار گرفته اند . که اين مواد حتي عمر مفيد بالاتري دارند . مواد جايگزين براي نگهدارنده هاي الکترودها نيز توليد شده است که نياز به سرد شدن با آب ندارند

+ نوشته شده در شنبه بیست و دوم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 17:27 توسط مهندس ایمان رستگار |

مواد ديرگداز -اصل مقاله

مواد ديرگداز (Refractories Material)

مواد ديرگداز مواد داراي مقاومت حرارتي هستند که در دماهاي بالا پايدار هستند و خواص فيزيکي و شيميايي شان در اين دماها حفظ مي گردد.
مواد ديرگداز گران بها هستند و هرگونه خرابي در اين مواد باعث افزايش زمان توليد،از بين رفتن ادوات و در برخي مواقع باعث از بين رفتن محصول مي گردد. نوع ديرگداز مصرفي بر روي ميزان مصرف انرژي و کيفيت محصول تأثير مي گذارد. بنابراين انتخاب نوع ديرگداز براي کاربردهاي معين بسيار مهم مي باشد. ديرگدازها همچنين براي فرآيند ايمن در توليد مواد ضروري است. نبايد براي پرسنل خط توليد و کساني که آنها را نصب مي کنند،شرايط خطرناک ايجاد کنند. ضمناً ديرگدازها نبايد در شرايط استفاده شدن و هم پس از اينکه به صورت زباله صنعتي در مي آيند،موجب آلودگي زيست محيطي شوند.
در اين مقاله نوع و خواص ديرگدازها را مورد بررسي قرار مي دهيم.

ديرگداز چيست ؟

ديرگدازها مواد غيرآلي، غير فلزي و مقاوم در برابر حرارت هستند که اين مواد مي توانند در مقابل عوامل ساينده و يا خورنده در دماهاي بالا مقاومت کنند. اين عوامل خورنده و يا ساينده مي توانند در حالت جامد، مايع و يا گاز باشند. به خاطر وجود شرايط متنوع محيطي، انواع متنوعي از ديرگدازها با خواص متفاوت ساخته شده اند. ديرگدازها از مواد پخته شده، مواد شيميايي و انواع چسب هاي کربني(بايندرهاي کربني) تشکيل شده اند. اين مواد داراي گستره شيميايي متنوع هستند و داراي اشکال مختلفي نيز هستند. (ترکيب شيميايي و اشکال استفاده از ديرگدازها بر اساس کاربردهاي گوناگون آنها تعيين مي شود)

ساختار فازي مواد ديرگداز

ديرگدازها از مواد ناهمگون ، چند ترکيبي و داراي تخلخلي هستند. در ساختار اين مواد ، سنگ دانه هاي پايدار در برابر حرارت بوسيله ي فازهاي چسبنده و افزودني ها در کنار هم قرار گرفته اند.
مواد ديرگداز در دماهاي پايين شبه تردند و هنگامي که دما بالا مي رود از خود رفتار ويسکوز نشان مي دهند. بخاطر تغييرات نقطه به نقطه در ريزساختار ديرگدازها و انعطاف پذير نبودن آنها، استحکام در محل هاي مختلف ديرگداز متفاوت است. اين مواد به خاطر خزش در دماي بالا يا تغيير شکل پلاستيکشان شاخص هستند. تردي و مدول الاستيک بالاي اين مواد باعث شده است تا در برابر تنش هاي حرارتي و شک ها حساس بوده و در تحت اين شک ها بشکنند.

ديرگدازها براي چه کاربردهايي مصرف مي شوند؟

ديرگدازها ابتدائاً بوسيله صنعت متالوژي مورد استفاده قرار مي گرفت. در اين صنعت کوره هاي ذوب فلزات و خطوط نقل و انتقالات مذاب و سرباره بوسيله ي مواد نسوز پوشش داده مي شد.همچنين جداره هاي دودکش ها و مجاري عبور گاز نيز بوسيله مواد ديرگداز پوشش دهي مي شود. با توجه به کاربردها، ديرگدازها بايد تأثيرات مخربي همچون مواد سايش، فشار، عوامل شيميايي، شک حرارتي، ضربات فيزيکي، تجزيه هاي حرارتي، و... تحمل کند. اين عوامل مخرب معمولاً در دماي بالا اتفاق مي افتد.
از آنجايي که فرآيندهاي متالوژي نيازمند دماهاي عملياتي بالاست، مواد ديرگداز مورد استفاده در اين صنعت بايد در دماهاي بالا و پايين تر از دماي عملياتي پايدار باشند. در جدول يک دماي ذوب برخي از عناصر که در متالوژي از آنها استفاده مي شود، آورده شده است.

لازمه هاي ديرگدازي

لازمه هاي عمومي يک ماده ي ديرگداز را مي توان به صورت زير بيان کرد:
1) قابليت تحمل در دماهاي بالا
2) قابليت تحمل در برابر تغيرات ناگهاني دما
3) قابليت تحمل برخورد با فلزات مذاب، گازهاي گرم و خوردگي سايشي(erosion)و...
4) قابليت تحمل فشار در شرايط کارکرد
5) قابليت تحمل در مقابل بارگذاري و نيروهاي سايشي
6) ضريب انبساط حرارتي پايين
7) قابليت نگهداري حرارت
8) نداشتن قابليت ترشوندگي و جلوگيري از نفوذ مواد در تماس با آنها (مانند سرباره و مذاب فلزي)

ديرگدازها از چه موادي ساخته مي شوند؟

مواد خامي که عمدتاً در توليد ديرگدازهاي اساسي استفاده مي شوند عبارتند از:
منيزيم کربنات (magnesites) ، دولوميت، کاني هاي کروم دار (chrome ore)، اسپينل و کربن
آجرهاي ديرگداز اساسي مانند آجرهاي منيزيا-کروميتي و منيزيا- اسپنلي از کلينکر مصنوعي اکسيد منيزيم (synthetic magnesia clinker) يا منيزياي طبيعي پخته شده به همراه سنگ معدن کروم دار و پيش واکنش دهنده اسپنيل و يا مواد پوشش دهنده ي آلومينيايي ساخته مي شوند. اسپينل که يک ساختار مقاوم در برابر شک هاي حرارتي است. يا در آجر اوليه وجود دارد و يا در طي حرارت ديدن آجر در محيط کار توليد مي شود.

توسعه ي ديرگدازها با گذر زمان

سال 1950، تکامل و استفاده از ديرگدازهاي منيزيايي به همراه کربن. اين ديرگدازها با ديرگدازهاي دولوميتي و به صورت ترکيبي استفاده مي شوند. اين ديرگدازها در ابتدا براي کوره هاي اوليه اکسيژني (furnace basic oxygen) توسعه يافتند. تقريباً در همان سال ها خلوص منيزيا به عنوان يک فاکتور مهم مورد توجه قرار گرفت و دانه هاي منيزيايي با خلوص بالا و با درصد بورکم ( % 96 ) به صورت وسيع مورد استفاده قرار گرفت.در اين نوع ديرگدازها نسبت آهک به سيليس 1-3-2است.سال 1980 ، دير گدازهاي منيزيا گرافيتي توسعه يافتند .در ابتدا اين ديرگدازها با درصد کربن بيشتر و سپس با اضافه کردن افزودني هاي آنتي اکسيدان ميزان کربن باقي مانده در اين نوع ديرگدازها افزايش يافت. در سال هاي اخير، تمايلات به سمت استفاده از ديرگدازهاي مهندسي (engineered refractories) افزايش يافته است. اين نوع ديرگدازها داراي مکانيزم هاي سايش خاص هستند. در اين نوع ديرگدازها، افزودني هايي از جمله اکسيدآهن خالص و کربنات منيزيم فيوزد (fused magnesite) در مقادير کم اضافه مي شود تا ويژگي هاي خالص در آجرها بوجود آيد. اين افزودني ها عمدتاً کمتر از 6% کل مخلوط را تشکيل مي دهند. هنگامي که دانه هاي منيزيايي زنيته شده درشت تر شوند، ديرگدازها مقاومت خوردگي بهتري پيدا مي کند.

نقطه ذوب مواد ديرگداز در حالتي که خالص باشند در گستره 1815-3315 درجه سانتيگراد است. در جداول 2و3 نقطه ذوب چندين ترکيب ديرگداز آورده شده است. ديرگدازها در شرايط کاري تنها مي توانند مقدار کمي فاز مذاب(حدود 5-1 درصد) را در ساختارشان تحمل کنند و خواص ساختاري شان را حفظ کنند. البته بحث هاي بعدي نشان مي دهد که به هر حال استفاده از بسياري از اين مواد به دليل عواملي همچون قيمت يا ناپايداريشان در اتمسفرهاي خاص محدود شده است. همچنين وجود ناخالصي هاي ابتدايي و يا ناخالصي هايي که در محيط کاربرد به نسوز وارد مي شوند، باعث کاهش چشم گير نقطه ذوب آنها مي شود.

ويژگي هاي ديرگدازها

خواص مهم ديرگدازها که بيشتر مورد بررسي قرار مي گيرد عبارتند از : ترکيب شيميايي، دانسيته بالک (density bulk)، تخلخل ظاهري(apparent porosity)، گرانش ويژه ي نسبي (specific gravity apparent) و استحکام در دماهاي معمولي.
اين خواص اغلب از جمله خواصي است که براي کنترل توليد و فرآيند کنترل کيفيت استفاده مي شود. ترکيب شيميايي به عنوان پايداري براي طبقه بندي ديرگدازها استفاده مي شود. دانسيته، تخلخل و استحکام محصولات پخته شده از فاکتورهاي زيادي تأثير مي پذيرد. از ميان اين فاکتورهاي زياد مي توان به نوع و کيفيت مواد اوليه، اندازه و شکل ذرات، درصد رطوبت مواد در طي فرآيند پرس کردن، فشار پرس، دما و مدت پخت، اتمسفر کوره و سرعت سرد کردن اشاره کرد.
تعدادي از خواص مهم ديرگدازها در زير آورده شده است:

1) دماي ذوب (melting point)

مواد خالص در دماي معيني و در يک آن ذوب مي شوند. اکثر مواد ديرگداز داراي ذرات ديرگدازي هستند که به هم چسبيده اند. در دماي بالا، فاز شيشه اي مذاب مي شود و هنگامي که دما بالاتر رود، محلولي از اجزاي ديرگداز پديد مي آيد. اين محلول مانند يک دوغاب مي ماند. دمايي که در آن مخروط زگر به علت وزن خودش تغيير شکل دهد، دماي ذوب ديرگداز ناميده مي شود. جدول بالا نشان دهنده ي چند ترکيب خالص است که به عنوان ديرگداز از آنها استفاده مي شود.

2) اندازه (size)

اندازه و شکل ديرگداز يکي از خصوصيات طراحي است. اين مسأله يکي از مباحث مهم در طراحي بشمار مي آيد زيرا اين مسأله بر روي پايداري ساختار تأثير مي گذارد. دقت و اندازه براي جاهايي که قطعات ديرگدازها مي خواهند با هم جفت شوند، بسيار مهم مي باشد. دقت و اندازه مناسب باعث کمينه شدن ضخامت و جفت شدن بهتر ساختار مي شود.

3) دانسيته ي بالک (Bulk Density)

يک خصوصيت مفيد براي ديرگدازها دانسيته بالک است. اين خاصيت نشان دهنده ي ميزان ماده موجود در حجم معين است. افزايش دانسيته بالک يک ديرگداز باعث افزايش پايداري حجم و ظرفيت گرمايي ديرگداز مي شود. و نفوذ مذاب را در ديرگداز کاهش مي دهد.

4) تخلخل (Porosity)

تخلخل ظاهري (apparent porosity)، اندازه گيري حجم تخلخل هاي باز است. (اين تخلخل هاي باز مي توانند بوسيله ي يک مايع پر شوند)
تخلخل ظاهري بر حسب درصد نسبت به حجم نشان داده مي شود. اين خصوصيت يکي از خصوصيات مهم ديرگدازهايي است که در تماس مستقيم با مذاب و سرباره هستند. تخلخل ظاهري پايين مطلوب است. زيرا اين مسأله از نفوذ مواد ناخواسته به داخل ديرگداز جلوگيري مي کند. همچنين به هم پيوسته بودن تخلخل ها، تأثيرات مهمي بر رفتار ديرگدازها دارد. عموماً در شرايطي که تعداد تخلخل ها برابر باشد، تخلخل ها با ابعاد کوچک تر مطلوب ترند. به هر حال، اندازه گيري واقعي تخلخل واقعي که در آن حجم تخلخل هاي بسته نيز محاسبه مي شود،ايده مناسبي براي آگاهي از خصوصيات مواد مانند خواص زنيته شدن است.درحقيقت، تخلخل، دانسيته بالک و دانسيته ظاهري جامد از ويژگي هاي حياتي اشکال ديرگداز است.

5) استحکام فشاري سرد (cold Crushing Strength)

استحکام فشاري سرد نيز يکي از خواص خوبي است که به همراه ديگر خواص مورد بررسي قرار مي گيرد. اين خاصيت نشان دهنده ي قابليت تحمل بار اعمالي بر جسم است. و مي تواند به همراه ساير خواص مانند دانسيته بالک و تخلخل به عنوان نشانه اي براي ميزان پخت قطعه و يا مقاومت به سايش قطعه است.

6) نقطه نرمي (Pyrometric cone Equivalent)

دمايي که در آن يک ديرگداز بواسطه وزن خودش تغيير شکل مي دهد دماي نرم شدگي (Softening tempreture) ناميده مي شود. اين دما بوسيله ي مخروط هاي آذر سنجي اندازه گيري مي شود. ديرگدازها به خاطر داشتن ترکيب شيميايي پيچيده، به طور تدريجي ذوب مي شوند. در واقع اين مواد در يک گستره ي دمايي ذوب مي شوند. از اين رو ديرگدازي يا نقطه ي گداز اين مواد به روش مخروط هاي استاندارد تعيين مي شود. مخروط هاي استاندارد آذرسنجي براي تعيين دما، تنها دماي نرم شدگي را به ما نشان مي دهند. اما در شرايط کاري ديرگدازها، علاوه بر دما، بار نيز ديرگداز وارد مي شود که مي تواند باعث تغيير فرم ديرگداز در دماهاي بسيار پايين تر از نقطه نرم شدگي بشود. با تغيير در شرايط محيطي مانند اتمسفر کاهنده، اعداد به دست آمده از اين روش دماسنجي تغيير بسياري مي کند.

7) ديرگدازي تحت بارگذاري (refractoriness under load)

تست ديرگدازي تحت بارگذاري (the refractoriness under load) که به آن تست RUL نيز مي گويند، به ما دماي متلاشي شدن آجرها در شرايط کاري را مي دهد.
به هرحال، در شرايط کاري واقعي که تنها يک سمت آجر حرارت مي بيند،بخش سردتر آجر که حالت سبک تري دارد، مقدار بيشتري از نيروي اعمالي بر آن را تحمل مي کند. از اين رو، تست RUL نشان دهنده شاخصي از ميزان ديرگدازي است. و مي توان از آن در طراحي استفاده کرد. در شرايط کاري که ديرگداز از همه ي جهات تحت حرارت دهي است مانند شبکه ها (checkers)، تيغه ها (Partion walls) و...، داده هاي مربوط به تست RUL، کاملاً معنادارند.

8) خزش در دماي بالا (Creep at high tempreture)

خزش يک خاصيت وابسته به زمان است. که معين کننده تغيير شکل ماده ي تحت بارگذاري در زمان معين و در دماي معين است. ملاک مورد پذيرش براي مواد ديرگداز عموماً اين است که مقدار خزش فشاري در دما و بارگذاري مورد نظر بيش از 0.3 درصد در 50 ساعت اول بارگذاري نشود. اين مقدار بدين علت تعيين شده است که سرعت خزش در انتهاي منحني خزش به مقدار ناچيزي کاهش مي يابد. در صورتي که مقدار خزش فشاري ديرگدازي بيش از 0.3 درصد نرسد، اين ديرگداز مناسب است و مي توان آن را با ايمني بالا استفاده کرد.

9) پايداري حجمي (Volume Stability)، انبساط (expansion) و شرنيکيج (shrinkage)در دماي بالا

انقباض يا انبساط ديرگدازها مي تواند در طي شرايط کاري اتفاق افتد.اين تغييرات دائمي در ابعاد ممکن است به دلايل زير رخ دهد:
الف) تغيير در فرم هاي آلوتروپيک که باعث تغيير در وزن مخصوص مي شود.
ب) وقوع يک واکنش شيميايي در ديرگدازها. که باعث بوجود آمدن يک ماده ي جديد با وزن مخصوص جديد مي شود.
ج) ايجاد فاز مايع
د) واکنش هاي زينترينگ
ه) اين مسئله ممکن است اتفاق افتد که بر روي ديرگداز واکنش خاصي رخ دهد و سيليکات آلوميناي - قليايي بوجود آيد. اين ماده انبساط زيادي دارد و باعث شکستن قطعه مي شود. تشکيل سيليکات آلوميناي قليايي مثالي از تخريب و تغيير شکل ديرگدازها است که عموماً در کوره بلند رخ مي دهد.
در حالي که اين مسأله روشن شده است که تمام اين تغييرات در طي فرآيند ساخت رخ مي دهد ولي به خاطر مسائل اقتصادي برطرف کردن آن ها ممکن نيست زيرا فرآيندهاي توليد تصحيح شده زمان بر هستند. تغيير خطي دائمي (PLC) بر روي پيش گرم کردن و سرد کردن آجرها دلالتي بر پايداري حجمي محصول است. اين مسأله به طور خاص در هنگام اندازه گيري درجه ي تبديل در توليد آجرهاي سيليسي، اهميت پيدا مي کند.

10) انبساط گرمايي بازگشت پذير

هر ماده اي در هنگام حرارت ديدن، منبسط مي شود و در هنگام سرد شدن منقبض مي شود. انبساط گرمايي بازگشت پذير بازتابي است از تغييرات فازي که در هنگام گرم وسرد کردن رخ مي دهد. تغيير خطي دائمي (PLC) و انبساط گرمايي برگشت پذير براي ساخت نسوزها در نظر گرفته مي شود. تا قطعات به هم متصل دچار مشکل نشوند. به عنوان نمونه يک قانون کلي،احتمال خرد شدن و از هم پاشيدن آن دسته از موادي که ضريب انبساط حرارتي کمتري دارند، کمتر است.

11) رسانش گرمايي (Thermal Conductivity)

رسانش گرمايي به ترکيب شيميايي و مينرالي ماده، دماي کاربرد و فاز شيشه اي موجود در ديرگداز وابسته است. اگرچه اين خاصيت يکي از خاصيت هاي کم اهميت در بررسي ديرگدازهاست ولي اين خاصيت مشخص کننده ضخامت آجر کاري است. رسانش معمولاً با افزايش دما تغيير مي کند. در مواردي که نياز به انتقال حرارت از بين ديواره باشد براي مثال در تقويت کننده ها و بخش هاي بازيافت انرژي، ديرگداز بايد رسانش گرمايي بالايي داشته باشد. رسانش گرمايي پايين براي صرفه جويي در مصرف انرژي مناسب مي باشند. در اين حالت ديرگداز مانند يک عايق عمل مي کند. براي بدست آوردن خاصيت عايق کاري بايد از هدر رفت گرما جلوگيري کند اما اين خاصيت موجب افزايش دماي سطح مي گردد و از اين دو بايد از ديرگداز با کيفيت بالايي استفاده کنيم. با توجه به اين مسأله، معمولاً عايق کاري در سقف کوره ي فولادسازي دهانه باز (Open- hearth furnaces) انجام نمي شود. به عبارت ديگر اين مسأله باعث مي گردد که عايق به دليل ايجاد چکه هايي برروي سطحش ، بشکند. بسته به خواص ديرگداز از مصرفي در بخش ارتباط با حرارت مانند ظرفيت تحمل بار در دماي بالا (Capacity high temperature load bearing)، اين مسئله ممکن است نياز باشد که کيفيت آجر مصرفي را بالا ببريم که علت آن بالا رفتن دما به خاطر خاصيت عايق کاري آنهاست.
ديرگدازهاي سبک با رسانش گرمايي پايين در کوره هايي کاربرد دارند که در آنها با استفاده از دماهاي نسبتاً پايين کار عمل آوري گرمايي صورت مي گيرد. در اين کاربردها، عملکرد ثانويه ي ديرگداز معمولاً صرفه جويي در مصرف انرژي است. مصرف اين نوع ديرگدازها در کوره هاي نوع منقطع (furnaces batch type) بيشتر است. در اين کوره ها ظرفيت گرمايي پايين ساختار ديرگداز باعث مي شود تا گرماي ذخيره شده در طي فرآيند سردو گرم کردن سيکلي کمينه شود

ديرگدازها چگونه دسته بندي مي شوند؟

ديرگدازها را مي توان براساس ترکيب شيميايي وروش توليد يا شکل فيزيکيشان دسته بندي کرد.علاوه براين تقسيم بندي ها، ديرگدازها را براساس کاربرد نيز مي توان طبقه بندي کرد مثلاً ديرگدازهاي کوره بلند (blast furnace refractories) . اين ديرگدازها به طور مداوم مورد تجديد نظر قرار مي گيرند وتغيير مي کنند.
درزير برخي از طبقه بندي هاي ديرگداز آورده شده است :

طبقه بندي ديرگدازها براساس ترکيب شيميايي

از نقطه نظر شيميايي ، مواد ديرگداز به سه دسته تقسيم بندي مي شوند که عباتنداز:
1)ديرگدازهاي اسيدي
2)ديرگدازهاي بازي
3)ديرگدازهاي خنثي
ديرگدازهاي اسيدي :
اين ديرگدازها درمحل هايي استفاده مي شوند که اتمسفر و سرباره اسيدي هستند.اين ديرگدازها دربرابر اسيدي ها مقاوم اند ولي دربرابر حمله ي مواد قليايي ضعيف هستند.ماده ي اوليّه ي عمده ي اين گروه از ديرگدازها برگروه RO2 (مانند سيليس) (Sio2)، زير کونيا (Zro) و رس آلومينا سيليکاتي (Al2o3. 2zio2.2H2o) متعلق هستند.
ديرگدازهاي خنثي :
اين ديرگدازها درمحل هايي استفاده مي شوند که سرباره و اتمسفر وضعيت معيني ندارند و گاهاً بازي يا اسيدي است. اين ديرگدازها در مقابل عوامل اسيدي و بازي پايدارند. مواد اوليّه ي عمده ي اين ديرگدازها به گروه R2O3 تعلق دارد. البته ترکيب شيميايي ديرگدازهاي خنثي تنها به گروه R2O3 محدود نمي شود ، مثال هاي معمولي از اين مواد عبارتند از : آلومينا (Al2o3) اکسيد کروم (cr2o3) و کربن (c)
ديرگدازهاي بازي :
اين ديرگدازها درمحل هايي استفاده مي شوند که اتمسفر و سرباره هستند. اين ديرگدازها در برابر بازها مقاومند ولي با اسيد واکنش مي دهند. مواد اوليّه ي عمده دراين گروه از ديرگدازها به گروه RO متعلق هستند. اکسيد منيزيم (Mgo) متداولترين مثال از اين ديرگدازهاست. مثال هاي ديگر از اين ديرگدازها عبارتند از : ديرگدازهاي دولوميتي و ديرگدازهاي منيزيا-کروميتي (chrome - magnesite) .
ديرگدازهاي بازي بسيار مشهورند زيرا اين ديرگدازها مقاومت به خوردگي خوبي دربرابر سرباره هاي بازي وگرد وغبار شيميايي در دماهاي بالا دارند.برخي از گروه هاي ديرگدازهاي بازي توسعه يافته اند که داراي مقاومت عالي دربرابر سرباره هاي اسيدي نيز هستند.
الف) اکسيد منيزيم (mgo) يک اکسيد فلزي دوتايي از منيزيم است .اين اکسيد درهنگامي که خلوص بالايي داشته باشد داراي دماي ديرگدازي بالايي است .مينرال اکسيد منيزيم پريکلاژ (periclase) ناميده مي شود.ناخالصي هايي که در اکسيد منيزيم طبيعي وسنگ معدن کرم دار وجود دارد موجب مي شود تا ترکيبي با دماي ذوب پايين ايجاد شود،که ديرگدازي را بسيار کاهش مي دهد.
ب) ترکيبات منيزيا-کروميت داراي استحکام مکانيکي خوبي است ودر دماي بسيار بالا، پايداري ابعادي خوبي نيز دارد. ديرگدازهاي منيزيا-کروميتي مقاومت به خوردگي خوبي در برابر سرباره هاي بازي دارند وبراي صنايع فولاد ومس مناسب مي باشند.
ترکيبات منيزيا-کروميت داراي انبساط حرارتي پايين تري نسبت به ترکيبات داراي مقادير بالاي اکسيد منيزيم هستند.
ج) ترکيبات با خلوص بالا و بدون کروم از اکسيد منيزيم که از آب درياها وآب شور بدست مي آيند داراي بيشترين ديرگدازي هستند ودر مقابل اکسيد آهن نيز از خود مقاومت نشان مي دهند
د) ترکيبات کربن -منيزيا داراي 5-35% کربن هستند.کربن افزوده شده به اين ديرگدازها از افزودن گرافيت ورقه اي طبيعي حاصل مي شود ديرگدازهاي کربن -منيزيايي مقاومت بسيار بالايي دربرابر سرباره هاي فولاد سازي دارند.
از لحاظ تئوري ، ديرگدازهاي اسيدي نبايد درتماس مستقيم با سرباره هاي بازي، گازها ويا گرد وغبار بازي قرارگيرد.درحالي که ديرگدازهاي بازي بهترين گزينه براي استفاده شدن درمحيط هاي بازي هستند.در واقع به خاطر دلايل مختلف، اين قوانين تئوريک اغلباً شکسته مي شوند .از اين رو، طبقه بندي شيميايي ديرگدازها عمدتاً تقسيم بندي آکادميک است وتنها به ما کمک مي کند تا کاربردهاي واقعي ديرگدازها را بفهميم.همچنين وجود ديرگدازي که واقعاً خنثي باشد، ممکن است شک برانگيز باشد.
طبقه بندي براساس روش توليد
ديرگدازها مي توانند به يکي از روش هاي زير توليد شوند.
1) روش پرس خشک (Dry Dress Process)
2) ريخته گري مذاب (fused Cast)
3) قالبگيري دستي (hand Moldes)
4) شکل دهي پخته شده ، خام و يا بايندر شيميايي
5) بي شکل(مونوليتيک -پلاستيک-جرم هاي کوبيدني -تزريقي - قابل قالب گيري و اسپري شونده)

طبقه بندي براساس شکل فيزيکي

ديرگدازها را بر اساس شکل فيزيکشان نيز مي توان طبقه بندي کرد.اين مواد مي توانند ديرگدازهاي شکل داده شده و يا بي شکل باشند.ديرگدازهاي شکل داده شده عموماً به عنوان آجرهاي ديرگدازه وديرگدازهاي بي شکل به عنوان ديرگدازهاي مونوليتيک معروفند. ديرگدازهاي شکل داده شده (Shaped refractones)
ديرگدازهاي شکل داده شده آنهايي هستند که در هنگام تحويل به مصرف کننده داراي شکل معيني هستند ما اين ديرگدازها را آجر مي ناميم
شکل آجرها ممکن است به دو حالت تقسيم بندي شوند.يکي از آنها اشکال استاندارد است وديگري اشکال خاص.اشکال استاندارد داراي ابعادي هستند که بوسيله ي اکثر توليد کنندگان ديرگدازها مورد قبول است.واين توليد کننده ها از اين ابعاد پيروي مي کنند.اين ديرگدازها عموماًٌ در کوره هاي همسان قابل کاربرد هستند.
ديرگدازهاي شکل داده شده عمدتاً بوسيله ي ماشين پرس توليد مي شود .بنابراين انتظار مي رود که خواص آنها هموژن باشد.البته برخي از ديرگدازهاي شکل داده شده که بوسيله ي قالب گيري دستي توليد مي شوند داراي خواص غير هموژني هستند.

ديرگدازهاي بي شکل (unshped Refractones)

ديرگدازهاي بي شکل داراي هندسي معيني نيستند و در حين کاربرد شکل داده مي شود.اين دير گدازها بيشتر با نام ديرگدازها مونوليتيک شناخته مي شود.اين ديرگدازها به صورت زيرطبقه بندي مي شود.

الف) ديرگدازهاي پلاستيک (pbstic refractories)

ديرگدازهاي پلاستيک، مخلوط هايي هستند که در حالت پلاستيک وسفت آماده مي شوند.واين نوع ديرگدازها به صورت توده هايي که در لفاف پلي اتيلن پيچيده شده اند،به مصرف کننده تحويل داده مي شوند .درحين استفاده توده ي بزرگ از اين نوع ديرگداز به قطعات کوچک تر بريده مي شود وبدون هيچ عمل ديگر برروي آن، درمکان مورد نظر پاشيده ويا کوبيده مي شود.اين کار بوسيله ي يک کوبنده ي بادي انجام مي شود.اين ماده ي پلاستيک به راحتي به هر شکل وفرم مورد نظر تبديل مي شود.

ب) مخلوط هاي کوبيدني (Ramming Mixes)

مواد ديرگداز کوبيدني آنهايي هستند که از اندازه ي ذرات شان به دقت درجه بندي شده است تا بتوان آنها را راحت تر اعمال کرد.اين مواد عموما به صورت خشک به مصرف کننده تحويل داده مي شوند. مصرف کننده درهنگام نياز اين ديرگدازها را با مقدارکمي آب مخلوط مي کند وسپس از آنها استفاده مي کند.مخلوط هاي کوبيدني نيز وجود دارند که به صورت مرطوب به مصرف کننده تحويل داده مي شوند. ودرهمان زمان قابل استفاده هستند.استفاده از آنها بوسيله ي کوبنده هاي بادي انجام مي شود.

ج) مخلوط هاي قابل ريختن (Castable)

قابل ريختن براين مسئله دلالت دارد که اين مواد به طور طبيعي قابليت گيرش هيدورليک دارند.اين ديرگدازها موادي هستند که داراي درصدي با يندر سيماني(معمولا سيمان آلوميناتي)هستند.اين ديرگدازها وقتي با آب مخلوط شوند قابليت گيرش هيدروليک دارند. مواد چسبنده ي کلسيم آلوميناتي بايد به خوبي دراين ديرگدازها پيوند ايجاد کنند تا از جذب رطوبت به داخل ديرگدازها جلوگيري شود. علاوه براين مسئله استحکام اين بايندر پس از 6 تا 12 ماه شروع به کاهش مي کند اين مواد به صورت ريختگي اعمال مي شوند.وهمچنين به نام بتن هاي ديرگدازها معروفند.

د) مخلوط هاي پاشيدني (Gunning Mixes)

مخلوط هاي پاشيدني مواد ديرگدازي هستند که به صورت گرانول تهيه مي شوند .اين گرانول ها بر روي سطح مورد نظر اسپري مي شوند .براي پاشيدن اين مواد از تفنگ هاي پاشنه ي بادي (Guns air plocement)متنوعي استفاده مي شود.اين ديرگدازها بوسيله ي حرارت استحکام مي يابند وبراي کارهاي ترميمي و اصلاحي درکوره ها و پاتيل ها استفاده مي شوند.

ه) مخلوط هاي محافظ (Fettling Mixes)

مخلوط هاي محافظ مواد ديرگدازي به شکل گرانول هستند که عملکرد آنها شبيه به مخلوط هاي پاشيدني است.امّا اين مخلوط هاي بوسيله ي پارو به داخل کوره ريخته مي شوند تا نواحي آسيب ديده ي کوره ترميم شوند.

و) ملات ها (Mortars)

ملات ها گروهي از ديرگدازها هستندکه نه جزء گروه آجرهاي ديرگداز هستند نه جزء گروه ديرگدازهاي مونوليتيک .اين ديرگدازها مواد نسوز نرمي هستند که به خاطر ترکيبشان درحين مخلوط شدن با آب خاصيت پلاستيک پيدا مي کنند.اين مواد براي ايجاد پيوند بين آجرها در فرآيند آجر کاري استفاده مي شوند ودر بين آجرها ايجاد مي کنند تا سطوح نامنظم آجرها به هم متصل گردند.همچنين لايه ي بوجود آمده دربين آجرها فضاهاي بوجود آمده دربين آجرها را نپذير مي کنند.واز نفوذ سرباره وعوامل خورنده به داخل ساختار ديرگداز جلوگيري مي کنند.

ديرگدازهاي خاص دراستفاده هاي صنعتي

ديرگدازهاي خاک نسوز (Fireclay refractories)
ديرگدازهاي تشکيل شده از خاک نسوز مانند آجرهاي نسوز، خاک نسوز سيليسي (Fireclay siliceous) وديرگدازهاي متشکل از رس آلومينايي (aluminous clay refractories)از سيليکات آلوميناي با مقادير متنوع از سيليس(که درصد اين مقادير درکل بيش از 78 درصد نمي شود)تشکيل شده اند.اين ديرگدازها داراي مقادير کمتر از 44 درصد آلومينا هستند.در اصل ديرگدازهاي خاک نسوز داراي سيليکات آلوميناي هيدراته با مقادير بسيار ناچيز از ديگر مينرال ها هستند.
به خاطر قيمت نسبتاً پايين اين ديرگدازها ، اين مواد کاربرد فراواني در کوره ها ، پاتيل ها و گرم کن ها پيدا کرده اند.آجر نسوز معمولي ترين شکل از اين مواد ديرگداز است.اين آجرها به طور گسترده درصنعت فولاد وآهن، متالورژي فلزات غير آهني، صنعت شيشه، کوره هاي پخت سفال ( pottery kilns)، صنعت سيمان و...کار برد دارند.
براي آجرهاي نسوز چندين استاندارد وجود دارند که عبارتند از :
1) با کارايي عالي (Suoer duty)
2) با کارايي بالا (high - duty)
3) با کارايي متوسط (Medium duty)
4) با کارايي پايين (Low - duty)

5) شبه سيليسي (Semi - Silica)

1) با کارايي عالي (Suoer duty)

اين آجرها داراي استحکام و پايداري حجمي خوبي در دماي بالا هستند.و داراي 40- 44 درصد آلومينا هستند.برخي از انواع آجرهاي با کارايي آلي هنگامي که با تغييرات سريع دما مواجه شوند، مقاومت بسيار خوب دربرابر ترک خوردن وخرد شدن دارند.

2) با کارايي بالا (high - duty)

اين نوع آجرها به مقدار زيادي مصرف مي شوند و داراي کاربرد زيادي در صنعت هستند.به خاطر مقاومت به شک حرارتي بالا اين نوع آجرها مصرف آنها درکوره هايي با دماي متوسط نسبت به نوع با کارايي متوسط، اقتصادي تر است.همچنين اين آجرها براي کوره هايي مناسب است که به طور مداوم خاموش وروشن مي شوند.

3) با کارايي متوسط (Medium duty)

اين آجرها براي کاربردهايي مناسب هستند که با شرايط متعادل محيطي روبرو هستند.آجرهاي با کارايي متوسط درگستره ي دماي مخصوص به خود مي توانند بهتر از بسياري از آجرهاي گروه با کارايي بالا دربرابرسايش مقاومت کنند.

4) با کارايي پايين (Low - duty)

اين آجرها به عنوان پشتيبان براي ديگر آجرهاي نسوز استفاده مي شوند.درمحل هايي که اين آجرها وظيفه ي پشتيباني از آجرهاي ديرگداز ديگر را برعهده دارند عمدتاً دما در گستره ي دماهاي پايين است.

جدول يک : نشاندهنده ي رابطه ي ميان خلوص مواد اوليّه و افزايش مقدار آلومينا (Al2o3) و نقطه ذوب آجرهاي توليدي از خاک نسوز است.

ديرگدازهاي پرآلومينا (high Alumina Refractories)

واژه ي آجرهاي پرآلومينا به آجرهاي ديرگدازي گفته مي شود که درآن ها درصد آلومينا47.5%يا بيشتر باشد.گسترده ي درصد آلومينا دراين آجرهاي بين 54-100 درصد است.خاصيت ديرگدازي اين ديرگدازهاي پرآلومينا با افزايش درصد آلومينا افزايش مي يابد.درصد آلومينا ي موجود در ديرگدازهاي پر آلومينا معمولا 5 .2% + -از مقدار اسمي خود انحراف دارند مثلا ديرگدازي که به صورت تجاري داراي 70% آلوميناست معمولا مقدار آلومينا 5 .2%از مقدار گزارش شده کم يا زيادتر است .ديرگدازهاي پرآلومينا معمولا براساس درصد آلومينا يشان طبقه بندي مي شوند اين طبقه بندي که براساس استاندارد ASTM است به صورت زير مي باشد.

a. آجر مولايتي ( Mullite Brick)

اين آجر معمولا داراي درصد بسيار بالايي فاز مولايت هستند.

b. آجرهاي با بايندر شيميايي (chemically - bonded Bricks)

اين نوع آجرها معمولا داراي بايندر فسفاتي است و معمولا داراي 75 - 85 در صد آلومينا ست

c. آجر آلومينا -کروميتي (alumina - chrom brick)

اين آجر به طور نمونه وار از مواد داراي درصد بالاي آلومينا و اکسيد کروم (با خلوص بالا) تشکيل شده اند. در دماهاي بالا، آلومينا واکسيد کروم يک محلول جامد تشکيل مي دهند که اين محلول جامد ديرگدازي خوب است.

d. آجر کربن –آلومينايي (Alumina - Carbon Brick)

آجرهاي پرآلومينا معمولا داراي بايندر رزيني است اين رزين ها داراي ترکيبات کربن دار مانند گرافيت هستند.
کاربردهاي ديرگدازهاي پرآلومينا شامل مواد زيرمي شوند.
بخش هاي خاصي از کوره ي بلند، کوره هاي سراميکي (Ceramic kilns) ، محفظه هاي نگهداري شيشه مذاب (glass tonks) و بوته هاي ذوب بسياري از فلزات

آجر سيليسي (Silica brick)

آجر سيليسي (يا ديناز (Dinas)) جرم هاي ديرگدازي هستند که حداقل داراي 93% سيليس (Sio2) هستند. مواد اوليّه براي ساخت اين ديرگدازها سنگ هاي با کيفيت بالاست.گريدهاي متنوعي از آجرهاي سيليسي،استفاده ي وسيعي درصنعت ساخت کوره هاي ذوب آهن وفولاد دارند. علاوه برنقطه ي گداز (fusion point) بالا، اين آجرها داراي خصوصيات مهم ديگري مانند مقاومت بالا دربرابر شک حرارتي (خردشدن) و خاصيت ديرگدازي بالا هستند. اين مسئله باعث شده است تا از اين آجرها در صنعت شيشه و فولاد استفاده شود.
خاصيّت برجسته ي آجرهاي سيليسي اين است که اين آجرها (در زير بارگدازي) تا هنگامي که به نقطه ي گداز خود نرسند، نرم نمي شوند. اين رفتار آجر سيليسي دربسياري از انواع ديگر ديرگدازها ديده نمي شود. براي مثال ، مواد آلومينو سيليکاتي (alumino Silicate M aterials) که در دماهاي بسيار پايين نسبت به نقطه ي گدازشان شروع به روان شدن مي کنند وخزش آنها در دماهاي پاييني اتفاق مي افتد.
ديرگدازهاي سيليسي با شرايط دما بالا سازگاري دارند زيرا اين ديرگدازها ، ديرگدازي بالا، استحکام مکانيکي بالا وسختي بالا دردماهاي نزديک به نقطه ذوب شدن ،دارند.علاوه براين خصوصيات اين ديرگدازها دربرار گرد وغبار و دودهاي اسيدي و سرباره هاي اسيدي نيز مقاومت مي کنند.آجرسيليسي براساس فاکتور سياليت آجر(flux factor bricks)به دو نوع A و B طبقه بندي مي شوند.پيشرفت هاي انجام شده منجر به توليد آجرهاي سيليسي مقاوم دربرابر سرباره وفلاکس، با ثبات ابعادي خوب ومقاوم دربرابر خرد شدن شده است.

کربنات منيزيم (Magnesite)

ديرگدازهاي کربنات منيزيمي از لحاظ شيميايي موادي هستند که داراي حداقل 85%اکسيد منيزيم هستند.واين ديرگدازها از کربنات منيزيم ايجاد شده در طبيعت، ساخته شده اند .خواص دير گدازهاي کربنات منيزيمي به غلظت پيوند سيليکات در دماي کاربرد، بستگي دارد. کربنات منيزيم مناسب معمولا هنگامي حاصل مي شود که نسبت کلسيم اکسيد (Cao) به سيليس (Sio2) کمتر از 2 باشد . همچنين بايد درصد فريت آن درحد مينيمم باشد. اين ديرگداز مخصوصا درشرايط محيطي اکسايش ، کاهش بسيار خوب عمل مي کنند . مقاومت به سه باره ي اين ديرگدازها مخصوصا براي سرباره هايي که در صد آهن وآهک کمي دارند، بسيار بالاست. اين ديرگدازها مهم ترين گروه از ديرگدازها براي فراينده هاي توليد فولاد است.
کربنات منيزيم خام (Mgco3) عموماً به صورت کلسينه شده يا شکل هاي پخته شده (for ms dead burned) مصرف مي شود.کربنات منيزيم کلسينه شده ي سوز آور (Magnesite coustic Calcined) به عنوان دارو، کود شيميايي وماده ي خام براي صنايع شيميايي مورد مصرف قرار مي گيرد.شکل هاي پخته ي اين ماده حالت خام است که به طور گسترده درصنعت هنوز مورد استفاده قرار مي گيرد . اخيراً دانه هاي کربنات منيزيم گداخته براي بهبود مقاومت به خوردگي مورد مصرف قرار گرفته است.اين دانه ها از منيز پاي زنيتر شده با اندازه ي کريستال هاي بزرگ وخلوص بالا تشکيل شده است.

جدول مقايسه اي يک : نشان دهنده ي تفاوت کربنات منيزيم مختلف است .

اکسيد منيزيم چگونه توليد مي شود؟

اکسيد منيزيم با خلوص بالا بوسيله ي فرآيند هاي کنترل شده بدست مي آيد .منبع ماده ي اوليّه در توليد اکسيد منيزيم آب شور (غالباً از چاه هاي عميق) و آب درياهاست. و هيدرو کسيد منيزيم ( 2(OH) Mg) موجود در اين منابع بوسيله ي واکنش دادن آن با دولوميت کلسينه شده ويا آهک رسوب مي کند. دوغاب هيدورکسيد منيزيم حاصل فيلتر مي شود تا درصد اجزاي جامد موجود در داخل آن افزايش يابد.
ماده ي بيرون آمده از دستگاه فيلتر، کيک فيلتر (Filter Coke) ناميده مي شود. اين کيک را مي توان به صورت مستقيم به داخل کوره ي دوار شارژ کرد تا منيزياي گويد ديرگداز توليد شود امّا عمدتاً اين کيک در دماي 900-1000 درجه سانتيگراد در داخل کوره ي دهانه چند گانه (multiple- hearth furnace) کلسينه مي شود .در طي فرآيند کلسيناسيون کيک فيلتر هيدورکسيد منيزيم به اکسيد منيزيم اکتيو تبديل مي شود. اکسيد مينزياي کلسينه شده سپس دريک کوره ي شافت (Shaft kiln) حرارت داده مي شود تا دانسيته ي اکسيد منيزيم بالا رود. دماي زينتر ينگ در اين مرحله تا 2000 درجه سانتيگراد نيز مي رسد . محصول نهايي اين فرآيند اکسيد منيزيم زينتر شده ( Sintered Magnesite) است.
منيزياي فيوزد (اکسيد منيزيم گداخته) بوسيله ي ذوب منيزياي ديرگداز يا ديگر انواع منيزيا در يک کوره ي قوس الکتريکي توليد مي شود .پس از توليد مذاب منيزيا در داخل اين کوره، مذاب از داخل کوره خارج شده وسرد مي شود .کوره ي سرد شده ي حاصل به اندازه ي مورد نظر خرد مي شود وبراي مصارف ديرگداز مصرف مي شود.
ناخالصي هاي بوجود آمده در منيزيا بوسيله ي کنترل ترکيب منبع اصلي منيزيا (آب شور ويا آب دريا) ترکيب دولوميت کلسينه شده يا آهک وفرآيند توليد، کنترل مي شود.مخصوصاً مقدار ونسبت اکسيد کلسيم (cao) و سيليس (Sio2) به طور مداوم کنترل مي شود. با کنترل ناخالصي ها وکنترل فرايند توليد، منيزيايي توليد مي شود که براي توليد محصولات دير گداز مناسب است.
خصوصيات عمومي در مورد ترکيب ديرگداز هاي منيزيايي نپخته (dead Burned Magnesite) و منيزياي فيوزد در جدول دو آمده است. اين اعداد بوسيله ي توليد کنندگان اين ديرگداز ها ارائه شده است.

ديرگدازهاي پايه منيزيايي مهمترين گروه از ديرگداز هاي مورد مصرف براي توليد فولاد است.ديرگدازهاي منيزيايي ممکن است بوسيله ي بايندرهاي قيري، رزيني و ...به صورت آجر درآيند. به علاوه سه نوع آجر کربن -منيزيايي درسطح بازار وجود دارند. اين سه نوع عبارتند از:
1)اولين نوع از اين آجر ها از منيزياي زينتر شده ي منظم (regular Sintered Magnesia) با خلوص 97% Mgo تشکيل شده اند.گرافيت مورد استفاده در اين آجر ها داراي کيفيتي متوسط (95%C) است.
2)نوع دوّم اين آجرها از منيزياي زينتر شده ي با خلوص بالا (Mgo 99%) تشکيل شده است.همچنين گرافيت مورد استفاده در اين نوع نيز خلوص بالايي (c%99)دارند.
3)نوع سوّم اين آجرها از منيزياي زينتر شده وگرافيت با خلوص بالا تشکيل شده اند.وعلاوه براين مواد افزودني هاي آنتي اکسيدان نيز وجود دارند.
آجرهاي منيزيا -گرافيتي در ابتدا براي ساخت کوره هاي الکتريکي سرد شونده بوسيله ي آب استفاده مي شدند امّا بعدها مصرف آنها گسترش يافت واز اين آجرها براي عايق کاري پاروهاي سرباره ( laddle slag lines)، گاز زداها ( degassers) و ... استفاده مي شود.

دولوميت (Dolomite)

کربنات طبيعي دوگانه از منيزيم وکلسيم (CaCo3 0 MgCo3)که به آن دولوميت گفته مي شود را مي توان بوسيله ي پخت در دماي بالا به ديرگداز دو لوميتي (refractory dolomite)تبديل کرد .تعداد محدودي از دولوميت ها در جهان وجود دارند که داراي يکنواختي مناسب،خلوص ورفتار کلسيناسيون در دماي بالا مناسب هستند ومي توان از آنها ديرگدازهاي دولوميتي باقيمت مناسب تهيه کرد.دولوميت با خلوص بالا داراي بيش از 97 درصد Mgo و CaO هستند. ديرگدازهاي دولوميتي سازگار ترين مواد براي استفاده جهت پوشش دهي کوره هاي دوارسيمان هستند واين مواد بدليل خواصّشان باعث بوجود آمدن کوتينگ پايدار در کوره هاي دوار سيمان مي شوند. همچنين مقاومت به شک حرارتي بسيار خوبي داشته ودر شرايط مختلف کار کوره در مقابل عوامل قليايي مقاومت مي کنند.اين ديرگدازها از زير کونياي فرآوري شده استفاده مي شوند وتا از رشد ترک در آنها جلوگيري شود.
ديرگدازهاي کروميتي (Chromite Refrac tories)
در اينجا بايد بايد تفاوتي ميان ديرگدازهاي منيزيا-کروميتي ( magnesite Refravtories chrome) ودير گدازهاي کروميتي -منيزيايي (magnesite - chrome Refractories) قائل شويم. مواد منيزيا - کروميتي معمولا داراي 15- 35 درصد اکسيدکروم (Cr2O3 ) و 50-42 درصد اکسيد منيزيم (Mgo) هستند.در حالي که ديرگدازهاي کروميتي -منيزيايي حداقل 60درصد اکسيد منيزيم (Mgo) و 8-18 درصد اکسيد کروم (cr2 o3) دارند. ديرگدازهاي منيزيا -کروميتي داراي گستره ي وسيعي از ويژگي هاي ثابت است. اين ديرگدازها براي ساخت مجاري عبوري درکوره هاي دما بالا استفاده مي شود. اين مواد را مي توانند در برابر گازها وسرباره هاي خورنده مقاومت کنند. محصولات ديرگداز توليدي از مواد کروميتي -منيزيايي نيز براي استفاده در مکان هاي با دماي بسيار بالا و در تماس با سرباره هاي خورنده ي بازي بوجود آمده در فرآيند ذوب فولاد، مناسب هستند. ديرگدازهاي کروميتي -منيزيايي معمولا مقاومت در برابر خردشدنشان از ديرگدازهاي منيزيا - کروميتي بهتر است.
ديرگدازه هاي زيرکونيا (Zirconia Refractories)
اکسيد زيرکونيم (Zro2) يک ماده ي پلي مورف (Polymorphic material). است از اين رو استفاده از اين ماده به عنوان ديرگداز داراي مشکلاتي است. و اين مسئله ضروري است که قبل از بکار بردن آن به عنوان ديرگداز، آن را پايدار کرد. پايدار نمودن اکسيد زيرکونيوم با افزودن مقادير کم از کلسيم، منيزيم و سزيم اکسيد و... انجام مي شود. خواص زير کونياي پايدار شده به طور عمده به درجه ي تثبيت و کيفيت ماده ي تثبيت کننده و کيفيت مواد اوليّه (اکسيد زيرکونيا) بستگي دارد. ديرگدازهاي زيرکونيا دارا استحکام بسيار بالايي در دماي اتاق هستند . و اين استحکام را تا بالاتر از 1500C حفظ مي کنند بنابراين اين ديرگدازها براي استفاده شدن در کوره ها و پاتيل ها مناسب هستند.رسانايي گرمايي اکسيد زيرکونيا نسبت به اغلب ديرگدازها بسيار کمتر است. از اين رو اين ماده به عنوان ديرگداز عايق براي دماهاي بالا مورد استفاده قرار مي گيرد. بدليل اينکه اتلاف گرمايي اکسيد زير کونيا بسيار پايين است و همچنين اين ماده به آساني با فلزات مذاب واکنش نمي دهد. بنابراين اين ديرگداز به طور خاص مي تواند در بوته هاي ذوب فلزات استفاده شوند. زير کونيا ماده ي ديرگداز مناسب براي کوره هاي ذوب شيشه است. زيرا اين ماده به آسماني با شيشه مذاب تر نمي شود و از اين رو به آساني با شيشه واکنش نمي دهد.

ديرگدازهاي اکسيدي

غالباًٌ مواد ديرگداز آلومينايي که داراي اکسيد آلومينيم و مقادير ناچيز از ناخالصي هستند، به عنوان آلوميناي خالص شناخته مي شوند.
آلومينا يکي از پايدارترين اکسيد هاي شناخته شده است.اين ماده استحکام مکانيکي بسيار خوبي دارد. اين اکسيد در آب، بخار آب، بسياري از اسيدهاي غير آلي ومواد قليايي حل نمي شود. اين خواص باعث شده است تا آلومينا ماده ي مناسب براي ساخت بوته هاي ذوب سديم کربنات، سديم هيدروکسيد وسديم پراکسيدباشد.
اين ماده مقاومت بسيار خوبي در برابر اتمسفرهاي اکسيدي واحياي دارد. آلومينا به طور فراوان فرآيندهاي حرارت دهي صنعتي استفاده مي شود. آلوميناي بسيار متخلخل نيز براي عايق بندي کوره هاي استفاده مي شوند که در دماهاي بالا تر از 1850C کار مي کنند.

ديرگدازهاي مونو ليتيک (Monolitic Refractories)

ديرگدازهاي مونوليتيک مخلوط هايي از گرانول هاي خشک يا مواد پلاستيک هستند که براي عايق کاري به بخش هاي مورد نظر متصل مي شوند. ديرگدازهاي مونوليتيک شامل ديرگدازهاي پلاستيک (plastic nefractories) ، مخلوط هاي کوبيدني (ramning Mixes) ، مخلوط هاي پاشيدني (gunning Mixes) ، وريختي ها ( Castable) مي شوند.
درگدازهاي مونوليتيک با سرعت بالايي درحال جايگزيني با ديرگدازهاي نپختني هستند.اين جايگزيني بيشتر در پاتيل هاي صنعتي اتفاق مي افتد.ويژگي هاي مهم اين ديرگدازها عبارتند از:
1)کم شدن محل اتصال دوقطعه ديرگداز.در واقع اين شکاف ها ، نقاط ضعيف ذاتي در محصولات ديرگداز هستند.
2)نصب واجراي اين ديرگدازها سريعتر است و نياز به مهارت کمتري دارد.
3)خواص اين ديرگدازها از آجرهاي پرسي بهتر است.
4)حمل ونقل اين نوع دير گدازها آسان تر است.
5)زمان تعميرات براي دستگاه هايي که بوسيله ي اين نوع ديرگدازها آستر کاري مي شوند،کوتاهتر است.
6)اين نوع ديرگدازها محدوديت شکلي ديرگدازهاي ديگر را ندارند.
7)اين ديرگدازهاي مقاومت بهتري در برابر تخريب شدن دارند.
8)اين ديرگدازها ثبات ابعادي بهتري دارند.
9)روش هاي نصب واجراي اين ديرگدازها قابل بهبود هستند.
10)اين ديرگدازها را حتي زماني که کوره ي خاموش گرم است نيز مي توان تعمير نمود.
11)کاربردهاي اين نوع ديرگدازها متعدد است.

مواد عايق کننده (Insulating materials)

مواد عايق کننده اتلاف گرمايي زيادي را که از ميان ديوارها اتفاق مي افتد،کاهش مي دهد.عايق کاري هنگامي مؤثر است که يک لايه از مواد داراي رسانش گرمايي پايين بين محل گرم وسرد،ايجاد گردد. وجود اين لايه باعث مي شود تا دماي سطح سرد کاهش يابد.
رسانايي گرمايي پايين مواد عايق بخاطر وجود تخلخل دراين مواد ايجاد مي شود.اين درحالي است که ظرفيت گرمايي اين مواد به دانسيته ي بالک وگرماي ويژه (Specific heat) بستگي دارد. ساختار اين گونه مواد عايق بدين صورت است که در آنها تخلخل هاي بسيار ريز وجود دارد. و در داخل اين تخلخل ها پر از هواست. در واقع خود هوا نيز داراي رسانايي گرمايي بسيار اندک است. گرماي زياد بر روي مواد عايق اثرات مضر دارد. امّا دمايي که در آن دما مواد عايق مختلف اين اثرات نامطلوب را نشان مي دهند، متفاوت است. از اين رو انتخاب يک عايق مناسب بايد با توجه به دماي کاربري و خصوصيات رسانشي آن انجام شود.

يکي از پرمصرف ترين مواد عايق دياتوميت (diatomite) است . اين عايق با نام kieselguhr نيز معروف است .ساختار دياتوميت بدين صورت است که در آن توده اي اسکلت مانند از گياهان آبزي بسيار ريز وجود دارد.اين گياهان هزاران سال پيش در کف درياها ودرياچه ها دفن شده اند.از لحاظ شيميايي اين ماده از سيليس مخلوط شده با رس ومواد آلي تشکيل شده است.امروزه گستره ي وسيعي از ديرگدازهاي عايق وجود دارند که اين ديرگدازهاي عايق داراي خواص متنوعي هستند. خواص فيزيکي مهم برخي از ديرگدازهاي عايق در جدول سه آورده شده است.
چيدمان عايق ها (attaching Insulation)
روش چيدمان آجرهاي عايق در شکل يک آورده شده است. درشکل يک ، يک آجر 115 ميلي متري در بخش بيروني جداره ي داخلي قرار دارد. همچنين فضاي خالي به اندازه ي 76 ميلي متر بين ديواره هاي قديمي وجديد رها مي شود که ممکن است اين فضا با آجرهاي عايق پر شود .براي اينکه صلبيت جداره حفظ گردد اين مسئله ضروري است که ديواره بوسيله ي يک تير T شکل 600 ميلي متري مهارگردد.

الياف سراميکي (Ceramic Fibers)

الياف سراميکي نيز يکي از گروه هاي مواد عايق هستند.الياف سراميکي بوسيله ي وزش يک گاز با سرعت بالا به باريکه اي از مذاب ماده اي آلومينو سيليکاتي توليد مي گردد .مذاب داراي ترکيب شيميايي مشخص است و بنابراين سرعت وزش باد وترکيبش معين مي گردد.پس از سرد شدن سريع مذاب، موادي کرک مانند حاصل مي گردد.اين مواد که شبيه به الياف پنبه هستند را مي توان با استفاده از فرآيندهاي ريسندگي به پارچه،پتو، بلوک و... تبديل کرد.
اين محصولات داراي خصوصيات زير هستند.
1) رسانايي گرمايي پاييني دارند.
2) حجم حرارتي (heat Storage)بسيار پاييني دارند.
3) بسيار سبک هستند.
4) در مقابل شک هاي حرارتي ايمن هستند.
5) از لحاظ شيميايي پايدار هستند.
6) مقاومت به ترشدن در برابر فلزات غير آهني مانند آلومينيوم - روي وآلياژهايشان را دارند.

انتخاب ديرگدازها (Selection of refractories)

فاکتورهاي اساسي که بر روي عملکرد ديرگدازها اثر مي گذارد عبارتند از:
دما، ترکيب شيميايي، ترکيب شيميايي گاز يا سرباره، سرعت حرکت سرباره (حالت آرام يا توربلانت)، تنش هاي ترمومکانيکي. علاوه براين، انتخاب نوع ديرگداز به نوع کوره و يا واحد حرارتي و شرايط غالب در حين کاربرد بستگي دارد. شرايط غالب در حين کاربرد عبارت است از:
اتمسفر گازي ، حضور سرباره ، نوع فلز شارژ شده به کوره و ... .
دماي کاربرد ممکن است مهمترين عامل باشد اما قطعً تنها عامل قطعي براي انتخاب ديرگدازها نيست. انتخاب صحيح ديرگدازها براي کاربردي خاص باعث مي گردد تا عملکرد آن فرآيند به خاطر خواص آن ديرگداز تحت تأثير قرار گيرد. و بهبود يابد. هر طراح کوره بايد اطلاعات کافي در مورد وضعيتي که ديرگدازهاي يک کوره با آنها روبرو مي شوند، داشته باشد. سازندگان و استفاده کنندگان از ديرگدازها بايد قبل از انتخاب ديرگداز به نکات زير توجه کنند.
1) ناحيه ي مورد استفاده
2) دماي کارکرد
3) ميزان سايش و ضربات اعمالي
4) نيروهاي ساختاري وارد بر کوره
5) استرسهاي اعمالي به خاطر گراديان دما در ساختار و نوسان دمايي
6) سازگاري شيميايي با محيط کوره
7) انتقال حرارت و صرفه جويي در مصرف انرژي
8) صرفه جويي اقتصادي
از ميان فاکتورهاي بالا بايد ارزيابي هدفمند صورت گيرد. تخمين مناسب از ويژگي هاي مورد نياز بايد به عنوان خطوط راهنما براي انتخاب مواد ديرگداز در نظر گرفته شود.
مسئله ي حفاظت از انرژي مسئله ي بسيار مهمي است که مورد توجه توليد کنندگان و مصرف کنندگان کوره ها است. مصرف سوخت را مي توان به دو روش کاهش داد. يکي با عايق کاري و دومي با افزايش سرعت فرآيند توليد. هر دو روش گفته شده باعث کاهش مصرف انرژي براي هر تن محصول توليدي مي شوند.
- واقعيات در مورد ديرگدازهاي انتخابي
1) واکنش ها و سايش به صورت اکسپنانسيلي با افزايش دما، افزايش مي يابد.
2) سيکل هاي گرمايي باعث پديد آمدن ترک، کاهش استحکام و خردشدن مواد مي شود.
3) فعل و انفعالات در ديرگدازها عادي است.
4) محکم تر همواره بهتر نيست.
) عمر مفيد آستر ديرگداز بوسيله ي ضعيف ترين بخش آن تعيين مي شود.
6) عمر مفيد کوتاه تر مي تواند ارزش افزوده ي بيشتري داشته باشد.
7) ساخت ديرگدازها بايد با استفاده از مواد خالص تر و بسيار ظريف توليد شود.
8) طراحي ريزساختار-کنترل شکل دانه ها
اجزاي تشکيل دهنده ي آستر هاي دير گداز
جداره هاي پوشش داده شده با ديرگداز از يک غشاء فولادي در بيرون و چندين غشاء ديرگداز در داخل تشکيل شده است.
آسترهاي ديرگداز ممکن است از مواد مونوليتيک ريختني يا آجرچيني (با ملات يا بدون ملات) تشکيل شده باشد.
در اکثر موارد، آستري ها از چندين لايه ديرگداز با خواص متفاوت تشکيل شده اند:
- لايه ي داخلي آستر ديرگداز که با فرآيند (مذاب فلز، سرباره و گازهاي خورنده) در تماس است.
- لايه هاي بين پوسته و لايه ي داخلي که در اغلب موارد براي ايجاد ايمني و عايق کاري استفاده مي شوند. لايه هاي عايق براي جلوگيري از هدررفتن انرژي و نگه داشتن دماي پوسته در سطح مناسب، استفاده مي شود.
ديرگدازها در هنگام حرارت ديدن داراي انبساط معناداري هستند. در شرايط کاري، تحت شرايط محدود کننده ي مکانيکي و گرمايي، آسترهاي ديرگداز بواسطه ي گراديان دمايي و نيروهاي گرمايي تغيير ضخامت پيدا مي کنند.
انبساط گرمايي آزاد آستر نسوز بوسيله ي ساختار فولادي بيروني (پوسته) کنترل مي شود. در اکثر موارد،تنش هاي گرمايي بوجود آمده به دليل وجود موانع حرارتي بسيار بيشتر از تنش هاي بوجود آمده بوسيله ي وزن کوره است. (تنش هاي حاصل از وزن به عنوان مثال در گستره ي 0.2 تا 1 مگاپاسکال است در حالي که تنش هاي حاصل از انبساط گرمايي مي تواند در گستره ي 15-100 مگاپاسکال باشد.) از ميان تمام شکل هاي مورد استفاده در ساخت ديواره هاي صنعتي، به نظر مي رسد که ساختارهاي ديرگداز مسطح و استوانه اي بهترين هندسه را داشته باشند. ديواره هاي عايق کاري شده با نسوزها عموماً به دو صورت ساخته مي شوند: يکي به صورت استوانه اي و يکي مسطح.
- آسترهاي استوانه اي که به خاطر انبساط حرارتي و فشار هيدرواستاتيک (حاصل از مذاب فلزي) در تماس کامل با پوسته ي فولادي است. بنابراين هر دو نيروي وارده بر بدنه ي ديرگداز به صورت يکنواخت بر بدنه ي استوانه اي وارد مي شود.
-رفتار آسترهاي ديرگداز مسطح به طور قابل ملاحظه اي از آسترهاي استوانه اي متفاوت است. آسترهاي مسطح ديرگداز در معرض جابجايي به سمت بيرون و داخل است. اين جابجايي ها ممکن است موجب پيچش آستر ديرگداز شوند. اين پيچش ها که در هنگام ايجاد فشارهاي سيکلي و نيروهاي انبساطي ايجاد مي شوند ممکن است به آستر آسيب برساند.
براي جلوگيري از ايجاد شکست هاي قابل توجه و آسيب ديدن آستر ديرگداز بوسيله ي نيروهاي حرارتي در مرحله ي ساخت اين آسترها بايد به مسائل زير توجه کرد:
1) انتخاب مواد ديرگداز سازگار براي ساخت آسترهاي ديرگداز
2) آناليز ترمومکانيکي منطقي و طراحي درست جهت توزيع مناسب تنش-کرنش
3) محاسبه ي شرايط عملياتي بهينه (مخصوصا دياگرام حرارت دهي)

ديرگدازها در کوره ها و پاتيل ها

کوره ها و پاتيل ها به طور خاص به عمليات حرارتي و کاربردهاي ذوب کردن مربوط مي شوند. که معمولاً اين فرآيندها در دماهاي بسيار بالا انجام مي شود. آجرهاي ديرگداز براي آسترکاري داخلي کوره ها مورد استفاده قرار مي گيرد. هنگامي که يک کوره از دماي پايين حرارت مي بيند و گرم مي شود، در مرحله ي اوليه اين حرارت صرف مي شود تا دماي آستر به دماي بالا برسد. انرژي حرارتي مورد نياز براي افزايش دماي کوره به زمان سيکل کاري کوره بستگي دارد. مصرف انرژي در مورد کوره هاي با سيکل هفتگي زياد است زيرا اين کوره ها معمولاً در آخر هفته مورد استفاده قرار نمي گيرند. در مورد کوره هاي با سيکل روزانه نيز مصرف انرژي بالاست. در واقع اين کوره ها در طي شب خاموش هستند. در نهايت در کوره هايي که در هر بار استفاده (در هنگام شارژ بدنه) روشن و در پايان عمليات خاموش مي شوند، مصرف انرژي بوسيله ي آستر آجرکاري شده مناسب است.
حرارت ذخيره شده در داخل کوره به وزن، ظرفيت حرارتي و دماي اجزاي کوره بستگي دارد.
بدون توجه به دو نوع کوره ي مورد استفاده اتلاف گرمايي نتيجه اي از:
1) اتلاف گرما از ديواره هاي کوره بوسيله ي فرآيند رسانش، تابش و همرفت
2) اتلاف گرمايي که حاصل از ذخيره شدن گرما در بخش هاي غيرضروري است.
به هرحال تفاوت هايي در مقادير اين اتلاف وجود دارد. در کوره هايي که به صورت مداوم در دماي کارشان، کار مي کنند، مقدار اتلاف انرژي از ديواره ها بسيار بيشتر از مقدار اتلاف گرمايي است که در بدنه ي کوره ذخيره مي شود. در کوره هايي که به طور متناوب روشن و خاموش مي شوند، ممکن است مقدار اتلاف حاصل از ذخيره ي گرما در بدنه ي کوره بيشتر باشد (در واقع در هر بار گرم شدن و سرد شدن کوره اين اتلاف اتفاق مي افتد).
برخي اوقات عايق هاي خارجي براي کاهش اتلاف گرمايي استفاده مي شود. در کوره هاي مداوم و يا آنهايي که داراي سيکل گرمايي طولاني مدت هستند، عايق کاري از اتلاف گرما از ديواره ها و سقف جلوگيري مي کند. در کوره هاي با سيکل گرمايي کوتاه مدت (کوره هاي متناوب)، عايق کاري سبب کاهش اتلاف گرمايي مي شود ولي با اين حال اين مسئله هنوز هم مورد توجه قرار نگرفته است.
مزيت هاي برجسته ي استفاده از عايق کاري در کوره ها را مي توان بوسيله ي مثال زير بيان کرد:
يک کوره ي آجرکاري شده ي ديرگداز با ضخامت عايق کاري 4 اينچ و دماي جداره ي داخلي 2000F، داراي اتلاف گرمايي برابر BTU 145 (واحد بريتانيايي گرما) بر فوت مربع است. هنگامي که ضخامت به 8 اينچ برسد، اتلاف گرما کاهش مي يابد و به BTU 32 بر فوت مربع مي رسد. و هنگامي که ضخامت به 9 اينچ برسد، اين اتلاف دوباره کاهش يافته و به BTU 18 بر فوت مربع مي رسد.
اتلاف گرمايي را همچنين مي توان با افزايش صخامت آجر ديرگداز به مقدار قابل قبولي کاهش دهيم اما اين روش، روش مؤثري نيست، زيرا باعث افزايش هزينه ي ساخت کوره مي شود. البته اين روش از روش عايق کاري بهتر است.

اثرعايق کاري بر روي دماي ديرگدازها

هنگامي که ديواره ي خارجي يک کوره عايق کاري شود، اتلاف گرمايي بايستي کاهش يابد و يا گرماي توليدي در داخل کوره بهتر نگهداري مي شود. اين بدين معناست که در عمل، دماي ميانگين ديواره هاي ديرگداز حتي هنگامي که مصرف سوخت کاسته مي شود، همچنان افزايش يافته و اين مسئله مي تواند باعث گردد که ديرگداز و يا عايق گداخته شود بنابراين:
1) ديرگداز ممکن است ذوب شود و کوره متلاشي شود.
2) عايق ممکن است آسيب ببيند و غيرفعال شود.
اتلاف گرمايي از ديواره هاي کوره
اتلاف گرمايي از جداره هاي پاتيل و کوره مي تواند به طور اساسي بر مقدار مصرف سوخت و هزينه ي صرف شده براي توليد محصولات اثر بگذارد. مقدار اتلاف گرمايي از ديواره ها به موارد زير وابسته است:
1) قابليت نشر (emissivity) ديواره
2) رسانش ديرگداز
3) صخامت ديواره
4) مداوم بودن يا متناوب بودن کوره
مواد مختلف قابليت نشر متفاوتي دارند مثلاً قابليت نشر ديواره هاي پوشش داده شده با دوغاب آلومينيومي کمتر از آجرهاست.

شکل يک نشان دهنده ي ضريب اتلاف گرمايي براي شرايط زير است :

1) سطح معمولي
2) سطح پوشش داده شده با دوغاب آلومينيومي
نمودار رسانش گرمايي مواد ديرگداز متنوعي مانند آجر سيليس، آجر ساخته شده از رس نسوز و آجر عايق (Insulation) نسبت به دما در شکل دو آورده شده است.

بنابراين در دماي 600 درجه سانتيگراد که دمايي متوسط محسوب مي شود، رسانش آجر عايق تنها 20% آجر ساخته شده با رس نسوز است.
اتلاف گرمايي را مي توان با افزايش ضخامت جداره و يا استفاده از آجرهاي عايق کاهش دهيم. دماي جداره ي بيروني و اتلاف گرمايي براي يک ديواره ي مرکب از آجر عايق و آجر ساخته شده بارس نسوز بسيار پايين تر است زيرا رسانايي آجر عايق در مقايسه با آجرهاي ديرگداز کمتر است.
اگر ضخامت ديواره ي کوره کم باشد و همچنين در ساخت آن از آجر عايق استفاده نشده باشد، اتلاف گرمايي در اين ديواره افزايش مي يابد. اين مسأله بوسيله ي شکل سه نشان داده شده است.

بنابراين اتلاف گرمايي براي ديواره ي کوره اي با ضخامت 115 ميلي متر در دماي 650 درجه سانتيگراد، 2650 کيلوکالري بر متر مربع بر ساعت [kcol/m2.hr] است که در صورتي که از عايق استفاده شود اين مقدار به 850 کيلوکالري بر مترمربع بر ساعت کاهش مي يابد.

اتلاف گرمايي از جداره ي کوره به عوامل زير بستگي دارد :

1) دماي داخل کوره
2) دماي هواي بيرون
3) سرعت جريان هواي بيرون
4) پيکربندي ديواره هاي کوره
5) قابليت نشر ديواره ها
6) ضخامت ديواره ها
7) رسانايي گرمايي ديواره ها
دو مورد آخر که در بالا اشاره شد به راحتي بوسيله ي توليدکنندگان کوره قابل کنترل است. از بحث انجام شده مي توان موارد زير را نتيجه گرفت :
1) هنگامي که ضخامت ديواره افزايش يابد،اتلاف گرما کاهش مي يابد.
2) هنگامي که ضخامت عايق افزايش يابد، اتلاف گرما کاهش مي يابد.
3) تأثير عايق کاري در کاهش اتلاف گرما از افزايش ضخامت ديرگداز بيشتر است (تقريباً يک سانتيمتر از يک آجر عايق تأثيري برابر با 5-8سانتيمتر آجر ساخته شده از رس را دارد.)
4) در کوره هاي غيرمداوم، جداره ي عايق کاري شده ي نازک نسبت به جداره هاي ضخيم تر ترجيح داده مي شود زيرا در جداره هاي نازک تر انرژي کمتري ذخيره مي گردد.
5) يکي از روش هايي که مي تواند استفاده گردد تا گرماي ذخيره شده را کاهش دهيم اين است که ديرگدازهاي بخش داخلي آستر نسوز را از نوع مواد عايق استفاده کنيم.

ديرگدازهاي مناسب با استحکام خوب و مقاوم در برابر خردشدن را مي توان در گستره ي دمايي 1300 درجه سانتيگرد استفاده کرد. اين ديرگدازها که از جمله مواد عايق محسوب مي شوند را عايق هاي هات فيس (hot face insulation) ناميده مي شوند.
6) آجرهاي ساخته شده از عايق هاي هات فيس از ديرگدازهاي معمولي سبک ترند. اين آجرها معمولاً وزني معادل يک سوم يا يک دوم آجرهاي ديرگداز معمولي دارند. بنابراين گرماي ذخيره شده در داخل اين آجرها بسيار کم است.

کاربرد مواد ديرگداز

مواد ديرگداز به عنوان محافظ براي پوسته ي کوره و پاتيل استفاده مي شوند.اين مواد بدنه ي کوره و پاتيل را در برابر دماهاي بسيار بالا محافظت مي کنند.در واقع ديرگدازها براي آسترکاري کوره هاي دما بالا، رآکتورها و ديگر واحدهاي توليد استفاده مي شوند.
ديرگدازها به دليل برخورد با مواد شيميايي و تحمّل فشارهاي مکانيکي، سايش پيدا مي کند و تخريب مي شوند.اين فشارهاي مکانيکي باعث پديد آمدن ترک هاي زيادي در ديرگداز مي شود که در نهايت ديرگداز تخريب مي شود.اين ترک ها معمولا به دلايل زير رخ مي دهد:
1)بوجود آمدن و رشد ترک
2)تخريب ماده
3)خزش
4)و...
وسايل مورد استفاده در متالوژي بايد توانايي مقاومت در برابر حملات سرباره، ايروژن حاصل از اجزاي مايع، شک حرارتي و ديگر نيروهاي تخريبي را داشته باشند.انتخاب ديرگداز براي آسترکاري اين وسايل همواره از ميان ترکيب هاي متنوعي از مواد با کيفيت بالا انجام مي شود.همچنين توجه به ابعاد اين آسترها نيز مهم است زيرا ابعاد بزرگ باعث کاهش کارايي وسيله مي شود.
به دليل افزايش رقابت هاي صنعتي، توسعه ي ديرگدازها با سرعت زياد در حال انجام است.اين سرعت در توسعه به خاطر فشارهاي وارده براي بهبود خواص ديرگدازها پديد آمده است.نتايج حاصل از تحقيقات در اين زمينه باعث مي شود فرآيندهاي متالوژي عالي عملي گردد.اين تحقيقات عمدتا بر روي دو مسئله تأکيد دارد؛ يکي افزايش طول عمر ديرگدازها و ديگري افزايش قابليت اطمينان به اين مواد.

فولاد و آهن

صنعت فولاد و ذوب آهن مصرف کننده ي عمده ي مواد ديرگداز است.تقريبا 70 درصد ديرگداز توليدي در اين صنعت مصرف مي شوند.
در بخش هاي مختلف پروسه ي توليد فولاد شرايط متفاوتي از لحاظ دما،وجود يا عدم وجود سرباره و گازهاي سولفوردار وجود دارد. به دليل اينکه هر بخشي از اين صنايع داراي شرايط کاري خاصي است بنابراين ديرگدازهايي با گريدهاي مختلف براي اين بخش ها تهيه شده است.
انتخاب ديرگدازها براي آسترکاري يک کوره همواره براساس ترکيبي معين از ماده ي ديرگداز انجام مي شود.در واقع علاوه بر ترکيب ديرگداز، اندازه ي آجرهاي توليدي از اين ديرگدازها نيز به گونه اي است که ماکزيمم کاربري از آنها گرفته شود.
سايش گزينشي در مواضع خاص رخ مي دهد.اين سايش در آسترهاي در تماس با سرباره اتفاق مي افتد که براي جلوگيري از اين نوع خوردگي انتخاب مواد با دقت فراواني انجام مي شود.همچنين علاوه بر انتخاب صحيح نوع ديرگداز نحوه ي اعمال آن نيز مهم مي باشد.
صنعت فولاد ديرگدازها را براي کاربردهاي متنوعي استفاده مي کند.که اين کاربردها عبارتند از:
1)کوره بلند (blast furnace)
2)کوره ي ذغالي (Coke owen)
3)پاروهاي تورپدو (Tor pedo ladles)
4)کوره ي اکسيژن دهي فولاد (Basic oxygen Furnace)
5)کوره ي قوس الکتريکي (electric arc Furnace)
6)کوره ي دوقلوي فولاد سازي (Twin Hearth Furnace)
7)کوره ي بهينه سازي انرژي (onergy Optimizing Furnace)
8)پاروهاي تصفيه ي ثانويه (Secon dory Rifining Ladles)
9)جدارهاي ساخته شده از فولاد زنگ نزن (Stanless Steel Vessles)
10)دريچه هاي تنظيمي ساخته شده از ديرگدازها (Slide gate Refractories)
11)ديرگدازهاي بکارفته در تانديش ها (Tandish Refractories)
12)کوره ي القايي (Induction Rurnace)
گستره ي وسيعي از ديرگدازها مورد استفاده در کوره ي اکسيژن دهي فولاد از جنس منيزيا- گرافيتي هستند.ديرگدازهاي منيزيا- گرافيتي از منيزياي زنيتر شده يا فيوزد ساخته مي شوند.که در آن از بايندرهاي قيري يا زرين استفاده مي شود.
يک محصول ديرگداز با کيفيت بالا هنگامي که به همراه ساپورت فلزي مناسب استفاده شود مي تواند محصولاتي با کارايي بالا پديد آورد. به طور نمونه وار، عناصر عمده اي که به همراهي ديرگدازها در خطوط توليد فولاد کاربرد دارند را در زير بيان مي کنيم.

1) زير اجاقي (Sub bearth)

زيراجاقي کوره داراي عمري طولاني در مقايسه با ديگر اجزاي خط توليد فولاد است.اين قطعه تنها در مواقعي عوض مي شود که نشت آب از آن زياد باشد.و يا آستر آن بشدّت آسيب ديده باشد.آستر زيراجاقي معمولا از آجرهاي منيزيايي با کيفيت بالا ساخته مي شود.

2) بخش اصلي کوره (Working hearth)

بخش اصلي کوره را بايد به گونه اي آسترکاري کرد که بتواند در مقابل دماهاي بالا، سيکل هاي دمايي و برخورد قطعات بزرگ شارژ کوره، مقاومت کند.کوره هاي امروزي از انواع ديرگدازهاي مونوليتيک ساخته مي شوند.در اين نوع ديرگدازها، پودر مواد ديرگداز (معمولا ديرگدازها بر پايه ي MgD)به صورت يک مخلوط درآورده مي شود.و بر روي جداره ي ديوار اعمال مي شود.البته در برخي از کوره ها ترجيح داده مي شود که از آجرهاي عايق استفاده شود.اين نوع آجرها عمدتا از نوع منيزياي پخته شده و اشباع شده با قير است.

ديواره هاي کناري

در ناحيه ي ديوار کناري 3 نقطه ي مهم وجود دارد.اين سه نقطه عبارتند از:
1) خط سرباره
2) نقاط داغ
3) مکان قرارگيري و فرود آمدن مواد شارژ شده به کوره
خوردگي متعادل و متوازن آستر نسوز يکي از معيارهاي انتخاب نوع ديرگداز مصرفي براي يک نقطه ي معني است از اين رو براي حفظ اين عمل ما نيازمند اين هستيم که نوع ديرگداز و ضخامت آن را با توجه به مکان قرارگيري آن در کوره انتخاب کنيم.در اکثر کوره هاي از محصولات منيزيا-گرافيتي براي آسترکاري ديواره ها استفاده مي شود.همچنين عملکرد اين کوره ها تحت تأثير ميزان بازي بودن مواد اوليّه و درصد گرافيت است.عملکرد اين کوره ها به طور محسوس با افزايش اندازه ي کريستال هاي منيزيا افزايش مي يابد.و حد نهايي آن استفاده از منيزياي فيوزد است.افزايش درصد گرافيت نيز همين اثر را دارد.اگر چه فقط کربن در ساختار بسيار مهم مي باشد.

ديواره ي کناري اصلي

اين مکان ها در ميان نقاط داغ واقع شده است.دماي اين مکان هاي بسيار بالاست.
فاکتورهاي عمده ي تأثيرگذار بر روي کاربرد ديرگدازها عبارتند از: دما، نفوذ سرباره است.
در کوره هايي که با آب سرد و خنک سازي مي شوند، ديرگدازهاي منيزيا-گرافيتي با حداقل مقدار کربن 10 درصد مناسب است.

نقاط داغ

سايش اتفاق افتاده در نقاط داغ مانند سايشي است که در ديواره ي کناري اصلي اتفاق مي افتد.امّا به خاطر دماي بالاي بوجود آمده بوسيله ي شعله ي مستقيم،اين سايش تشديد مي شود.در اين مکان ها ديرگدازهاي منيزيا-گرافيتي با کيفيت بالا و درصد گرافيت 20 درصد ترجيح داده مي شوند.در اين ديرگدازها هم از کريستال هاي با سايز بزرگ و هم از منيزياي فيوزد استفاده مي شود.در مکان هاي قرارگيري مشعل هاي سوخت -اکسيژن (oxy-fuel Burners)،اکسيداسيون کربن اين نوع ديرگدازها رخ مي دهد (محيط هاي اکسايشي)و اين مسئله ممکن است با استفاده از پودر نرم فلزات کاهش يابد.

خط سرباره

طبيعت خورنده ي گداز آورهايي چون فلئوريت داراي اثر نامطلوبي در بخش خط سرباره دارد.در اين مکان ها، ديرگدازهاي با منيزياي با کيفيت استفاده مي شود که اين ديرگدازها معمولا داراي کريستال هاي درشت هستند يا از منيزياي فيوزد در آنها استفاده شده است. در مکان هايي که سرباره داراي مقادير بالايي اکسيد آهن باشد، منيزيا-گرافيتي را با استفاده از افزودن، افزودني هاي فلزي محافظت مي کنند.

دريچه هاي مشعل و خروجي سرباره

در اين مناطق از کوره سايش بوسيله ي اکسيداسيون و برخورد سرباره اتفاق مي افتد.در اين مناطق نيز ار ديرگدازهاي منيزيا-گرافيتي با افزودني هاي فلزي استفاده مي شود.

سقف

سقف کوره ي قوس الکتريکي داراي سيستم آب گرد است.و از اين رو در اين مکان ها نياز به استفاده از ديرگدازهاي با کيفيت بالا نيست.فاصله ي ميان الکترودها در اين کوره بوسيله ي مواد مونوليتيک يا اشکال پيش ساخته پر مي شود براي ساختن ورودي الکترودها معمولا از آجرهاي نسوز استفاده مي شود.مواد مورد استفاده در اين مکان ها نيازمند تحمل شک حرارتي بالا هستند.و همچنين بايد مقاومت به سايش خوبي داشته باشند.ديده شده است که ديرگدازهاي آلومينايي در اين مکان ها داراي عملکرد خوبي هستند.
در جاهايي که سقف کوره آجرچيني مي شود، بار گرمايي بالايي بر آن وارد مي شود و همچنين نفوذ سرباره و مواد مذاب در آن بيشتر است.مواد عمليات حرارتي شده ي با بايندر فسفاتي به خاطر مقاومت خوب در برابر تکّه تکّه شدن و نفوذ سرباره و مواد مذاب، براي سقف مناسب مي باشند.

نازل ها

گستره ي وسيعي از نازل هاي بر پايه ي زيرکون (سيليکات زيرکونيوم)و زيرکونيايي پايدار شده وجود د ارد.اين نازل ها در اندازه و شکل هاي متنوع ساخته شده اند.

صنعت مس

در صنعت مس آجرهاي کروميتي-منيزيايي با پيوند مستقيم (Chrom Brick Direct Bonded) متداولترين نوع ديرگدازي است که رد سراسر دنيا استفاده مي شود.
توده ي مذاب مس با استفاده از ذوب کننده هاي تابشي (Flash Smelters) و کوره ي انعکاسي (reverberatory Furnaces: کوره هايي که گرما را از سقف به سوي مواد در حال گداختن منعکس مي کند)
کوره هاي تابشي (Flash Furnace) داراي مزاياي بيشتري نسبت به کوره هاي انعکاسي است.مخصوصاً اين کوره ها مصرف سوخت کمتري دارند و محصول بيشتري توليد مي کنند.
انواع ديگر از ذوب کننده ها و ادوات مورد استفاده در صنعت مس عبارتند از:
1)کوره ي ايسا (Isa Furnace)
2)کنورتورهاي اسميت پير (Pieree smith Convertors)
3)کوره هاي پالايش آنودي (Anode refining Furnaces)
4)کوره هاي دوّار نگهدارنده (Rotary Holding Furnace)
5)کوره هاي قوس الکتريکي تميز کننده ي سرباره (Cleaning electric Arc Furnace Slag)
6)و...
فرآيند تولدي مس يا به صورت سنتّي و يا به صورت پيشرفته انجام مي شود که در هر دو نوع از اين فرآيندها ديرگدازهاي کروميتي-منيزيايي استفاده مي شوند.اين مواد به همراه مواد آلومينوسيليکاتي براي آسترکاري خطوط توليد استفاده مي شوند.همچنين براي استرکاري اين بخش هاي گستره ي وسيعي از ملات ها (mortars)و مواد مونوليتيک وجود دارد.

فرآيند ذوب (Smelting Proces)

جداره هاي اوليّه که براي ذوب کردن از آنها استفاده مي شود، کوره هاي تابشي، کوره هاي انعکاسي و يا کوره هاي قوس الکتريکي هستند.آستر اين کوره ها عمدتاً تحت حمله ي سرباره و گازهاي گوگرد دار قرار مي گيرند.سرباره ي موجود در اين فرآيند مقادير بالايي اکسيد آهن و سيليس دارد که هر دوي اين مواد با ديرگدازهاي منيزيايي واکنش مي دهند و منيزيوفريت (Magnesio-Ferrite)و فورستريت تشکيل مي شود.همچنين سولفور موجود در اتمسفر گازي نيز با منيزيا واکنش مي دهد و سولفات منيزيم تشکيل مي شود.همه ي واکنش هاي اتفاق اتفاده در اين نوع ديرگدازها با انبساط حجمي همراه است و همين امر موجب ترک خوردن بخش پشتي سطح در حال برخورد با سرباره مي شود. ترک هاي بوجود آمده نهايتاً موجب آسيب ديدن آستر ديرگداز مي شوند.
ديرگداز از کروميت-منيزيايي با پيوند مستقيم (Magnesite chrome refractories direct bonded)براي استفاده در مکان هايي که در برخورد با سرباره ي مس است، ترجيح داده مي شود.اين نوع ديرگداز تحمل بيشتري در برابر سرباره هاي اسيدي دارد.

کنورتور:

کنورتور مورد استفاده در صنعت مس نيز مانند کوره ي فرآيند ذوب بايد توانايي استقامت در برابر سرباره و گازهاي سولفوردار را داشته باشد.بنابراين شرايط محيطي ديرگدازهاي مورد استفاده در اين صنعت نيز مانند ديرگدازهاي مورد استفاده در کوره است.در اين محل نيز بايد از ديرگدازهاي منيزيا-کروميتي با استحکام، در دماهاي بالا و مقاوم در برابر شک هاي حرارتي، استفاده شود.
کوره ي آندي (Anode Furnace)
سرباره ي کمي در کوره ي آندي وجود دارد.امّا آستر ديرگداز موجود در اين کوره در تماس با مذاب مس و اکسيد مس است.(مس مذاب نفوذپذيري بالايي دارد).نفوذ مذاب مس در ديرگدازهاي اين بخش موجب پديد آمدن ترک هايي مي شود که در نهايت اين ترک ها باعث تخريب ديرگداز مي شوند.
کوره پالايش سرباره (Slag cleaning Furnace)
اين کوره به خاطر کار با سرباره، نيازمند داشتن ويژگي هاي خاصّي است.ديرگدازهاي مورد استفاده در اين بخش بايد رسانايي گرمايي مناسبي داشته باشند (رسانايي گرمايي بالا).مواد کروميتي-منيزيايي با بايندر مستقيم ديرگدازي است که براي آسترکاري اين بخش مصرف مي شود.در واقع اين ديرگدازها به خاطر نفوذپذيري کم سرباره در آنها و مقاومت خوب در برابر سرباره استفاده مي شوند.

صنعت آلومينيوم

ديرگدازهاي مورد استفاده در صنعت آلومينيوم عموماً در چندين وسيله مورد استفاده قرار مي گيرند اين وسايل عبارتند از:
1)کوره هاي پخت آنودي (Anode Beking Furnace)
2)کوره هاي نگهدارنده/ذوب (Melting/Holding Furnace)
3)کوره هاي القايي (Induction Furnace)
4)پاروها (ladles)و مجاري پالايش (launders)
معمولي ترين ديرگدازهاي مورد استفاده در صنعت آلومينيوم عبارتند از:
1)خاک نسوز با کارايي بالا (Super duty Fire cly)و آجرهاي پرآلومينا
2)آجرهاي پرآلوميناي با بايندر فسفاتي
ويژگي هاي خاص مورد نياز براي ديرگدازهاي صنعت آلومينيوم عبارتند از:
1)مقاومت در برابر نفوذ آلومينيوم
2)استحکام بالا
3)مقاومت به خوردگي بالا
گستره ي وسيعي از محصولات ديرگداز براي برطرف شدن نيازهاي مختلف صنعت آلومينيوم به خدمت گرفته مي شود.ديرگدازهايي که در تماس با آلومينيوم هستند از نوع ديرگدازهاي ريختني با سيمان کم و يا بسيار کم هستند.اين ديرگدازها داراي خاصيت عايق کاري هستند.و به صورت محصولاتي با دانسيته ي بالا توليد مي شوند. اين محصولات نه تنها با آلومينا واکنش نمي دهند بلکه با مذاب آلومينا ترشوندگي ندارند.

صنعت سيمان

سيمان توليدي از مجموعه اي از کوره ها و خشک کن ها عبور مي کند.اين ادوات از کوره ي پخت کلينکر گرفته تا کوره هاي کلسينه کننده نيازمند به آسترکاري هستند.ديرگدازهاي مورد استفاده در صنعت سيمان در قسمت هاي زير مصرف مي شوند:
1)پيش کلسينه کننده ها (Per Calciners)
2)کوره ي دوار (rotary kiln)
3)سرد کننده ها (Coolers)
4)مجراها (Ducts)
کوره ي دوّار موجود در يک کارخانه ي سيمان به عنوان قلب آن کارخانه تلقّي مي شود.اين بخش به صورت مستقيم بر روي توليد کارخانه تأثير دارد.با توجه به محل احداث کارخانه و کيفيت مواد اوليّه، نوع ديرگدازهاي مصرفي در صنعت سيمان تغيير مي کند.
ديرگدازهايي که عموما در اين صنعت مصرف دارند عبارتند از:
1)دولوميت
2)اسپينل کروميت-منيزيايي (Magnesia-chrome Spinel)
3)اسپينل آلومينا-منيزيايي (Magnasia-Alumina Spinel)
4)خاک نسوز
5)پرآلومين
نواحي از کوره ي پخت که با کلينکر سروکار دارد را معمولا از ديرگدازهايي دولوميتي آسترکاري مي کنند.که در واقع مزاياي ديرگدازهاي دولوميتي در سراسر جهان مورد تأييد قرار گرفته است.اين مسئله آشکار شده است که سازگارترين ماده براي کوره ي کلينکر، دولوميت است.و همچنين اين ماده کوتينگ مناسبي ايجاد مي کند.اين ديرگدازها را با افزودن مقادير زياد از زيرکونيا در مقابل رشد ترک محافظت مي کنند.
بخش هاي مختلف کوره ي دوار از آجرهاي اسپينلي منيزيا-آلومينايي و آجرهاي پرآلومينا (45%-80Al2O3)آسترکاري مي شوند.آجرهاي اسپنلي منيزيا-آلومينايي داراي خواص ترمومکانيکي و ترموالاستيکي بالا هستند و آجرهاي پرآلومين نيز استحکام بالايي دارند.

صنعت شيشه

کوره هاي صنعت شيشه داراي شرايط کاري زير هستند:
1)دماي کاري بالا
2)نياز به عايق بودن
3)سرعت کشش بالا و سرعت ذوب پايين
4)بخارات خورنده و غبارت مواد اوليّه
ديرگدازهاي مورد مصرف در کوره هاي ذوب شيشه معمولا در نواحي زير مصرف مي شوند:
1)ذوب کننده (melter)
2)پالايش دهنده (refiner)
3)داگ هوس (Dog house)
4)خروجي هاي کوره
مواد ديرگداز زيرکونيايي براي استفاده شدن در کوره هاي ذوب شيشه مناسب هستند.زيرا اين ديرگدازها به آساني با شيشه مذاب ترشوندگي ندارند و همچنين واکنش کمي با مذاب شيشه دارند.
ذوب کننده / پالايش دهنده
ديرگدازهاي مورد نياز براي ساخت اين بخش ها بايد خواصي از جمله ي خواص زير داشته باشند:
1)مقاومت بالا در برابر بخارات قليايي
2)استحکام بالا در دماهاي بالا
3)مقاومت بالا در برابر خوردگي

سقف :

سقف کوره هاي ذوب شيشه از مواد ديرگداز عايق ساخته مي شوند تا ميزان اتلاف گرمايي کاهش يابد.
خواص مهم ديرگدازهاي مورد استفاده در اين بخش عبارتست از:
1)فاکتور سيلان (Flux Factor)بسيار پايين در دماهاي بالا(0.5>)
2)کوارتز باقيمانده ي بسيار پايين (0.5%>).اين مسئله باعث مي شود تا پايداري حجمي در دماي کاربري بالا رود.
3)مقاومت بالا در برابر بخارت قليايي

ريژنراتورها (Regenerators)

ريژنراتورها گذرگاه هاي تکي يا چندگانه اي است که براي بازيابي انرژي از آنها استفاده مي شود.
احتياج اساسي توليد کننده ي شيشه از يک ريژنراتور، ماکزيمم کردن گرماي بازيابي از گازهاي خروجي کوره و پيش گرم کردن هواي ورودي به کوره است.
براي اپتيم کردن بازيافت انرژي و افزايش طول عمر ديرگدازهاي مصرفي در اين ناحيه بايد ديرگدازهايي را انتخاب کنيم که خواص زيرا را دارند:
1)مقاومت بالا در برابر شک حرارتي
2)استحکام بالا در دماهاي بالا
3)مقاومت در برابر خزش در دماي کاربرد
4)انتقال گرماي بالا

+ نوشته شده در شنبه بیست و دوم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 17:17 توسط مهندس ایمان رستگار |

غشاء سرامیکی

مقدمه

عموماً یک غشاء سرامیکی را می توان به عنوان یک مرز نفوذگزین (pERMSELECTIVE BARRIER) یا یک غربال بسیار ریز تعریف کرد. قابلیت تراوایی و فاکتور تفکیک یک غشاء سرامیکی دوشاخص بسیار مهم در مورد یک غشاء سرامیکی است. این دو فاکتور به طور خاص تابع ضخامت، اندازه ی تخلخل ها و تخلخل های سطحی غشاء است و این در حالی است که در مورد غشاءهای سرامیکی با دانسیته ی بالا، قوانین نفوذ و تفکیک پیچیده تر است. کاربردها و مکانیزم های تفکیک در غشاءهای سرامیکی متخلخل به اندازه ی تخلخل های غشاء سرامیکی وابسته است. ( همانگونه که در جدول 1 نشان داده شده است.)

غشاء های سرامیکی (1)

غشاءهای سرامیکی معمولاً از ترکیب چندین لایه ی یکسان یا متفاوت سرامیکی تشکیل شده اند. معمولاً این لایه ها بوسیله ی یک تکیه گاه با تخلخل های بسیار بزرگ حمایت می شوند. همچنین این لایه ها از چندین لایه ی مزوپورس میانی تشکیل شده اند که یک لایه ی میکروپورس در روی این لایه ها قرار دارد. همانگونه که در شکل 1 نشان داده شده است.

غشاء های سرامیکی (1)

لایه ی پایینی حالت تکیه گاه مکانیکی را دارد و این در حالی است که لایه های میانی دارای تخلخل های مناسب جهت تفکیک هستند. در واقع عمل جداسازی در این مکان اتفاق می افتد. عموماً مواد مورد استفاده برای تولید غشاءهای سرامیکی عبارتند از:Al2o3, Tio2،2, Zro2, SiO2و...همچنین می توان از ترکیبی از این مواد در ساخت غشاء استفاده نمود. به عنوان مثال ویژگی تخلخل های یک غشاء آلومینایی چهار لایه در شکل 2 نشان داده شده است.

غشاء های سرامیکی (1)

این به نظر می رسد که اندازه ی تخلخل های لایه ی جداکننده ی بالایی، لایه های میانی و لایه ی تکیه گاه زیرین به ترتیب در گستره ی 6nm (مزوپورس)، 0.7-0.2 میکرون و 10 میکرون هستند. یک غشاء چند لایه ی پیچیده تر شامل تکیه گاه ماکروپورس از جنس α-〖Al〗_(2O_3 ) دولایه ی مزوپورس از جنس σ-〖Al〗_(2O_3 ) به عنوان لایه های میانی و یک لایه ی میکروپورس به عنوان لایه ی بالایی است.
همانگونه که در شکل 3 مشاهده می شود. (شکل یک میکروگراف از میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) است.) یک لایه ی بسیار نازک از سیلیس به ضخامت تقریبی nm30 با قطر تخلخل 5A درجه به دست آمده است. این میکروگراف علاوه بر این مسئله نشان می دهد که لایه ی سیلیسی در بالای لایه ی σ-〖Al〗_(2O_3 )رسوب کرده است. یکی بخش روشن بین لایه ی سیلیسی σ-〖Al〗_(2O_3 ) قابل مشاهده است. مرز بین اولین و دومین لایه ی σ-〖Al〗_(2O_3 ) در فاصله ی nm25 از سطح قابل مشاهده است.

غشاء های سرامیکی (1)

غشاءهای سرامیکی در بالا به آنها شاره شد را تنها می توان بوسیله ی مراحل چندگانه به دست آورد. همانگونه که در شکل 1 بیان شد، یک لایه ی تکیه گاه در ابتدا برای کاهش تنش های مکانیکی وارد بر لایه ها ایجاد می شود. پس از آنکه لایه ی تکیه گاه ایجاد شد می توان یک یا چند لایه میانی را بر روی لایه ی تکیه گاه پوشش داد و پس از آن لایه ی جداکننده ی پایانی را ایجادکرد. هر کدام از مراحل بالا در دمای بالا اتفاق می افتد. و نیازمند عملیات زینترینگ در دمای بالا می باشد. از این رو هزینه ی تولید غشاء بسیار بالاست. به طور واضح باید گفت ترکیب مراحل چندگانه ی بالا در یک مرحله باعث افزایش زمان ساخت و قمیت ساخت می شود. و از این رو قیمت غشاء بالا می رود. شکل 4 میکروگرافی از یک غشاء سرامیکی با دانسیته ی نامتقارن است که بوسیله ی میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) گرفته شده است. غشاء سرامیکی مشاهده شده در شکل 4 بوسیله ی تکنیک گفته شده در بالا تهیه شده است. همانگونه که می توان دید، یک لایه ی پوسته ماند نازک و متراکم بر روی تکیه گاه متخلخل تجمع یافته است. که جنس آن از همان ماده ی سرامیکی است و تأیید می کند که می توان یک غشاء سرامیکی لایه ای را در یک مرحله تهیه کرد.

غشاء های سرامیکی (1)

اکثر غشاءهای سرامیکی تجاری در اشکال دیسکی، صفحه ای یا لوله ای مانند هستند. این غشاءها عموماً به صورت صفحه یا فرام در کنار هم قرار گرفته یا به صورت غشاء های صفحه ای یا لوله ای هستند (در حالت لوله ای از غشاءهای لوله مانند استفاده می شود). برای افزایش نسبت مساحت سطح به حجم و افزایش ناحیه ی جداکننده بر واحد حجم غشاء عناصر آلومینایی چندکانالی یکپارچه استفاده می شود. (شکل 5).

غشاء های سرامیکی (1)

این عناصر یکپارچه می توانند به صورت اشکال مختلف ایجاد شوند. بنابر گزارشات انجام شده نسبت مساحت سطح به حجم برای اشکال لوله مانند بین 250-30m^(2m^(-3) ) است. این نسبت برای غشاءهای یکپارچه ی چندکانالی 400-130m^(2〖.m〗^(-3) ) و برای غشاءهای یکپارچه ی شانه عسلی (شش ضلعی) این نسبت بیش از 800 m^(2〖.m〗^(-3) ) است. اشکال مشابه که درشرکت ceramem تولید شده است در شکل 6 نشان داده شده است.

غشاء های سرامیکی (1)

به طور مشابه، یک صفحه و یا فرام سرامیکی می تواند از تجمع تعداد زیادی سلول غشاء (ساخته شده از صفحات سرامیکی) ساخته شود. در این وسایل می توان با استفاده از غشاءهای صفحاتی و دیسکی میزان دانسیته ی تراکمی را بالا برد. این قاعده در شکل 7 دیده شده است همچنیتن در این شکل جریان مایع تغذیه شده به جداکننده ی متخلخل نشان داده شده است. این جداکننده از دو صفحه تشکیل شده است. جریان از میان غشاءها نفوذ کرده و این نفوذ از میان سلولهای جداکننده انجام می شود.

غشاء های سرامیکی (1)

برای افزایش بیشتر میزان دانسیته می توان از اشکال توخالی فیبر مانند استفاده نمود با استفاده از این اشکال می توان میزان دانسیته را به 900m^(2〖.m〗^(-3) ) رساند که این عدد در مقایسه با دانسیته ی 30-500m^(2〖.m〗^(-3) ) که در صفحات و قطعات لوله ای دیده می شود، بسیار زیاد است. بزرگترین چالشی که در تهیه ی اجزای فیبری توخالی تولید شده از مواد سرامیکی روبروی ماست، تردی این مواد است. این مسأله مخصولاً در کاربردهای صنعتی دمابالا نمود می یابد. اجزای فیبری توخالی در فرم های متخلخل و متراکم تهیه می شوند که فرم آنها بستگی به کاربردشان دارد. این نوع غشاءهای سرامیکی را می توان در زمینه هایی همچون مجزاکننده های گازی، رآکتورهای غشائی (membrane reactor)، بازیافت حلال و... استفاده کرد

فرآيندهاي غشائي

فرآيندهاي غشائي به عنوان يک واحد عملياتي براي گستره ي وسيعي از فرآيندهاي جداسازي صنعتي استفاده مي شود. اين فرآيندها بوسيله ي اختلاف فشار، غلظت و يا اعمال ميدان الکتريکي ميان غشاءها انجام مي شود. و از اين رو براساس نوع نيروي محرکه، اندازه ي مولکولي و يا نوع عمليات متفاوت هستند. برخي از فرآيندهاي غشائي معمولي در ادامه معرفي شده است:

جداسازي گازي

مخلوط هاي گازي را مي توان بوسيله ي غشاءهاي مولکولي متخلخل و متراکم جداسازي نمود. غشاءهاي سراميکي متراکم از مواد سراميکي کريستالي مانند پروسکايت (perovskites: مينرال معدني توليدي از اکسيد کلسيم و تيتانيم که به رنگ هاي زرد، قهوه اي يا خاکستري وجود دارد. برخي اوقات علاوه بر اين اکسيدها، اکسيد عناصر گروه خاک هاي کميابت مانند ايتريا و اسکانديم نيز در آن يافت مي شود) و فلئوريت (Fluorites) توليد مي شوند که اين نوع غشاءها تنها اجازه مي دهند اکسيژن يا هيدروژن از ميان شبکه ي کريستاليشان عبور کند. بنابراين اين غشاءها در برابر ساير گازها نفوذناپذيرند.
نفوذ اکسيژن از ميان غشاء سراميکي متراکم به خاطر وجود تعداد زيادي جاي خالي اکسيژن اتفاق مي افتد. اين جاهاي خالي اکسيژن بوسيله ي دپينگ (doping) و توليد حفره هاي الکتروني در دماي بالا پديد مي آيند. هنگامي که در دو طرف غشاء اختلاف فشار اکسيژن باشد، اکسيژن از قسمت با فشار بالاتر به سمت با فشار کمتر حرکت مي کند.

غشاء هاي سراميکي (2)

حرکت اکسيژن از ميان حفره ها در شکل 1 نشان داده شده است. علاوه بر نفوذ بالک، نفوذ اکسيژن از ميان غشائي با رسانايي الکتروني و يوني نيز اتفاق مي افتد که در اين فرآيند واکنش هاي تبادل سطحي در دو سمت فقير و غني از اکسيژن رخ مي دهد. اين فرآيند داراي مراحلي همچون جذب سطحي اکسيژن، جدايش، جفت شدن و تبادل بار است. بنابراين فرآيند نفوذ از سمت با فشارجزئي اکسيژن بالاتر به سمت با فشار جزئي اکسيژن کمتر شامل مراحل زير است:
1) انتقال اکسيژن گازي از جريان گاز به سطح غشاء (در سمت با فشار بالاتر)
2) واکنش ميان اکسيژن ملکولي و جاهاي خالي اکسيژن در سطح غشاء (در سمت با فشار بالاتر)
3) نفوذ بالک اکسيژن از مقطع غشاء از جاهاي خالي
4) واکنش بين اکسيژن شبکه و حفره هاي الکتروني در سطح غشاء ( سمت با فشار پايين تر)
5) انتقال اکسيژن از سطح غشاء به داخل جريان گازي (در سمت با فشار پايين تر)
به هر حال مقاومت هاي موجود ميان فاز گازي و غشاء (در مراحل 5 گانه ي بالا) معمولاً اندک و بي اهميت است. به عنوان يک نتيجه بايد گفت که در نفوذ اکسيژن تنها نفوذ بالک غشاء و واکنش سطحي بايد مد نظر قرار گيرد. به طور مشابه هنگامي که يک غشاء با رسانايي پروتني در معرض هيدروژن قرار گيرد و ميان دو سمت غشاء اختلاف فشار وجود داشته باشد، عمل انتقال اتفاق مي افتد. در اين فرآيند نيز نفوذ بالک غشاء و واکنش هاي سطحي مسائل مهمي هستند که بايد به آنها توجه خاصي کرد.
در غشاءهاي سراميکي ميکروپورس، رفتار نفوذي گاز ممکن است بواسطه ي نفوذ کندسن (Kundsen diffusion)، نفوذ سطحي، نفوذ چند لايه اي (diffusion multilayer)، نفوذ از ميان کانال هاي موئي و يا غربال هاي ملکولي اتفاق افتد. از اين رودر اين مواد نفوذ اتفاق افتاده به اندازه ي تخلخل ها و توزيع اندازه ي تخلخل هاي غشاء، دماي کاربرد، فشار، طبيعت غشاء و نوع ملکول نفوذ کننده بستگي دارد. تسلسل رفتار نفوذي گاز که از نفوذ کندسن شروع و به غربا هاي ملکولي ختم مي شود با رويه ي افزايش نفوذگزيني ماده همراه است. براي تخلخل هايي که نسبت به اندازه ي ملکولي بزرگتر هستند. نفوذ بوسيله ي نفوذ کندسن کنترل مي گردد. در اين مورد گاز با توجه به سرعت ملکولي نفوذ مي کند و همچنين نفوذ با عکس ريشه ي دوم وزن ملکولي رابطه دارد. اگر جذب گازدرتخلخل هاي غشاء بالا باشد، نفوذ سطحي نسبت به نفوذ کندسن بيشتر مي شود. هنگامي که تخلخل ها داراي اندازه اي در حد قطر ملکولي باشند؛ در اين حالت غربال ملکولي بوجود مي آيد. مکانيزم غربال ملکولي وابستگي بيشتري به دما داشته و در هنگامي که اندازه ي ملکول گاز افزايش يابد، ميزان نفوذ بوسيله ي آن کاهش مي يابد.
پروپوراسيون ( Porevaporation )
پروپوراسيون يک فرآيند جداسازي است که در آن مخلوط مايع در تماس با يک سمت غشاء قرار دارد و سمت ديگر غشاء يک جريان بخار وجود دارد. (شکل 2).

غشاء هاي سراميکي (2)

به دليل وجود غشاء موازنه ي بين فاز بخار- مايع به صورت آسانتري مي باشد. (همانگونه که در شکل 3 نشان داده شده است). کاربرد اين روش در جداسازي مخلوط هاي مايع با دماي جوش يکسان و مخلوط هاي حساس به حرارت بيشتر ترجيح داده مي شود که در فرآيند پروپوراسيون از غشاءهاي سراميکي استفاده مي شود. زيرا اين نوع از غشاءها مزيت هايي مانند پايداري حرارتي و شيميايي بالاتر نسبت به نوع پليمري دارند. از اين رو غشاءهاي سراميکي را مي توان در دماهاي بالاتر و در حضور حلال استفاده نمود. اين شرايط کاري ممکن است موجب شکسته شدن غشاءهاي پليمري گردد. غشاءهاي سراميکي پايداري مکانيکي بالاتري داشته و در مواجهه با حلال هاي مختلف متورم نمي شوند. از اين رو مي توان غلظت هاي متفاوتي از محلول ها را بواسطه ي اين غشاها جداسازي نمود. قابليت کاربرد غشاءهاي سراميکي در دماي بالا باعث مي شود ميزان سطح غشاء مورد نياز نسبت به غشاء پليمري کاهش يابد. عشاءهاي سراميکي تقويت شده محکم تر از غشاءهاي پليمري هستند. مزيت ديگر غشاءهاي سراميکي خنثي بودن آنهاست. از اين رو مي توان از آنها براي جداسازي ترکيبات بسيارواکنش پذير در شرايط اسيدي و بازي استفاده کرد.

غشاء هاي سراميکي (2)

با انجام کارهاي متنوعي که محققين انجام داده اند مزيت هاي غشاءهاي سراميکي نسبت به غشاءهاي پليمري مشخص گشته است. مزيت هاي غشاءهاي سراميکي نسبت به نوع پليمري عبارتند از:
1) دوام بالا در محيط کاري (اين دوام مي تواند تا چندين هفته باشد)
2) غشاءهاي سراميکي را مي توان در دماي بالاتر نسبت به نوع پليمري استفاده نمود.(بيش از 300 درجه سانتيگراد)
3) سيا بيشتر محلول بر روي غشاءهاي سراميکي در حالي که خاصيت بهگزيني حفظ مي شود.

اسمز معکوس و نانو فيلتراسيون

فرآيندهاي اسمز معکوس (RO)، و نانوفيلتراسيون (NF) فرآيندهايي هستند که در طي آنها اجازه داده مي شود گونه اي از مواد (مانند حلال) به آساني عبور کند ولي اجازه ي عبور سايرگونه ها داده نمي شود. اين فرآيندها مي توانند به گونه اي باشند که عبور انتخابي به صورت کامل يا ناقص انجام شود. جداسازي و نفوذ حلال از ميان غشاء يک خاصيت منحصر به فرد اين غشاءهاست و به ساختار غشاء برمي گردد. تفاوت عمده ي ميان غشاءهاي اسمز معکوس و غشاءهاي نانوفيلتراسيون در اين است که رد فرآيند اسمز معکوس هر نوع ماده ي حل شده در حلال پس زده مي شود (يعني اجازه ي عبور هيچ گونه ماده ي حل شده داده نمي شود. حتي يون هاي تک ظرفيتي) در حالي که در غشاءهاي نانوفيلتراسيوني تنها امکان پس زدن يون هاي چندظرفيتي وجود دارد. (يون هاي تک ظرفيتي اجازه ي عبور از غشاء نانوفيلتراسيوني را دارند).

غشاء هاي سراميکي (2)

همانگونه که در شکل 4 نشان داده شده است، فرآيند اسمزي يک پديده ي طبيعي است که در آن آب از ميان غشاء اسمزي و از مکان با غلظت مواد حل شونده ي کمتر است به جايي که غلظت بيشتر است، عبور مي کند تا جايي که موازنه ي اسمزي اتفاق افتد (شکل B . 4). براي ايجاد فرآيند اسمز معکوس بايد فشار مکانيکي به جريان اعمال گردد (شکل 4.c). اين فشار مکانيکي بايد از فشار اسمزي بيشتر باشد تا فرآيند اسمزي را در جهت عکس پيش ببرد. به عنوان يک نتيجه بايد گفت که با استفاده از روش اسمز معکوس جداسازي آب از محلول امکان پذير است. اين فرآيند را اسمز معکوس مي گويند. کاربرد فرآيند اسمز معکوس عبارتست از: نمک زدائي از آب دريا، تصفيه ي فاضلاب، تصفيه و توليد آب با خلوص بسيار بالا.
اسمز معکوس (RO) يک تکنولوژي بسيار خوب براي تصفيه ي آب در بسياري از کاربردهاست امروزه، تنها غشاءهاي پليمري RO/NF براي اين فرآيند به صورت تجاري در دسترس است.
مشکلات عمده ي استفاده از غشاءهاي پليمري RO/NF عبارتست از:
1) جرم گرفتگي مفرط به دليل جريان آرام مايع موجود بر روي اين غشاءها.
2) مقاومت شيميايي پايين در برابر عوامل کلردار و ساير اکسيدان ها
3) اين فرآيند نياز به تعميرات و نگهداري فراواني دارد. و ضايعات فراواني نيز توليد مي کند.
4) نبود بار سطحي مناسب بر روي غشاء جهت کاهش احتمال جرم گرفتگي.
در اين زمينه استفاده از غشاءهاي سراميکي داراي مزاياي فراواني نسبت به نوع پليمري است. براي مثال غشاءهاي سراميکي مقاومت استثنائي در برابر عوامل کلردار، اکسيدان هاي داشته و در برابر تابش پرتو و حلال هاي مختلف نيز مقاوم اند. همچنين اين غشاءها داراي پايداري گرمايي و شيميايي بالاتري هستند و عمر مفيد آنها نيزبيشتر است. غشاءهاي سراميکي از بدو بوجود آمدن غشاءهاي پليمري وجود داشته اند ولي مسائلي همچون قيمت بالا، تراکم فشرده سازي (packing density) پايين و قابليت بهگزيني پايين انواع تجاري غشاءهاي سراميکي موجب گشته تا از آنها در کاربردهاي اسمز معکوس و نانوفيلتراسيون استفاده نشود و اين نوع غشاءها از لحاظ اقتصادي براي اين کاربرد مناسب نباشند. اخيراً تحقيقات فراواني در زمينه ي ساخت غشاءهاي نانوفيلتراسيوني سراميکي انجام شده است و غشاءهايي از جنس اکسيد تيتانيم، زيرکونيا، سيليسي- زيرکونيا، اکسيد هافنيوم و آلومينايي (نوع گاما) توليد شده است. بيشتراين غشاءها براي جداسازي حلال هاي غير آبي در فرآيندهاي سل ژل استفاده مي شوند. در اين فرآيندها يک تکيه گاه سراميکي مزوپورس با لايه اي از اکسيد فلزي پوشش دهي مي شود تا اندازه ي تخلخل هاي پاياني تعيين گردد. اين مسئله پيشرفت بزرگي در زمينه ي کنترل اندازه ي قطر تخلخل ها است که بواسطه ي انتخاب يک محلول کلوئيدي مناسب امکان پذيراست

الترافيلتراسيون و ميکروفيلتراسيون

الترافيلتراسيون فرايندي است که در آن غشاءهاي متخلخل براي جداسازي اجزاي کلوئيدي يا مواد حل شونده ي با وزن ملکولي بالا از حلال استفاده مي سود. در الترافيلتراسيون ، مکانيزمي شبيه به اسمز معکوس و نانوفيلتراسيون براي جدا سازي حلال از ذرات کلوئيدي استفاده مي شود. بنابراين در اين فرايند پس زدن مواد حل شونده از محلول بر اساس اندازه ي تخلخل ها و توزيع اندازه ي تخلخل هاي غشاء و واکنش هاي سطحي ميان غشاء و حلال / حل شونده تعيين مي گردد. انتقال کامل حلال در اغلب موارد بوسيله ي مقاومت هاي مربوط به انتقال جرم مخصوصاً در مرز محلول کنترل مي شود. بنابراين وجود حتي مواد حل شونده در غلظت پايين مي تواند موجب اثرات عميقي بر روي نفوذ حلال داشته باشد.
اگر چه توصيف دقيقي در مورد تفاوت و مرز ميان الترافيلتراسيون و ميکروالترافيلتراسيون وجود ندارد، همانگونه که در شکل 1 ديده مي شود، ميکروالترافيلتراسيون فرآيند الترافيلتراسيون سنتي است و براي جدا سازي ذرات مجزا از محلول استفاده مي شود. همانگونه که در شکل 1 ديده مي شود، خط جداسازي ميان فيلتراسيون درشت و ميکروفيلتراسيون وجود ندارد اما حد بالاي اندازه ي تخلخل قابل قبول در حدود چند ميکرون مي باشد. حد اندازه ي پاييني در 0.1 ميکرون قرار دارد.

غشاء هاي سراميکي (3)

فيلتراسيون براي جدا سازي ذرات کوچک و غير قابل حل، باکتري ها و سلول هاي مخمر. از جريان هاي مايع استفاده مي شود. فيلترهاي عميق سنتي که به طور نمونه وار از ماتريکسي فيبري تشکيل شده اند را مي توان براي همين کار استفاده کرد اما مکانيزم جداسازي در اين فيلترها به دام انداختن و جذب سطحي مي باشد. براي فيلترهاي عميق اندازه ي تخلخل تعريف نمي شود. اما سوراخ هاي ميان الياف از اندازه ي کوچکترين ذره بزرگتر است. بنابراين باقي ماندن ذرات بر روي فيلترهاي عميق يک مسئله ي آماري است . به عبارت ديگر، غشاءهاي ميکروفيلتراسيوني داراي اندازه ي تخلخل معيني هستند و عمل جداسازي بر اساس اثر غربال گري انجام مي شود. به دليل آنکه اندازه ي تخلخل هاي موجود در اين غشاءها نسبتاً بزرگ هستند، انتقال حلال در آنها به وسيله ي همرفت انجام مي شود. سرعت انتقال حلال از ميان اين گونه غشاءها را مي توان بوسيله ي فشار ميان غشاء مقايسه کرد و بوسيله ي معادله ي hagen-Poiseuille آن را تعريف نمود. (اين مسئله در حالي صحيح است که تخلخل هاي غشاء را استوانه اي فرض کنيم.)
غشاءهاي الترافيلتراسيوني و ميکروفيلتراسيوني از انواع متنوعي از پليمرها مانند سلولز استات ، سلولز فيترات، پلي اکريلونيتريل، پلي اميد، پلي اترسولفون، پلي ايميد، پلي سولفون، پلي وينيل الکل، پلي وينيليدن فلورايد و...ساخته مي شوند. غشاءهاي سراميکي نيز براي اهداف الترافيلتراسيوني و ميکروالترافيلتراسيوني ساخته شده اند. توسعه ي اين غشاءهاي سراميکي عمدتاً به دليل نياز به داشتن غشاءهايي با تحمل حرارتي و شيميايي بالاتر، انجام شد زيرا غشاءهاي پليمري محدوديت دماي استفاده شدن دارند.(معمولاً از اين غشاءها تنها در دماهاي زير200 درجه سانتي گراد مي توان استفاده نمود). علاوه بر اين اکثر پليمرهايي که در بالا اشاره شد، نمي توانند در برابر حلال هايي مانند بنزن و تولوئن مقاومت کنند. غشاءهاي الترافيلتراسيوني و ميکروفيلتراسيوني سراميکي از موادي مانند اکسيد آلومينيوم، اکسيد تيتانيم و اکسيد زيرکونيوم ساخته مي شوند. از اين رو اين مواد پايداري خوبي در برابر دماهاي بالا و محيط هاي شيميايي خورنده دارند. کاربردهاي ويژه ي فرايندهاي الترافيلتراسيوني و ميکروالترافيلتراسيوني که از غشاءهاي سراميکي استفاده مي کنند را مي توان در صنايعي همچون لبني، غذايي ، دارو سازي ، بيولوژيکي، رنگ، کاغذ و آب مشاهده کرد.
دو نوع عمليات در الترافيلتراسيون و ميکروفيلتراسيون وجود دارند که عبارتند از:
1) فيلتراسيون بن بستي (dead -end filtration)
2) فيلتراسيون کراس- فلو(cross-flow filtration)
همانگونه که در شکل 2 نشان داده شده است فيلتراسيون بن بستي تنها براي مخلوط هاي سوسپاپنسيوني با درصد جامد کم مناسب است. در حالي که فيلتراسيون کراس- فلو را مي توان براي مخلوط هاي با غلظت بسيار بالا استفاده کرد.

غشاء هاي سراميکي (3)

دياليز

دياليز در اصل يک فرايند نفوذ است که براي جدا سازي مواد موجود در محلول استفاده مي شود. در اين فرايند از عدم يکسان بودن غلظت در دو سمت غشاء متخلخل استفاده مي شود. بنابر اين دياليز بواسطه ي گراديان غلظت در مقط غشاء انجام مي شود. کاربرد خاص از اين فرايند در کليه ي مصنوعي است. که در شکل 3 شماتيک آن نشان داده شده است. واحد دياليز شامل يک قسمت غشائي است که اين بخش غشائي از الياف توخالي تشکيل شده است. خون از ميان فيبر توخالي حرکت مي کند و اين در حالي است که مايع دياليز از ميان پوسته ي بخش غشائي عبور مي کند. مايع دياليز با سرعت کافي در ميان پوسته جريان مي يابد به نحوي که حالت اشباع پيدا نکند. مواد سمي موجود در خون از ميان ديواره ي متخلخل نفوذ مي کند و بوسيله ي مايع دياليز خارج مي شود. قابليت نفوذ غشاء بوسيله ي خاصيت ذاتي غشاء و مواد حل شده در محلول تعيين مي گردد. به هر حال، طول، قطر داخلي و ضخامت غشاء در طراحي اين دستگاه مهم مي باشد. همچنين شرايط کارکرد مانند فشار تر غشائي (pressure teansmembrone) و سرعت جريان مايعات داخل فيبرها بايد بهينه باشد. اکثر موادي که براي ساخت غشاءهاي کليهي مصنوعي استفاده مي شوند، پليمري هستند(عمدتاً از مواد سلولزي هستند). اخيراًً غشاء هاي مصنوعي شامل پلي سولفون ، پلي متيل اکريلات و پلي اکريلو نيتريل نيز براي استفاده در دياليز توسعه يافته اند. اين پليمرها زيست سازگار پذيرتر هستند. اين غشاءهاي جديد همگي مصنوعي هستند و داراي قابليت سيلان بالايي هستند.

غشاء هاي سراميکي (3)

تاکنون گزارشي از استفاده از غشاءهاي سراميکي در آناليز داده نشده است. ولي دانشمندان پيشنهاد کردند که از غشاءهاي سراميکي براي زدايش اندوتوکسين (endotoxins) از آب دياليز (مايع دياليز) استفاده شود. علت اين پيشنهاد اين است که غشاءهاي سراميکي مقاومت بيشتري در برابر شرايط کاري سخت دارند.
الکترودياليز
الکترودياليز فرايندي است که در آن يون هاي حل شده بواسطه ي اعمال يک ميدان الکتريکي از ميان يک غشاء با خاصيت تبادل کنندگي يوني عبور مي کنند. اگر چه الکترودياليز در ابتدا با اصلاح فرايند دياليز (با استفاده از اضافه کردن دو الکترود به فرايند دياليز) شروع شد. اما اين فرايند ها به وضوح از هم متفاوت هستند. (جدول 1)

غشاء هاي سراميکي (3)

قوانين مربوط به الکترودياليز بواسطه ي آزمايشات strathmann بر روي يک نمونه ي آب شور انجام شد. همانگونه که در شکل 4 مشاهده مي شود، يک فرايند الکترودياليز متشکل از يک سري غشاء کاتيوني و آنيوني است که به صورت متفاوت قرار گرفته اند. و يک پتانسيل الکتريکي به انتهاي آنها متصل گشته است. اين سيستم براي نمک زدائي از آب شور استفاده شده است. هنگامي که آب شور شامل سديم کلرايد باشد و به داخل يک سلول معين وارد شود، کاتيون هاي با بار مثبت مانند يون هاي سديم بوسيله ي کاتد حرکت داده مي شوند. يون هاي سديم مي توانند از ميان غشاء کاتيوني با بار منفي نفوذ کرده اما بوسيله ي غشاء آنيوني با بار مثبت دفع مي گردند. به طور مشابه يون هاي با بار منفي مانند يون هاي کلر نيز به سمت آند حرکت کرده و از ميان غشاء آنودي عبور مي کنند اما بوسيله ي غشاء کاتدي دفع مي گردند. به عنوان يک نتيجه مي توان گفت که هر دو يون سديم و کلر از محفظه ي آبکي رقيق خارج شده و به محفظه ي کناري که داراي آب شور است مي روند. الکترودياليز مي تواند هم براي تغليظ نمک و هم براي توليد آب آشاميدنيي از آب شور استفاده شود.

غشاء هاي سراميکي (3)

غشاءهاي تبادل کننده ي يوني همچنين در صنعت سودسوزآور استفاده مي شود. اين غشاءها براي الکتروليز محلول سديم کلريد استفاده مي شود که محصول بدست آمده از اين فرايند سديم هيدورکسيد و کلر است. اين فرايند به صورت شماتيک در شکل 5 نشان داده شده است. همانگونه که ديده مي شود غشاء کاتدي از پليمر پرفلئورو کربن ساخته شده است. اين غشاء در مرکز محفظه ي الکتروليز قرار دارد. هنگامي که محلول سديم کلريد در سمت چپ غشاء کاتيوني اضافه شود، يون سديم به سمت کاتد جذب شده و به سمت راست غشاء منتقل مي شود. در سطح کاتد،آب به هيدورژن با بار مثبت و هيدروکسيد تجزيه مي شود. يون هاي پروتن (+ H) به سرعت به اتم هاي هيدوژن کاهش يافته که اين يون ها الکترون مورد نياز خود را از سطح کاتد دريافت مي کنند. دو هيدروژن اتمي ترکيب شده و يک ملکول هيدوژن پديد مي آيد. اين ملکول ها به صورت حباب تشکيل مي گردند. همچنين محلول هيدروکسيد سديم در قسمت کاتد تشکيل مي گردد. به عبارت ديگر ، يون هاي کلر به سمت آند حرکت کرده و به محض رسيدن به آند الکترون خود را به آند داده و به اتم هاي کلر تبديل مي گردند. دو اتم کلرنيز ترکيب شده و ملکول کلر تشکيل مي شود.

غشاء هاي سراميکي (3)

فرآيندهاي الکترودياليز در ابتدا بوسيله ي غشاءهاي با گزينش يوني پليمري انجام مي شد زيرا اين نوع غشاءها داراي ويژگي هاي مطلوبي مانند مقاومت الکتريکي پايين و انعطاف پذيري مکانيکي هستند. اشکال غشاءهاي با گزينش يوني پليمري ، بهگزيني نسبتاً پايين و پايداري گرمايي پايين آنهاست. غشاءهاي سراميکي با قابليت تباد ل سديم را مي توان در دماهاي بالا و بدون اينکه آسيبي به آنها وارد شود، استفاده کرد. به هر حال ، ضخامت غشاءهاي سراميکي باعث شده است تا اين غشاءها مقاومت بالايي داشته باشند و از اين رو مصرف انرژي در آنها افزايش مي يابد. در واقع ما به خاطر اين ضخامت اين غشاءها را بالا مي بريم که به آساني شکسته نشوند. مصرف زياد انرژي در اين نوع غشاءها مصرف آنها را با اشکال مواجه کرده است. البته گروهي از پژوهشگران غشاءهاي کامپوزيتي از جنس سراميک ساخته اند که اين کامپوزيت بر روي غشائي پليمري قرار داده مي شود . همچنين اين مسئله ثابت شده است که حضور اين فيلم کامپوزيتي -سراميکي باعث افزايش بازده گشته و از بوجود آمدن رسوب جلوگيري مي کند . اين گونه غشاءهاي کامپوزيتي هم داراي مزيت هاي مواد پليمري و هم مواد سراميکي هستند.

کنتاکتورهاي غشائي
در طي فرآيندهاي غشائي مرسوم حضور غشاء با خاصيت گزينشي باعث جداسازي مايع مي شود. ولي در کنتاکتورهاي غشائي اين مسئله وجود ندارد. غشاءهاي مورد استفاده در کنتاکتورهاي غشائي خاصيت گزينشي ندارند. بنابراين در اين غشاءها جدايش عمدتاً بر اساس قوانين موجود براي تماس مواد (مثلاً تعادل فازي) انجام مي شود. شکل 1 قوانين حاکم بر اين فرآيند را نشان مي دهد . همانگونه که ديده مي شود غشاءهاي متخلخل دو سيال (گاز يا مايع) را از همديگر جداسازي مي کنند که در اين فرآيند نفوذ بوسيله ي انتقال جرم اتفاق افتاده است. بر اساي نوع ماده ي مورد استفاده در ساخن غشاء، خواص فيزيکي -شيميايي سيال و فشار اعمالي در فرآيند، تخلخل هاي غشاء مي توانند بوسيله ي سيال پر شوند که اين مسئله باعث ايجاد تفاوت زيادي در مقاومت انتقال جرم و غشاء مورد استفاده مي شود.

غشاء هاي سراميکي (4)

کنتاکتورهاي غشائي يک تکنولوژي است که در آن غشاءهاي متخلخل به عنوان مواد بسته بندي در انتقال جرم بين فازها استفاده مي شود. بنابراين تمام فرآيندهاي جداسازي مرسوم گازي و فرآيندهاي جذبي ، تقطير ، عصاره گيري مايع- مايع ، امولسيون سازي ،کريستاليزاسيون و کاتاليزورهاي انتقال فاز (PHASE TRANSFER CATALYSIS) بوسيله ي کنتاکتورهاي غشائي انجام مي شود.
عملکرد کنتاکتورهاي غشائي به طور زيادي به خواص غشاء ، خواص فيزيکي -شيميايي سيال و فشار بکار برده شده در عمليات بستگي دارد. عموماً يک غشاء با اندازه ي تخلخل هاي نسبتاً يکسان که سطح آب گزيز دارند و براي اين فرآيند مناسب است. اين غشاء به خاطر اين بايد آبگريز باشد که از تر شدن و امتزاج ميان فازي جلوگيري شود. غشاءها با اندازه ي تخلخل بزرگ، تخلخل هاي زياد و ساختار نامتقارن باعث ايجاد جريان نفوذي بالايي مي شود اما ممکن است باعث تشکيل حباب هاي گازي در فرآيند گاز -مايع شوند. بنابراين فشارهاي عملياتي در فاز مايع بايد کاملاً کنترل شود. به خاطر آنکه از مشکلات بوجود آمده در انتخاب غشاء فرار کنيم و پيچيدگي هاي عملياتي را کاهش دهيم، بايد از کنتاکتورهاي غشائي در واحدهاي جداسازي استفاده کنيم. اين کنتاکتورهاي غشائي داراي مزيت هايي همچون، مسافت سطح بيشتر بر واحد حجم، کنترل مستقل سرعت جريان مايع و گاز بدون غرقه سازي، ايجاد کف و هواگرفتگي هستند . عيوب اين گونه کنتاکتورها عمدتاً مربوط مي شود به وجود مقاومت عبور در برابر ماده و محدوديت هاي فشاري موجود مي باشد. کنتاکتورهاي غشائي امروزي عمدتاً از غشاءهاي پليمري ساخته شده اند زيرا قيمت آنها نسبت به نوع سراميکي پايين تر است و اين مسئله يکي از مزاياي غشاءهاي پليمري است. به هرحال اخيراً غشاءهاي فيبري توخالي که از جنس سراميک ساخته مي شوند بر اي ساخت کنتاکتورهاي غشائي استفاده شده است. اين جايگزيني باعث افزايش طول عمر کنتاکتور غشائي مي شود که يکي از مزاياي غشاءهاي سراميکي است.

غشاء هاي سراميکي (4)

گروهي از محققين از کنتاکتورهاي غشائي فيبري توخالي استفاده کرده اند تا سرعت تقطير را بالا ببرند . براساس همين مسئله سيستمي براي تقطير ابداع شده است. که در شکل 2 ديده مي شود. همانگونه که ديده مي شود اين سيستم از يک ستون يک کمک گرم کن (REBOILER) و يک کنوانسور تشکيل شده است. تنها تفاوت اين کنتاکتور اين است که ستون بوسيله ي ماده اي پر نشده است بلکه از الياف توخالي ساخته شده است. اين مسئله کاملاً واضح است که يک ستون فيبري توخالي داراي چندين مزيت نسبت به ستون هاي تقطير سنتي است. اول آنکه اين نوع ستون ها داراي سطح تماس به حجم زيادي هستند. کل اين ناحيه به صورت فعال در انتقال جرم ميان بخار و مايع شرکت مي کند. به دليل اينکه سيال همواره الياف توخالي را پر کرده اند، اين سطح تماس پايدار باقي مي ماند (حتي در جريان بسيار کم) . سوماً به دليل آنکه فاز بخار و مايع در تماس با هم نيستند هيچ گونه غرقه سازي (FLOODING) ناشي از حضور دو فاز بخار و مايع در کنار هم رخ نمي دهد. البته هنوز استفاده از الياف سراميکي توخالي متداول نشده است ولي به خاطر مزاياي سراميک نسبت به پليمر احتمال رواج اين گونه الياف توخالي سراميکي زياد است.
رآکتورهاي غشائي
يک رآکتور غشائي وسيله اي است که از ترکيب يک جداساز غشائي به همراه يک رآکتور شيميايي تشکيل شده است. البته به جاي جدا ساز غشائي مي توان از يک فرآيند توزيع نيز استفاده کرد. به دليل آنکه در رآکتورهاي غشائي واکنش شيميايي و عمليات جداسازي /توزيع در يک بخش انجام مي شود ، قيمت فرآيند توليد بسيار کاهش مي يابد . علاوه بر اين، رآکتورهاي غشائي قابليت ارتقاء فرآيند شيميايي را بوسيله ي راه کارهاي زير دارند.
1) عبور گزينشي حداقل يکي از محصولات از نقطه ي واکنش و از طريق غشاء. اين مسئله باعث مي شود تا تعادل واکنش به سمت مورد نظر حرکت کند. ( اصل لوشاتليه )
2) رساندن تنها يک واکنش دهنده ي خاص به منطقه ي واکنش باعث بهينه سازي نسبت اشباع مي شود. در واقع فرآيند شيميايي بهينه سازي گشته و اين مسئله باعث مي شود مصرف مواد اوليه(مخصوصاً مواد خاص) کاهش يابد.
همچنين در اين نوع رآکتورها کنترل ميزان محصولات فرعي نيز آسانتر است. شکل 3 دو عملکرد عمده ي رآکتورهاي غشائي نشان داده شده است.

غشاء هاي سراميکي (4)

استفاده از رآکتورهاي غشائي باعث مي شود که واکنش به صورت مورد نظر حرکت کند. اين فرآيند برگشت پذير عمدتاً براي واکنش هاي هيدروژن زدائي مورد مطالعه قرار گرفته است. براي مثال هنگامي که هيدروژن در يک واکنش هيدروژن زدائي توليد مي شود، به طور مداوم از ميان غشاء نفوذگزين خارج مي گردد. با خروج مداوم هيدروژن تعادل به سمت توليد هيدروژن حرکت مي کند. اين مسئله داراي مزاياي زيادي همچون استفاده از دماي پايين تر در واکنش و افزايش طول عمر کاتاليزورها است.
استفاده از غشاءها در کنترل افزودني هاي واکنش و توزيع مناسب واکنش دهنده ها در زمينه ي واکنش هاي اکسيداسيون جزئي هيدروکربن ها انجام شده است. در اين واکنش ها با کنترل ميزان اکسيژن بوسيله ي غشاء ، از حضور مستقيم فاز گازي (اکسيژن) در واکنش جلوگيري مي شود. همچنين از رآکتورهاي غشائي در کنترل ميزان حرارت واکنش هاي گرماده نيز مي توان استفاده نمود.

غشاء هاي سراميکي (4)

در رآکتورهاي غشائي -کاتاليستي، جفت شدگي غشاء با کاتاليزور بوسيله ي سه راه انجام مي شود. همانگونه که در شکل 4 ديده مي شود اين سه راه عبارتند از:
1) همانگونه که در شکل a. 4 ديده مي شود غشاء به همراه کاتاليت مرسوم جفت شده است. غشاء به عنوان ديواره ي خنثي رآکتور استوانه اي است. اين مسئله بايد مورد توجه قرار گيرد که لايه ي بالايي غشاء که باعث تسهيل فرآيند جداسازي مي شود تنها يک بخش کوچک از ضخامت غشاء را تشکيل مي دهد و لايه ي نگهدارنده بخش اعظم لايه را تشکيل مي دهد. اين پيکر بندي عمدتاً در رآکتورهاي هيدروژن زدائي استفاده مي شوند. برخي اوقات ، کاتاليزور به صورت خمير توليد شده و بر روي بخش بالايي غشاء پوشش داده مي شود. البته در صورتي که کاتاليزور کروي نيز مصرف شود عملکرد يکسان است.
2) در اين حالت از قرارگيري، غشاء خودش از لحاظ کاتاليزوري فعال است. (همانگونه که در شکل b.4ديده مي شود) کاتاليزور فعال يک لايه ي غشائي نازک و متراکم است که بر روي تکيه گاه متخلخل رسوب داده مي شود . يک مشکل بالقوه ي اين نوع قرار گيري اين است که همه ي بخش هاي سطحي اين کاتاليزور فعال نيستند.
3) آخرين نحوه ي قرارگيري در شکل 4.c نشان داده شده است. در اين قرارگيري کاتاليزور به صورت اشباع در داخل تخلخل هاي ماده ي ميکروپورس اضافه گشته است. (حالت کاتاليزور لايه ي يا ذره اي) اين روش يکي از روش هاي مرسوم براي اضافه کردن کاتاليزور به غشاء است و براي واکنش هاي هيدروژن زدائي استفاده مي شود

+ نوشته شده در شنبه بیست و دوم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 16:35 توسط مهندس ایمان رستگار |

شیشه به عنوان لعاب

لعاب ها مانند شیشه ها در همه جا دیده می شوند. لعاب کاری (glazing) استفاده از ویژگی های ویسکوز شیشه و تشکیل یک لایه ی یک پارچه و صاف بر روی یک زیر لایه ی سرامیکی است.
مینا کاری (enameling) تشکیل همان لایه بر روی یک زیر لایه ی فلزی است. چیزی که باید به آن توجه کرد این است که عموما لعاب ها قدمت زیادتری دارند. در ادامه به بیان برخی از اصطلاحات لعاب می پردازیم:

زیر لعاب ( underglaze )

لعاب از سرامیک بستر بزرگ تر باشد، لعاب ممکن است در طی فرآیند سرد کردن (در طی پخت) بشکند. هنگامی که غلظت یون سدیم و پتاسیم در لعاب بیشتر باشد، ترک ها بیشتر پدید می آیند. هنگامی که سرعت سرد کردن بالا رود ترک های حاصل ریزتر می شوند.
لعابهای سلادون (celadon )، تنموکو (tenmoku)، راکو (raku) و کوپر ( copper) لعاب های ویژه ای هستند که در دنیای هنر سرامیک یافت می شوند.
لعاب های سلادون
این لعاب ها اولین بار در حدود 3500 سال پیش تولید شده اند. این لعاب ها دارای گستره ی رنگی از آبی کم رنگ تا سبز مایل به زرد هستند و می توانند رنگی کاملا تیره پدید آورند. رنگ تولیدی در این لعاب ها بوسیله ی آهن تولید می شود(3.o - o.5 در صد شيشه ها (3)

به لعاب افزوده می شود). ظروف لعاب خورده توسط این نوع لعاب سپس در دمای تقریباً شيشه ها (3)

پخت می گردند. ظروف تولید شده با این لعاب ها زیبایی خاصی داشته و در کاربردهای تزئینی استفاده می شوند. مثلا کوزه ی لعاب خورده با این لعاب که درکشور کره تولید شده است، درسال 1946 از سوی کشور کره به هاری ترومن رئیس جمهور آمریکا هدیه شد. امروزه این ظرف که 23cm ارتفاع دارد قیمتی برابر با 3 میلیون دلار دارد.
لعاب تنموکو
این نوع لعاب در زمان سلسله ی سونگ (sung Dynasty) بوجود آمده است. و دارای رنگ قهوه ای تیره یا حتی سیاه است. برای ایجاد این رنگ میزان 8-5 درصد وزنی شيشه ها (3)

به لعاب افزوده می شود. تشکیل مناسب این نوع لعاب به شرایط اکسایش – کاهش اتمسفر پخت بستگی دارد. و در شرایط مختلف اکسایش و کاهش رنگ های متنوعی پدید می آید. در لعاب های کوپرنیز از کربنات مس به عنوان منبع Cuاستفاده می شود. البته در طی فرآیند پخت شيشه ها (3)

تجزیه گشته و Cuoباقی می ماند. Cuo تولید نیز با مونواکسیدکربن (CO) موجود در کوره واکنش داده تا ذرات مس در لعاب تشکیل شوند. این ذرات رنگ قرمز به لعاب می دهند.
لعاب های راکو
لعاب های راکو اغلباً لعاب هایی فلزی به نظر می رسند. (اگر بوسیله ی یک لایه از فلز Ti پوشش داده شده باشند)
یک روش پیشرفته در تولید لعاب های راکو بدین صورت است که ظروف سرامیکی به شیوه ی معمولی پخت می شوند سپس آنها را در داخل یک محیط کاهنده مانند خاک اره وارد می کنند و سپس آنها را قبل از آنکه بتوانند اکسید شوند، به سرعت سرد می کنند. این نوع لعاب ها اغلبا حالت استثنا داشته و می توانند با زمان تغییر کنند. این مسئله ساده است. زیرا آنها در طی فرآیندهای بعدی تولید اکسید می شوند. این نوع لعاب بر خلاف سایر لعاب ها خنثی نبوده و تنها برای دکوراسیون استفاده می شوند.
لعاب های کریستالی ( crystalline glaze )
این نوع لعاب ها ، لعاب هایی دکوراسیونی هستند اما به طور مستقیم با تکنولوژی تشکیل شیشه – سرامیک در ارتباطند. کریستال ها بوسیله ی سرد کردن آهسته لعاب ایجاد می شوند. این سرد کردن آهسته به کریستال های لعاب اجازه ی رشد کردن می دهند. رشد این کریستال ها مد نظر است؛ زیرا لعاب ضخامت کمی داشته و از این رو کریستال ها باید به صورت پلیت لت (platelets) در آیند. برای آنکه عمل رشد کریستال ها بهتر انجام شود از جوانه زاهای تیتانیایی استفاده می شود. این نوع جوانه زاها در لعاب های باویسکوزیته ی پایین استفاده می شوند و در آنها شيشه ها (3)

تشکیل می شود. ترکیب شیمیایی این نوع لعاب ها بسیار مهم است. در آن شيشه ها (3)

به میزان کم و Pbo به میزان 10-8 درصد وزنی استفاده می شود. رشد کریستال با اضافه شدن fe به لعاب افزایش می یابد. اما این اضافه شدن می تواند همچنین موجب پدید آمدن اثراتی بر سایر دو پانت های اضافه شده به لعاب شود.
سفالگران امروزی از شيشه ها (3)

به عنوان اصلاح کننده و تولید کننده ی کریستال های ویلمایت (Crystals Willemite) استفاده می کنند. (ویلمایت یک مینرال کمیاب از روی است). این تکنیک نیازمند مهارت ویژه است. زیرا افزودن مقادیر زیاد شيشه ها (3)

به لعاب باعث می شود ویسکوزیته ی آن حتی در دماهای پایین نیز کم باشد، بنابراین این مسئله باعث می شود که لعاب از روی سطح سفالی جریان پیدا کند. رشد اسفرولیتی (Spherulite growth) از جوانه زا در لعاب در شکل 3 نشان داده شده است. هر اسفرولیت در واقع توده ای از کریستال های شعاعی است که با توجه به مرکز اسفرولیت دورهم گرد آمده اند.

شيشه ها (1)

لعاب های اپک ( opaque glazes )
اگر به لعاب مذاب کریستال هایی افزوده شود، لعاب می تواند اپک شود. برای این کار می توان ازO_2 S_n یا زیر کن استفاده کرد. که زیر کن ارزان تر است . شيشه ها (3)

برای تولید رنگ سفید در لعاب های زیرکنی (Zircon glaze) استفاده می شود. برای اپک کردن کمتر از شيشه ها (3)

استفاده می شود زیرا کریستال های روتایل طلایی رنگ هستند. و بنابراین لعاب را به رنگ زرد در می آورند. ما همچنین می توانیم با تشکیل کریستال لعاب را اپک کنیم (مثلا ولاستونیت: شيشه ها (3)

. این کار بوسیله ی عملیات حرارتی مناسب، حبس کردن گاز (هوا یا شيشه ها (3)

) ) و یا بوسیله ی جدایش فازی مایع – مایع انجام می شود. لعاب های مات (Matt glazes) بوسیله ی تشکیل کریستال های بسیار کوچک در لعاب بوجود می آیند (مثلا کریستال های ولاستونیت برای لعاب های مات – آهکی و وبلیمایت ( شيشه ها (3)

:Willemite ) برای لعاب های مات – زینک). کریستال های ریز ولاستونیت بوسیله ی افزودن کلسیت به لعاب پایه سیلیس تشکیل می شود. یک روش دیگر برای این کار افزودن مقادیر زیادی از ماده ی کریستالی به لعاب است تا در طی فرآیند پخت درصدی از آن به صورت کریستالی باقی بماند

+ نوشته شده در شنبه بیست و دوم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 16:25 توسط مهندس ایمان رستگار |

انواع شیشه های سرامیکی

همه ی شیشه ها براساس تتراهدرال های سیلیسی ایجاد نمی شوند؛ واحدهای ساختاری این شیشه ها در جدول 1 آورده شده است. برخی از ترکیبات این شیشه ها نیز در جدول 2 آورده شده است.

شیشه ها (4)

+ نوشته شده در شنبه بیست و دوم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 16:20 توسط مهندس ایمان رستگار |

شيشه ها

مقدمه:

دراين مقاله ها در مورد انواع مختلف شيشه و برخي از کاربردهاي آنها صحبت مي کنيم.
شيشه ها يکي از انواع مهم موادمهندسي محسوب مي شوند. اين مواد در پنجره ها، ساخت بطري، ليزرها، الياف نوري، عايق ها، لعاب کاري (glazing) ومينا کاري (enamelihg)، چاقوي جراحي، وسايل هنري وتابلوهاي راهنمايي - رانندگي استفاده مي شوند.
شيشه ها معمولا بازيافت مي شوند واز اين رو دوستدار محيط زيست هستند.مصريان آثار شيشه اي متنوعي بر جاي گذاشته اند ولي آنها اولين کساني نبودند که از اين ماده استفاده مي کردند.در دوران های ديرينه سنگي (paleolithic Times) شيشه هاي اوليه و شيشه هاي طبيعي (Obsidian: نوعي شيشه ي مصنوعي بدست آمده از آتش فشان ها ) بسياراهميت داشتند به خاطر اهميت زياد اين ماده مي توان گفت که شيشه نقش مهمي در شکل دهي تمدن ما داشته است.
به هر حال تعريفات مختلفي براي شيشه ها بيان شده است. دراين مقاله سعي مي کنيم بگوييم چرا واژه هاي شيشه اي (glassy)، زجاجي (Vitreous) و آمورف (amor phous) همگي براي توصيف شيشه استفاده مي شوند. همچنين سعي داريم جواب اين سوال را بدهيم که: «شيشه چيست؟»
هنگام مطالعه ي اين مقاله بايد دو ذهنيت را داشته باشيد:
1) ادعاي Sturkey:"شيشه در دماهاي بالا يک محلول شيميايي است."
2) اگر شيشه که مايع فوق سرد شده است، پس جامد نيست وبنابراين يک ماده ي سراميکي نيست (اما شيشه يک ماده ي سراميکي است)

تعريف

تعريف کلاسيک شيشه براساس روش تاريخي تشکيل آن انجام شده است. البته اين روش تعريف يک روش بسيار غير معقولي براي تعريف هر ماده است. اين مسئله باعث شده است تا امروز شيشه به چندين روش مختلف تعريف شود:
تعريف کلاسيک: شيشه يک مايع فوق سرد شده است(Supercooled liquid) مشکل بوجود آمده دراين تعريف اين است که در برخي موارد مي توان يک شيشه ي ويژه را به روشي توليد کرد که هيچگاه درحالت مايع قرار نداشته باشد.
ASTM شيشه را به صورت زير تعريف کرده است:
"شيشه يک محصول غير آلي از ترکيبي مذاب است که بدون آنکه کريستالي شود، سرد وصلب مي گردد."
اين تعريف نيز همان چيزي است که در تعريف کلاسيک آمده است. اما دراين تعريف شيشه ي پليمري استثناء شده است. به وضوح مشخص است که استناد کردن به روش توليد براي تعريف يک گروه از مواد ايده آل و مناسب نمي باشد.

تعاريف ديگر :

1)" شيشه يک ماده ي جامد است که نظم دوربعد از خود نشان نمي دهد."
نداشتن نظم دوربعد يعني ساختار شيشه درفواصل يک، دو يا سه برابر فاصله ي اجزاي سازنده، داراي نظم نيست. اين تعريف براساس مشاهدات حاصله از تفرق اشعه X، ميکروسکوپ الکتروني عبوري (TEM) و... استوار است اما اين تعريف نيز کمي قراردادي است زيرا به اندازه ي اجزاء تشکيل دهنده بستگي دارد.
2)" شيشه يک مايع است که قابليت جاري شدن خود را از دست داده است."
اين تعريف استوار است اما از تعريفي که بوسيله ي ASTM ارائه شده است فراگيرتر است .همچنين اين تعريف از خاصيت مکانيکي براي تعريف شيشه استفاده مي کند. درحقيقت اين تعريف عملاً با ديدگاه فيزيک مدرن درباره ي شيشه مطابقت دارد.
اکثر شيشه هايي که ما در مورد آنها توضيح مي دهيم، شيشه هاي با شبکه ي اکسيدي است . (مخصوصاً سيليکات ها) تعريف ما از چنين شيشه هايي عبارتست از:
تجمعي جامد از تتراگونال هايي است که مي توانند رئوس خود را به اشتراک گذاشته و البته اين مواد نظم دور بعد ندارند.
دراين مقاله ما تنها درمورد شيشه هاي سراميکي بحث مي کنيم اما بايد بدانيم که علاوه بر شيشه هاي سراميکي، شيشه هاي فلزي و پليمري نيز وجود دارد. شيشه هاي فلزي ترکيبات پيچيده اي هستند که در آنها عمل کريستاليزاسيون انجام نشده است. اين مسئله بوسيله ي سريع سرد کردن فلز مذاب بوجود مي آيد.(اين فرآيند اسپلات کوئنچينگ ناميده مي شود). درادامه به بيان ويژگي شيشه ها مي پردازيم:

ساختار

شيشه ها در اصل جامد هاي غير کريستالي (يا آمورفي) هستند که در اغلب موارد از فريز شدن يک مايع فوق سرد شده بدست مي آيند. دراين موارد نظم دور برد در آرايش اتمي وجود ندارد. البته نظم کوتاه برد (زير 1nm) وجود دارد. اين مواد داراي آرايش منظمي از سلولهاي واحد نيستند.همانگونه که گفتيم شواهدي وجود دارد که ثابت مي کند در شيشه ها نظم کوتاه برد وجود دارد.اين نظم کوتاه برد به دليل آرايش اتمي درمجاورت هر اتم (البته در فاصله ي کوتاه) بدست مي آيد. تلاش هاي فراواني براي توصيف شيشه ها انجام شده است. که به بيان علت تشکيل شدن يا نشدن شيشه ها بحث مي کند. دراين زمينه ما ازدو ديدگاه به شيشه ها نگاه مي کنيم:
1) توجه به ساختار
2) توجه به مباحث کنيتيکي کريستاليزاسيون
درمورد اول ما به بيان هندسه ي اجزاي تشکيل دهنده ي شيشه ها مي پردازيم. همچنين دراين زمينه به بيان پيوندهاي بين اتمي واستحکام پيوندها مي پردازيم . درمورد دوم ما به بيان چگونگي دگرگوني هاي مايع به جامد در طي فرآيند سرد شدن مي پردازيم.
دماي تبديل شدن شيشه اي ( Tg )
درشکل 1 نموداري نشان داده شده است که در آن حجم ويژه به عنوان تابعي از دما رسم شده است.

شيشه ها (1)

اين دياگرام فرمي از دياگرام استعاله ي دما – زمان (T.T.T) براي شيشه است. درهنگام سرد شدن مايع از دماي بالا دو پديد ه ممکن است در نقطه ي انجماد (Tm) اتفاق مي افتد که عبارتند از :
1) اگر مايع کريستاليزه شود تغييرات حجم و سرعت سرد کردن گسسته است.
2) اگر کريستاليزاسيون اتفاق نيفتد، مايع به حالت فوق سرد شده تبديل مي شود و حجم در نزديک دماي ذوب کاهش مي يابد.
دردماي تبديل شدن شيشه اي (Tg)، شيب نمودار کاهش مي يابد و به شيب جامد کريستالي نزديک مي شود. اين شکستگي بوجود آمده در نمودار سرد کردن نشان دهنده ي گذرگاه مايع فوق سرد شده به شيشه است. زير دماي Tgساختار شيشه درحالت آسايش نيست زيرا اين مواد اکنون جامد هستند. دراين ناحيه از Tg ويسکوزيته تقريبا شيشه ها (1) است. ضریب انبساط حالت شیشه ای معمولا نزدیک به ضریب انبساط جامد کریستالی است. اگر از سرعت های سرد کردن پایین تر استفاده شود، میزان آسایش ساختار افزایش می یابد. ومایع فوق سرد شده در دمای پایین تر تشکیل می شود. و شیشه ی حاصله ممکن است دانسیته ی بالاتری بدست آورند. (همانگونه که در شکل 1 دیده می شود)
فیزیک شیشه جنبه ی تردی آن را مورد بررسی قرار می دهد. در واقع این ویژگی یک ویژگی مایعات شیشه ساز در بالای دمای Tgاست واندزه ای از استعکام پیوندهای بین اتمی است. در ادامه ما درمورد شیشه ی نامحلول در آب یا بطری های شیشه ای آب صحبت می کنیم. البته چیزی که آگاهی کمتری از آن است این است که ما می توانیم آب را با سریع سرد کردن در اتاق مایع به حالت شیشه ای در آوریم. ماده ی حاصله یک شیشه ترد است اما این مسئله فهمیده شده است که بیشتر آب موجود در جهان به همین شکل وجود دارد.
تاریخچه
شیشه ماده ای است که پیوندی عمیق با تاریخچه ی انسان دارد. یکی از شواهد این مسئله استفاده از ابسیدیان (obsidian) یک شیشه ی طبیعی توسط بشر است. هیچ کس نمی داند که اولین جسم شیشه ای در چه زمانی ساخته شده است. قدیمی ترین یافته ها به 7000 سال پیش از میلاد برمی گردد. (البته ممکن است یافته هایی پیش از این تاریخ نیز وجود داشته باشد). درکاوش های باستان شناسی در بین النهرین روش های تولید شیشه کشف شده است . این کارها 4500 سال پیش از میلاد مسیح بوده است ومربوط به روش های تولید وسایل شیشه ای بوده است نه لعاب های مورد استفاده در وسایل سفالی. استفاده از شیشه در لعاب کاری سفال حتی به دوران های پیشین می رسد.

شيشه ها (1)

تقریبا در 3000 سال پیش از میلاد مسیح شیشه گران مصری شروع به تولید جواهر آلات شیشه ای و ظروف شیشه ای کوچک کردند. شیشه هم به عنوان یک جسم دکوری وهم به عنوان یک وسیله ی مورد استفاده در زندگی روزمره به شمار می آمد. قطعاتی از جواهر آلات شیشه ای در کاوش های اطراف کوه های مصر پیدا شده است. مثالی از این جواهرآلات شیشه ی فیزوزه ای آبی است که در شکل 2 دیده می شود. تقر یبا 1500 سال پیش از میلاد مسیح شیشه گران مصری ( در دوره ی touthmosis سوم ) روشی برای تولید قطعات تو خالی قابل استفاده، توسعه دادند. یک مثال قابل توجه از این نوع ساختار یک شیشه ی توخالی است که شبیه به سرماهی است (شکل 3) این ظرف بین سال های 1352 و 1336 قبل از میلاد ساخته شده است واین نظریه وجود دارد که برای نگه داری روغن خوش بو استفاده می شده است.

شيشه ها (1)

الگوی موجی این ظرف بسیار خاص است. در واقع این ظرف بوسیله ی کشیده شدن یک جسم تیز به شیشه ی خمیری شده تولید شده است.
نویسنده ی رومیPliny Fhe Elder (23-79 میلادی) اختراع شیشه را به صورت زیر توصیف می کند:
روزی یک کشتی که متعلق به چند تاجر نیتروم (Nitrum) بود در کنار ساحل لبنان کنونی توقف می کند. هنگام پخت غذا به دلیل نبود سنگ در ساحل، خدمه کشتی از کلوخ های نیترومی که در کشتی وجود داشته است. استفاده می کنند تا بتوانند دیگ غذا را در مکان مناسب استقرار دهند. پس از آنکه آتش روش شد، کلوخه ها با ماسه های ساحلی واکنش داده و تشکیل شیشه ی مذاب می دهد. این اولین منشع پدید آمدن شیشه است.
نیتروم (Nitrum) یک نوع سدیم کربنات (Soda) طبیعی است .این ماده یکی از اجزای مهم در شیشه های قدیمی و مدرن است. خاکستر گیاهان نیز یک منبع فقیر از سدیم برای شیشه گران فراهم می کند. گیاهان علف شوره (Saltwort) و رازیانه ی آبی (glass wort) از جمله گیاهانی هستند که برای مهیا شدن سدیم از آنها استفاده می شده است.
یکی از معمولی ترین روش ها برای شکل دهی شیشه روش دمش هوا است. اگر چه این تکنیک بیش از دوهزار سال پیش توسعه یافت، لوله های تولیدی به روش دمش در طی زمان تغییری نکرده است. توسعه ی عمده که دراین زمینه انجام شده است، روش دمش اتوماتیک است که برای تولید شیشه های بطری و حباب های لامپ استفاده می شود. دراین روش به قطعه ای شیشه در داخل قالب هوا دمیده می شود. و بدین شکل شیشه به شکل قالب در می آید. مهمترین مرحله ی رشد در تاریخ شیشه سازی مخصوصا درطی قرن بیستم مربوط به توسعه های اتفاق افتاده در زمینه ی تکنولوژی های تولید می باشد. این توسعه ها منجر به کاهش هزینه ی تولید محصولات شیشه ای می شود

در ادامه به بیان خواص شیشه ها می پردازیم:

ویسکوزیته ( η )

ویسکوزیته یک ویژگی کلیدی شیشه هاست.ما نیاز داریم تا درمورد ویسکوزیته ی شیشه در دماهای مختلف اطلاع داشته باشیم. و بتوانیم دمای مورد نیاز برا ی شکل دهی وآنیلینگ آن را تشخیص دهیم. ویسکوزیته یک ویژگی مکانیکی است. فرمول ویسکوزیتد به صورت زیر است:

شیشه ها (2)

دراین فرمول:
η : ویسکوزیته، F: نیروی مورد نیاز برای کشیدن یکی از صفحات موازی که در میان آنها مایع مورد نظر قرار دارد: ،d: فاصله ی صفحات، A: مساحت صفحات، V: سرعت حرکت صفحه. ویسکوزیته در واقع پاسخ یک مایع دربرابر تنش برشی است. مایعات دارای ویسکوزیته ای هستند که با واحد سانتی پوآز (CP) اندازه گیری می شود. واحد اندازه گیری ویسکوزیته ی گازها میکروپوآز(mp) است.

شیشه ها (2)

جدول 1 لیستی از اعداد ویسکوزیته ای است که برای فرآیندهای شیشه سازی مهم هستند. اعداد داده شده در جدول 2 نیز برای تعریف ویژگی های برجسته ی شیشه (با تأکید بر روی فرآیند) آورده شده است. بسیاری از اعداد آورده شده درجدول ویسکوزیته ها استاندارد هستند مثلا (2003) ASTMC338-93 یک روش تست استاندارد است که نقطه نرم شدگی شیشه بوسیله ی آن تعیین می شود.
محاسبه ی نقطه ی نرم شدگی شیشه بوسیله ی اندازه گیری دمایی که در آن یک فیبر شیشه ای استوانه ای با قطر شیشه ها (2) طول بوسیله ی وزن خودش تغییر طول می دهد. نرخ تغییر طول یک میلی متر بردقیقه است . در این روش 100 میلی متر از بخش بالایی فیبر بوسیله ی کوره ی خاصی با سرعت گرم شدن گرم می شود.

شیشه ها (2)

ویسکوزیته ی برخی ازمایعات عمومی در جدول 2 آورده شده است. توجه کنید که در دمای کارپذیری شیشه ویسکوزیته ای شبیه به عسل در دمای اتاق دارد. به طور نمونه برای یک شیشه ی سیلیکاتی سودالایم این ویسکوزیته در دمای شیشه ها (2) بدست می آید. این جدول همچنین نشان می دهد که یک جامد دارای ویسکوزیته ای بیش از دسی پو آز است. ویسکوزیته ی به طور نمایی با تغییر دما ، تغییر می کند ( همانگونه که در شکل 1 برای انواع شیشه ی سیلیکاتی دیده می شود.) دمای فیکتیو (fictive temperature) دمایی است که در آن ساختار مایع به حالت شیشه ای تبدیل می شود. این دما بوسیله ی تقاطع منحنی های برونیابی شده در حالت دما بالا و دما پایین در نمودار ویسکوزیته – دما بدست می آید. دمای فیکتیو (Tf) مانند Tg به تبدیلات ساختاری شیشه بستگی دارد. البته Tg اندکی کمتر از Tf است.

شیشه ها (2)

شکل 2 وابستگی ویسکوزیته به دما را برای اکسیدهای شیشه ساز نشان می دهد. شما باید توجه کنید که بوسیله ی شیب این خطوط می توان انرژی اکتیواسیون جریان ویسکوز (EV) را بدست آوریم.

شیشه ها (2)

جدول 3 اعداد ویسکوزیته وسرعت های کریستالیزاسیون (v) برخی شیشه ها را نشان می دهد. سرعت کریستالیزاسیون مربوط می شود به سرعت تبادل مایع/جامد. V بسیار کم بیان کننده ی قابلیت شیشه سازی استثنایی ماده است.البته کریستالیزاسیون مذاب جامد شده ی سیلیس بسیار مشکل است.

شیشه ها (2)

روش های متعددی برای اندازه گیری ویسکوزیته وجود دارد. این روش ها با توجه به میزان ویسکوزیته انتخاب می شود.

شیشه ها (2)

شماتیک دو روش اول اندازه گیری ویسکوزیته در شکل 3 نشان داده شده است:

شیشه ها (2)

شیشه ( خلاصه ای از خواص )

شیشه ماده ای خنثی است. این مسئله به محیط بستگی دارد. اگر شیشه یک ماده ی سیلیکاتی باشد، این مسئله درست است . البته همه ی شیشه ها خنثی نیستند. مثلا بیوگلاس (bioglass)
شیشه یک ماده ی هموژن است. این مسئله نیز به نحوه ی شکل دهی و ترکیب شیمیایی شیشه بستگی دارد. ما می توانیم با استفاده از فرآیندهای خاص شیشه را به صورت غیر هموژن در آوریم.
شیشه می تواند تغییر شکل دهد. این مسئله عموماً درست می باشد و دلیلی است برای قابلیت بازیافت شیشه ها. برخی از شیشه ها به نحوه ای ساخته می شوند که بوسیله ی نور، انتشار نور در داخل آن وتابش نور و...تغییر ماهیت می دهد.
شیشه دارای ضریب انبساط کوچک است. البته همه ی شیشه ها مناسب استفاده شدن در کاربردهای حرارتی مانند ظروف پیرکس نیستند.
شیشه ها شفاف اند (trans Parent) این خاصیت برای الیاف نوری ضروری است. البته ما می توانیم با انجام عملیات های خاص شیشه به صورت اپک یا مات در آوریم.
بسیاری از شیشه های اولیه شفافیت کامل نداشتند زیرا در ساختار آنها ناخالصی وحباب هوا وجود داشت.
شیشه ارزان است. البته این مسئله برای شیشه های پنجره صحیح است. اما درمورد فیلم های نازک شیشه ای این مسئله صحیح نمی باشد. برخی از شیشه های قرمز رنگ بوسیله ی دپینگ (doping) طلا در آنها تولید می شود. که قیمت برخی از ظروف تولیدی از آن به پیش از 50 دلار می رسد.
شیشه یک ماده ی بالک است مگر در حالتی که آن را به صورت یک فیلم نازک ، یک فیلم انیتر گرانولار (IGF) یا یک سرامیک کریستالی رشد دهیم.

برخی از خواص مکانیکی شیشه

استحکام تئوریک شیشه ی سیلیکاتی درحدود 10GPa است. البته با حضور عیوب سطحی (ترک ها وجوانه ها ) این استحکام کاهش می یابد. شیشه ها موادی الاستیک هستند اما تحت کشش می شکنند. می توان استحکام این مواد را بوسیله ی ایجاد لایه های سطحی فشرده و یا بوسیله ی از بین بردن ترک های سطحی (با اسید شوئی یا پدید آوردن پوشش محافظ) افزایش داد. مثالی از این روش ها پدید آوردن ترک های اضافی در ساختار قطعات شیشه ای تزئینی به منظور بهبود خواص مکانیکی آنهاست. در این روش از سرد کردن شیشه ی مذاب در آب جهت ایجاد تنش های اضافه بهره برده می شود . در این حالت سطح قطعه ی شیشه ای مذاب زودتر از مرکز آن سرد می شود و بنابراین تنش های اضافی پدید می آید. قطعات جامد شده به این شیوه را می توان با چکش و بدون اینکه بشکنند چکش کاری کرد.

برخی از ویژگی های الکتریکی شیشه

شیشه معمولا دارای مقاومت الکتریکی بالایی است. که علت آن تفاوت زیاد میان باندهای انرژی (گپ بزرگ) در این ماده است. در مواردی که شیشه رساناست . بار بوسیله ی یون ها منتقل می شود.(در این مورد یون های قلیایی مانند شیشه ها (2) دارای سرعت انتقال بار بالایی هستند). در واقع به همین دلیل است که با افزایش دما رسانایی به شدت افزایش می یابد. رسانایی درشیشه های مختلف، متفاوت است.علت آن متفاوت بودن نوع شبکه ی این شیشه هاست. در شیشه هایی که دارای بیش از یک یون قلیایی هستند. پدیده ی جالبی رخ می دهد. رسانایی تولیدی در این نوع شیشه ها به طور مشخصی از شیشه های دارای یک یون کمتر است. این نوع شیشه ها در کاربردهای مختلف مانند لامپ های با توان بالا استفاده می شوند. ثابت دی الکتریک شیشه واقعاً بالاست اما نه به حدی که بتوان از آن در کاربردهای حافظه ای پیشرفته مانند حافظه ی با دستیابی دینامیک و رندوم (DRAMS) استفاده کرد. ظرفیت الکتریکی یک ماده میزان بار ذخیره شده در داخل ماده است. این خاصیت به ضخامت دی الکتریک بستگی دارد. همانطور که ضخامت دی الکتریک کمتر می شود، ظرفیت الکتریکی افزایش می یابد. اما کم کردن ضخامت نیز مشکلاتی به همراه دارد. مثلا با کاهش ضخامت احتمال شکست دی الکتریک بیشتر می شود. شیشه ی سیلیسی دارای مقاومت دی الکتریک بالاتری نسبت به سایر شیشه هاست. اما مقاومت این دی الکتریک نیز در حد دی الکتریک های پلیمری مانند رزین فنولیک نیست.

برخی از خواص اپتیکی شیشه

شفافیت دربرابر نور فرا بنفش ، مرئی و فرو سرخ به چندین فاکتور بستگی دارد. یکی از این فاکتورها طول موج تفرق است که بوسیله ی ناخالصی ها تغییر می کند. لبه ی فرو سرخ (IRedge) و لبه ی فرا بنفش ((uv edge اعدادی هستند که نشان دهنده ی فرکانس قطع شدن عبور این موج ها هستند. یک مانع لبه UV edge blocker)UV) از عبور UV جلوگیری می کند و این در حالی است که یک عبور دهنده ی لبه یUV (UV edge tran Smitter) اجازه ی عبور نور UV را می دهد.

عیوب در شیشه ها

اگر چه شیشه یک ماده ی آمورف است ولی مانند مواد کریستالی دارای عیوب و رسوبات است. و همچنین دچار جدایش فاز می شود. شیشه را می توان برای حبس کردن عناصر رادیو اکتیو استفاده کرد .در این عناصر مانند عیوب نقطه ای یا فاز ثانویه تشکیل می شوند. همچنین سرعت نفوذ این عناصر از میان شیشه بر روی میزان آن ها در شیشه تأثیر دارند. این مسئله استفاده می شود تا بتوان مواد رادیو اکتیو یا سایر مواد را کنترل کرد.

شیشه ی غیر هموژن

به دلیل آنکه شیشه یک مایع فوق سرد شده است. نمی توان گفت که این ماده حتما باید هموژن باشد. شیشه های خاص می توانند بدون نیاز به فرآیند کریستالیزاسیون به دو فاز تبدیل شوند. هنگامی که این دو فاز شیشه ای باشند این مسأله باعث می شود که سدی در برابر جدایش فازی پدید نیاید. در مورد فرآیند جدایش فازی مایع – مایع ممکن است مرحله ای برای جوانه زنی وجود داشته باشد. البته در این نوع تبدیلات ممکن است استعاله ی اسپینودال (Spinodal) نیز رخ می دهد. که هر دوی این استعاله ها به نفوذ وابسته اند.
قوانین امتزاج ناپذیری در شیشه ها بسیار مهم است. این مسئله مخصوصاً در شیشه های تولید شده با تکنولوژی روز نمود دارد. برای مثال امتزاج ناپذیری در شکل دهی شیشه – سرامیک ها ، تولید شیشه ی وایکور (Vycor) و شیشه های اپتیکی و تشکیل رسوب در شیشه ها مهم می باشد. بسیاری از اکسیدهای دوتایی و سه تایی در کنار سیلیس از خود مشکلات امتزاج پذیری نشان می دهند.
در دیاگرام فازی ناحیه ای وجود دارد که یک مایع به دو مایع با ترکیب شیمیایی متفاوت تبدیل می شود. این ناحیه گپ امتزاج پذیری (imisciblity gap) نامیده می شود. در زیر برخی از سیستم هایی که مشکل امتزاج پذیری دارند را نام برده ایم:

شیشه ها (2)

شکل 4 دیاگرام فازی شیشه ها (2) را نشان می دهد. در دمای پایین و در گوشه ی غنی از سیلیس دیاگرام ، فاز مایع به دو بخش مایع با ترکیب شیمیایی متفاوت تبدیل می شود. این دو مایع به صورت دو شکل گنبد مانند در شکل نشان داده شده اند. خط تیره نشان دهنده ی خط تقریبی ناحیه ی امتزاج ناپذیری است. مشکلی که در اندازه گیری این خط وجود دارد. این است که این پدیده در دمای پایین رخ می دهد و از این رو سرعت آن پایین است . و از این رو اندازه گیری آن مشکل است. دراین وضعیت میل جدایش فازی بیشتر از میل به کریستالیزاسیون است . البته کریستالیزاسیون مساعد تر از جدایش فازی است اما به دلیل آنکه جدایش فازی نیازی به باز آرایی اتم ها ندارد، این پدیده رخ می دهد. به عنوان یک قانون کلی برای سیلیس باید گفت که امتزاج ناپذیری با افزودن شیشه ها (2) افزایش می یابد اما با افزودن کم می شود. در شیشه های وایکور از قوانین جدایش فازی استفاده می شود. در فرآیند تولید شیشه وایکور، شیشه ای پدید می آید که دارای و 4 درصد تخلخل است.این نوع شیشه به عنوان فیلتر وبیومواد مخصوصا در جاهایی که تخلخل مهم می باشد، استفاده می شود. در فرآیند تولید وایکور، شیشه ای تولید می شود که پس از فرآیند شکل دهی دنس می گردد و شیشه ای با سیلیس خالص پدید می آید که در دمای پایین تر نسبت به کوارتز خالص شکل دهی گشته است

شیشه ی آلومینیوم – ایتریمی

شیشه های آلومینیوم –ایتریایی (YA) دارای درصد آلومینایی در گسترده ی تقریبی 75.6- 59.8 هستند. با این درصد آلومینایک شیشه ی دو فازی تشکیل می شود که در آن یک فاز قطره مانند در فاز دیگر تشکیل شده است. این شیشه به طور خود بخودی به صورت شیشه ی آلومینیوم – ایتریمی یا مخلوطی از شيشه ها (3) تبدیل می شود. درشیشه های YA پدیده ای به نام پلی مورفیزم (Polymorphism) رخ می دهد

شیشه ی رنگی

اگر چه در بیشتر کاربردهای شیشه نیاز است تا این ماده بی رنگ باشد اما در برخی از کاربردها نیاز است شیشه رنگی باشد. هنگامی که پنجره های یک کلیسا رنگی باشد، تأثیر پذیری ازمحیط بیشتر می شود . درشیشه ها معمولا بوسیله ی افزودن اکسیدهای انتقالی و یا اکسیدهای عناصر خاک های کمیاب (rave –eavth) به بچ ماده ی اولیه ی آنها، رنگی می شوند. جدول 1 لیستی از رنگ های تولیدی بوسیله ی مواد رنگی کننده ی شیشه هاست . زرد کم رنگ، نارنجی و رنگ های قرمز بوسیله ی فلزات گران بها درحالت کلوئیدی تولید می شود. طلا (Au) رنگ قرمز، یا قوتی تولید می کند. (البته این شیشه ها گران قیمت هستند). سولفید کادمیم (cds) محصولاتی با رنگ زرد تولید می کند. اما هنگامی که علاوه بر se ، cds نیز استفاده شود. محصولاتی با رنگ قرمز یا قوتی با شدت رنگ بالا تولید می شود.

شيشه ها (3)

شیشه بوسیله ی افزودن دوپانت ها (dopants) رنگرزی می شوند. در واقع با افزودن این دو پانت ها در شیشه عیوب نقطه ای پدید می آوریم. رنگ شیشه به نوع دو پانت و حالت اکسیداسیون آن بستگی دارد.
دو پانت ها می توانند اثر بی رنگ کننده (decdorizo) ، پوشش دهنده (mask) یا اصلاح کننده (modify) داشته باشند. ما می توانیم اثرات رنگی آهن را بوسیله ی افزایش cr خنثی کنیم؛ البته اگر درصد شيشه ها (3) زیاد باشد اضافی به صورت خارج می شود. اگر این شیشه به روش دمیدن شکل دهی شود، این پلیت لت های منظم گشته و شیشه ای اپک به نام آونتورین کرومی (chromium aventurine) تولید می کنند. مس (cu) برای تولید شیشه ی آبی مصری (Egyptian Blue glass) استفاده می شود.
CO (کبالت ) دربرخی از شیشه های پالایش یافته ی تولید در قرن دوازدهم استفاده می شده است. البته Co در تولید لعاب های پرسلانی مورد استفاده در چین ( در دوره ی سلسله ی منیگ وتانگ) استفاده می شده است. کبالت مورد استفاده در این لعاب ها رنگ آبی کبالتی تولید می کند.
با افزودن Se به شیشه های دپ شده با Cds باعث پدید آمدن رنگ یاقوتی سلینومی (Selenium Ruby) می شود. جزئیات پدید آمده ازهر کدام از این رنگ ها به ترکیب شیمیایی و شرایط پخت شیشه بستگی دارد.
شرکت کورینگ (Cornig) میکرو بارکدهایی با شیشه دپ شده با خاکهای کم یاب تولید کرده است. خاکهای کم یاب دارای باندهای نشر کم پهنا هستند و از میان 13 عنصر خاکهای قلیایی که مورد آزمایش قرار گرفته ، تنها 4 عنصر (Tm,Ce,Tb و Dy) می توانند در برابر تابش UV برانگیخته شوند. و لذا می توان از آنها در شناسایی بوسیله ی UV استفاده کرد. این نوع بارکدها همچنین مشکلات تداخل با سایر بارکدها را نیز ندارد. از این بارکدها در کاربردهای بیولوژیکی استفاده می شود زیرا سمی نیستند.(البته بر چسب زنی با کوانتوم دات ها خطرات کمتری دارد) و می توان از آنها در کاربردهای ژنتیکی استفاده کرد. با استفاده از چند عنصر خاکی کمیاب می توان ترکیب رنگی بیشتر پدید آورد.
شیشه های رنگی خاص شامل موارد زیر می شود :

شیشه ی یاقوتی یا کرانبری ( Cranberry )

شیشه ی یاقوتی با افزودن Au به شیشه سربی با حضور Sn پدید می آید. شیشه ی کرانبری که اولین بار در سال 1685 گزارش شده است، یک نوع شیشه ی بی رنگ (معمولاً صورتی کم رنگ ) است. علت پدید آمدن این رنگ در صد کم طلای موجود در آن است . راز تولید شیشه قرمز رنگ برای قرن ها ی زیادی گم شده بود و در قرن هفدهم دوباره کشف شد.

شیشه ی اورانیومی یا وازلینی

محصولات اورانیومی هنگامی که در شیشه ی با سرب بالا استفاده شود، رنگ قرمز تیره تولید می کند. البته شیشه های اورانیومی دیگری نیز وجود دارد که با صطلاح به آنها شیشه های وازلینی (Vaseline glass) می گویند. این نوع شیشه ها دارای رنگ سبز هستند. مسأله ای که این نوع شیشه ها را خاص کرده است این است که این نوع شیشه ها هنگام تابش اشعه ی UV به آنها ، خاصیت فلئورسانس پیدا می کنند. از سال 1940 تنها اورانیوم تهی شده (uranium depleted) به عنوان دو پانت استفاده می شود. علت استفاده از این نوع دو پانت، فراوانی آن است. اما از 100 سال گذشته به بعد اورانیوم طبیعی (natural uranium) استفاده می شود.

شيشه ها (3)

شکل 1 مثالی از یک شیشه ی وازلینی است.

لیزر شیشه ای

عناصر خاکهای کم یاب (rave – earth elements) مانند Nd در تولید شیشه های لیزر و سایر وسایل اپتیکی کاربرد دارند. (شکل 2) . لیزر شیشه ای دپ شده با Nd (Nd-doped glass laser) مانند یک لیزر یاقوتی (ruby laser) کار می کند . اگر چه نوع شیشه ای دارای تفاوت هایی است . میله ی لیزر قطری بین شيشه ها (1) اینچ دارد و معمولا بوسیله ی یک لامپ حلزونی تخلیه می شود. علت استفاده از لامپ های حلزونی این است که طول غیر بار دار این نوع لامپ ها از لامپ های خطی طولانی تر است. لیزر شیشه ای دپ شده با Nd دارای بازدهی بیش از 2% است. این بازده 4 برابر بازده یک لیزر یاقوتی است. به دلیل آنکه رسانایی گرمایی شیشه پایین است بنابراین نیاز به زمان بیشتری برای خنک سازی است.

شيشه ها (3)

رسوبات در شیشه

وجود رسوبات در شیشه عموما اجتناب ناپذیر است. سوال این است که چه زمانی طول می کشد تا رسوبات تشکیل شود. (مخصوصا اگر جوانه زنی هموژن باشد). ما ممکن است عوامل هسته زا برای تسریع جوانه زنی به شیشه اضافه کنیم. جوانه زنی کریستال ها در شیشه از تئوری کلاسیک پیروی می کند. رسوبات تشکیل شده در شیشه می تواند موجب رنگی شدن شیشه شود.

شیشه به عنوان لعاب

زیر لعاب ( underglaze )

هنگامی که یک بیسکوییت سرامیکی را می خواهیم مورد عملیات دکور قرار دهیم باید قبل از آن یک لعاب کاری بر روی آن انجام دهیم که این نوع لعاب را زیر لعاب گویند. این لایه به علت تشکیل بهتر دکور بر روی بدنه اعمال می شود. پس از آن که فرآیند دکوراسیون جسم سرامیکی انجام شود برروی آن یک لعاب دیگر اعمال می شود. البته این لعاب پیش از پخت دکور اعمال می شود.
عیب کراولینگ لعاب ( glaze craweling )
این عیب که در لعاب اتفاق می افتد بدین صورت است که لعاب از لایه ی سرامیکی زیرین جدا می گردد. این پدیده به دلیل عدم ترشوندگی بیسکوییت سرامیکی بالعاب در طی فرآیند پخت اتفاق می افتد.
لعاب ترک خورده ( crackle glaze )
اگر انبساط گرمایی شيشه ها (3) لعاب از سرامیک بستر بزرگ تر باشد، لعاب ممکن است در طی فرآیند سرد کردن (در طی پخت) بشکند. هنگامی که غلظت یون سدیم و پتاسیم در لعاب بیشتر باشد، ترک ها بیشتر پدید می آیند. هنگامی که سرعت سرد کردن بالا رود ترک های حاصل ریزتر می شوند.
لعابهای سلادون (celadon )، تنموکو (tenmoku)، راکو (raku) و کوپر ( copper) لعاب های ویژه ای هستند که در دنیای هنر سرامیک یافت می شوند.
لعاب های سلادون
این لعاب ها اولین بار در حدود 3500 سال پیش تولید شده اند. این لعاب ها دارای گستره ی رنگی از آبی کم رنگ تا سبز مایل به زرد هستند و می توانند رنگی کاملا تیره پدید آورند. رنگ تولیدی در این لعاب ها بوسیله ی آهن تولید می شود(3.o - o.5 در صد شيشه ها (3) به لعاب افزوده می شود). ظروف لعاب خورده توسط این نوع لعاب سپس در دمای تقریباً پخت می گردند. ظروف تولید شده با این لعاب ها زیبایی خاصی داشته و در کاربردهای تزئینی استفاده می شوند. مثلا کوزه ی لعاب خورده با این لعاب که درکشور کره تولید شده است، درسال 1946 از سوی کشور کره به هاری ترومن رئیس جمهور آمریکا هدیه شد. امروزه این ظرف که 23cm ارتفاع دارد قیمتی برابر با 3 میلیون دلار دارد.
لعاب تنموکو
این نوع لعاب در زمان سلسله ی سونگ (sung Dynasty) بوجود آمده است. و دارای رنگ قهوه ای تیره یا حتی سیاه است. برای ایجاد این رنگ میزان 8-5 درصد وزنی شيشه ها (3) به لعاب افزوده می شود. تشکیل مناسب این نوع لعاب به شرایط اکسایش – کاهش اتمسفر پخت بستگی دارد. و در شرایط مختلف اکسایش و کاهش رنگ های متنوعی پدید می آید. در لعاب های کوپرنیز از کربنات مس به عنوان منبع Cuاستفاده می شود. البته در طی فرآیند پخت شيشه ها (3) تجزیه گشته و Cuoباقی می ماند. Cuo تولید نیز با مونواکسیدکربن (CO) موجود در کوره واکنش داده تا ذرات مس در لعاب تشکیل شوند. این ذرات رنگ قرمز به لعاب می دهند.
لعاب های راکو
لعاب های راکو اغلباً لعاب هایی فلزی به نظر می رسند. (اگر بوسیله ی یک لایه از فلز Ti پوشش داده شده باشند)
یک روش پیشرفته در تولید لعاب های راکو بدین صورت است که ظروف سرامیکی به شیوه ی معمولی پخت می شوند سپس آنها را در داخل یک محیط کاهنده مانند خاک اره وارد می کنند و سپس آنها را قبل از آنکه بتوانند اکسید شوند، به سرعت سرد می کنند. این نوع لعاب ها اغلبا حالت استثنا داشته و می توانند با زمان تغییر کنند. این مسئله ساده است. زیرا آنها در طی فرآیندهای بعدی تولید اکسید می شوند. این نوع لعاب بر خلاف سایر لعاب ها خنثی نبوده و تنها برای دکوراسیون استفاده می شوند.
لعاب های کریستالی ( crystalline glaze )
این نوع لعاب ها ، لعاب هایی دکوراسیونی هستند اما به طور مستقیم با تکنولوژی تشکیل شیشه – سرامیک در ارتباطند. کریستال ها بوسیله ی سرد کردن آهسته لعاب ایجاد می شوند. این سرد کردن آهسته به کریستال های لعاب اجازه ی رشد کردن می دهند. رشد این کریستال ها مد نظر است؛ زیرا لعاب ضخامت کمی داشته و از این رو کریستال ها باید به صورت پلیت لت (platelets) در آیند. برای آنکه عمل رشد کریستال ها بهتر انجام شود از جوانه زاهای تیتانیایی استفاده می شود. این نوع جوانه زاها در لعاب های باویسکوزیته ی پایین استفاده می شوند و در آنها شيشه ها (3) تشکیل می شود. ترکیب شیمیایی این نوع لعاب ها بسیار مهم است. در آن و به میزان کم و Pbo به میزان 10-8 درصد وزنی استفاده می شود. رشد کریستال با اضافه شدن fe به لعاب افزایش می یابد. اما این اضافه شدن می تواند همچنین موجب پدید آمدن اثراتی بر سایر دو پانت های اضافه شده به لعاب شود.
سفالگران امروزی از شيشه ها (3) به عنوان اصلاح کننده و تولید کننده ی کریستال های ویلمایت (Crystals Willemite) استفاده می کنند. (ویلمایت یک مینرال کمیاب از روی است). این تکنیک نیازمند مهارت ویژه است. زیرا افزودن مقادیر زیاد شيشه ها (3) به لعاب باعث می شود ویسکوزیته ی آن حتی در دماهای پایین نیز کم باشد، بنابراین این مسئله باعث می شود که لعاب از روی سطح سفالی جریان پیدا کند. رشد اسفرولیتی (Spherulite growth) از جوانه زا در لعاب در شکل 3 نشان داده شده است. هر اسفرولیت در واقع توده ای از کریستال های شعاعی است که با توجه به مرکز اسفرولیت دورهم گرد آمده اند.

شيشه ها (1)

لعاب های اپک ( opaque glazes )
اگر به لعاب مذاب کریستال هایی افزوده شود، لعاب می تواند اپک شود. برای این کار می توان ازO_2 S_n یا زیر کن استفاده کرد. که زیر کن ارزان تر است . شيشه ها (3) برای تولید رنگ سفید در لعاب های زیرکنی (Zircon glaze) استفاده می شود. برای اپک کردن کمتر از استفاده می شود زیرا کریستال های روتایل طلایی رنگ هستند. و بنابراین لعاب را به رنگ زرد در می آورند. ما همچنین می توانیم با تشکیل کریستال لعاب را اپک کنیم (مثلا ولاستونیت: شيشه ها (3) . این کار بوسیله ی عملیات حرارتی مناسب، حبس کردن گاز (هوا یا ) ) و یا بوسیله ی جدایش فازی مایع – مایع انجام می شود. لعاب های مات (Matt glazes) بوسیله ی تشکیل کریستال های بسیار کوچک در لعاب بوجود می آیند (مثلا کریستال های ولاستونیت برای لعاب های مات – آهکی و وبلیمایت ( شيشه ها (3) :Willemite ) برای لعاب های مات – زینک). کریستال های ریز ولاستونیت بوسیله ی افزودن کلسیت به لعاب پایه سیلیس تشکیل می شود. یک روش دیگر برای این کار افزودن مقادیر زیادی از ماده ی کریستالی به لعاب است تا در طی فرآیند پخت درصدی از آن به صورت کریستالی باقی بماند

رنگ در لعاب و لعاب موضوعاتی هستند که امروزه تحقیقات فراوانی بر روی آنها به عمل آورده شده است. امروزه رنگ های جدیدی بوسیله ی افزودن نانو ذرات در لعاب پدید می آید. عموما نانو ذرات نقره و طلا رنگ طلایی بوجود می آورند. و نانو ذرات مس رنگ قرمز بوجود می آورند. توضیح در مورد نحوه ی پدید آمدن رنگ در لعاب واقعاً پیچیده تر از نحوه ی پدید آمدن رنگ در شیشه هاست. زیرا لعاب بر روی یک لایه اعمال می شود و از این سو نباید ترانسپارنت باشد. همچنین لعاب یک لایه ی نازک است و در اتمسفر مختلف (کاهنده – اکسید کننده) بوجود می آید از این دو بررسی عوامل موثر بر تشکیل یک لعاب مشکل است.

لعاب های رنگی ( Colored glazes )

در لعاب های رنگی باید از پیگمنت های سرامیکی با پایداری مناسب بهره برد. از اکسیدهای رنگ زای ارزان قیمت می توان برای ایجاد رنگ در محصولات متنوع سفالی بهره برد. البته بسیاری از مواد رنگ زا برای لعاب همانهایی هستند که ما برای رنگرزی شیشه از آنها استفاده می کنیم
اکسید کبالت شیشه ها (4) یک اکسید سیاه رنگ است اما کمتر از یک درصد وزنی از آن در لعاب ایجاد رنگ آبی تیره می کند (اگر چه در بیشتر موارد از کربنات کبالت استفاده می شود).
به دلیل آنکه در این گونه لعاب ها بوجود می آید، ویسکوزیته ی لعاب تغییر می کند.
اکسید کروم که تا 3-2% وزنی نیز می تواند به لعاب افزوده شود به جای رنگ سبز، رنگهای زرد، صورتی یا قهوه ای بوجود می آورد (رنگ قرمز در حضور سرب در ترکیب لعاب اولیه پدید می آید. اگر Zn در لعاب اولیه وجود داشته باشد، رنگ لعاب قهوه ای می شود مگر آنکه سرب ها هم وجود داشته باشد. که در صورت وجود سرب و روی در لعاب اولیه رنگ زرد پدید می آید).
شیشه ها (4) که به صورت کربنات به لعاب افزوده می شود، رنگ لعاب را به صورت قهوه ای در آورده البته این ماده می تواند رنگ قرمز، بنفش و حتی سیاه نیز تولید کند. که این تغییر رنگ به درصد سدیم موجود در لعاب اولیه بستگی دارد. افزودن Cuo به اندازه ی %2-1 وزنی به یک لعاب با سدیم بسیار کم سبب پدید آمدن رنگ فیروزه ای می شود. این درحالی است که افزودن بیش از 3% از این رنگ زا باعث پدید آمدن رنگ سبز یا آبی می شود. اگر درصد Cuo در لعاب افزایش یابد، لعاب ظاهری فلزی مانند مفرغ به خود می گیرد. اگر لعاب دارای 0.3– 2 درصد وزنی Cuo در اتمسفر کاهنده پخت شود، رنگ قرمز مسی پدید می آید. این رنگ به دلیل حضور ذرات کلوئیدی CU درلعاب بوجود می آید.
اگر یک لعاب رنگ زرد داشته باشد، این رنگ ممکن است بوسیله ی افزودن Cds یا Cdse بوجود آمده باشد. البته این نوع افزودنی های رنگ زا ممکن است رنگ های قرمز یا نارنجی را نیز پدید آورند. درصورت حضور سرب در این نوع لعاب ها ، Pds تشکیل می شود که باعث سیاه شدن لعاب می شود. زیرکن در صنعت برای کمک کردن به پایدار شدن این نوع رنگ ها (برپایه ی cd) استفاده می شود. درحقیقت شیشه ها (4) (زیر کن وانادیومی آبی رنگ) و (pr,zr) (زیر کن پراسئودیومی زرد رنگ) مهم ترین تثبیت کننده های مورد استفاده در این رنگ هاست. هنگامی که اورانیوم به لعاب اضافه شود، به جای پدید آوردن رنگ زرد کم رنگ، رنگ قهوه ای تیره پدید می آید. (اورانیوم در شیشه های وازلینی تولید رنگ زرد کم رنگ می کند). البته بسته به ترکیب لعاب ، اورانیوم می تواند رنگ های قرمز یا نارنجی روشن نیز بدهد.

لعاب نمکی ( saltglaze )

دراین نوع فرآیند لعاب کاری سفال در کوره های با دمای بالا با نمک واکنش می دهد. در واقع سفالگر نمک را بر روی سفال اعمال می کند. این فرآیند هنگامی اتفاق می افتد که سفال در داخل کوره است. این فن بوسیله ی سفالگران ایرانی وانگلیسی در دهه ی 1700 ابداع گشته است. همچنین شما می توانید مثال های فراوانی از فرآیند رنگ آمیزی بوسیله ی اکسیدهای فلزی را در آلمان ببنید. در این نوع لعاب ها نمک با رس واکنش داده و تشکیل لایه ای شیشه ای بر روی سطح می دهد. این تکنیک دقیقاً فرآیند خوردگی خاک نسوز در دمای بالاست (بوسیله ی سود سوز آور).
واژه ی مینا (enamel) معمولا در هنگامی استفاده می شود که یک لایه ی لعابی بر روی فلز اعمال می شود. البته این واژه در هنگامی که یک لایه لعابی بر روی لعاب اولیه اعمال می شود نیز استفاده می شود. بازار مصرف مینا بسیار بزرگ است. این بازار از لوازم بهداشتی تا جواهر آلات گسترده است.

خوردگی شیشه و لعاب

این تصور وجود دارد که شیشه خنثی است اما باید بدانید که اسید سیتریک و اسید استیک موجود در غذاها و میوه ها می توانند بایون های موجود در شیشه واکنش دهند و ترکیبات کمپلکس پدید آورند. با خروج یون های قلیایی از داخل شیشه یون های هیدروژن مثبت جایگزین آنها می شود. هنگامی که بخواهیم استحکام سطح شیشه را افزایش دهیم باید یون های پتاسیم و سدیم مثبت را با لیتیم مثبت ( شیشه ها (4) ) جایگزین کنیم. در شیشه ی آلایش یافته (Stain glass) می توان یون نقره ی مثبت و مس را جایگزین کرد.
همانند مواد کریستالی ، شیشه ها نیز دارای عیوب کریستالی اند. یکی از چالش هایی که ما با آنها روبرو هستیم محاسبه ی خواص بوجود آمده ازعیوب (مانند نفوذ) در شیشه هاست. زیرا در شیشه ها شبکه ی مرجع وجود ندارد.

انواع شیشه های سرامیکی

شیشه ها (4)

شیشه ی سیلیکاتی ( سودالایم )

این شیشه ها بر پایه ی شیشه ها (4) هستند. (معمولا این نوع شیشه ها علاوه بر این مواد دارای نیز هستند.) این نوع شیشه نستبا ارزان هستند و دارای دوام خوبی نیز هستند همچنین از این نوع شیشه به طور فراوان در صنعت بسته بندی و ساختمان استفاده می شود. ضریب انبساط حرارتی شیشه ها (4) این نوع شیشه ها ناچیز نیست. همچنین این نوع از شیشه ها عایق های خوبی نیستند. استفاده های عمده از این نوع شیشه در صفحات شیشه ای ،بطری ها ، وسایل غذا خوری و صنعت الکترونیک (حباب لامپ) است. شیشه های آلومینو سیلیکاتی قلیایی ( شیشه ها (4) = عنصر قلیایی) دارای ضریب انبساط حرارتی پایینی است. این نوع شیشه دارای دوام و خواص عایق کاری بهتری است. وهمچنین نسبت به سایر شیشه های هم گروه استحکام بالاتری دارد. استفاده های این نوع شیشه عبارتست از تیوپ های اختراق، حباب های لامپ هالوژن و به عنوان بسترهای صنعت الکترونیک کاربرد دارد.

شیشه ی سربی

ترکیب عمومی این شیشه ها سیلیکات های قلیایی سربی است شیشه ها (4) . در این نوع شیشه ها Pbo به جای CaO در شیشه ی سودالایمی قرار گرفته است. این نوع شیشه دارای مقاومت بالایی است. همچنین ضریب انبساط حرارتی آن بالاست. و دمای نرم شوندگی پایینی دارد. دلیل آنکه از این نوع شیشه ها در تولید ظروف کریستال استفاده می شود این است که ضریب شکست این نوع شیشه بالاست و علاوه بر این که از این شیشه ها در ظروف تزئینی استفاده می شود، از آنها در ساخت تیوپ های لامپ، لامپ تصویر تلویزیون و تیوپ های ترمومترها استفاده می شود. در ظروف کریستال انگلیسی که به صورت سنتی تولید می شوند، میزان Pbo حداقل 30% است. برطبق رهنمود اتحادیه ی اروپا میزان Pbo باید بیش از 24 درصد باشد. همچنین بر طبق استاندارد اروپا شیشه های کریستال سربی باز یافت نمی شوند. شیشه های سربی که برای ساخت حفاظ های تابشی استفاده می شوند ممکن است دارای بیش از 65% Pbo باشند. کاربرد این گونه شیشه ها در لامپ تصویر تلویزیون است اگر چه شیشه های باریمی برای ساخت صفحه و تابلوهای تلویزیون استفاده می شود. (تفنگ الکترونی تلویزیون اشعه ی x ساتع می کند که این نوع شیشه باید این تابش ها را جذب کند.)شیشه های سرب – بوراتی می توانند به عنوان لحیم های شیشه ای استفاده شوند. این نوع شیشه ها دارای در صد کمی شیشه ها (4) است و کاملا خنثی است.
شیشه های فیلنیتی (flint glass) دارای تفرق بالایی است. در واقع این نوع شیشه ها از نوع شیشه های سیلیکاتی قلیایی ـ سربی است که از ذوب سنگ های فیلنیتی ساخته شده اند(فیلنیت فرم خالص سیلیس است) .لازم به توضیح است که این نوع سنگ کلسینه شده و به طور فراوان در ساخت بدنه های سرامیکی استفاده می شود.

شیشه ی بورانی ( شیشه ی بورو سیلیکاتی )

شیشه های بوروسیلیکاتی قلیایی شیشه ها (4) به خاطر ضریب انبساط حرارتی کوچکشان ویژه هستند. این نوع شیشه دوام بالایی داشته و خواص الکتریکی مفیدی دارند. پیرکس (Pyrex) که یک نوع ماده در تولید وسایل پخت و پز است . از جنس بروسیلیکات است .شیشه ی بروسیلیکاتی به طور وسیع در فرآیندهای شیمیایی استفاده می شود. برخی از شیشه های براتی دارای دمای ذوب پایینی شیشه ها (4) هستند از این رو آنها را می توان به همراه سایر شیشه ها استفاده کرد. شیشه ی بروسیلیکاتی – زنیکی به شیشه های منفعل شهرت دارند. این شیشه ها مواد قلیایی ندارند و از این رو از آنها می توان در ساخت اجزای الکترونیکی سیلیسیمی استفاده کرد.

سیلیس فیوزد

این نوع شیشه از نوع سیلیس خالص است. این شیشه ها ، شیشه های سیلیکاتی برای کاربردهای دما بالا هستند. ضریب انبساط حرارتی این نوع شیشه ها نزدیک به صفر است. این نوع شیشه ها برای تولید آینه های تلسکوپ و زیر لایه ها (Substrates) استفاده می شود. به خاطر داشتن ضریب انبساط حرارتی نزدیک به صفر به این شیشه ها ، شیشه های با انبساط حرارتی بسیار پایین (VLE Silica) می گویند .
شیشه های VLE دارای 7 درصد وزنی شیشه ها (4) برای تولید لفافه های لیتوگرافی نوری (masks photolithography) استفاده می شود. البته به خاطر دمای بالای فرآیند شکل دهی این شیشه ها ؛ می توان به جای آنها از شیشه های وایکور استفاده کرد.

شیشه ی فسفاتی ( phosphate – glass )

شیشه های فسفاتی شیشه های مهمی هستند زیرا این نوع شیشه ها خاصیت نیمه رسانایی دارند. یکی از کاربرد این مواد در ساخت تقویت کننده های الکترون (electron multipliers) است . در این نوع وسایل با استفاده از دپ کردن Er (افزودن شیشه ها (4) ) ، این تقویت کننده ها ساخته می شود. کایتون های موجود در این نوع شیشه ها معمولا V و P هستند اما لابراتوار ملی او آ ک ریچ (Oak Ridge National labroatory) یک نوع شیشه ی فسفاتی اندیوم – سربی تولید کرده است که دارای ضریب شکست بالایی است. از ویژگی های دیگر این شیشه می توان به دمای ذوب پایین و خاصیت ترانسپارنتی در برابر گسترده ی وسیعی از طول موج ها را نام برد. به دلیل آنکه این نوع شیشه می تواند درصد بالایی از عناصر خاکهای کم یاب را در خود حل کنند، از آنها در تولید وسایل نوری اکتیو مانند آمپلی فایرهای فیبر اپتیک و لیزرها استفاده می شود. شیشه های فسفاتی دپ شده با Nd در لیزرهای حالت جامد استفاده می شوند. ترکیب شیمیایی نمونه وار از این نوع شیشه عبارتست از شیشه ها (4) است. که در صد Nd بین O.2-2.O درصد مولی است.

شیشه ی چالکوژیندی ( Chalcogenide glass )

این نوع شیشه براساس Se,As و Te بوجود می آید. این شیشه ها نور فرو سرخ را از خود عبور می دهند و نیمه رسانا های غیر اکسیدی هستند. از این نوع شیشه در وسایل و لنزهای الکترونیکی ویژه استفاده می شود. در این وسایل هنگامی که ولتاژ اعمالی به آنها از میزان بحرانی فراتر رود، به طور ناگهانی تغییر رسانایی رخ می دهد. کاربرد این نوع شیشه ها بسیار خاص است زیرا این شیشه ها دوام پایینی داشته و دمای نرم شوندگی شان پایین است.

شیشه ی فلورایدی ( fluoride glass )

عموماً شیشه های هالیدی بر پایه ی شیشه ها (4) را شیشه های فلورایدی می گویند. کاربرد این نوع شیشه ها در وسایل همسو کننده نوری (optical waveguides) است. و درجاهایی که قیمت توجیه پذیر باشد استفاده می شوند.

شیشه ی طبیعی

این مسئله که شیشه در طبیعت بوجود می آید حتی این پدیده یک امر نسبتاً معمولی است، باعث شگفتی بسیاری از مردم می شود. تکتیت ها (tektites) درهنگام برخورد شهاب سنگ ها به زمین و در دهانه ی حاصله از برخورد شهاب سنگ پدید می آیند. مولد اویت (Moldavite) نیز یک شیشه ی سبز رنگ است که در مولداوی (Moldavia) یافت می شود . فولگلاریت (fulgarite) نیز تیوپ های شکننده از شیشه هستند که در هنگام برخورد برق آسمان به خاکهای ماسه ای پدید می آید. ابسیدیان (obsidian) نیز یک نوع شیشه است که در جریان های آتش فشانی تشکیل می شود. رنگ سیاه رنگ این نوع شیشه به خاطر ناخالصی پدید می آید. در طی دوره ی پارینه سنگی از ابسیدیان در ساخت وسایل استفاده می شده است. سنگ پا (Pamice) یکی دیگر از شیشه هایی است که از فوران های آتش فشانی تشکیل می شود. این ماده می تواند تخلخل های فراوانی داشته باشد. (درصورتی که ماده ی اولیه ی تشکیل دهنده ی آن دارای مواد گازی فراوانی باشد). سنگ پا شکل متخلخل ابسیدیان است

+ نوشته شده در شنبه بیست و دوم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 16:8 توسط مهندس ایمان رستگار |

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک-مقاله کامل

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 مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

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.

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.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

(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.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

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 مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

(سنگ معدن اصلی آهن)، ایلمنیت مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

(سنگ معدن اصلی تیتانیم .البته علاوه بر تیتانیم این ماده آهن نیز دارد.) ، پیروفانیت مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

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)

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.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

اینها عناصری هستند که وقتی با سیلیس مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

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 مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

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.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

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 مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

، 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.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

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

فرآوری

فرآوری فرآیندی است که اکثر مینرال ها پیش از استفاده شدن در تولید سرامیک ها از آن عبور می کنند. فرآوری فیزیکی شامل خردایش و آسیاب سنگ های درشت می شود. اندازه ی ذره ی ماده ی خام ممکن است بر روی مراحل بعد فرآیند تولید تاثیر بگذارد. یکی از مثال ها در این زمینه فرآوری آلومینا از بوکسیت است. این فرآیند شامل مراحل مختلف و فرآیند های شیمیایی است.
فرآوری شیمیایی شامل فرآیندهایی است که در آنها کانی های با ارزش از مواد باطله جدا می شوند. برای مثال در این فرآیندها بواسطه ی انحلال مواد در محلول های خاص و فیلتراسیون عمل فرآوری انجام می شود. فرآیند بایر که بوسیله ی آن آلومینا فرآوری می شود مثالی خوب از فرآوری شیمیایی است . در این فرآیند بوکسیت که شامل مواد ناخالصی فراوانی است تغلیظ و فرآوری می شود.
میزان خلوص مواد خام بر روی ترکیب محصول پایانی اثر می گذارد. برای بسیاری از بدنه های سرامیکی کنترل دقیق میزان ناخالصی ها ضروری می باشد . در این کاربردها مواد اولیه به صورت مصنوعی تهیه می شوند. علاوه بر این برخی از مواد سرامیکی به صورت طبیعی وجود ندارند و از این رو باید آنها را با روشهای شیمیایی بسازیم. سنتز مصنوعی پودر سرامیک ها نه تنها دارای مزیت خالص بودن است بلکه اجازه می دهد تا پودر های بسیار ریز با مرفولوژی بسیار خوب تولید شود.

وزن و مقیاس

درسیستم جهانی SI جرم دارای واحد کیلوگرم است. این واحد به خاطر برخی مسائل مورد توجه است. واحد کیلوگرم از پیشوند کیلو بعلاوه گرم پدید آمده است. کیلوگرم بوسیله ی وزن مرجع یک استوانه ی پلاتین – ایریدیم تعریف می شود. این رفرنس در مرکزی در فرانسه نگهداری می شود. برای بیان جرم موادی که در فرآیندهای تغلیظ و معدن کاری با آنها روبرو هستیم معمولا از واحد تن (metricton) استفاده می شود. هر تن هزار کیلوگرم یا یک مگاگرم است . مسئله گیج کننده در زمینه واحد تن وجود واحدهای خاص آمریکایی و انگلیسی برای تن است. که امروزه هنوز در این کشورها در حال استفاده شدن هستند. یک تن برابر o.984 تن انگلیسی است. همچنین یک تن برابر 1.103 تن آمریکایی است.
مسأله ی گیج کننده ی دیگری که وجود دارد این است که در انگلستان واحد آمریکایی تن در معادن سنگ های فلز دار (فلزی) استفاده می شود و این در حالی است که واحد انگلیسی تن در معادن ذغال سنگ استفاده می شود. ما از واحد معمولی تن (metric ton) استفاده می کنیم. البته این مسأله باید مورد توجه قرار گیرد که این واحدها در کارهای تقریبی زیاد متفاوت نیستند و به هم نزدیک اند. محاسبه ی میزان تمام کانی های تجاری دنیا آسان است. سازمان نظارت کننده ایالات متحده ی آمریکا (VSMS) در زمینه ی مواد معدنی هر ساله اطلاعات خود در زمینه ی مواد معدنی انتشار می دهد. این اطلاعات به صورت کتاب سال منتشر می شود. این سازمان تغییرات حاصل در زمینه ی تولید، ذخایر و... را در هر سال گزارش می دهد.

درادامه به بیان مواد معدنی مورد استفاده در صنعت سرامیک می پردازیم .سعی شده است تا منابع و ذخایر اصلی این مواد نیز ذکر شود.
سیلیس
سیلیس مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (2) یک ماده ی معدنی مهم در صنعت سرامیک است. استفاده ی عمده از این ماده در صنعت شیشه سازی است (حدود 38% از تولید ایالات متحده ی آمریکا در صنعت شیشه سازی مصرف می شود. ) برای مثال حباب های لامپ های با نور سفید (bulbs incandescent lamp) از شیشه های سودالایم تولید می شود که تقریبا 70% از آنها سیلیس است. درصد سیلیس موجود در لامپ های رشته ای می تواند تا حدود %99.8 وزنی نیز برسد.
یکی از منابع عمده ی سیلیس ، ماسه سنگ است . ماسه سنگ صنعتی و ماسه ی سیلیسی دو واژه هستند که در صنعت سرامیک زیاد استفاده می شوند. این دو واژه به معنای ماسه سنگی است که در صد سیلیس موجود در آن ها بالا باشد. در برخی موارد درصد سیلیس برخی از این ماسه ها بیش از 99.5% است.
برطبق تعریف ASTM، ماسه سنگ ذرات سنگ است که به صورت گرانول هستند. این ذرات می توانند از میان الک مش 4 بگذارند.(4.75mm) و بر روی الک مش 200 (75mm) باقی می مانند. و باید از خردایش طبیعی یا مصنوعی سنگ پدید آمده باشند. (ماسه سنگ همچنین از فرآوری فیزیکی سنگ ها (بوسیله ی سنگ شکن) تولید می شوند.)
ماسه سنگ های تولیدی معمولا دارای ترکیب شیمیایی متنوعی هستند که این ترکیب به نوع سنگ مورد استفاده بستگی دارد. ایالات متحده ی آمریکا بزرگترین تولید کننده ی ماسه ی صنعتی در جهان است. ایالت های ویرجینیای غربی، کالیفرنیا، الینویز، پنسیلوانیا ، اوهایو و نیوجرسی 80% ماسه ی سیلیسی با کیفیت بالای مورد استفاده در ایالات متحده ی آمریکا را فراهم می کنند. در الینویز و میسوری عملا تمام سیلیکای مورد استفاده در ساخت شیشه از ماسه سنگ های st.peter بدست می آید. سایر ذخیره های با کیفیت ماسه سنگ نیز وجود دارد. مثلا یکی از این ذخایر oriskany است که در ویرجینیای غربی و پنسیلونیا وجود دارد. این ذخیره ها عموما به صورت تپه های شنی ساحلی یا به شکل لایه هایی 20-30 متری زیر لایه هایی از لجن، خاک رس و سنگ رست (shales) وجود دارند.
عموما استخراج سیلیس صنعتی یک شغل با فروش منطقه ای است . در واقع مراکز تولید عمدتا در کنار مراکز خرید واقع اند مگر آنکه کیفیت محصول تولیدی استثنائی باشد مثلا خواص اندازه ی ذرات یا شکل ذرات ویژه باشد. منطقه ی جغرافیایی فروش این محصول معمولا از 200 مایل فراتر نمی رود. این مسئله به دلیل هزینه ی بالای حمل و نقل این ماده و فراوانی معادن آن در سرتاسر دنیا است.
در سال های اخیر، مقررات محیط زیستی بر روی استخراج سنگ سیلیس بسته شده که علت آن مشکلات سلامتی است که بوسیله ی این محصول بوجود می آید.
کواتز مینرال عمده ی سیلیس ، جزء اصلی سنگ های آتشفشانی مانند گرانیت است. این ماده همچنین در بیشتر سنگ های دگرگون یافت می شود. بخش اصلی سنگ های دگرگون را ماسه سنگ تشکیل می دهد. همچنین رگه هایی با خلوص بالا از کوارتز نیز در این سنگ ها یافت می شود. کریستال های کوارتز با کیفیت نوری بالا واقعا کم یابند . اما روش هایی مناسب وجود دارد که می توان کریستال های کوارتز را رشد داد و آنها را به صورت تجاری تولید کرد. تولید سالانه ی سیلیس در ایالات متحده ی آمریکا تقریبا 30 مگاتن است که این مقدار 700 میلیون دلار ارزش دارد.
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.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (2)

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.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (2)

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

میکا

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.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

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.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

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 مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) )، 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 مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) 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 مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) 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.

مولایت

مولایت مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) در طبیعت به میزان فراوان وجود ندارد و باید به صورت مصنوعی ساخته شود. این ماده دارای خواص زیادی است که موجب شده تا این ماده برای کاربردهای دما بالا مناسب باشد. مولایت دارای ضریب انبساط حرارتی بسیار کوچکی است.(این مسأله باعث می شود که مولایت مقاومت به شک حرارتی خوبی داشته باشد). این ماده همچنین در دمای بالا مقاومت به خزش خوبی دارد و از همه مهمتر، مولایت به آسانی با شیشه ی مذاب یا سر باره ی فلزات مذاب واکنش نمی دهد و در اتمسفر های کوره ای خورنده پایدار است.
از این رو از این ماده در آستر کاری کوره و سایر کاربردهای دیرگداز در صنعت فولاد سازی و ذوب آهن و صنعت شیشه استفاده می شود.
از لحاظ تجاری مولایت به دو روش ساخته می شود:
1)زینته ینگ
2)فیوزینگ
مولایت زنیته شده ممکن است بوسیله ی حرارت دادن مخلوطی از کیانیت : مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) ، بوکسیت و کائولن تولید شود. (کیانیت مینرالی است که به صورت طبیعی در سنگ های دگرگون یافت می شود.) این مخلوط (درنسبت های معین) در دماهای بالاتر از 1600c° زینته می شود. ماده ی زینته شده به این روش دارای 90-85% مولایت است . علاوه بر مولایت درصدی شیشه و کریستو بالیت (یکی از پلی فرم های مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) وجود دارد . آفریقای جنوبی تولید کننده ی عمده ی کیانیت دنیاست این کشور سالانه 165000 تن کیانیت تولید می کند.
ایالات متحده ی آمرکیا دارای بزرگترین منابع کیانیت دنیاست. این منابع در منطقه ی کوه های آپلاچین (Applochian Mountains) و آیداهو (Idaho) قرار گرفته اند. آندالوزیت (Andalusite) وسیلیمانیت سایر مینرال های آلومینو سیلیکاتی هستند که مانند کیانیت می توان از آنها به عنوان ماده ی اولیه در تولید مولایت استفاده کرد.
در روش فیوزینگ مقداری آلومینا و کائولن به داخل کوره ی قوس الکتریکی ریخته می شود. پس از روشن شدن این کوره دما به بالاتر از 1750c° می رسد و از این رو می توان با این روش مولایت با خلوص بالاتر تولید کرد. مولایت تولیدی به روش فیوزینگ دارای بیش از 95% مولایت است که به همراه آن مخلوطی از آلومینا و شیشه وجود دارد.

اکسیدها

موادخام مورد استفاده در ساخت سرامیک های اکسیدی تقریبا همگی به وسیله ی فرآیندهای شیمیایی تولید می شوند. علت استفاده از فرآیندهای شیمیایی بدست آوردن خلوص شیمیایی بالا و تهیه ی پودرهای مناسب جهت ساخت اجزای سرامیکی است. اکسیدهای مهم مورد استفاده در صنعت سرامیک در جدول 2 آمده است.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

آلومینا

اکسید آلومینیوم ( مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) ، آلومینا ، کوراندوم) بیشترین ماده ی شیمیایی غیر آلی است که در صنعت سرامیک استفاده می شود. این اکسید از کانی بوکسیت (bauxite) و بوسیله ی فرآیند بایر (bayer Process) تولید می شود. بوکسیت مخلوطی از اکسید آلومینیوم هیدراته با اکسید آهن مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) ، سیلیس ، تیتا نیا (به عنوان ناخالصی) تشکیل شده است. این کانی از هوا زدگی و متلاشی شدن سنگ های آلومینیوم دار بوجود می آید که در اغلب موارد جنس سنگ ها از نوع آذرین است. این کانی در مناطق گرمسیری تشکیل می شود. مانند کائولن، بوکسیت نیز می تواند به صورت ذخایر اولیه و ثانویه باشد.
فرآیند بایر آلومینایی با خلوص اسمی 99.5% تولید می کند. آلومینا بر اساس کابردهایش در گریدهای مختلف تولید می شود. این گریدها از لحاظ اندازه و شکل کریستال ها و میزان ناخالصی متفاوت اند. ناخالصی اصلی آلومینا اکسید سدیم مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) است. کریستال های آلومینا می توانند اندازه ی بین o.1 – 25 میکرون داشته باشد. شکل 2 کارخانه ی تولید آلومینا به روش بایر را نشان می دهد.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

مراحل فرآیند بایر عبارتند از :

1) فرآوری فیزیکی

بوکسیت بدست آمده از معدن ابتدا آسیاب می شود. البته اندازه ی ذرات در این خردایش بسیار درشت است. (اندازه ی ذرات زیر یک میلیمتر است). فرآیند آسیاب کاری باعث افزایش مساحت سطح کل ذرات می شود که این مسأله موجب کاهش زمان فرآیند می شود. (کاهش زمان واکنش های شیمیایی درمراحل بعدی )

2) مرحله هضم

ذرات درشت بوکسیت بوسیله ی افزودن هیدروکسید سدیم (NaOH) به آب حل می شود. این فرآیند در دمای مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) و در فشار کل O.5MPa اتفاق می افتد. همه ی آلومینای هیدراته ی موجود در بوکسیت حل می گردد و به صورت سدیم آلومینات در می آید.طبق فرمول زیر:
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

3) فیلتراسیون

ناخالصی های جامد موجود در محلول حاصله که عمدتا سیلیس مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) ، تیتانیا و اکسید آهن هستند بوسیله ی فیلتراسیون جدا سازی می شوند.

4) رسوب دهی

پس از سرد کردن ، دانه های گیبسیت (آلومینای هیدراته ی طبیعی - مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) به محلول سدیم آلومینات اضافه می شود. این مسأله موجب تشکیل فاز پایدار از هیدروکسید آلومینیوم در دمای پایین می شود. با دمش گاز به داخل محلول بوجود آمده ،فرآیند ایجاد رسوب تسریع می شود و عمل رسوب زایی ایجاد می شود.

5) شستشو

رسوبات بدست آمده سپس از فیلترعبور داده شده و شستشو می شوند تا میزان سدیم آن کاهش یابد.

6) کلسیناسیون

پودر حاصله در دمای بین 1100C∘ - 1200 کلسیناسیون می شود. در این فرآیند هیدروکسید به اکسید تبدیل می شود. واکنش در این مرحله به صورت زیر است:
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)
در این مرحله آلومینای بدست آمده به شکل کلوخه ای است. این کلوخه ها از دانه های ریز با قطر 10-5 میکرون تشکیل شده اند.

7) آسیاب کردن

پودر حاصله در مرحله ی قبل آسیاب می شود تا اندازه ی ذرات و توزیع ذرات معین بدست آید. آلومینای تولیدی به این روش دارای بیش از 99.5% مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) است. و همانگونه که قبلا گفتیم، ناخالصی عمده ی موجود در این ماده است. پودر حاصله ممکن است به میزان بسیار کم در حدود % 0.001 داشته باشد. این میزان از خلوص برای آلومینا برای بسیاری از کاربردها مناسب است. کنترل دقیق شرایط ته نشست شدن، شستشوی رسوبات و کنترل شرایط کلیناسیون و آسیا ب کردن می تواند موجب تشکیل آلومینایی با خلوص 99.99% شود. قیمت آلومینای کلسینه شده ی معمولی 0.60 دلار بر کیلوگرم است و این قیمت می تواند برای آلومینای کلسینه شده ی با خلوص بالاتر به 2.00 دلار بر کیلوگرم برسد. قیمت گرید متالورژیکی (مناسب برای تولید آلومینوم ) تقریبا ً 150 دلار برتن است.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

جدول 3 ترکیب نمونه وار فرم های اصلی آلومینای کلسینه شده آورده شده است. حضور مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) در برخی موارد غیر قابل قبول است. برای مثال ، یون سدیم در میدان الکتریکی تحرک پیدا می کند و باعث اتلاف خاصیت عایق کاری الکتریکی می شود. همچنین سدیم ، آلومینا تشکیل فاز مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) می دهند. تشکیل این فاز باعث کاهش دانستیه، استحکام ، مقاومت به شک حرارتی و مقاومت به خوردگی محصول نهایی می شود. جدول 4 درصد مناسب برای کاربردهای مختلف آلومینای کلسینه شده (تولیدی به روش بایر ) را نشان می دهد.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

استرالیا بزرگترین تولید کننده ی بوکسیت دنیاست. این کشور سالانه 60 مگا تن از این ماده تولید می کند.
منابع عمده ی بوکسیت در ایالات متحده ی آمریکا در آرکانزاس (Arkansas) وجود دارد. البته ذخایر کوچکتری نیز در جرجیا (Georgia) ، آلاباما (Alabama) و میسی سی پی(Missisippi) وجود دارد . معادن داخلی کمتر از 1% بوکسیت مورد نیاز ایالات متحده ی آمریکا را مهیا می کنند. از این رو ایالات متحده ی آمریکا یکی از واردکنندگان عمده ی بوکسیت دنیاست. این کشور سالانه 10 مگاتن بوکسیت وارد می کند.
تقریباً 95% از آلومینای استخراج شده در فرآیند تولید آلومینیوم استفاده می شود. بقیه ی آلومینای تولیدی در کاربردهای غیر فلزی مانند تولید آلومینای ویژه مصرف می شوند. و در واقع همین درصد کم برای ما مهم می باشد. زیرا بیشتر آن در صنایع سرامیک کاربرد دارد.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

فرم با خلوص بالای آلومینا را می توان به طور مستقیم از فلز آلومینیوم تولید کرد. برای این کار چندین روش وجود دارد که در شکل 3 نشان داده شده است

* منیزیا

اکسید منیزیم(Mgo، منیزیا) به صورت طبیعی و در حالت کانی پیریکاز (periclase) تشکیل می شود. این کانی یک کانی دگرگون است که از تخریب دولومیت مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) و دیگر کانی های منیزیادار تشکیل می شود. منابع پریکاز کمیاب است و ارزش اقتصادی ندارد. منابع اصلی منیزیا ، منیزیت وهیدرو کسید منیزیم مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) است.
ذخایر بزرگ منیزیت در بسیاری از کشورها مانند چین و ترکیه و روسیه وجود دارد. منیزیت دارای ناخالصی های مختلفی مانند سیلیس، آهن، آلومینیوم ، منگنز، و کلسیم است که این ناخالصی ها معمولا ً به شکل کانی های متنوعی وجود دارند. مثلا برخی از این کانی ها عبارتند از: کوارتز، تالک، میکا مگنتایت (Magnetite). پس از استخراج سنگ معدن، باید عملیات فرآوری انجام شود. روش های فرآوری متنوع هستند مثلا خردایش ، دانه بندی، شستشو، جداسازی بوسیله ی آهنربا و ملوتاسیون برخی از این روش ها ست . پس از خالص سازی کربنات منیزیم ، این ماده کلسیناسیون می شود. دمای کلسینا سیون بین مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3) است. فرآیند کلسیناسیون موجب تولید دانه های بسیار ریز Mgo با خواص واکنشی بالا می شود. این محصول منیزیای سوز آور(caustic magnesia) نامیده می شود. نوع زینته شده یا پخته شده (dead- burned) منیزیا بوسیله ی کلسیناسیون منیزیم کربنات در دمای بالاتر از مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) تولید می شود. در طی این فرآیند کریستال های واکنش پذیر رشد کرده و از این رو میزان واکنش پذیری آنها کاسته می شود.
منیزیا را همچنین می توان از آب دریا یا آب های شور با درصد پایین منیزیم تولید کرد. تقریبا 60% تولید ترکیبات منیزیمی در آمریکا از این منابع تامین می شود. آب دریا دارای مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) در کیلوگرم است.
مهمترین فرآیند تولید Mgo از آب دریا بدین صورت است که هیدروکسید منیزیم از محلول نمک های مینزیم و بوسیله ی یک عامل بازی قوی رسوب می کند.(طبق واکنش زیر)
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4)
رسوبات شسته شده ، فیلتراسیون می شود و بوسیله ی فرآیند کلسیناسیون آب گیری می شود. روش دیگر تولید منیزیا بدست آوردن منیزیا از آب شور است. این فرآیند بر پایه ی تجزیه یرسوبات مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) در دمایرسوبات اتفاق می افتد. (طبق واکنش زیر )

ظرفیت تولید سالانه ی منیزیا تقریبا 10 مگاتن در سال است. تقریبا 9 مگاتن از منیزیا از منابع طبیعی و تقریباً 1.5 مگاتن آن از آب دریاها و آب های شور بدست می آید. قیمت منیزیا در گسترده ی 150- 1200 دلار بر تن است. که این قیمت گذاری بر اساس خلوص آن انجام می شود.
کاربرد عمده ی منیزیا به عنوان دیرگدازهای مورد استفاده در آسترکاری کوره هاست. مقادیر بسیار کمی از منیزیا در تولید محلول خوراکی شیری رنگ (مخصوص درد معده) استفاده می شود. همچنین از منیزیا در ساخت سایر سرامیک ها مانند مواد اسپنیلی بدون کروم استفاده می شود. اسپینل بدون کروم در طبیعت در مقادیر قابل استفاده در صنعت وجود ندارد. اسپنیل را می توان بوسیله ی ذوب الکتریکی آلومینا و مینزیا تولید کرد.

* زیرکونیا

اکسید زیرکونیوم مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) ، زیرکونیا) به طور عمده از زیرکن ) بدست می آید. زیرکن مینرالی است که در سنگ های آذرین مانند گرانیت ها و پگماتیت ها تشکیل می شود.
در برزیل و ماداگاسکار برای تولید زیرکن ، سنگ های آدرین پگماتیتی (pegmatates) را تجریه می کنند. همچنین زیرکن می تواند به عنوان جزئی از سنگ های دگرگون تشکیل شده باشد. در سواحل استرالیا، برزیل، هند و فلوریدا از زیرکن به صورت ذخایر موجود در ماسه های ساحلی وجود دارد که این ذخایر از نوع ذخایر ثانویه هستند. در این نوع از ذخایر که به صورت تجاری مورد استفاده قرار می گیرد، زیرکن به همراه مینرال های دیگر مانند المنتایت (ilmentite) ، روتایل (rutile) و مونازیت (monazite) تشکیل شده است.
برای تولید زیرکونیای خالص از زیرکن چندین روش تجاری وجود دارد. زیرکن در دمای بالاتر از مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) به زیرکونیا و سیلیس تجزیه می شود. تزریق ماسه های زیرکنی به یک محیط پلاسما (در دمای بالاتر از 6000c° ) باعث تجزیه شدن زیرکن و ذوب شدن آن می شود. در هنگام انجماد مذاب پلاسمایی ، زیرکونیا به صورت ساختار دندریتی انجماد پیدا می کند. و مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) به صورت پوششی شیشه ای بر روی زیرکونیا تشکیل می شود. سیلیس موجود در این ساختار می تواند بوسیله ی شستشو با محلول سدیم هیدروکسید جوشان از بین برود. در این فرآیند مواد زائد شسته می شود و زیرکونیا بوسیله ی سانتریفیوژ جدا سازی می شود.
روش اصلی در تولید اکسید زیرکونیوم ذوب زیرکن در کوره ی قوس الکتریکی است. دمای این ذوب بین 2100c°- 2300 است با آنکه دمای این واکنش نسبت به پلاسما پایین تر است اما فرآیند تجزیه ی زیرکن اتفاق می افتد. اما در این حالت زیرکونیای جامد در سیلیس مذاب تولید می شود. خلوص مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) تولیدی در این روش تقریبا 99% است.
یکی دیگر از منابع تأمین کننده ی زیرکونیا ، بادولیت (baddeleyite: مونوکلینک و ناخالص) است. البته این کانی از لحاظ تجاری اهمیت کمتری نسبت به زیرکن دارد . ذخایر بادولیت کم می باشد. همچنین این ذخایر به همراه آلودگی هایی مانند سیلیس ، اکسید آهن و تیتانیا وجود دارد. ذخایر با دولیت به صورت تجاری در برزیل و آفریقای جنوبی استخراج می شوند. همه ی منابع سنگ معدن زیرکونیوم دارای مقادیر متنوعی از هافینوم ( به طور نمونه وار 3 – 1.5%) هستند . به دلیل شبیه بودن ویژگی های شیمیایی این دو ماده ، فرآیند جداسازی آنها گران قیمت است. به همین دلیل اکثر گریدهای زیرکونیا بیش از %3wt هافینوم دارند.

* زینسیت

اکسید روی (ZnO) به صورت طبیعی در مینرال زینسیت Zincite))وجود دارد. اکسید روی خالص سفید رنگ است. کانی زینسیت به دلیل وجود منگنز( بیش از 10%) و مقادیر ناچیزFeo قرمز رنگ است. منابع طبیعی زینسیت از لحاظ تجاری اهمیت ندارند. دو روش برای تولید اکسید روی وجود دارد:
1)اکسیداسیون فلز روی (در حالت بخار) با هوا
2)کاهش اسفا لاریت ( Sphalerite:zns) با کربن و CO اسفالاریت یکی از کانی های طبیعی و بسیار مهم از روی است. منابع عظیمی از این کانی در سنگ های آهکی دره ی میسی سی پی ، حوالی جوپلین (Joplin) وجود دارد .همچنین منابع عظیمی از این کانی در فرانسه ، مکزیک، اسپانیا ، سوئد و انگلستان وجود دارد.
مقادیر زیادی از اکسید روی تولید شده در صنعت تولید چسب و رابر استفاده می شود. از این اکسید همچنین در رنگ های لاتکس ، کاشی ها ، لعاب ها و صنعت پرسلان استفاده می شود.
این ماده همچنین یکی از مواد پر کاربرد در ساخت وریستور (Varistors) است.

* روتایل و آناتار

روتایل مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) ، تیتانیا) یکی از اجزای تشکیل دهنده ی سنگ های آذرین مانند گرانیت و همچنین به عنوان یکی از مشتقات سنگ های دگرگون مانند گنیس (geneiss) است. این کانی به صورت سوزن های ریزی در نمک ها، میکای بیوتایتی (biotitemica) ، کوارتز و فلدسپار یافت می شود. از لحاظ اقتصادی ذخایر مهم این ماده در سنگ های آذرین ویرجینیا (Virginia) ،کانادا (Canada) و نوروی (Norway) یافت می شود. روتایل (rutile) همچنین یکی از اجزای مهم سنگ های ساحلی است که از فرسایش سنگ های دارای روتایل بوجود آمده اند. این سنگ های ساحلی در استرالیا، فلوریدا و هند وجود دارند.
تیتانیا همچنین از واکنش المنیت مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) با اسید سولفوریک در دمای نیز تولید می شود. این واکنش به صورت زیر انجام می شود و تشکیل تیتانیل سولفات (Sulfate titanyl) می دهد:

تیتانیل سولفات در آب قابلیت حل شوندگی داشته و می توان بدین وسیله از ناخالصی های نامحلول در آب جداسازی شود. (این کار بوسیله ی فیلتراسیون انجام می شود.) هیدرولیز در دمای مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) باعث تشکیل رسوبات هیدروکسید طبق واکنش زیر می شود.:

هیدروکسید تیتانیل بوسیله ی کلسیناسیون در دمای 1000c° به تیتانیا تبدیل می شود.

* غیر اکسیدی ها

اکثر سرامیک های غیر اکسیدی مهم در طبیعت وجود ندارند و بنابراین باید آنها را سنتز کرد. روش سنتز این مواد معمولا یکی از روش های زیر است:
1)ترکیب مستقیم فلز و نافلز در دمای بالا
2)کاهش اکسید با کربن در دمای بالا (کاهش کربوترمال) و واکنش متعاقب با نافلز در این بخش از مقاله نگاه مختصری به سرامیک های غیر اکسیدی مهم داریم. برای نشان دادن تنوع سرامیک های غیر اکسیدی ما مثال هایی از کاربیدها ، نیتریدها و بوریدها را آورده ایم. البته سرامیک های غیر اکسیدی دیگری نیز وجود دارند که آنها نیز مورد توجه هستند.
SiC: ساینده ، بخش های الکترونیکی با شرایط دشوار
TiC: یا تاقان ، ابزارهای برش،
AIN:قطعات الکترونیکی، بوته ذوب فلز
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) : توربین های گازی آینده و اجزای موتورهای دیزل
Zr B_2: بوته ی ذوب فلز و تیوپ های ترموول (tubes Thermowell)
WC: ساینده، ابزارهای برش
C (گرافیت): روانساز جامد
C(الماس) : ساینده

* سیلیسیم کاربید

سیلیسیم کاربید(SiC) بیشترین مصرف را در بین مواد سرامیکی غیر اکسیدی دارد. کاربرد عمده ی این ماده در صنعت ساینده است. علت استفاده از آن در صنعت ساینده سختی بالا (تنها الماس، نیترید بورکیوبیک و کاربیدبور سختی بالاتری از سیلیسیم کاربید دارند.) سیلیسیم کاربید در طبیعت تشکیل نمی شود و بنابراین باید آن را به صورت مصنوعی ساخت. این ماده به دو شکل کریستالی وجود دارد. فرم کیوبیک که به آن فاز B می گویند (B-SiC) و فرم هگزا گونال که به آن فاز مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) می گویند.(-SiC). فرم در دمای بالاتر از تشکیل می شود و فرم B در گستره ی دمایی تشکیل می شود.
سیلیسیم کاربید به صورت تجاری بوسیله ی فرآیند آچسون (Acheson Process) تولید می شود. در این فرآیند مخلوطی از ماسه ی سیلیسی (99.5%. مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) )، کک (carbon) تهیه شده و در طول بزرگی دپو می شود. سپس الکترودهای کربنی در داخل توده جا سازی می گردد. هر توده معمولا از 3000 تن ماده تشکیل شده است. گرم کردن کک باعث آزاد شدن انرژی کک می شود. که معمولا در دما در بخش هایی از توده به مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) نیز می رسد. انرژی الکتریکی کل که در طی راه اندازی استاندارد یک توده (کوره) مصرف می شود حدود 2 میلیون کیلو وات ساعت (kwh) است که این میزان تقریبا برابر است با 7 تراژول (7TJ). میانگین توان ورودی به کوره در طی راه اندازی کوره حدود 9000-10000KW است. در دمای بالا کک با مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) واکنش می دهد و Sic و CO(مونواکسید کربن ) تولید می کند:

عملیات حرارت دهی کوره ادامه می یابد تا واکنش به طور کامل انجام شود. زمان حرارت دهی از2- 20 روز طول می کشد .(بسته به بزرگی کوره و ترانسفورماتور). پس از سرد شدن کوره، توده شکسته می شود و پس از خردایش دانه بندی می شود. مرکز توده دارای کریستال های SiC هگزاگونال با خلوص بالاست که رنگ آنها سبز است. این کریستال ها برای کاربردهای الکتریکی مناسبند. خلوص SiC براساس رنگ کریستال ها قابل تشخیص است:
خلوص % 9908 : سبز کم رنگ
خلوص % 99: سبز پررنگ
خلوص % 98.5 : سیاه رنگ

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4)

گرداگرد مرکز توده یک بخش با خلوص پایین (بیش تر از %97.5) وجود دارد که برای کاربردهای ساینده مناسب است. لایه ی بیرونی دارای مخلوطی از SiC و مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4) واکنش نداده و کربن است که این لایه در فرآیند پخت بعدی استفاده می شود. شکل 1 مثال هایی از کریستال های SiC تولید بوسیله ی فرآیند آچسون است.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4)

بزرگترین تولید کننده ی SiC جهان چین است .این کشور سالانه 450000 تن SiC تولید می کند. شکل 2 یک کارخانه ی تولید SiC را نشان می دهد. قیمت SiC تولیدی به روش آچسون بین 10- 40 دلار بر کیلوگرم است

تیتانیوم کاربید

تیتانیم کاربید (TiC) یکی دیگر از مواد سرامیکی غیر اکسیدی است که در طبیعت تشکیل نمی شود. این ماده نیز بوسیله ی کاهش کربوترمال مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5) یا بوسیله ی واکنش مستقیم بین عناصر تیتانیم و کربن تولید می شود. فرآیند تولید TiC نیز نیازمند دمای بالای تولید می باشد. دمای کربوراسیون بین مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5) است.

آلومینیوم نیترید

چندین روش صنعتی برای تولید AIN وجود دارد. درحال حاضر دو تا از این روش ها به صورتی صنعتی کار برد دارند. یکی از آنها نیتریداسیون مستقیم آلومینیوم است. که در زیر واکنش آن نشان داده شده است.

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5)

در دمای بالاتر از نقطه ذوب فلز تمام پودر به صورت مستقیم به نیترید تبدیل می شود. کنترل دقیق فرآیند بوسیله ی جلوگیری از انعقاد فلز در طی فرآیند نیتریداسیون انجام می شود.
کاهش آلومینا با استفاده از نیتروژن و یا آمونیاک درحضور کربن یکی دیگر از روش های تولید AIN است. (طبق واکنش زیر)
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5)
مخلوط آلومینا و کربن با اتمسفر دارای نیتروژن و در دمای بالاتر از واکنش می دهد. برای تبدیل کامل مواد به AIN فاکتورهایی مانند اندازه ی ذرات پودر و مخلوط نمودن مناسب مواد مهم می باشند. در دو روش تولید AIN، ناخالصی های اصلی اکسیژن (1.O% وزنی) و کربن (زیر O.O7%wt) هستند. سایر ناخالصی هایی که در این ماده وجود دارد عبارتند از: سیلیسیم، آهن، کلسیم. این ناخالصی ها به طور نمونه وار هر کدام در غلظت هایی زیر 50ppm وجود دارند. فروش جهانی AIN در حدود 200 تن در سال است. قیمت این ماده در گسترده 20- 180 دلار بر کیلوگرم است. این تفاوت قیمت به خاطر کیفیت و ویژگی های پودری AIN است.
در بسیاری از کاربردهایAIN نیاز است تا این ماده به صورت زیر لایه یا دیواره ی بوته باشد. این ماده یک عایق الکتریکی خوب است و رسانایی گرمایی بسیار بالایی دارد. (بهتر از آهن) این مسئله باعث شده تا از آن در بخش های الکترونیکی استفاده شود. بوته های آلومینیوم نیتریدی برای نگهداری مذاب فلزات استفاده می شود.

سیلیسیم نیترید

سیلیسیم نیترید ( مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5) ) یکی دیگر از کانی های مصنوعی است. این ماده دارای دو فرم کریستالی است .فرم دما پایین آن است که این فرم از آن نسبت به فرم β بیشتر ترجیح داده می شود. (به عنوان ماده ی اولیه ) زیرا تغییرات فازی فرم βدر طی فرآیند زینترینگ موجب پدید آمدن تغییرات طولی در ساختار کریستالی می شود. چندین روش برای سنتز پودر مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5) وجود دارد که این روش ها شبیه به روش های تولید AIN است. این روش ها عبارتند از :
1)نیتریداسیون پودر سیلیسیم
2)کاهش کربوترمال سیلیس در گاز نیتروژن
3)واکنش در فاز گاز مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5) یا سیلان () با آمونیاک
بیشتر پودرهایی که به صورت تجاری در دسترس هستند از واکنش پودر سیلیسیم با نیتروژن در دمای تولید شده اند. (طبق واکنش زیر)
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5)
این پودر عموما مخلوطی از فاز و β است (که نسبت به β برابر 90 به 10 است.) در اغلب موارد برای تسریع واکنش و جلوگیری از تشکیل فاز β از پودر مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5) به عنوان جوانه زا استفاده می شود. پودر نیترید شده شامل ناخالصی هایی مانند آهن ، کلسیم و آلومینیوم است. که این ناخالصی ها از ابتدا در پودر سیلیسیم وجود داشته اند و یا در طی فرآیند آسیاب کردن ثانویه پدید آمده اند. پودر مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5) با خلوص بالا را می توان بوسیله ی کاهش کربوترمال در دمای بین تولید کرد.( طبق واکنش زیر)

اگر چه این فرآیند باعث تولید پودرهایی می شود که در آنها کربن و اکسیژن باقی مانده وجود دارد ولی پودر تولیدی دارای مساحت سطح بالایی است و درصد فاز مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5) نیز در این پودر بالاست.
پودرهای با خلوص بالا همچنین بوسیله ی واکنش در فاز بخار تولید می شود. که در زیر این واکنش ها آورده شده است:
〖 مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5)
پودر تولیدی به روش بالا آمورف است. اما محصولاتی که تا دمای حرارت داده شوند.
تقریباً به طور کامل به فرم تبدیل می شود.
تولید جهانی، 500 تن در سال است. قیمت پودر این ماده از 30 – 150 دلار بر کیلوگرم قیمت دارد. که این قیمت به اندازه ی ذرات و کیفیت آن بستگی دارد.
سیلیسیم نیترید در دماهای بالا دارای استحکام بالایی است. این ماده دارای مقاومت به شک حرارتی ، مقاومت به خزش و مقاومت به اکسیداسیون بسیار خوبی در شرایط سخت است. از این رو این ماده برای ساخت قطعات توربین و موتورهای دیزل مناسب است.

زیرکونیوم دی بوراید

زیرکونیوم دی بوراید مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5) یک ماده ی مناسب برای ساخت بوته ی ذوب فلزات است. علت این مسئله مقاومت به خوردگی استثنائی این ماده است. این ماده همچنین در سلولهای هال – هرولت (Hall- Heroultcells) (فرآیند تولید آلومینیوم ) به عنوان کاتد و در فرآیند تصفیه ی فولاد به عنوان تیوپ های ترموول استفاده می شود.
فرآیندهای مختلفی برای تولید مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5) استفاده می شود. این فرآیند ها شبیه به روش های تولید کاربیدها و نیتریدهاست. به صورت صنعتی این ماده به روش واکنش مستقیم زیرکونیوم و بور تولید می شود.
مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5)
همچنین از واکنش کربوترمال نیز می توان برای تولید استفاده کرد. که واکنش آن به شکل زیر است.

همه ی این واکنش ها باید در دمای بالا و تحت اتمسفر خنثی یا خلاء انجام شود. قیمت پودر مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5) بین 60- 100 دلار بر کیلوگرم است.

تنگستن کاربید

تنگستن کاربید یک ماده ی مقاوم در برابر سایش است. این ماده در فلز کاری، استخراج معدن و صنعت ساخت قطعات ماشین آلات و ساخت قالب کاربرد دارد. این ماده بوسیله ی کربوره کردن پودر تنگستن تولید می شود. ایالات متحده ی آمریکا سالانه 5500 تن WC مصرف می کند.

کربن

گرافیت یکی از فرم های سه گانه ی کربن است. فرم های کریستالی دیگر کربن عبارتند از : الماس و فولرن ها ، گرافیت به طور طبیعی در سنگ های دگرگون مانند مرمر (marble) وجود دارد. البته این ماده شباهت زیادی با سایر سرامیک های غیر اکسیدی ندارد.
گرافیت مورد استفاده در صنعت از منابع طبیعی استخراج می شوند. بزرگترین تولید کنندگان گرافیت دنیا، چین و هند هستند. تولید جهانی این ماده یک مگاتن در سال است. هم اکنون گرافیت در ایالات متحده ی آمریکا استخراح نمی شود. اگر چه این کشور سالانه 300000 تن گرافیت به شکل مصنوعی تولید می کند. که ارزش این تولید یک میلیارد دلار است.
چندین روش برای تولید گرافیت به صورت مصنوعی وجود دارد. بسیاری از این روش ها بدین گونه هستند که کربن های غیر گرافیتی در دمای بالاتر از مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5) گرما داده می شوند تا گرافیت تشکیل شود. برای مثال فرم بسیار خالص از این ماده بوسیله ی حرارت دادن مخلوط کلسینه شده ی کک نفتی و ذغال سنگ در دمای مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5) تولید می شود. دمای بالای این فرآیند باعث می شود تا اتم های کربن به صورت آرایش ورقه ای (ساختار گرافیتی) در آیند. گرافیت مصنوعی را همچنین می توان بوسیله ی رسوب از حالت فاز بخار هیدرو کربن ها در دماهای پایین (حدود مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5) ) تولید کرد.
بیشتر گرافیت مصنوعی که در ایالات متحده ی آمریکا تولید می شود، برای ساخت الکترودهای بسیار بزرگ استفاده می شود. این الکترودهای بزرگ در کوره های قوس الکتریکی استفاده می شوند. همچنین الکترودهای باطری نیز از این گرافیت ساخته می شود. کاربردهای عمده ی دیگر این ماده در روانسازی و فولاد سازی است.
استفاده های عمده از گرافیت طبیعی در صنعت دیرگداز (45%) ، لقمه ترمز (%20) است.
گرافیت طبیعی حدود 500 دلار بر تن قیمت دارد. در حالی که نوع مصنوعی آن قیمتی بالاتر از 2000 دلار بر تن دارد.
میزان الماس صنعتی تولید شده در ایالات متحده ی آمریکا بسیار کمتر از میزان تولید گرافیت مصنوعی است. تقریبا 300 میلیون قیراط الماس مصنوعی به صورت سالانه تولید می شود که کاربرد آن در ابزار آلات برش سنگ و مرمت آزاد راه ها و ساختمان هاست.
فولرن ها در سال 1985 کشف شدند. این در حالی است که نانو تیوپ های کربنی در سال 1991 کشف شدند. هر دو ماده ی اشاره شده هم اکنون به صورت تجاری در دسترس اند. البته این مواد هم اکنون گران قیمت هستند و کاربرد آنها به محصولات خاصی (مثلا افزودنی های مورد استفاده در پوشش های پلیمری ) محدود می شود

+ نوشته شده در شنبه بیست و دوم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 15:49 توسط مهندس ایمان رستگار |

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک-مقاله کامل

سنگ معدن ، مکافی و زمین شناسی

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

(سنگ معدن اصلی آهن)، ایلمنیت مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

سنگ های آذرین

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

اینها عناصری هستند که وقتی با سیلیس مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

سنگ های دگرگون

سنگ های رسوبی

، کربنات

و فسفات

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (1)

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

فرآوری

وزن و مقیاس

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (2)

میکا

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

مولایت

اکسیدها

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

آلومینا

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

مراحل فرآیند بایر عبارتند از :

1) فرآوری فیزیکی

2) مرحله هضم

3) فیلتراسیون

4) رسوب دهی

5) شستشو

رسوبات بدست آمده سپس از فیلترعبور داده شده و شستشو می شوند تا میزان سدیم آن کاهش یابد.

6) کلسیناسیون

7) آسیاب کردن

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (3)

* منیزیا

* زیرکونیا

* زینسیت

* روتایل و آناتار

* غیر اکسیدی ها

* سیلیسیم کاربید

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (4)

تیتانیوم کاربید

آلومینیوم نیترید

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک (5)

سیلیسیم نیترید

زیرکونیوم دی بوراید

تنگستن کاربید

کربن

+ نوشته شده در شنبه بیست و دوم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 15:48 توسط مهندس ایمان رستگار |

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها

مقدمه

در این مقاله در مورد سفال گری صحبت می کنیم. بسیاری از تکنیک هایی که امروزه برای شکل دهی سرامیک های پیشرفته استفاده می شود. بوسیله ی سفال گران ابداع و استفاده می شده است. اما امروزه اینگونه فرآیندها اصلاح شده است و برای شکل دهی مواد درکاربردهای با فناوری بالا و سرامیک های جدید استفاده می شود.

ما تنها می توانیم پودر خشک را شکل دهی کرده وآن را زنیتر کنیم. اما این مسئله مرسوم است که مقداری مایع به پودر اضافه می شود. و سپس فرآیند شکل دهی و پخت اتفاق می افتد. (دقیقا همانند استفاده کردن از آب در سفال گری). تغییر فرم های اتفاق افتاده در فرآیندشکل دهی باعث می شود تا مخلوط با استحکام پایین چسبنده شود و به بدنه ای محکم ومنسجم تبدیل شود.این بدنه را می توان به هندسه ی دلخواه در آورد. انتخاب عملیات شکل دهی برای یک محصول خاص به ابعاد و ثبات ابعادی محصول، ویژگی های زیرساختاری ، میزان قابلیت تکثیر شدن نمونه بوسیله ی آن، مسائل اقتصادی و نوع شکل بستگی دارد.

لغات

در صنعت شکل دهی سرامیک ها لغات خاصی وجود دارد. زیرا این صنعت یک هنر قدیمی است. سابقاً پودرهای اصلی در خلوص و اندازه ی ذرات مناسب تهیه می شد و بوسیله ی آنها می شد اشکال مد نظر را تهیه کرد. بسیاری از روش های شکل دهی برای محصولات سرامیکی مناسب هستند. این روش ها را می توان به سه گروه عمده طبقه بندی کرد:
1) فشرده سازی پودر: پرس خشک، پرس گرم، پرس ایزواستاتیک سرد و...
2) ریخته گری : بوسیله ی قالب و دوغاب سرامیکی
3) شکل دهی پلاستیک: اکستروژن ، قالب گیری تزریقی و... در این فرآیند از فشار برای شکل دهی بدنه ی خام سرامیکی استفاده می شود.

فشرده سازی پودر:

در این روش با فشردن پودر ماده ی سرامیکی ، قطعه تشکیل می شود. پودر ممکن است بوسیله ی فرآیند فشرده سازی خشک (بدون افزودن بایندر) ویا بوسیله ی افزودن مقدار اندکی از یک بایندر به قطعه تبدیل شود. فشار اعمالی نیز می تواند غیر محوری یا ایزواستاتیک باشد.انتخاب روش فشرده سازی (پرس کردن ) به شکل محصول نهایی بستگی دارد. ما می توانیم اشکال ساده را بوسیله ی اعمال فشار غیر محوری و قعطات پیچیده را بوسیله ی اعمال فشار ایزواستاتیک تولید کنیم.

سرامیک های ریخته گری شده

این نوع از سرامیک ها معمولا در دمای اتاق و بوسیله ی تهیه ی یک دو غاب حاوی ذرات پودر تهیه می شوند. لازم به ذکر است که این فرآیند شباهتی به فرآیند ریخته گری فلزی ندارد. دو غاب تهیه شده به داخل قالب ریخته شده و مایع آن بوسیله ی جداره ی قالب (دیفوزیون از جداره) خارج می شود. خروج مایع از قالب سبب پدید آمدن جسمی با استحکام مناسب در داخل قالب می شود. به این روش ریخته گری روش ریخته گری لغزشی (Slip Casting) می گویند. از این روش برای شکل دهی بسیاری از محصولات سرامیکی سنتی (مانند ظروف تزئینی) استفاده می شود. در سال های اخیر از این روش برای شکل دهی محصولات سرامیکی پیشرفته (مانند پرده ها ی توربین و روتور توربین گازی) استفاده می شود. برای تولید فیلم های ضخیم و صفحات از روش ریخته گری نواری (tape Casting) استفاده می شود.

شکل دهی پلاستیک

این روش بدین صورت است که به پودر سرامیکی به میزان مشخصی آب اضافه می شود . تا پودر خاصیت پلاستیک پیدا کند و بتوان آن را تحت فشار شکل دهی کرد. این روش ابتدائاً برای شکل دهی خاک رس استفاده می شده است که پس از آن با انجام اعمال اصلاحی بر روی آن برای شکل دهی مواد پلیمری نیز استفاده می شود. مایع مورد استفاده در سرامیک های سنتی بر پایه ی رس، آب است. برای سیستم های سرامیکی که بر پایه ی رس نیستند. مواد آلی نیز ممکن است به جای آب استفاده شوند. بایندرهای آلی معمولا از ترکیبات چند گانه ساخته شده اند تا بتوانند وسکوزیته ی مناسب را به سیستم سرامیکی بدهند و همچنین خصوصیات بعد از پخت خوبی داشته باشند.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (1)

جدول 1 روشهای اصلی موجود در سه گروه شکل دهی را نشان می دهد. که در هر مورد اشکالی را که می توانیم با این روش ها تولید کنیم نیز آورده شده است.
در ادامه برخی از واژه های مربوط به صنعت شکل دهی را بیان می کنیم.

بایندر (binder)

بایندر ترکیبی است که استفاده می شود تا پودر در کنار هم نگه داشته شود و بتوان پودر را شکل دهی کرد.

دوغاب (Slurry)

دوغاب سوسپانسیونی از ذرات سرامیکی دریک مایع است.

نرم کننده (plasticizer)

نوعی بایندر است که باعث می شود دوغاب نرم یا انعطاف پذیر شود. این افزودنی خواص رئولوژیکی دوغاب را بهبود می دهد.

نمونه ی خام (green)

قطعه ای سرامیکی است که هنوز پخت نشده است.

دوغاب لعاب (Slip)

مخلوطی سوسپانسیونی است که به صورت پوشش بر روی بدنه ی خام قرار می گیرد و پس از پخت بر روی بدنه تشکیل لعاب را می دهد.
برخی از روش های شکل دهی که در این مقاله به آنها می پردازیم، بدنه هایی سرامیکی تولید می کنند که فشردگی آنها تنها برای فرآیند ماشین کاری مناسب است (میزان استحکام آنها به حدی است که تنها بتوان آنها را ماشین کاری کرد.) به هر حال این بدنه ها کاملا متراکم نیستند و پیوند بین دانه ها در آنها ضعیف است.این حالت را خام بودن (green) می گویند.در واقع در این حالت، حالتی میان بدنه ی زنیتر شده ی با دانسیته ی بالا و پودر نرم است. روش های دیگری در شکل دهی سرامیک ها وجود دارد که در آنها با اعمال دمای بالا در حین شکل دهی بدنه های زنیتر شده با دانستیه ی بالا تولید می شود.

بایندر و نرم کننده ها

در اغلب موارد نیاز است تا به پودر سرامیکی مقداری بایندر اضافه کنیم. بایندر دو وظیفه دارد. در برخی روش های شکل دهی مانند اکستروژن، بایندر پلاستیسیته ی مورد نیاز برای شکل دهی را فراهم می کند. بایندر همچنین باعث می شد تا قطعه ی خام تولیدی پس از خشک شدن استحکام کافی را داشته باشد و در طی فرآیند ساخت و پخت دفورمه نشود. یکی از ویژگی های مهمی که بایندرها باید داشته باشند این است که بتوان بایندر را در طی فرایند پخت از بین برد و آن را از میان بدنه ی متراکم خارج کنیم، بدون آنکه بدنه معیوب شود. در اغلب موارد مواد پلیمری بایندرهای ایده آلی هستند.
در سفال گری اغلباً از آب به عنوان بایندر استفاده می شود. در این صنعت آب به میزان کافی به خاک افزوده می شود. تا گل حاصله پلاستیسیته ی مورد نیاز برای شکل دهی را بدست آورد. در واقع میزان آب در حدی است که نمونه در طی پخت ثبات خود را حفظ کند. برای بهبود خواص رئولوژیکی در اغلب موارد از نرم کننده استفاده می شود. در اصل افزودن نرم کننده به سوسپانسیون ها به صنعت سرامیک منحصر نیست و از آن در بسیاری از فرآیندهای پودری استفاده می شود. برخی اوقاف تفاوت میان نرم کننده و بایندر زیاد واضح نیست. بایندرها همچنین در فرآیندهای شکل دهی فلزات بوسیله ی پودر فلز نیز کاربرد دارند.

دوغاب

واژه ی دوغاب لعاب ( Slip) از لغتی انگلیسی آمده است که به معنای کرم (cream) است کرم سوسپانسیونی از ذرات شیر داخل مایع (آب) است که در فرآیند تولید پنیر بوجود می آید.
عموماً دوغاب لعاب شامل ذرات سرامیکی کوچک (زیر 10 میکرون ) است که در داخل یک محیط مایع معلق هستند. در سفال گری این مایع معمولا آب است. سوسپانسیون بوجود آمده می تواند حتی بیش از 60% حجمی ماده ی خشک داشته باشد. دی فلوکولانت ها (deflocculents) به دو غاب لعاب اضافه می شود تا محیط الکترویکی هر ذره را بهبود دهد. این مسئله موجب می شود ذرات همدیگر را دفع کنند.

دی فلوکولانت

دی فلوکولاسیون فرآیندی است که بوسیله ی آن توده های به هم چسبیده ی ذرات سرامیکی موجود در مایع متلاشی شده و به ذرات تبدیل می شوند. از این رو در فلوکولانت یک افزودنی است که این فرآیند را انجام می دهد. به عبارت دیگر دی فلوکولاسیون مخالف دلمه شدن (coagulation) است.

کلوئید

کلوئید عموما به عنوان هر ماده ای تعریف می شود که دارای ذرات مادی است که از محلول های معمولی بزرگ تر اما بسیار ریزتر از آن هستند که بدون بزرگنمایی نوری قابل دیدن باشند.
(تقریبا 10-1nm میکرون) . کلوئیدها می توانند به روش های مختلف به یکدیگر پیوند دهند . سیستم های کلوئیدی می توانند چندین شکل داشته باشند. فرضی که ما با آن روبرو هستیم بدین صورت است که یک ماده در دیگری پراکنده شده است. حرکت براوونی یکی از پدیده هایی است که در این مخلوط ها بوجود می آید. دوغاب یک کلوئید است. ما می توانیم خواص دوغاب را بوسیله ی افزودن فلوکولانت و یا دی فلوکولانت تغییر دهیم.

دوغاب

ذرات رس در مایع به صورت سوسپانسیون در می آیند.( این مایع در مورد سفال ، آب است) . همین طور که مقدار آب دوغاب کاهش می یابد، میزان صلبیت آن افزایش می یابد. لعاب های مورد استفاده در سفال گری دارای عملکردی شبیه به رس در مایع هستند (البته میزان آب لعاب بیشتر است). گل کوزه گری از یک دوغاب اولیه تولید می شود. این دوغاب از رس های طبیعی تولید شده است. دوغاب به طور مکرر فیلتر می شود تا ماده ای هموژن و با قابلیت ثبات بالا پدید آید. سپس قطعاتی از گل بوسیله ی تبخیر رطوبت از کلوئید بوجود می آید. محصول پایانی به مرحله ی اکستروژن می رود و سپس در بسته بندی های خاص قرار می گیرد تا رطوبت باقی مانده در آن از بین نرود

پرس خشک

پرس خشک (Dry Pressing) فرآیندی است مناسب برای شکل دهی اشکال ساده ی جامد و دارای سه مرحله است:

پرکردن قالب

فشرده سازی مواد
خارج کردن قطعه ی پرس شده
درشکل 1 دیاگرامی شماتیک از فرآیند پرس خشک دو طرف (double-action dry- Pressing Process) نشان داده شده است. در پرس خشک دو طرفه بخش بالا و پایینی قالب متحرک هستند و عمل فشرده سازی را انجام می دهند. هنگامی که بخش پایینی قالب در حالت پایه قرار دارد ، فضایی بوجود می آید که این فضا بوسیله ی پودر پر می شود. در فرآیند پرس خشک مخلوط پودر می تواند بین 5-0 درصد وزنی از یک بایندر داشته باشد.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2)

(در واقع واژه ی خشک بدین معنا نیست که درصد بایندر صفراست). وقتی قالب با شیوه ی هنرمندانه ای بوسیله ی پودر پر می شود، بخش بالایی قالب پایین می آید و پودر را فشرده می کند. (میزان فشرده سازی معین است). در طی فرایند فشرده سازی ذرات پودر باید به صورت مناسب جریان پیدا کنند تا قالب به طور مناسب پر شود. در فرآیند پرس خشک توزیع ذرات بین 200-20 میکرون ترجیح داده می شود. وجود درصد بالایی از ذرات ریز باعث پدید آمدن مشکلاتی در جریان یافتن ذرات می شود. و همچنین باعث می شود ذرات پودر به قالب ها بچسبند. فشار مورد استفاده در فرآیند پرس خشک ممکن است تا 300 مگاپاسگال نیز برسد. فشار اعمال شده در این فرآیند به نوع ماده و نوع پرس بستگی دارد و معمولا برای ماکزیمم کردن دانسیته ی جسم پرس شده از فشارهای بالا استفاده می شود. پس از مرحله ی فشرده سازی پودر بخش های بالا و پایینی قالب به سمت بالا حرکت می کنند تا اینکه بخش پایینی قالب با سطح بالایی کاست قالب هم ارتفاع شود. سپس بخش بالایی قالب به طور کامل از سطح جدا می شود و از روی کاست قالب جدا می شود. توده ی پرس شده سپس از قالب جدا می شو د و بخش پایینی قالب به سمت پایین حرکت می کند و برای فرایند پرس بعدی آماده می شود. فرآیند پرس خشک بسیار ساده است و سرمایه ی مورد نیاز برای ادوات آن نیز پایین است. از این رو از این فرآیند به طور فراوان در شکل دهی سرامیک ها استفاده می شود. سرعت تولید در این به اندازه و شکل قطعات و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. سرعت تولید برای قطعات پهن مانند دیرگدازها و یا اجزای پیچیده مانند چرخ های ساینده 15-1 قطعه در دقیقه است. در مورد قطعات ساده تر یا کوچکتر مانند سیل رینگ ها (sealrings) و نازل ها ، سرعت تولید می تواند بیش از چند صد قطعه بر دقیقه باشد. قطعات مسطح کوچک مانند عایق ها ، کریرهای تراشه ای (chip Carriers) یا وسایل برش، سرعت تولید می تواند چند هزار قطعه بر دقیقه باشد.

پرس گرم

فرایند پرس می تواند در دمای بالا انجام شود. این فرآیند پرس گرم (hot Pressing) نامیده می شود. قالب مورد استفاده در این فرآیند بسیار شبیه به قالبی است که برای فرآیند پرس خشک استفاده می شود تفاوت اصلی این نوع قالب در این است که قالب مورد استفاده در فرآیند پرس گرم در داخل یک کوره با دمای بالا قرار دارد. (شکل 2) در طی فرآیند پرس گرم ، پودر سرامیک ممکن است در طی فرایند پرس زنیتر هم شود و این زنیتر شدن سبب تشکیل یک جزء با دانسیته ی بالا می شود.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2)

در ادامه به بیان برخی از مزیت های این فرآیند می پردازیم:
1)نیاز نیست پودر مورد استفاده در این فرآیند از نوع خیلی مرغوب باشد.
2)تخلخل های بزرگی که بوسیله مخلوط شدن نامناسب پدید می آیند به آسانی از بین می روند.
3)ما می توانیم بدنه ای با دانسیته ی مناسب را در دمای پایین تر از دمای زنیترینگ متداول پدید آوریم. ( در واقع این دما تقریباً نصف دمای ذوب مواد است)
4)در طی فرآیند افزایش دانسیته بوسیله ی پرس گرم، رشد افراطی دانه ها یاری کریستالیزاسیون ثانویه رخ نمی دهد.
5)بوسیله ی فرایند پرس گرم می توان مواد با پیوندهای کوالانس مانند فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2) را شکل دهی کرد.
عیب اصلی فرایند پرس گرم این است که قالب های مورد استفاده در این فرآیند گران بها هستند و دوام زیادی ندارند زیرا فرآیند پرس گرم در دمای بالا انجام می شود.
فلزات به ندرت در دماهای بالاتر از 1000C° به عنوان قالب استفاده می شوند.علت این امر این است که در دمای بالاتر از 1000C° اکثر آنها نرم شده و موجب اعوجاج قالب می شوند. آلیاژهای ویژه که بیشتر آنها بر پایه ی مولیبدن (Mo) هستند، می توانند در دمای بالاتر از 1000C° و فشار 80MPa استفاده شوند. سرامیک هایی مانند فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2) رامی توان به عنوان ماده ی مورد استفاده درساخت قالب استفاده کرد و از آنها در دماهای بالاتر از 1400C° و فشار حدود 80MPa استفاده کرد.گرافیت یکی از پر استفاده ترین مواد در ساخت قالب هاست که می توان از قالب های ساخته شده از آن در دماهای بالاتر از 2200C° و فشارهای بین 10MPa استفاده کرد. مشکلی که وجود دارد این است که استفاده از قالب های گرافیتی نیازمند بوجود آوردن محیط احیایی درطی فرایند پرس کردن است.
به هر حال گرافیت دارای خواص بسیاری است که باعث می شود این ماده برای ساخت قالب مناسب باشد:
گرافیت به آسانی ماشین کاری می شود. (البته گرد وغبار آن اگر تنفس شود سمی است مانندگرد و غبار ذغال سنگ)
گرافیت ارزان قیمت است
استحکام آن با افزایش دما افزایش می یابد.
دارای مقاومت به خزش خوبی است
دارای رسانایی گرمایی استثنائی است
ضریب انبساط گرمایی آن نسبتا ً پایین است.
فرایند پرس گرم مانند پرس خشک به ساخت اشکال ساده مانند صفحات پهن، آجرها ، استوانه ها محدود می شود. ساخت قطعات پیچیده و یا اشکال بزرگ با روش پرس گرم مشکل است و در اغلب موارد امکان ساخت وجود ندارد. پرس گرم به طور گسترده در آزمایشگاههای تحقیقاتی (برای ساخت اجزای سرامیکی با خلوص و دانسیته ی بالا) استفاده می شود. اگر چه از پرس های گرم به طور گسترده در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی دولتی استفاده می شود. اما به دلیل قیمت بالای فرایند و میزان تولید پایین ، این تکنیک دارای محدودیت است.
در واقع برای تولید هر قطعه ای فرآیند شکل دهی جایگزین پرس گرم وجود دارد که هزینه ی تولید آن پایین تر است. به هر حال در بازار برخی از قطعات سرامیکی وجود دارد که به روش پرس گرم تولید شده اند. در این قطعات نیاز است تا اندازه ی دانه ها کوچک باشد، دانسیته بالا باشد (تخلخل کم باشد) و یا میزان خلوص پایین است. مثال هایی از این محصولات در جدول 2 آورده شده است.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2)

فرآیند پرس ایزواستاتیک با استفاده از اعمال فشار هیدرواستاتیک به پودر بوسیله ی یک ظرف انعطاف پذیر انجام می شود. مزیت اعمال فشار در همه ی جهات این است که فشرده گی پودر در جاهای مختلف یکسان است و می توان بوسیله ی این فرآیند اشکال پیچیده را تولید کرد.فرآیند پرس ایزواستاتیک می تواند با اعمال گرما یا بدون اعمال گرما انجام شود.

پرس ایزواستاتیک سرد

درکاربردهای متنوعی از پرس ایزواستاتیک سرد (Cold Isostatic Press ) استفاده می شود. که به طور محفف به آن CIP می گویند. دراینجا ما تنها به بیان مسائل اساسی درمورد این نوع فرآیند شکل دهی می پردازیم شکل 3 فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد است که به اصطلاح به آن CIP ، وت – بگ (Wet – bag – CIP) می گویند.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2)

در این فرآیند پودر به داخل یک کیسه ی رابری قرار داده می شود و دهانه ی کیسه بوسیله ی یک درپوش فلزی بسته می شود. کیسه ی دهانه بسته در داخل یک اتاقک با دمای بالا قرار می گیرد. که این اتاقک با مایع (معمولا یک مخلوط روغن و آب با قابلیت انحلال درهم) پر شده است. در این اتاقک به صورت هیدرواستاتیک بر پودر فشار وارد می شود. فشار اعمالی می تواند از 20MPa تا یک گیلاپاسکال متغیر باشد که فشار اعمالی بستگی به کاربرد و نوع پرس دارد. در واحدهای تولیدی معمولا از فشارهای بیش از 400 استفاده می شود. هنگامی که فرآیند پرس کردن اتمام یابد، فشار اعمالی به آهستگی برداشته می شود و اجزای پرس کنار می روند. سپس جزء پرس شده از قالب جدا می شود.
مزایای فرآیند وت – بگ عبارتند است از:
گستره ی وسیع اشکال و اندازه هایی که می توان بوسیله ی آن تولید کرد.
دانسیته ی یکنواخت محصول پرس شده
قیمت پایین ادوات مورد نیاز در این روش
معایب این روش عبارتست از :
شکل دهی وکنترل ابعاد ضعیف است (مخصوصا برای اشیاء پیچیده)
محصول تولیدی در اغلب موارد نیازمند ماشین کاری پیش از پخت است.
زمان سیکل تولید طولانی است (به طور نمونه این زمان بین 60-5دقیقه است). از این روسرعت تولید قطعه با این روش پایین است.
یک پرس ایزواستاتیک وت –بگ که برای تولید نمونه های آزمایشگاهی و اجزای با حجم کوچک استفاده می شود ، ممکن است دارای قطر داخلی 150 میلی متر وعمق 460mm باشد.پرس های وت – بگ بزرک ممکن است دارای قطر حفره ای بزرگتر از 1.8 متر و طولی بزرگتر از 3.7 متر باشند.
دیاگرام شماتیک یک قالب برای فرایند درای – بگ (dry-bag CIP) در شکل 4 نشان داده شده است.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2)

تمایز اصلی میان درای – بگ CIP با روش قبلی در این است که قالب رابری در فرآیند درای – بگ بخش داخلی پرس محسوب می شود و مایع با فشار بالا از میان اتاقک به قالب اعمال فشار می کند. پس از فرآیند پرس، قطعه پرس شده بدون بهم خوردن قالب جدا می شود. از این رو پرس درای – بگ می تواند به سهولت به صورت اتوماتیک کار کند. واحدهای تمام خودکار از این نوع پرس ها وجود دارند و در طی 20 سال گذشته محصولات سرامیکی را با حجم بالا تولید می کنند. سرعت تولید در این سیستم ها بیشتر از 1 دقیقه بر ثانیه است و به صورت تجاری درآمده اند. در سال های متمادی است که از CIP دارای بگ برای پرس کردن بخش عایق شمع اتومبیل استفاده می شود. مراحل این فرآیند در شکل 5 نشان داده شده است.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (2)

پرس ایزواستاتیک گرم

پرس ایزواستاتیک گرم (hot Isostatic Press) که به طور اختصار به آن HIP می گویند، به صورتی کا ر میکند که در یک زمان هم حرارت و هم فشار برای پرس کردن استفاده می شود. در این فرآیند یک کوره در داخل یک جداره ی با فشار بالا ساخته شده است و اشیاء در داخل کوره پرس می شوند. شکل 1 وسایل یک HIP را نشان می دهد.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (3)

در این فرآیند دما می تواند بیشتر از 2000C° باشد و فشار نیز در گسترده ی 30-100MPa است. در فرایند HIP یک گاز برای ایجاد فشار استفاده می شود. برخلاف CIP که در آن از یک مایع استفاده می شود. متداوالترین گاز مورد استفاده در HIP، آرگن است البته گازهای اکسید کننده و فعال نیز در این فرآیند استفاده می شود. توجه داشته باشید که جداره ی با فشار بالا در داخل کوره قرار ندارد.
دو نوع HIP وجود دارد:
محفظه ای (ENCAPSULATED) : که از یک محفظه ی با قابلیت دفورمه شدن استفاده می کند.
بدون محفظه (Not encapsulated) : دراین روش ابتدا شکل دهی و زنیترینگ انجام می شود و سپس فرآیند پرس ایزواستاتیک گرم انجام می شود.
درروش اصلی HIP ، پودر سرامیک در داخل یک بخش فلزی انعطاف پذیر قرار می گیرد و این بخش با قابلیت تغییر فرم سپس حرارت داده شده و فشرده می شود. این روش سپس برای پودرهای با اندازه ی ذرات کوچک، اصلاح شد. در این فرآیند فشرده سازی پودر مانند فرآیندهای دیگر پرس کردن مانند پرس خشک و یا قالب گیری تزریقی انجام می شود. قطعه ی فشرده شده ی پخت شده سپس در داخل یک پوشش شیشه ای کپسوله می شود که این بخش شیشه ای پس از فرآیند HIP جدا می شود. (مانند شکل 2)

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (3)

در نوع دوم فرآیند کپسوله کردن انجام نمی شود. دراین روش ابتدا پودر با یک روش شکل دهی دیگر مانند پرس خشک یا قالب گیری تزریقی شکل دهی می شود و سپس در دمای نسبتا ً بالا زنیتر می شود. فرایند زنیترینگ در یک کوره انجام می شود و هدف از این زنیترینگ از بین بردن تخلخل های سطحی نمونه است. بسته شدن تخلخل های سطحی باعث می شود که در HIP متعاقب، گاز بداخل این تخلخل ها (قطعه) نفود نکنند. مراحل این فرآیند که برخی اوقات به آن HIP زنیتر – پلاس (HIP -Sinter –plus)می گویند. در شکل 3 نشان داده شده است.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (3)

امروزه فرایند پرس گرم ایزواستاتیک برای بسیاری از اجزای سرامیک ها مانند سرمته های بر پایه ی آلومینا و نازل های سیلیسیم نیتریدی مورد استفاده درصفحاد سولفورزدایی گازی، استفاده می شود. مزیت های فرآیند HIP باعث شده است تا استفاده از آن در فرآیندهای شکل دهی سرامیک های ساختاری مانند فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (3)

بیشتر شود.
سرامیک های غیر اکسیدی را می توان به وسیله ی این فرآیندبه قطعات با دانسیته ی بالا تبدیل کرد . مزیت دیگر بدنه های تولیدی به این روش اندازه ی دانه ی کوچک و عدم نیاز به اضافه کردن افزودنی هاست. دانستیه ی بالا و اندازه ی دانه ی کوچک باعث تولید قطعاتی با دانسیته ی بالا و ریزدانه می شود. عیب این روش قیمت بالای آن است.

روش ریخته گری دوغابی

در این روش دوغاب به داخل یک قالب ریخته می شود. (معمولا قالب از جنس گچ قالب گیری است). قالب مورد استفاده به روش ریخته گری تولید شده است و به نحوه ای طراحی شده است که قطعه ی سرامیکی بوجود آمده از آن دارای شکل واندازه ی مورد نظر است. به دلیل اینکه ذرات پودر داخل دوغاب بسیار ریزند و همچنین به خاطرمساحت سطح بالا و وجود بارهای الکترواستاتیک ، ذرات در داخل دوغاب ته نشین نمی شوند. الکترو شیمی دوغاب واقعاً پیچیده است.
سیلیکات سدیم به دوغاب افزوده می شود تا از لخته شدن جلوگیری شود. پس از ریخته شدن دوغاب به داخل قالب گچی، آب دوغاب جذب قالب شده و از سوراخ های بسیار ریز آن خارج می شود و یک لایه ی سرامیکی بر روی جداره ی قالب پدید می آید. هنگامی که ضخامت این لایه به حد مطلوب رسید، دوغاب اضافی از داخل قالب خارج می شود و اجازه داده می شود تا لایه ی سرامیکی خشک شود.این مراحل در شکل 4 نشان داده شده است.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (3)

این نوع از ریخته گری دوغابی که متداوالترین روش از آن است ، همچنین ریخته گری به روش آب کشی (Casting drain) نامیده می شود.
ریخته گری دوغابی روش کم هزینه برای تولید قطعات پیچیده است و در صنعت سفالگری سنتی روش مقبولی درتولید کوزه، قوری و مجسمه است.اجزای بزرگی مانند لگن دستشوئی و سایر بدنه های بهداشتی نیز بوسیله ی ریخته گری دوغابی تولید می شوند. علاوه بر تولید بدنه ها ی توخالی از ریخته گری دوغابی برای ساخت قطعات توپر بهره برده می شود. در ریخته گری توپر دوغاب به طور مداوم به قالب تزریق می شود. تا سرانجام قطعه ی مورد نظر به طور کامل بوجود آید.
ریخته گری دوغابی همچنین در ساخت برخی از سرامیک های ساختاری و فنی استفاده می شود. این روش روشی استاندارد درتولید بوته های ذوب فلز ساخته شده از آلومینا است و به صورت موفقیت آمیز برای ساخت اجزای سرامیکی ساختاری با اشکال پیچیده مانند روتورهای توربین گازی استفاده می شود.

اکستروژن

فرآیند اکستروژن (extrusion) بدین صورت است که یک قطعه از جسمی با قابلیت تغییر فرم از میان روزنه ی یک قالب عبور می کند(مانند خروج خمیر دندان از تیوپ آن) . از این فرآیند درتولید بسیاری از اجزای سرامیکی که دارای سطح مقطع یکسان و طول بزرگی هستند. استفاده می شود. مثلا در ساخت استوانه های سرامیکی از این روش استفاده می شود.(شکل 5)

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (3)

گل با خواص رئولوژی مناسب برای فرآیند اکستروژن را می توان با افزودن میزان مناسب آب به خاک پدید آورد.مواد غیر رسی مانند فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (3)

با مایعات چسبناک مانند پلی وینسیل الکل (PVA ) یا متیل سلولز و آب مخلوط می شوند تا جرمی پلاستیک پدید آورند. جدول 1 لیستی از بدنه های تولید شده بوسیله ی اکستروژن آورده شده است.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (3)

فرآیند اکسترود کردن پلیمرها از دهه ی 1860 تاکنون استفاده می شود. دراصل این فرایند ابتدا برای شکل دهی رابر طبیعی استفاده می شده است. یک پرس اکستروژن شبیه به پرسی که در شکل 6 نشان داده شده است وسیله ای استاندارد برای سفال گران است.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (3)

اکستروژن همچنین در تولید حفاظ های آلومینایی مورد استفاده در لامپ های بخار سدیم استفاده می شود. (این لامپ ها در وسایل کنترل کننده ی نشر اتوماتیک (derices automotive emission- Control) استفاده می شود.) پایه های کاتالیست بخاطر پدید آوردن مساحت زیاد ساخته می شوند. این بخش ها می توانند در هر سانتی متر مربع صدها سلول باز داشته باشند. برای تولید این اشکال پودر سرامیک کوئوردیریتی با رزین پلی پوریتان با قابلیت سفت شدن هیدرولیک مخلوط می شود. مخلوط حاصله به داخل یک حمام آب اکسترود می شود. سرعت اکسترود شدن بستگی به زمان گیرش پلی یوریتان دارد.این سرعت معمولا دو میلی متر بر ثانیه است. شکل حاصله سپس پخته می شود وسرامیک نهایی پدید می آید.

قالب گیری تزریقی

قالب گیری تزریقی یکی دیگر از فنونی است که به طور گسترده در شکل دهی پلیمرهای ترموپلاست استفاده می شود. پلیمرهای ترموپلاست این خاصیت را دارند که هنگام گرم شدن نرم می شوند و هنگامی که سرد می شوند. محکم می شوند. یک چنین رویه ای می تواند برای دفعات فراوان تکرار شود. اگر پودر سرامیکی با یک پلیمر ترموپلاست مخلوط شود، می توان از آن در شکل دهی اجزای سرامیکی استفاده کرد. هنگامی که فرآیند قالب گیری تزریقی برای مخلوط پودر سرامیک و پلیمر انجام شود، پلیمر به عنوان بایندر در نظر گرفته می شود. پودر سرامیک اضافه شده به بایندر معمولا با تعدادی ماده ی آلی دیگر مخلوط می شود تا خواص رئولوژی آن بهبود یابد. جدول 23.4 افزودنی هایی که برای شکل دهی SiCبوسیله ی قالب گیری تزریقی استفاده می شوند را نشان داده است. تقریبا 40 درصد حجمی مخلوط را بخش آلی تشکیل می دهد.
توده ی پلاستیک بوجود آمده از مخلوط پلیمر وسرامیک ابتدا حرارت داده می شود تا نرم شود.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (3)

سپس با فشار به داخل قالب ( مانند شکل 7) فرستاده می شود. مخلوط حرارت داده شده سیالیت بالایی دارد(این تفاوت میان این نوع قالب گیری با روش اکستروژن است). اجازه داده می شود تا مخلوط در داخل قالب سرد شود. سرد شدن مخلوط باعث سخت شدن پلیمر می شود. بخاطر آنکه حجم بالایی از مواد آلی در این مخلوط وجود دارد، شرینکیج اتفاق افتاده در طی زنیترینگ اجزای تولیدی بوسیله ی قالب گیری تزریقی بالاست. به طور نمونه وار این شرینکیج بین %20-15 است از این رو کنترل دقیق ابعاد قطعات تولیدی مشکل است. به هر حال اشکال پیچیده ی تولیدی به این روش در طی فرایند زنیترینگ به میزان کمی اعوحاج پیدا می کنند.
قالب گیری تزریقی برای تولید اجزای سرامیکی با شکل پیچیده استفاده می شود. علت آن این است که زمان سیکل تولید در این روش کم است و از این رو این فرآیند می تواند حجم زیادی تولید داشته باشد. محدودیت اصلی این روش این است که قیمت ابزار آلات اولیه ی این فرایند بسیار بالاست.مثلاً قالب مورد استفاده در ساخت پره های توربین بیش از 10000 دلار قیمت دارد. همچنین قالب مورد استفاده در ساخت روتور توربین ممکن است 100000 دلار قیمت داشته باشد .البته این قالب ها به خاطر عدم مواجهه با دمای بالا، طول عمر بالایی دارند.
منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton

+ نوشته شده در شنبه بیست و دوم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 15:28 توسط مهندس ایمان رستگار |

شيشه و شيشه سازي

شيشه ها در سراسر عمر زمين با سرد شدن سريع ماگماها وگدازه ها تشكيل شده اند. بهترين مثال در اين زمينه ،شيشه ابزيدين (1) است كه در ساخت پيكان هاي نوك تيز و وسايل برش مورد استفاده قرار مي گرفت. شيشه هايي با تركيب شيميايي متفاوت ،از ماه و شهابسنگها نيز بدست آمده است و از اين راه مي توان اطلاعات مهمي راجع به پيدايش سيستم خورشيدي بدست آورد .
اگر چه تاريخچه ساخت شيشه روشن نيست، ولي احتمالاً اولين بار در3000سال پيش ، در مصر توليد شد كه از آن در وسايل تزئيني استفاده مي نمودند. تكنيكهاي دميدن توسط رومي ها توسعه يافت و وسايل شيشه اي رايج شدند . از آن پس شيشه سير تكاملي خود را از يك شئ كم مصرف تزئيني ، به ماده اي با مصارف گوناگون طي نمود . اين تكامل تدريجي مديون اختراعات علمي و گروه هاي متعدد محققين ، در سطوح مختلف مي باشد.
با وجود اينكه شيشه كاربردي عمومي يافته است محققين بر روي يك تعريف رضايتبخش براي آن توافق ندارند . متداولترين ترين تعريف به اين صورت است كه « شيشه يك محصول معدني مذاب است كه بر اثر سرد شدن ، بدون آنكه بلوري شود ، به حالت جامد در مي آيد.» اما اين توصيف چندان رضايت بخش نيست چرا كه شيشه هاي آلي را در بر نمي گيرد. در ضمن شيشه ها با روش هاي مختلفي مانند تبخير محلول و ته نشيني بخار ، ساخته مي شوند. با اين حال تعريف فوق در اكثر موارد صادق است. شيشه هاي طبيعي عموماً غني از سيليسيم مي باشند و مقادير زيادي از ساير فلزات نظير Fe ,Na ,K ,Ca ,Mg وAl كه همه آنها با اكسيژن همراه هستند،را شامل مي شوند. شيشه هاي تجارتي مشابه هم هستند و معمولاً از ذوب كردن مخلوطهايي از SiO2 و ساير اكسيد هاي معدني ، در دماي بالا، ساخته مي شوند. معمولا اين قبيل شيشه ها، با استفاده از مواد شيميايي ومعدني به عنوان منبع پخت ، درتانكهاي حرارتي بزرگ الكتريكي ،نفتي ياگاز سوز ،ذوب مي شوند .واحدهاي ذوب اغلب پيوسته است واز يك طرف ، به كوره وارد شده واز طرف ديگر شيشه مذاب به طور پيوسته، خارج شده و به شكل مورد نظر تبديل مي شود، شكل دهي با يكي از روشهاي زير صورت مي گيرد :
دميدن ،فشردن ، ريخته گري درون قالبها ، بيرون راندن از روزنه هاي مخصوص و غيره . در فرايند شناور سازي پيلكينگتون ، نوار باريكي از شيشه مذاب ،بر سطح حمامي ازقلع مذاب براي هموار كردن تمام نا همواريهاي سطح آن،به مدت كافي شناور ميشود .اكثر صفحات شيشه اي ،در دنيا به روش شناور سازي ساخته مي شوند .

ساختار شيشه

به آساني مي توان ساختار يك شيشه ساده را در ذهن تصور نمود . نمودار ساده اي از شيشه هاي SiO2 خالص و SiO2 بلوري(كوارتز) در شكل - 1 نمايش داده شده است . هر دو ماده حاوي اتم هاي سيليسيم هستند كه در يك ساختار چهار وجهي با چهار اتم اكسيژن پيوند برقرار كرده اند . ماده بلوري داراي نظمي با ابعاد گسترده تر مي باشد . از نظر تئوري، دانستن موقعيت يك سلول واحد در بلور، مي تواند براي پيشگويي موقعيت كليه اتم هاي ديگر مورد استفاده قرار گيرد. اگرچه شيشه، گاهي در ابعاد بيش از چند قطر اتمي ساختار منظمي دارد، ولي در ابعاد بيشتر نظمي ندارد .

شكل 1
(a) ساختار بلوري SiO2
(b طرحواره اي از ساختار شيشه SiO2
(c) چهار وجهي نشان داده شده در قسمت هاي و نمايش دهنده يك اتم سليسيم
(دايره تو پر ) به همراه چهار اتم اكسيژن (كره هاي تو خالي بزرگ) مي باشند .
شيشه SiO2 خواص مطلوب زيادي از قبيل پايداري شيميايي فوق العاده،توانايي مقاومت در مقابل تغييرات زياد و ناگهاني
دما و قابليت عبور نور در گستره وسيعي از طول موج را دارا مي باشد. متأسفانه ، ويسكوزيتــه و نقطه ذوب SiO2 بسياربالا است (ºC 1723) و اين مطلب ساختن شكلهاي قابل استفاده از آن را مشكل مي سازد.به همين دليل شيشه SiO2را به سختي ميتوان از مذاب آن ساخت . روش پايين آوردن نقطه ذوب و ويسكوزيته شيشه SiO2 ، وارد نمودن تعديل كننده هاي شبـــكه (اتم هايي كه شبكه Si-O-Si را مي شكنند)، مي باشد .درشكل- 2 اثر افزايش Na2O – نوعي تعديل كننده – نمايش داده شده است. با شكستن شبكه ، ويسكوزيته ودماي ذوب آن پايين مي آيد و دردماي مناسب، به شكلهاي قابل استفاده اي تبديل مي شود.
اكثر عناصر جدول تناوبي نيز مي توانند در شيشه هاي سنتزي بعنوان يك تشكيل دهنده و تعديل كننده شبكه وارد شوند. با تغيير تركيب شيميايي موادي كه در ساخت شيشه به كار مي رود ، مي توان خصوصيات فيزيكي و شيميايي زيادي را در مواد شيشه اي ايجاد نمود. به همين دليل كاربردهاي كنوني شيشه ، گستره اي از شيشه ساده (شيشه هاي پنجره اي و بطري) تا شيشه هاي پيچيده(ارتباطات راه دور ، صفحات بلور – مايع، ليزرها ، پروتزهاي پزشكي و محاسبات نوري)را در بر مي گيرد .

شكل 2- افزايش Na2O به شيشه , شبكه بلوري آن را در هم ريخته و مانند ذوب شدن با دماي بالا , از ويسكوزيته آن مي كاهد

شيمي شيشه هاي معمولي

اگر چه پرداختن جديدترين كاربرد هاي شيشه جالب است .شيمي اشياء شيشه اي ساده و عادي ميتواند بطور فريبنده اي پيچيده و جالب باشد. متداولترين تركيبي كه در سراسر دنيا براي شيشه بكار مي رود ، مخلوطي از Na2O ، CaO و SiO2
به همراه مقادير كمي از ساير اكسيدها مي باشد . اين نوع شيشه را شيشه آهكي مي نامند . شيشه آهكي نسبت به ساير شيشه ها مزايايي دارد :
• سازنده هاي آن ارزان و متداولند
• به هنگام سرد شدن متبلور نمي شود
• در دماهاي نسبتأ پايين (حدود ºC1300 ) ذوب مي شود
• در برابر عوامل خوردگي جوي مقاوم است
در نتيجه بطري ها ، شيشه هاي مربا ، شيشه پنجره ها ، لامپ روشنايي و لامپهاي فلورسنت معمولاً از شيشه آهكي ساخته مي شوند .
در ضمن شيشه آهكي را مي توان به آساني رنگ كرد. براي مثال ، افزودن غلظتهاي كمي از يونهاي فلزات واسطه ، سبب جذب نور در ناحيه مرئي طيف مي شودكه به علت انتقالات الكترونهاي 3d مي باشد . مثلاً رنگ سبزي كه در لبه شيشه پنجره ها ديده مي شود ناشي از وجود مقادير كم Fe 2+ مي باشد. ساير رنگ كننده ها عبارتند از Co2+ , براي رنگ آبي ، Mn3+ براي رنگ ارغواني و Cr3+ براي رنگ سبز . از آنجاييكه انتقالات درالكترونهاي 3d اتفاق مي افتد ، رنگهاي حاصل بستگي به محيط اطراف يونها دارد . به همين دليل ، رنگها اغلب با تغيير در تركيب شيشه ها ، تغيير مي كنند . در هر صورت عناصر خاكهاي نادر نيز مي توانند در شيشه هاي رنگي مورد استفاده قرار گيرند كه انتقالات الكتروني آنها در اوربيتالهاي داخلي تر انجام مي پذيرد. بنابراين، انتقالات آنها تحت تأثير محيط اطراف يون قرار نمي گيرد و رنگ حاصل به تركيب شيشه بستگي نخواهد داشت .
اما يكي از معايب شيشه آهكي ، عدم پايداري آن است. عموماً شيشه را بعنوان ماده بي اثر در نظر مي گيرند ولي خيلي از شيشه ها ازنظر شيميايي فعال هستند . شكلهاي متعددي از اين قبيل واكنشها وجود دارد كه دو مورد مهم آنها به قرار زير است :
در محلولهاي اسيدي ، تعويض يونهاي H+ مجاور سطح شيشه با يونها قليايي داخل شيشه به آساني انجام مي پذيرد . معمولاً اين تعويض يون سبب تشكيل يك لايه محلول رنگين كماني بر شيشه مي شود . بر عكس ، در معرض يك محلول قليايي ، ساختار شيشه با وارد شدن يونها ي OH- در هم شكسته مي شود و در نهايت منجر به انحلال كامل شيشه مي گردد. تشكيل لايه سفيد نازكي بر روي سطح ظروف شيشه اي، پس از آنكه مدت زيادي در معرض شوينده ها قرار ميگيرد ، مثال به خوبي شناخته شده اي از فرايند اخير مي باشد .
شيشه هاي آهكي در مقابل دماهاي زياد با تغييرات ناگهاني حرارت نيز زياد مقاوم نيستند . بدليل انبساط حرارتي زياد (تغيير ابعاد با دما)شيشه آهكي، تغييرات ناگهاني دما سبب ايجاد فشارهاي ناخواسته در شيشه وشكاف برداشتن ياشكستن آن مي شود .
يك راه حل براي اين قبيل مسائل ، توسعه شيشه هاي بوروسيليكات است. يك مثال از شيشه هاي بوروسيليكات مقاوم حرارتي و پايدار، شيشه پيركس است. بوروسيليكاتها گستره وسيعي از كالاهاي خانگي مصرفي را در برميگيرند. افزايشB2O3 به تركيب شيميايي شيشه دو مزيت دارد . يكي اينكه انبساط گرمايي را تا 50% كاهش ميدهد و درنتيجه مقاومت هر شئ را دربرابرشوكهاي گرمايي بالامي برد دوم اينكه پايداري شيشه بطورمحسوسي بالا مي رود. علل افزايش پايداري شيميايي در بوروسيليكاتها روشن نيست . يك نظر رايج اين است كه با سرد شدن شيشه يك فاز غير قابل اختــلاط بوجود مي آيد، يك فاز ناپيـــوسته غني از Na2O و B2O3 و يك فاز پيوشته غني از SiO2 . پايداري شيشه بدون از دست دادن توانايي تشكيل شيشه در دماهاي معقـول تقويت مي شود . از آنجا كه قطر فاز ناپيوسته كاملاً زير طول موج نور مرئي است ، شفافيت اين ماده محفوظ است.
از اين پديده مي توان براي توليد گروه معروف ديگري از شيشه ها يعني شيشه هاي شيري رنگ استفاده كرد. بسياري از شيشه ها به گونه اي طراحي شده اند كه به صورت دو فاز جدا مي شوند و ريخت (مورفولوژي)آنها طوري است كه شكست و پراكندگي دروني نور، ماده اي نيم شفاف يا مات به وجود مي آورد. هر دو فاز مي توانند شيشه باشند ، يا در مواردي يك فاز ميتواند بلوري باشد. از شيشه هاي شيري رنگ در ساخت بعضي از ظروف آشپزي نيم شفاف و بشقابهاي سفيد غذا خوري استفاده مي شود.
تركيبهاي استاندارد ديگري براي شيشه وجود دارد . آلومينو سيليكاتها خواصي مشابه بوروسيليكاتها دارند اما مي توانند دماهاي بالاتري را تحمل كنند. شيشه هاي سربي با توجه به دارا بودن خواصي از قبيل : ضريب شكست بالا، دماي ذوب پايين ، سادگي شكل پذيري و مقاوم بودن در مقابل تابش هاي پر انرژي ، كاربرد وسيعي دارند . از دو خاصــيت اول درساخت شيشــه هاي صنعتي، شيشه هاي تزييني و نوري و از خاصيت سوم در پنجره هاي تابشي و لامپ هاي تلوزيون و … استفاده مي شود . شيشه هاي كه از افزايش بورات ، فسفات ، ژرمنات و كالكوژنيد بدست مي آيند ، نيز كاربرد تجارتي دارند .

شيشه – سراميك ها

شيشه – سراميك ها بين شيشه ها و سراميك ها ي بلوري ، پلي ايجاد مي كنند . شيشه – سراميك ها به بهترين شكل به صورت » جامدهاي ريز بلوري كه با تبـــلور كنترل شده شيشه بوجود آمده اند « تعريف ميشوند . شيشه ها با استفاده از تكنيــكهاي استاندارد ذوب شده و شكل مي پذيرند و سپس با عمليات حرارتي ويژه اي ، بلور دانه اي يكنواختي تشكيــل ميشود . معمولاً 50% حجمي شيشه – سراميك ها بلوري است و آنها را بادرجه بلوري شدن از شيشه هاي مات تشخيص مي دهند. خواص ويژه شيشه – سراميك ها توسط خواص فيزيكي تك بلورها و بوسيله رابطه بين بافت بلورها و شيشه باقي مانده كنترل مي شود . به همين دليل شيشه – سراميك ها داراي خواص گوناگوني از قبيل : استحكام ، قابليت ماشين كاري و پايداري در برابر تغييرات حرارتي مي باشند . (شكل 3 )

شكل 3-(a) β – ميكروگراف الكتروني عبوري شيشه – سراميك كوارتز پر شده , كه درجه تبلور اين مواد را نمايش مي دهد
(b) ميكروگراف الكتروني عبوري شيشه – سراميك فلورميكا
نمونه اي از اين پديده ، ويژنز (2) محصول كورنينگ است (3) كه از شيشه Li2O - Al2O3 - SiO2 كه مقاديـــر كمي از TiO2 و ZrO2 دارد تحت تاثير گرما ساخته مي شود. تحت تاثير گرما بلورهايي از زيركونيم تيتانات از شيشه رسوب مي كند و محلهاي هسته زايي را براي رشد بلورهاي ليتيم آلومينوسيليكات از شيشه فراهم ميكنند . از آنجا كه انبساط گرمايي بلورهاي ليتيم آلومينوسيليكات بطور استثنائي پايين است ، اين شيشه – سراميك ها مي توانند تغييرات ناگهاني دما را در ارتباط با ظروف خوراك پزي تحمل كنند . در ضمن به دليل اينكه اندازه هر بلور كوچكتر از طول موج نور است و ضريب شكست اين بلورها و شيشه با يكديگر همخواني دارد پراكندگي نور صورت نمي گيرد و اين مواد شفاف به نظر ميرسند .

الياف نوري

بالاخره ، يكي از ساده ترين شيشه ها (SiO2 خالص) در يكي از مهمترين محصولات شيشه اي يعني هدايت كننده هاي نوري براي ارتباطات راه دور مورد استفاده قرار مي گيرد .اين قبيل الياف نياز به خلوص خيلي بالايي براي عبور نور در بيش از دهها كيلومتر دارند .در اين مواد بايد از ناخالصي هايي ماننـــد فلزات واسطه يا H2O محلول ، حتي به ميزان يك بيليونيم نيز اجتناب نمود ، زيرا اين مواد قسمت عمده نور را در فواصل زياد ، جذب ميكنند . در ضمن هنگام ذوب SiO2 نيز با مشكلاتي مواجه مي شويم كه تهيه اين ماده را مشكل تر مي كند .
به همين دليل الياف نوري معمولاً با استفاده از تكنيك غير متداول رسوب دهي بخار شيميايي (4) تشكيل مي شوند. در شكل ديگري از اين تكنيك يعني رسوبدهي بخار بيروني (5) مخلوطي از SiCl4, و O2 در شعله CH4 - O2 شعله ور مي شود. يكي از محصولات واكنش SiO2 بي شكل دوده مانند است كه بر سطح خارجي يك ميله شيشه اي ته نشين مي شود. ميله جابجا مي شود وبا حرارت دادن در دماي بالا دوده به شيشـــه محكم مي شود. شيشـــه حاصل به صورت يك تار نازك و فوق العاده خالص در مي آيد. با افزايش كنترل شده ساير هاليدها(براي مثال GeCl4) به شعله ، ضريب شكست مقطع طولي تار حاصل با دقت زياد كنترل مي شود. تركيبات شيشه – سراميك و شيشه هاي تجارتي متنوع ديگر در سراسر جهان به فروش مي رسد . توسعه تكنيكهايي مانند روش رسوب دهي بخار شيميايي و تحقيق در زمينه اساس شيميايي و ساختار شيشه در بسياري از آزمايشگاه هاي دانشگاهي و صنعتي دنبال مي شود . اين تحقيقات تا زماني كه به طرق مختلفي بر زندگي روزمره اثر مي گذارند ، ادامه خواهند يافت .
Glass & Glassmaking J.of chemical Ed. , 68(9), 765-768(1991)

پي نوشت ها :

1. Obsidin
2. Visions
3. Corning
4. Chemical – Vapor Deposition
5. Vapor Deposition Outside

+ نوشته شده در شنبه بیست و دوم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 15:17 توسط مهندس ایمان رستگار |

چه چيزي خواص مواد را مشخص مي‌‌كند؟

مقدمه

شايد تا بحال از خود پرسيده باشيد كه چرا مواد مختلف با هم متفاوتند؟ چرا برخي از آنها محكم تر از سايرين هستند؟ چرا برخي از مواد رسانا و برخي نارسانا؟ چرا نور ميتواند از بعضي از مواد عبور كند و از بعضي ديگر نه؟

سئوالاتي از اين دست ذهن را متوجه تفاوتهاي مواد از نظر خواص ميكند و ما را در رابطه با علت اين تفاوتها، به تفكر بيشتر وادار ميكند. با اطلاعاتي كه ما از ساختمان عناصر و تفاوتهاي موجود در عناصر داريم شايد گمان كنيم كه تفاوتهاي موجود در مواد مختلف حاصل تفاوتهاي عناصر تشكيل دهنده آنها است. با اين تفكر مواد تنها متاثر از تنوع عناصر تشكيل دهنده خود خواهند بود و تمامي ويژگيهاي رفتاري مواد با شناخت عناصر تشكيل دهنده آنها روشن خواهد شد. بر اين اساس مشخص شدن عناصر تشكيل دهنده يعني تعيين تركيب شيميايي همه اسرار مربوط به خصوصيات مواد را آشكار ميكند. براستي با دانستن تركيب شيميايي، خواص مواد معلوم خواهد شد؟
با كمي دقت و توجه به تركيبات شيميايي مواد پيرامون خويش در مييابيم كه بسياري از آنها با وجود اين كه در رفتار و خواص با يكديگر بسيار متفاوتند، داراي عناصر تشكيل دهنده و تركيب شيميايي يكسان ميباشند و برخي ديگراز مواد با داشتن عناصر تشكيل دهنده و تركيب شيميايي متفاوت با يكديگر، داراي خواص و رفتار مشابهي هستند. پس چه چيزي بجز تركيب شيميايي موجب تفاوت در رفتار مواد ميشود؟
براي جواب اين سئوال لازم است كه بيشتر با ساختار و ويژگيهاي مواد آشنا شويم.

ساختار مواد چيست؟

ساختار مواد ارتباط بين اتمها، يونها و مولكولهاي تشكيل دهنده آن مواد را مشخص ميكند. براي شناخت ساختار مواد ابتدا بايد به نوع اتصالات بين اتمها و يونها پي برد. به طور حتم با پيوندهاي شيميايي آشنايي داريد. پيوندهاي شيميايي نحوه اتصال ميان اتمها و يونها را مشخص ميكنند. بنابراين تفاوت پيوندهاي شيميايي مختلف را در ويژگيهاي اين پيوندها ميتوان مشاهده كرد. به عنوان مثال در نمك طعام به دليل وجود پيوند يوني كه منجر به محصور شدن الكترونها ميشود، خاصيت "رسانايي" مشاهده نميشود زيرا الكترونها كه حامل و انتقال دهندهي بار الكتريكي هستند، به دليل محصور شدن امكان حركت ندارند و چيزي براي انتقال بار الكتريكي در ميان ماده وجود نخواهد داشت. در مقابل در فلزات، مانند مس، به دليل وجود پيوند فلزي كه موجب آزادي الكترونها ميشود و امكان تحرك الكترونها را فراهم مينمايد، ميتوانيم خاصيت رسانايي را انتظار داشته باشيم. زيرا الكترونهاي آزاد، امكان انتقال بار الكتريكي را در طول ماده فراهم ميآورند. همانطور كه ذكر شد اطلاع از نوع پيوندهاي اتمي ميتواند به شناخت ما از رفتار و خواص مواد كمك كند. اما آيا تنها با دانستن نوع پيوندها تمامي خواص و رفتار يك ماده را ميتوان پيشبيني كرد؟
براي روشن شدن مطلب مثال معروفي را ارائه ميكنيم. همانطور كه ميدانيد گرافيت و الماس هر دو از اتمهاي كربن تشكيل شدهاند و هر دو "ريختهاي" مختلفي از عنصر كربن هستند. اما چرا خواص گرافيت و الماس تا اين حد با يكديگر متفاوت است؟ الماس به عنوان سختترين ماده طبيعي معرفي ميگردد و گرافيت به دليل نرمي بسيار، به عنوان ماده "روانساز" به كار گرفته ميشود! تفاوت رفتار و خواص گرافيت و الماس را به نوع اتصال و پيوند شيميايي اتمهاي كربن نميتوان نسبت داد زيرا در هر دو شكل اين ماده - كه تنها داراي اتمهاي كربن است - يك نوع پيوند شيميايي وجود دارد. بلكه علت در "چگونگي اتصالات و پيوندهاي شيميايي" اين دو شكل كربن است. در گرافيت اتمهاي كربن شش ضلعيهاي پيوستهاي شبيه به يك لانه زنبور تشكيل ميدهند كه در يك سطح گسترده شده است. لايههاي شش ضلعي ساخته شده با قرار گرفتن روي هم، حجمي را تشكيل ميدهند كه به آن گرافيت ميگوييم. واضح است كه در ساختار گرافيت دو نوع اتصال وجود خواهد داشت: يك نوع اتصال، اتصالي است كه بين اتمهاي كربن هر لايه لانه زنبوري وجود دارد و جنس آن از نوع پيوند كوالانسي است. نوع دوم اتصالي است كه لايههاي لانه زنبوري را به يكديگر وصل ميكند. بديهي است كه اين نوع از جنس اتصالات اوليه يعني پيوندهاي اتمي نيست. بنابراين پيوند به هم پيوستگي دوم - كه قدرت به هم پيوستگي لايهها را مشخص ميكند - ضعيفتر از اتصال اوليه كه يك پيوند كوالانسي است، خواهد بود. پس ميتوان انتظار داشت كه گرافيت، در جهت صفهات لانهزنبوري به دليل داشتن پيوند قوي كووالانسي استحكام بالايي داشته باشد؛ بالعكس، اين ساختار در جهت عمود بر صفحات لانه زنبوري به علت وجود پيوند ضعيف ثانويه بين لايهها، به مراتب كمتر از استحكام درون آنها، داراي مقاومت است. از طرفي به دليل پيوندهاي ضعيف بين لايهاي انتظار ميرود كه با اعمال نيرويي بيشتر، لايههاي لانه زنبوري بتوانند بر روي يكديگر بلغزند.

شكل 1- ساختار گرافيت
<در مقابل ساختار لايهاي گرافيت، الماس داراي يك ساختار شبكهاي است. در گرافيت پيوندهاي اوليه يعني پيوندهاي اتمي تنها در يك سطح (در يك وجه) برقرار ميشود در حالي كه در ساختار الماس اين پيوندها به صورت شبكهاي سه بعدي فضا را پر ميكنند. در ساختار گرافيت هر اتم كربن با سه اتم كربن ديگر اتصال اتمي از جنس كوالانسي ايجاد ميكند، در حالي كه در ساختار الماس هر اتم كربن با چهار اتم كربن ديگر پيوند اتمي و از جنس كوالانسي برقرار مينمايد.

شكل 2- ساختار الماس
با توضيحاتي كه راجع به تفاوتهاي ساختاري گرافيت و الماس داده شد مشخص ميگردد كه دليل نرمي گرافيت و سختي الماس در چيست. همانطور كه ديديد ساختار با مشخص كردن نوع، تعداد و چگونگي پيوندهاي تشكيل دهنده مواد، تاثير به سزايي در خواص مواد دارد. بنابراين از طريق مطالعه در ساختار مواد، بسياري از رفتارها و خواص آنها را ميتوان پيشبيني كرد. همچنين براي دستيابي به برخي از خواص ميتوان ساختار متناسب با آنها را طراحي نمود.

ريزساختار چيست؟

با شناختي كه نسبت به ساختار مواد پيدا كردهايد، ممكن است گمان كنيد موادي كه ما به صورت تودهاي در اطراف خود ميبينيم از گستردهتر شدن نظم ساختاري اوليه به وجود آمدهاند. به عبارت ديگر ممكن است تصور شود كه مواد تودهاي، شكل گسترش يافته ساختار اوليه است و بنابراين تمامي خواص و رفتار ساختار اوليه را دارا خواهد بود. اين تصور با مشاهدات رفتاري مواد متفاوت است. به عنوان مثال در ساختار گرافيت ما انتظار داريم كه استحكام در راستاهاي مختلف متفاوت باشد زيرا ساختار اوليه در جهت صفحات لانه زنبوري داراي استحكام بالا و در جهت عمود بر صفحات داراي استحكام كمي است. بنابراين گرافيت فقط در برخي جهات خاص ميبايست "قابليت حركت لايهها بر روي يكديگر" را داشته باشد. ميدانيم كه از گرافيت به عنوان ماده اصلي مغز مداد استفاده ميشود و اثري كه از مداد بر روي كاغذ باقي ميماند در حقيقت لايههاي نازك گرافيت است كه با مالش نوك مداد بر روي كاغذ، از سطح آن كنده شده و بر روي كاغذ ميچسبد و همانطور كه پيشتر اشاره شد لايههاي گرافيت به دليل پيوند ضعيف ثانويه امكان لغزش و حتي جدا شدن از يكديگر را دارند. حالا سئوال اينجاست كه اگر توده گرافيت گسترش همان ساختار اوليه گرافيت باشد، بايد مداد تنها در يك جهت خاص قابليت نوشتن داشته باشد زيرا ساختار گرافيت تنها لغزيدن لايهها بر روي هم و كنده شدن آنها از توده و چسبيدنشان به سطح كاغذ را در جهت خاصي ميسر ميسازد و در غير از آن جهات خاص به دليل وجود پيوندهاي قوي درون لايهها، امكان كنده شدن وجود نخواهد داشت. اين تعبير به آن معناست كه مداد تنها در برخي جهات خاص مينويسد و در ديگر جهات مداد نخواهد نوشت و اين تصور با تجربه هر روزه ما از بكارگيري مداد متفاوت و متناقض است زيرا به تجربه دريافتهايم كه مداد در تمامي جهات مينويسد. ما مداد را در هر زاويه و هر جهتي نسبت به كاغذ حركت دهيم مداد خواهد نوشت. پس دليل اين تناقض چيست؟ آيا ساختار گرافيت آنگونه كه گمان ميكنيم نيست؟ و يا اينكه توده گرافيت چيزي غير از گسترش يكنواخت و هماهنگ ساختار گرافيت است؟

شكل 3- طرحي ساده از ريزساختار ايدهآل گرافيت
براي درك درست از رفتار تودهاي مواد لازم است كه با ريزساختار آنها آشنا بشويم. با بررسي ميكروسكوپي گرافيت درمييابيم كه توده گرافيت يكپارچه نيست بلكه اين توده متشكل از دانههاي بسياري است كه هر يك به صورت مستقل و جدا از يكديگر در درون خود داراي ساختار گرافيت هستند. به عبارت ديگر توده گرافيت را ميتوان اجتماع بينظمي از بخشهايي كه هر يك داراي ساختار گرافيت هستند، دانست.

شكل 4- طرحي ساده از ريزساختار واقعي گرافيت
تفاوت اين نوع ريزساختار از نوعي كه پيشتر تصور ميكرديم، يعني يك توده گسترده از ساختار گرافيت، در دامنه نظم آنهاست. در تصور اول ما توده گرافيت را يك ساختار يكپارچه و منظم از ساختار گرافيت كه در تمام توده گسترش يافته ميدانستيم در اين حالت نظم حاكم بر ساختار، يك نظم با دامنه بلند كه تمام توده را ميپوشاند در نظر گرفته ميشود اما در عمل نظم ساختار گرافيت به صورت محلي و با دامنههاي كوتاه مشاهده ميشود. اين بينظمي در قرار گرفتن تودههاي داراي ساختار گرافيت باعث ميشود. تنوع و گوناگوني فراواني در بخشهاي گرافيت كه هر يك زاويه و جهت خاصي دارند، وجود داشته باشد. بنابراين هميشه بخشهايي كه زاويه و جهت مناسب براي حركت و كنده شدن لايهها را دارند، وجود خواهد داشت و ما بدون نگراني از جهت و زاويه قرار گرفتن مداد ميتوانيم از نوشتن آن مطمئن شويم.

نتيجه گيري

عوامل تاثيرگذار در خواص تودهاي مواد را به صورت اجمالي و ساده شناختيم. اين عوامل عبارت بودند از عناصر تشكيل دهنده مواد، ساختار مواد و ريزساختار مواد. به صورتي ساده ميتوانيم خواص تودهاي مواد را مشابه با خصوصيات يك شهر بدانيم. عناصر تشكيل دهنده مواد به صورت مصالح بكار گرفته شده در ساختمانهاي شهر، ساختار مواد كه چگونگي قرارگرفتن عناصر در كنار يكديگر و اتصالات ميان آنها را مشخص ميكند به صورت ساختمانهاي شهر و ريزساختار كه چگونگي كنار هم قرار گرفتن ساختار ميكروسكوپي را معين ميكند، به صورت الگوهاي شهرسازي در نظر گرفته ميشود. با اين تشبيه خصوصيات يك شهر نه تنها به مصالح(تركيب شيميايي بكار رفته در آن) بلكه به معماري ساختمانها(ساختار) و نحوه شهرسازي(ريزساختار) نيز بشدت وابسته خواهد بود.
منبع: www.nanoclub.ir

+ نوشته شده در شنبه بیست و دوم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 15:10 توسط مهندس ایمان رستگار |

سراميک ( Ceramics

مواد سراميکي ، موادي غير آلي و غير فلزي هستند . اکثر سراميک ها از واکنش ميان يک فلز و يک غير فلز به وجود آمده اند . به خاطر همين موضوع است که پيوند بين اتم ها يا به طور کامل يوني است يا به طور عمده يوني باخواص کوالانسي است.
واژه ي Ceramic از Keramikos که يک لغت يوناني است آمده است.
اين واژه به معناي ماده اي است که پخته شده است و اين بدين معناست که خواص مطلوب اين مواد عمدتاً به وسيله ي عبور اين مواد از پروسه اي است که ماده را در دماي بالا عمل آوري مي کند . اين پروسه ي عمل آوري ماده پخت ( Firing) ناميده مي شود.

مواد سراميکي در جامعه ي امروزي بسيار مهم اند . موتورهاي سراميکي و مزايايي که استفاده از مواد سراميکي در زمينه هاي : اقتصاد سوخت ، بازده ، کم کردن وزن و افزايش کارايي دارد ، را در نظر بگيريد . در شکل 1 شما سه تصوير گلچين از نمونه ي اوليه موتور سراميکي و تعدادي از اجزاي سراميکي خودرو را مي بينيد . يا اينکه ساخت توربين سراميکي در سايز ميليمتري را در نظر بگيريد . اين توربين ها در موتورهاي بسيار بسيار کوچک که در آينده ساخته مي شوند کاربرد دارند.

البته اين را بايد بدانيم که آينده زياد دور نيست و به زودي ما توليد اين موتورها را مي بينيم . در شکل شماره ي 2 شما مي توانيد چرخ توربين ريزش دروني محوري ( Radial inflow turbine wheel) که از سيليسيم ( Silicon) ساخته شده است را ببينيد . در روش توليد آن از روش برش با يون واکنش کننده استفاده شده است . اين قطعه ي توليدي در دانشگاه ماساچوست ( MIT) تنها چهار ميليمتر قطر دارد . اين قطعه به وسيله ي تکنولوژي جديدي توليد شده است که اين تکنولوژي براي توليد سيستم هاي ميکرو ـ الکترومکانيکي ( Micro-electro mechanical systems ) استفاده مي شود . سيستم هاي ميکروالکترومکانيکي به طور اختصار MEMS ناميده مي شوند . همه ي اين موتورها با يک ژانراتور الکتريکي مجتمع کامل مي شوند . که انتظار مي رود که وزن اين موتورها تنها يک گرم باشد.
با توجه به گفته هاي محققين دانشگاه ماساچوست ( MIT) ، يک ميکروتوربين سيليسيمي ( Silicon) اوليه که به وسيله ي روش هاي ميکرو توليدي نوع نيم رسانا توليد شده است ممکن است با شروع قرن ، به چرخش درآيد . اگر کوشش هاي ابتدايي با موفقيت همراه باشد دانشمندان براي استفاده از روش ليتوگرافي مشابه براي توليد موتور با توربين ريزش دروني محوري از سيليسيم کاربيد ( Silicon carbide ) برنامه ريزي مي کنند . (سيليسيم کاربيد يک نوع ماده ي سراميکي نسوز است ) .

جداره هاي نازک از کوارتز ( Quartz envelopes ) حباب لامپ هاي روشنايي و ديگر حباب ها را به وجود مي آورد . تعدادي ديگر از کاربردهاي جداره هاي نازک کوارتزي در شکل شماره ي 3 نشان داده شده است.
شايد شما تصور کنيد که مس يک رساناي خوب الکتريسيته است . اين حرف واقعاً درست است اما آيا اين را مي دانيد که سراميک ها مي توانند رسانش الکتريکي بهتري نسبت به مس داشته باشد ؟! اين مساله با کشف مواد سراميکي ابررسانا در دماي بالا ( High-temperature super conducting ceramic materials ) مشخص شد .

در دماي 100 درجه ي کلوين يا زير اين دما ، اين مواد مقاومت الکتريکي خود را از دست مي دهند . به علاوه اين مواد خطوط جريان مغناطيسي را پس مي زنند . که اين پديده به نام اثر ميسنر ( Meissner effect ) معروف است . اين اثر موجب مي شود که يک قطعه آهن ربا بتواند در فضاي روي يک ابررسانا معلق بماند . که در شکل 4 نشان داده شده است . در ژاپن ، يک قطار معلق سريع السير بر اساس قوانين توضيح داده شده در شکل 4 کار مي کند . در ايالات متحده ي آمريکا ، تحقيقات در دانشگاه پاردو ( Purdue university) بر روي ابررسانايي و کاربردهاي مواد سراميکي متمرکز گشته است . که تصوير مربوط به ابررسانايي از سايت اين دانشگاه گرفته شده است .

نمايش کريستال هاي غير آلي ، سيليکات ( Silicate) و آلومينات ( Aluminate) و ديگر عناصر و ترکيبات معمولاً از چند وجهي هاي کوئورديناسيون تشکيل شده است . هر راس چند وجهي مانند يک موقعيت پيوندي ( Ligand Position) است در شکل شماره ي 5 ، ساختار کريستالي يک ماده ابررساناي دما بالا نشان داده شده است .
گرافيت خاصيت نسوز بودن ( Refractory) ، سبکي و مقاومت به خوردگي خوبي دارد . اين خواص براي بسياري از کاربردها مهم است . به عنوان مثال ابزارهايي که براي شکل دهي مطلوب مواد در ريخته گري مداوم استفاده مي شوند ( Dies for continuous casting) ، نازل هاي راکت ( Rocket nozzles ) ، مبدل هاي حرارتي ( Heat exchanger) براي صنايع شيميايي استفاده مي شود را بايد از اين ماده ساخت .

به هر حال مقاومت به سايش نسبتاً ضعيف گرافيت و اکسيداسيون آن از محدوديت هاي استفاده از اين ماده است . که با اضافه کردن روکش هاي تيتانيم کاربيد ( Titonium carbide) که مقاومت به سايش ، مقاومت به اکسيداسيون و مقاومت به خوردگي عالي دارد . باعث بهبود مخواص گرافيت و استفاده از اين ماده در قطعات مي شود . در شکل 6 ، شما تصوير چندين قطعه ي پوشش داده شده با تيتانيم کاربيد(Tic) را مي بيند

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 23:16 توسط مهندس ایمان رستگار |

سفالگران لالجین

سفالگران لالجین که سینه به سینه این صنعت را به نسل بعدی انتقال می‌دادند، اکنون به‌تدریج در کارگاه‌هایشان را می‌بندند. بازار آنها از رونق افتاده است، چون این روزها سرامیک‌های چینی در فروشگاه‌های همدان و لالجین جا خوش کرده است. در باره هجوم سرامیک‌های چینی به بازار سفال ایران با عیسی جعفری، نماینده بهار و کبودرآهنگ در مجلس گفت‌وگو کردیم.

ظاهرا پیامد واردات گسترده کالا، دامن سفال و سرامیک لالجین را که قطب سفالگری کشور به شمار می‌رود، نیز گرفته است. این‌که گفته می‌شود کارگاه‌های سفالگری لالجین یکی‌یکی تعطیل می‌شوند صحت دارد؟

واردات بی‌رویه کالا اعم از کالاهای صنعتی، تولیدات کشاورزی و دیگر محصولات، ضربه‌ای جبران‌ناپذیر به صنعت و سنت ایران می‌زند که در دراز مدت جبران آن خیلی سخت خواهد بود. امروز در زمینه صنعت سفال و سرامیک هم در وضع هشدار قرار گرفته‌ایم. واحدها و کارگاه‌های سفالگری به‌طور کامل به تعطیل کشیده نشده است، اما با ظرفیت پایین در حال کار هستند و اگر الان جلوی واردات گرفته نشود، نمی‌توانند تولید را افزایش دهند و رفته‌رفته به سمت نابودی یا همان تعطیل می‌روند. امروز صنعت سفالگری به‌عنوان یک هنر ایرانی که در دنیا زبانزد است، با تقلیدهایی که در کشور چین صورت گرفته وضع آشفته‌ای پیدا کرده است. حتی به بعضی از فروشگاه‌های لالجین هم کالاهای چینی وارد شده است. اگر این روند ادامه پیدا کند 2 اتفاق مهم می‌افتد: اول این‌که باعث تعطیل کارگاه‌های ما می‌شود و در نهایت بیکاری سفالگران را به همراه دارد.

نکته دیگر که می‌تواند خیلی خطرناک‌تر باشد این است که ما در انتقال این صنعت و هنر به نسل بعدی دچار مشکل می‌شویم. یعنی ارتباط با نسل بعدی قطع می‌شود و معلوم نیست که در آینده آیا این هنر و صنعت بتواند زنده بودن و پویایی خود را حفظ کند. از این‌رو به‌نظر من مسئولان باید این امکان را از دست وارد‌کنندگان بگیرند و اجازه ندهند که با واردات بی‌رویه به وضع موجود ضربه زده شود. با این واردات صنعت سفالگری از دست ما می‌رود. صنعت سفالگری و هنر سفال و سرامیک چیزی است که نسل به نسل انتقال می‌یابد و اگر انقطاعی در آن به ‌وجود آید دیگر جوانان ما استقبالی از این هنر نمی‌کنند. بر این اساس احساس می‌کنم خطری جدی این صنعت را تهدید می‌کند و قطعا می‌طلبد که مسئولان امر با واردات برخورد جدی و قانونی کنند و به سوداگران اجازه ندهند که این صنعت را از ما بگیرند و به‌نحوی بعدها به نام خودشان ثبت کنند.

هنر سفال به‌صورت خیلی ضعیف در دانشگاه‌های ما آموزش داده می‌شود. در همین لالجین هم آموزشکده‌ای دایر شده است، که باید آن را گسترش بدهیم و تقویت کنیم. از سوی دیگر باید بازار اقتصادی این رشته را هم در نظر بگیریم. امروز آن دانشجو که می‌خواهد در مقطع عالی تحصیل کند بخشی از نگرانی‌اش این است که پس از فارغ‌التحصیلی مشغول به‌کار شود، اما وقتی ببیند که در زمینه سفال و سرامیک بازار کار وجود ندارد، از تحصیل در این حوزه استقبال نمی‌کند.

آیا می‌توان گفت که کیفیت سفال‌های چینی بهتر از سفال‌های لالجین است؟ می‌خواهم بپرسم چرا چین توانایی رقابت با محصولات سفالی ما را پیدا کرده است؟

طبیعی است که وقتی نتوانیم بازار خودمان را نگه داریم دیگران از چنگ ما در می‌آورند. سفالگران ما باید ببینند علت اینکه از کالای چینی بیشتر از کالای ما استقبال می‌شود چیست؟ چطور است که این کالا از آن طرف دنیا با کشتی وارد بنادر ما می‌شود، هزینه حمل‌ونقل دارد و به استان‌های مختلف ارسال می‌شود، اما باز هم قیمتش پایین‌تر از سفالی است که ما در همان لالجین تولید می‌کنیم و در همان‌جا می‌فروشیم. به‌نظر من در زمینه سفال و سرامیک دولت باید بخشی از هزینه‌های تولید را با سیاست‌های حمایتی پایین بیاورد. ما نگرانیم که در آینده با آزاد‌سازی حامل‌های انرژی، هزینه تولید سفال و سرامیک حتی از میزان کنونی هم بالاتر برود و دیگر عملا هیچ توانی برای رقابت با محصولات چینی باقی نماند. این صنعت جزو صنایع انرژی‌بر است. ممکن بود تا دیروز با نفت سیاه هم کار می‌کردند اما از این به بعد باید با گاز کار کنند. به هر صورت قیمت، دیگر قیمت گذشته نخواهد بود. وقتی که با این قیمت ادامه کار برای سفالگران صرفه ندارد، طبیعی است که با قیمت بالاتر هم نمی‌توانیم بازار را در دست بگیریم. بنابراین باید برویم به سمت کاهش دادن هزینه تولید. کاهش هزینه تولید هم از یک‌سو دست خود تولید‌کننده و از سوی دیگر دست دولت است. این هنر کم‌کم به لب پرتگاه می‌رسد؛ یعنی اگر این وضع یکی، دو سال ادامه پیدا کند واحدهای داخلی ما تعطیل می‌شوند. به‌همین دلیل ما باید به سمت پایین آوردن هزینه‌های تولید برویم، همچنین ذائقه‌های مردم را در نظر بگیریم که بیشتر چه نوع کالایی را می‌پسندند.

آیا ما نمی‌توانستیم با ثبت این اثر به‌نام ایران، انحصار این صنعت را به کشورمان اختصاص دهیم؟

باید این کار می‌شد. سازمان میراث فرهنگی قصور کرده است. باید بپرسیم سازمان میراث فرهنگی و گردشگردی در کنار وزارت بازرگانی برای جلوگیری از واردات کالاهای مشابه چه اقدامی کرده است؟ آیا میراث فرهنگی کار تحقیقی در این زمینه انجام داده و سلیقه مردم را شناسایی کرده است؟ آیا با برگزاری همایش و گردهمایی تولیدکنندگان را راهنمایی‌ کرده است؟ آیا کار فرهنگی می‌کند و به مصرف‌کننده می‌گوید به جای استفاده از ظروف کوپال، اکروپال، چینی و شیشه از سفال و سرامیک استفاده کنند؟ وقتی همه این سؤالات را می‌پرسیم می‌بینیم سازمان میراث فرهنگی در این زمینه ضعف داشته است. سازمان میراث فرهنگی فقط وظیفه ندارد از آنچه زیرخاک مدفون است و به‌نحوی به دست می‌آید، محافظت کند. همین آثار امروز، میراث فرهنگی آیندگان ماست، چرا که اگر اکنون از این آثار مواظبت نکنیم 100 سال دیگر، 200 سال دیگر به ویترین موزه‌ها می‌پیوندد. تعلل میراث فرهنگی در اینجا بارز است و خودش را نشان می‌دهد. علاقه‌مندیم اگر مسئولی از میراث فرهنگی این مصاحبه را می‌خواند اعلام کند که این حرف‌ها را قبول ندارد و از حمایت‌های صورت گرفته از صنعت سفالگری و سرامیک حرف بزند. در کل من احساس می‌کنم که میراث فرهنگی حمایتی که باید از این صنعت و هنر انجام می‌داد، نکرده است.

چرا با وجود آن‌که این هنر به‌صورت آکادمیک تدریس می‌شود، بازهم نگرانی‌هایی در مورد انتقال آن به نسل بعدی وجود دارد؟

این هنر به‌صورت خیلی ضعیف در دانشگاه‌های ما آموزش داده می‌شود. در همین لالجین هم آموزشکده‌ای دایر شده است، که باید آن را گسترش بدهیم و تقویت کنیم. از سوی دیگر باید بازار اقتصادی این رشته را هم در نظر بگیریم. امروز آن دانشجو که می‌خواهد در مقطع عالی تحصیل کند بخشی از نگرانی‌اش این است که پس از فارغ‌التحصیلی مشغول به‌کار شود، اما وقتی ببیند که در زمینه سفال و سرامیک بازار کار وجود ندارد، از تحصیل در این حوزه استقبال نمی‌کند. البته ما خودمان مقصر هستیم، یعنی طوری کار کرده‌ایم که این رشته کم‌کم دارد مزیت اقتصادی‌‌اش را از دست می‌دهد.

براساس آمار منتشر شده نزدیک به 960 کارگاه در لالجین وجود دارد که برخی از آنها در شرف تعطیل است؛ این رقم را تأیید می‌کنید؟

این آمار درست است، اما باید اضافه کنم ما دو، سه نوع آمار داریم. ممکن است کارگاه‌های 2 نفره هم جزو این آمار باشد و کارگاه‌های 30 -20 نفره هم در این آمار در نظر گرفته شود. نکته‌ای که اینجا باید مورد تاکید قرار دهم این است که بسیاری از این کارگاه‌ها وضع مساعدی ندارند. اگر شما از لالجین بازدید کنید می‌بینید در داخل خانه‌ها فضایی به‌عنوان کارگاه ایجاد کرده‌اند و در یک فضای نمور بدون نور به شیوه‌ای کاملا سنتی کار می‌کنند. لازم است دولت برای اصلاح این کارگاه‌ها و بهبود وضع‌شان کمک کند.

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 23:14 توسط مهندس ایمان رستگار |

زمینه احیای میبد

زمینه احیای میبد به عنوان اولین شهر نمونه گردشگری کشور فراهم می شود
یزد - خبرگزاری مهر: فرماندار میبد با بیان اینکه میبد اولین شهر نمونه گردشگری تاریخی کشور است گفت: زمینه احیای میبد به ویژه در زمینه آثار تاریخی فراهم می شود.
به گزارش خبرنگار مهر در یزد، محمدرضا رجایی در حاشیه دهمین سفر رسانه ای خبرنگاران به شهرستانهای استان یزد در نشستی خبری اظهار داشت: شهرستان میبد با برخورداری از 600 هکتار بافت تاریخی بعد یزد، بیشترین میزان بافت تاریخی را دارست و قدمت برخی از بناهای تاریخی آن به بالغ بر پنج هزار سال می رسد.

وی افزود: نارین قلعه، مسجد جامع میبد، حسینه های مختلف، چاپارخانه، یخچال خشتی، اماکن تاریخی و ... که در ساخت آن علم و درایت گذشتگان به وضوح قابل روئت است، میبد را به نخستین شهر نمونه گردشگری تاریخی کشور تبدیل کرده است.

رجایی افزود: سالانه صدها هزار توریست داخلی و خارجی برای بازدید از آثار تاریخی میبد به این شهرستان سفر می‌ کنند.

فرماندار میبد خاطرنشان کرد: در سفر دوم هیئت دولت به استان یزد، مصوبه اولین شهر تاریخی و گردشگری را گرفتیم و امیدواریم زمینه برای احیا و بازسازی این شهر فراهم شود.

وی با تاکید بر اینکه برخی بناهای تاریخی شاخص میبد نظیر نارین قلعه هم اکنون از وضعیت مناسبی برخوردار نیستند، گفت: به تازگی 50 میلیون تومان از سوی دولت برای بازسازی نارین قلعه اختصاص داده شده است.

رجایی همچنین خاطرنشان کرد: سفال و زیلوی میبد نیز شهرت جهانی دارد و نیاز به توجه ویژه میراث فرهنگی برای احیای مجدد زیلو وجود دارد.

سالانه 95 میلیون مترمربع کاشی در میبد تولید می شود

وی در بخش دیگری از این نشست با اشاره به اینکه میبد یکی از قطبهای تولید کاشی و سرامیک کشور به شمار می رود و سالانه 95 میلیون مترمربع از کاشی کشور در میبد تولید می شود، افزود: هم اکنون 19 کارخانه بزرگ کاشی در این شهرستان تولیدات خود را در بازارهای داخلی و خارجی عرضه می کنند.

رجایی با بیان اینکه سرمایه گذاران بسیاری هم اکنون به دنبال دریافت مجوز برای راه اندازی کارخانجات کاشی و سرامیک در میبد هستند، بیان داشت: به نظر می رسد اگر همچون گذشته در زمینه تولید کاشی و سرامیک مجوز صادر شود، در آینده مشکلاتی که گریبانگیر نساجی میبد شد، برای صنعت کاشی و سرامیک نیز ایجاد شود.

وی افزود: با افزایش کارخانجات کاشی و سرامیک در میبد به نظر می رسد عرضه و تقاضای بازار در زمینه این محصول به هم بریزد و تولیدکنندگان در آینده نزدیک با مشکل فروش محصولات خود مواجه شوند.

رجایی خاطرنشان کرد: هم اکنون یک منطقه ویژه اقتصادی داریم که 60 درصد آن کاشی و سرامیک است و اگر باز هم بخواهیم برای تولید کاشی و سرامیک مجوز صادر کنیم، دچار مشکلات اقتصادی در زمینه فروش محصولات خواهیم شد.

وی از سرمایه گذاران خواست تا سرمایه های خود را به سمت و سوی دیگری همچون پتروشیمیِ و صنایع پایین دستی، صنعت داروسازی و ... هدایت کنند.

مسائل مرزی میبد و اردکان در مسیر خود در حال حل شدن است

فرماندار میبد همچنین در پاسخ به سئوال خبرنگاری در مورد اختلافات مرزی شهرستانهای میبد و اردکان گفت: این اختلاف در مسیر طبیعی خود در حال حل شدن است.

رجایی در بخش دیگری از سخنان خود با اشاره به اینکه میبد قطب دانشگاهی کشور به شمار می رود، اظهار داشت: در حال حاضر 10 مرکز آموزش عالی و دو حوزه علمیه در این شهرستان فعالیت می کنند که این مراکز 12 هزار دانشجو و طلبه را جذب خود کرده اند.

وی خاطرنشان کرد: میبد به لحاظ سرانه جمعیت دانشجویی در کشور رتبه نخست را دارد.

رجایی با اشاره به مسائلی که خواه ناخواه به لحاظ فرهنگی به دنبال دانشجوپذیر بودن این شهر، گریبانگیر میبد شده است، افزود: میبد یک شهر دانشگاهی است و این امتیاز بسیار بزرگی به ویژه در زمینه رشد فرهنگ برای این شهر به شمار می رود اما لازم است دانشگاه ها با توجه به عقاید خاص موجود در منطقه، توجه بیشتری به فرهنگ سازی برای دانشجویان داشته باشند.

وی عنوان کرد: دانشگاه ها تاکنون در این عرصه بسیار خوب عمل کرده اند اما با توجه به هجمه فرهنگی دشمنان، هنوز جای کار بسیاری وجود دارد و هنوز برخی نگرانی ها بر قوت خود باقی است.

54 درصد مصوبات سفر دوم هیئت دولت به میبد اجرایی شده است

فرماندار میبد با اشاره به مصوبات سفر رهبر معظم انقلاب به استان یزد برای میبد همچنین سفرهای هیئت دولت اظهار داشت: در سفر اول هیئت دولت 12 برای میبد به تصویب رسید که 95 درصد این طرحها اجرایی شده است.

وی ادامه داد: در سفر دوم نیز 25 طرح برای میبد به تصویب رسید که تاکنون 54 درصد از این طرحها اجرایی شده است.

رجایی با بیان اینکه سفر پرخیر و برکت رهبر معظم انقلاب نیز 55 مصوبه برای میبد داشته است، افزود: 100 درصد این مصوبات به مرحله اجرا درآمده است.

این نشست پس از پاسخگویی به سئوالات خبرنگاران به پایان رسید و خبرنگاران در سفر یک روزه خود به شهرستان میبد از آثار تاریخی، پروژه های عمرانی مسکن مهر و کتابخانه مرکزی میبد و ... بازدید کردند.

سفرهای رسانه ای خبرنگاران استان یزد به همت روابط عمومی استانداری یزد انجام شده و خبرنگاران تاکنون به شهرستانهای خاتم، تفت، ابرکوه، بهاباد، بافق، مهریز، یزد، صدوق و طبس سفر کرده اند و در سفر بعدی خود نیز به شهرستان اردکان خواهند رفت.

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 23:14 توسط مهندس ایمان رستگار |

سفالگری هنری بر آمده از آب و خاک

سفالگری هنری بر آمده از آب و خاک است. گل در دستها جان مي گيرد و به شكلهاي مختلف در مي آيد. مثل كوزه يا ظروفي كه نقشهاي برجسته دارند و حتي مجسمه. و به تعبيري ، در تلاشي كه دستهاي يك هنرمند انجام ميدهند شكلي نهفته از ميان توده گل كشف مي گردد. شكلي كه مي تواند يك مجسمه باشد و يا يك كوزه.

تاریخچه سفالگـري در ايران

قبل از اسلام
شاید اولین صنعت ساخته دست بشر از خاک بوده ، سفالگری یکی از قدیمی ترین صنایعی است که زادگاه آن میهن کهن سال ما ایران است . در شش هزار سال پيش ازميلاد اولين نشانه پيدايش کوره پخت، درصنعت سفال ديده مي شود و در سه هزار و پانصد سال پيش از ميلاد چرخ سفالگري ساده اي که با دست حرکت مي کرد ساخته شد. پيدايش چرخ سفالگري تحوّل بزرگي را در ين صنعت بوجود آورد.
از آغاز نيمه سده گـذشته باستان شناسان تعـداد زيادي ظروف سفالي و اشياء ديگـر در منطقه اي از مشرق ايران تا عراق و از قـفـقاز با دره سند را از زير خاک بـيـرون آوردند. سفالهـاي پـيش از تاريخ که در اين مـنطقه وسيع يافت شده در شيوه و سبک ساختـن تـقـريـبا با مخـتصر تـغـيـير يکـنواخت و در سطح فـني بطرز اعـجاب انگـيزي پـيـشرفـته است. نخستين نمونه هاي آن از شوش در ايلام که اولين سکونت گـاه ايرانيان در پاي فلات ايران بود بـدست آمد. سـفالهـاي شوش نه تـنهـا مربوط به خود شوش است بلکه سفالينه هـايي که از تـپه موسيان در 160 کيلومتري شوش و از سومر و تـل حلف در عراق و از شمال غربي هـندوستان و بلوچستان، يا از فلات ايران در تـپه گـيان و تـپه حصار و تورنگ تـپه و سيلک، يا در قسمت شرق تا آنائـو که امروز در تـرکستان روسيه است جزو طبقه سفالهاي شوش ناميده مي شود. سفالهـايي که بـنام شوش اول معـروف است مـتعـلق به زماني است که از 3500 تا در حدود 2500 پـيش از ميلاد مسيح مي باشد. در اينجا بايد متـذکـر شد که مردماني با تـمدن نوسنگـي نيز در ايالت کانسوي چـين پـيدا شدند و ظروف سفالي آنهـا ويـژگـيهـايي هـمانـند ظروف سفالي شوش از لحاظ روش و فن توليد دارد.
کهـنـترين ظرفي که در ايران يافت شده است، ظرف سياه دود آلوديست که هـمانـند قـديمي تـرين ظروف کهن سفالي است و در جاهـاي ديگـر پـيـدا شده است. نخـستيـن ظرفـهـاي سفالي که با روش کربن 14 تاريخ آن بـدست آمده و متعـلق به هـزارهً چـهـارم پـيش از ميـلاد مسيح است در بـين النهـرين يافت شده است. کهـنـتـرين سفالي که در ايران يافت شده مـتعـلق به هـمان دوره است. اين ظرف دست ساز نسبتـاً ابتدايي به دنـبال خود ظرفي سرخ با لکـه هاي سـيـاه نـاشي از پـخـت ناقـص داشـت. پـيـشرفت فـني در حرفه کوزه گري سبب بوجود آمدن سبک جـديـدي شد، اين سبک با تـغـيـيرات و وقـفـه هايي که داشت بـيش از 2000 سال در بعـضي از مناطق فلات ايران دوام کرد.
معـروفـتـرين پـيـشرفـتهاي فـني در رشته سفالينه سازي از اين قـرار است:
1 - بـدنه اي از خاک رس ظريف که بدون تـرديد آبـديـده شده است. اين ظرف در کوره پـخـته مي شد و رنگ آن ليموئي، کرم، زرد، صورتي يا گـاهـي اوقات سرخ تـيـره بود. تـيـغـه هاي کـرم يا ليمويي رنگ که پـيـدا شده است نشان مي دهـد که پـخـت آن در اتـمسفـر احـيا کـنـنده اي انجام شده است.
2 - تمام ظروف داراي ضخامت يکـنواخت است، آنهـايي که بـلنـديـشان بـيش از 10 سانـتـيمتر بود 0.3 سانـتيمتر ضخامت داشتـند و بزرگـترين آنها که پـيـدا شده است 30 سانتي متر ارتـفاع و 0.95 سانتي متر ضخامت داشت.
3 - گـردي کامل و بعـضي عـلاماتي که در موقع چرخ دادن آن بـدست آمده نشان مي دهـد که لااقـل در آنروز چرخ کوزه گـري با سرعـت کم که پـيـش درآمد چرخـهـاي فعـلي کوزه گـري است به کار برده مي شده است.
4 - تمام ظروف پـيدا شده در دوغ آب خاک رس بـسـيار نـرمي فـرو برده شده بود که سطح آنهـا را اينـقـدر صاف کرده است.
5 - يک ماده رنگي که از گـرد اسيد آهـن آبـدار و اکسيد منگـنـز ساخته شده بود درآميخـتهً فوق به کـار بـرده مي شد. در پـخـت دوم اين رنگـهـا سياه و قهـوه اي سير مي شد.
6 - پـيش از پـايان هـزاره چـهـارم قـبـل از ميـلاد چرخ کـندر و کوزه گـري بصورت چرخ تـند امروزي درآمد. لااقـل اين موضوع در مورد سفالهـايي که سيلک در مرکـز ايران تـپـه حصار در شمال شرقي ايران پـيدا شده است، صدق مي کـند.
7 - تـقـريـباً در هـمان زمان نوعـي از کوره در ايران بوجود آمد که آتـشخـانه آن در زير محـل سفالهـا بود و يک در آجري آنهـا را از هـم جـدا مي کرد، کوره ها بايد از اين نوع باشـند. تا نظارت و بـررسي اتـمسفـر لازم براي توليد رنگـهـاي کرم و نخودي عـملي باشد. اين نوع کوره هـا هـنوز در سراسر کـشور از طرف کوزه گـران و آجرپـزان به کار برده مي شود و هـنوز هـم رنگ نخودي را براي آجر تـرجـيح مي دهـند.
8 - سفالهـاي قالبي در تـپه حصار و تـل باکـون در جـنوب ايران پـيـدا شده است. در قـسمتهـاي مخـتـلف کشور قالبهـاي گـلي پخـته شده براي توليد زياد مجسمه هاي متعـلق به سالهـاي 2500 تا 1750 قـبل از مسيح بدست آمده است.
9 - سفالينه هاي خاکستري رنگ با لعـاب سياه درخشان ابـتـدا در حدود 2000 پـيش از مسيح در تـپـه حصار و در سيلک بوجود آمد. اين سفالهـا که در کورهً احيا کـنـنده پـخـته شده اند، اولين نوع سفالسازي لعـابي است که از آن اطلاع داريم. اينجا بجاست يادآور شويم که لعـابکـاري سفال در قرون وسطي در کاشان مـتـداول گـرديد، و کاشان تـنـها چـند کيلومتر دورتر از سيلک است.
تـمام اين پـيـشرفـتهـاي فـني در مـدت کـوتاهـي سفالسازي را يکي از حـرفـه هاي سامان يافـته کـرد. و از آن تاريخ تا کـنون به هـمين نحـو باقـي مانده است. اما مهـارت و استادي کوزه گـران باستان تـنـهـا از نظر فـني نبوده است، زيـبايي اين فراورده هـا فوق العـاده است. به کار بردن رنگـيزه هاي اکسيدي با قـلم مـو با حرکات متـوالي کاملا مشهـود است. تـزئينات نقـش حـيوانات و نباتات را تـقـريـبا با طرح هـندسي دقيق نشان مي دهـد.
بعـد از اسلام
با آغاز دوران اسلامی به علت روح سادگی و بدور از تجمل پرستی فرهنگ اسلامی و همچنین به دلایل اقتصادی به صنعت سفال سازی توجه بیشتری معطوف گردید .
تازيان در زمان کوتاهـي سراسر خاک ايران را گـشودند، اشغـال ايران از طرف تازيان ابـتـدا اثـري در کار سفالسازي نـداشت، اما وقـتي که در سال 750 ميلادي خانواده ايراني ابوالعـباس بر تخـت خلافت بغـداد تـکـيه زد، فعـاليت فرهـنگي ايرانيـان بار دگـر آغاز گـرديد. اسلام بکار بردن ظرفـهـاي گـران قـيمت فـلزي به ويـژه زر و سيم را غـدغـن کرده است. از اينرو بار دگـر طبقه حاکمه خريدار ظرفـهـاي سفالي شدند و آماده شدند که سفالهـايي که بـسيار خوب آراسته شده و از لحـاظ هـنري در سطح والايي قـرار داشت بخـرند. رفـته رفـته پـيـشيـنه سفالگـري در بـسياري از مراکز سفالسازي ايران بـنـياد گـرفت و صاحبان اين کارگـاهـها استادان فـن را بکـار گـرفـتـند. نوشته اي که در سنگ محـراب امامزاده يحيي ورامين در نزديکي تهـران هـست، افـتخـار ساختـن محـراب را به سه کس يعـني سفالساز، طراح نقـشه و خوش نويس مي دهـد.
بزرگترین و مهمترین موفقیتی که صنعتگران در این دوره کسب نموده اند به کاربردن رنگهای متنوع و بسیار زیبا در لعابهای ظروف سفالین بوده و از ظروف بسیار عالی هنری تا ظروف ساده همه دارای خواص تزئینی ویژه ای است که از خصائص هنر و صنایع اسلامی به شمار می آمد . گرچه نقوشی که روی این ظروف به کار برده می شود جنبه تزئینی آنها اساسی است ولی برای سازندگان و کسانی که آنها را به کار می برند ، بسیار بیش از تزئین اهمیت داشته است هنرمندان با حفظ اصالتهای بومی به حفظ و اشاعه این صنعت اصیل پرداخته و سعی بر این بوده است که با بالابردن کیفیت جنس و طرحها و مصرفی کردن محصولات سفالین در سطح شهرها علاوه بر مصرف روستایی و بومی به حفظ و اشاعه این صنعت اصیل پرداخته و سعی بر این بوده است که با بالابردن کیفیت جنس و طرحها و مصرفی کردن محصولات سفالین در سطح شهرها علاوه بر مصرف روستایی و بومی آن ، گامهای مفیدی برداشته شود .
از لحاظ تاريخـي دروه اسلامي به سه بخش تـقـسيم مي گردد:
1 - دوره اوليه اسلامي تا آغاز سده يازده ميلادي
2 - دوره ميانه اسلامي شامل پادشاهـي سلجوقـيان و مغـولهـا
3 - دوره متاخر اسلامي از زمان صفويه تا به امروز
دوره اوليه اسلام
در دوره اوليه اسلام، سفالساز افـتاده و مـتواضع ايراني در هـمان زمينه پارتـهـا و ساسانـيان کار مي کـرد. ظرفـهـاي وي بي لعـاب بود و در قـالب فشاري آن را آراسته کرده، تـزيـين مي داد و يا ظرفـهايي از لعـاب آبي يا فـيـروزه اي مي ساخت. اينگونه قالبهـاي فشاري از خاک رس بي لعـاب ساخـته مي شد و پـيش از پـخـتـن آن را براي آرايش ظرف کنده کاري مي کردند.
در دوره اوليه سفالگـري ظرفـهـاي چـيـني که از چـين آورده شد سبب تـشويق و تحـريک ايرانيان در توسعـهً صنعـت سفالسازي شد. ثـعالبي و بـيـروني دو نفـر از مورخين مشهـور دربارهً انواع سفالهـايي که از چـين آورده شد شرحي نگـاشته و مرغوبـيت آن را ستوده اند.
محـمد بن الحسين مي نويسد که فرماندار خراسان در سال 1059 ميلادي بـيست تـکه ظروف چـيني از کشور چـين دريافت کرد و آن را به بارگـاه خـليفهً بغـداد فـرستاد؛ و سفالسازان داخلي را تـشويق به ساخـتن سفالهـايي شبـيه به آن کـرد. در حقـيـقـت در اثـر تـشويق فرمانداران و حـکام محـلي، نوآوري هـا و اخـتراعـات زيادي در فـن بـدل چـينيسازي و تـقـلـيد چـيـنيهاي دوره تانگ در ايران بوجود آمد.
سفالسازان ايراني در تـقـلـيد از چـيـنـيهاي سبک تانگ آنقـدر استاد بودند؛ که در نظر اول هـمه مصنوع آنهـا را بجاي چـيني اصل مي گـرفـتـند. کوششي که سفالسازان ايراني در تـقـليد چـيـنـيهاي کشور چـين در دوره هاي اوليهً اسلام کرده اند سبب کشف مجـدد لعـاب مينايي قـلع گـرديد. در سدهً هـشتم پـيش از ميلاد مسيح آشوريهـا اکسيد روي را در لعـابهـاي سربي خود براي بدست آوردن رنگ سفـيد کـدر به کار برده اند. چون آخرين کار براي اين فن در خاور نزديک را مي توان از آجرهاي لعـابي که در شوش و تخت جمشيد در سدهً پـنجم ساخته شده است ثابت کرد؛ بنابراين وقتي مي گوئيم بعـد از 1500 سال دوباره آن را بازيافـتـند بي دليل نيست. اين لعـاب جـديد که سطح کاملا سفـيد درست مي کرد، کاربرد گـل و رس سفـيد را از بـين برد و از ايران به سرعـت به تمام کشورهاي اسلامي تا اسپانيا گسترش يافت. در آنجا پايه و اساس سفالسازي اسپانيايي - آفريقايي گرديد که در جزيرهً اسپانيايي مايورکا ساخـته مي شد؛ از آنجا به نام ماجوليکا به ايتاليا آمد و طولي نکشيد که ايتاليا نيز آن را توليد کرد. از ايتاليا به آلمان و هـلـند و انگـلستان رفت. در هـلـند و انگـلستان به نام چـيني آلات دلـفـت معـروف گرديد.
يکي ديگر از اختراعات ايرانيان در صنعـت سفالسازي رنگهـاي مينايي بود که قبلا در سال 883 ميلادي آغاز گـرديده بود. اشيائي که رنگ مينايي بر آنهـا زده شده است - سفالسازان چـيني هـيچگـاه اين رنگ را به کار نبرده اند - در کارگاه هـهاي کوزه گـري فوسطاط نزديک قاهـره و در عـراق پـيدا شده است. ولي بـيـشـتر دانشمندان امروزه بر اين باورند که رنگ مينايي يک اختراع ايراني است. رنگ مينايي در اسپانياي افـريقا در کارگاه هـاي کوزه گـري معـروف پاتـرنا و والنسيا به کار برده مي شد، و در سال ر1500 ميلادي به ايتاليا رسيد.
سه نوع رنگ مينايي وجود دارد:

1 - رنگ مينايي طلايي ساده روي زمينه سفـيد.
2 - رنگ مينايي جگـري در زمينه سفـيد يا مخـلوط با ساير رنگـهـا.
3 - رنگ مينايي چـند رنگ با درخشندگي فلز مس يا نـقره، يا اگـر روکش آن بسيار نازک باشد، رنگ مينايي زرد، قهـوه اي يا زيـتوني بر زمينه سفيد.
رنگ مينايي در زمان سلاطين سلجوق و مغـول در کاشان به اوج تـکامل خود رسيد.
دوره مياني اسلام
در زمان سلجوقـيان ( 1037 - 1147 ميلادي ) جهـش چشمگـيري در تـمام هـنرهـا، صنايع و عـلوم پـديد آمد. با اينکه سلجوقيان در اصل ترک بودند ولي خود را با روش زندگي ايرانيان تطبـيق دادند. در مورد سفالسازي اين دوره بايد گـفت "عصر طلايي چـيني سازيست"؛ در اين دوره تمام روشهـاي فـني شناخته شده به کار برده مي شد: حـکاکي، برجسته کاري، شبکه سازي، قـلمزني رنگ زير يا روي لعـاب، مطلا کاري و ميناکاري. چـنين بنظر مي آيد که در آن دوره نقاشان و طراحان استاد سفالساز را ياوري ميکردند و اين امري عادي بوده است.
کوشش مستمر سفالسازان ايراني براي اينکه بـتوانـند با چـينيهـا و لعـابهاي ساخت کشور باستاني چين برابري کـنـند موجب بوجود آمدن دو اخـتراع در ايران گـرديد، اولين اختراع ترکيب خمير نرم با آميخته زيادي از دُر کوهـي و ديگر کشف مجدد لعـاب قلياني که براي آخرين بار در مصر باستان بکار مي رفت. دانه هاي دُر کوهـي و خمير شيشه اي لعـاب قـليايي را به خاک رس اضافه ميکردند، پس از پخـتن رويهً نيمه شفاف و سخت و به هـم چسبـيده اي بدست مي آمد، و اين هـمانند ماده و خميري بود که در سدهً هـجدهـم در اروپا به عـنوان خمير نرم چـيني شناخته شده بود. براي بدست آوردن لعـاب شفاف با اکسيد قلع کار مي کردند. تـنهً ظرف را اغلب کنده کاري کرده و با لعـاب يکـدست مي پوشانـدند، اين فـن را لقابي مي گـفـتـند.
متداول شدن لعـابهـاي قليايي سبب شد که فـن رنگ آميزي جديد بوجود آمد. آميخـته مس در لعـاب سرب معـمولا رنگ فـيروزه اي تـيره يا سبز زنده بوجود مي آورد؛ ولي هـمين مس در لعـاب قـليايي رنگ نيلي سير درست مي کرد. لاجورد کاشي (کوبالت) در لعـاب قـليايي رنگ آبي مشکي (لاجوردي) مي ساخت. در نزديکي قـم و کاشان معـادن لاجورد کاشي (کوبالت) هست و احتمال دارد که استـفاده از کوبالت از هـمانجا آغاز گـرديده باشد. از جمله لعـابهـاي ديگري که عـموماً در لعـاب هاي قليايي به کار ميرفت عـبارتـنداز: فيروزه اي روشن، سبز روشن، يشمي، سرخ ارغواني و زرد ملايم که اغـلب آرايه زر هـم به آن افزوده مي شد. ترکيب طلا در لعـاب يا به صورت زر گـداخـته و يا به حالت سريشي بود.
با استـفاده از اين زرورق، کوزه گـر ايراني دو شيوه تازه لعـابسازي پـيدا کرد که به نام مينايي و هـفت رنگ شناخـته مي شد. براي ساخـتن لعـاب مينايي کوزه گر، خمير شيشهً قليايي و رنگيزه ها را در کوره مي گـداخت و به صورت لعـاب مورد نيازدر مي آورد. پس از خنک شدن آن را گـرد مي کردند و هـنگـامي که اين لعـاب روي ظرف داده شده و به کـوره برده مي شد رنگـش تـغـيـيـر نمي کرد و نقاش و تـزيـينـکار قـبل از وقت مي دانست که لعـاب پس از پخـته شدن، چه رنگي خواهـد داشت و هـمين امر سبب شد که دامنهً تعـداد رنگـهـا را گـسترش دهـد.
در سده سيزدهـم اصلاحاتي در لعـاب مينايي پـديد آمد، و به نام لعـابهـاي قلم مويي شناخـته شد. در اين شيوه با قـلم مو رنگ لعـابي را که مقـدار اکسيد آن زياد بود روي تـنهً ظرفـي که قـبلا در کوره رفـته بود مي زدند و خطوط منـقش آن را مي آراسـتـند. اين رنگـهـا در پـخـت دوم مشخصتر مي شد، و سپس ظرف در لعـاب يکـدست فـيروزه اي و يا عاجي فـرو برده شده و براي بار سوم به کوره مي رفـت. چون رنگـيزه هـا را با قلم مو و خيلي رقـيق زده بودند شـُره نمي کرد و لکه دار نمي شد. مراکزي که ظرفـهاي لاجوردينه تهـيه مي کردند، ري و کاشان بودند، علي ابن يوسف و ابوطاهـر حسين از کوزه گـران به نام ري بودند.
سفالسازان کاشي در ساختـن محـرابهـا بسيار استاد بودند. قـبلا محـرابهـا را گـچـبري مي کردند. محـراب کاشي بسيار زيـباست و صدهـا کاشي مينايي و درخشان بزرگ که خوب هـم به هـم سوار شده و اغـلب هـم کـنده کاري شده، محـراب را تـشکـيل مي دهـد. اين محـرابهـا نيز نـتـيجه هـمکاري نـزديک ميان سفالساز و نقاش آرايه گـر است. اين کـلمات در سنگ نبشه محـراب امامزاده جعـفـر در قـم ديده مي شود: "در دهـم ربيع الثـاني 738 (6 نوامبر 1337 ميلادي) در کاشان در کنار سيد رکن الدين محمود بن سيد زين الدين غضايري به دست جـناب مستطاب جمال نقاش ساخته شد".
دورهً متـاًخـر اسلامي
هـنگـامي که شاه اسمعـيل در سال 1501 ميلادي پس از 850 سال فرمانروايي بـيگـانگـان بر تخت نشست و نخستين شاه دودمان صفـويه گـرديد، بزرگي و عظمت ايران آغاز گرديد؛ و تا دويست سال ادامه داشت. در زمان شاه عـباس بـزرگ اين عـظمت به اوج خود رسيد (1587 - 1620 ميلادي) آوازه شکوه و جلال دربار شاهـنشاهي او به دربارهـاي اروپا رسيد، و سفـيراني از بسياري از کشورهـاي اروپا به پايتخت وي يعـني اصفهـان آمدند. شاه عـباس خود صنعـتکـار و بازرگـاني باهـوش بود. استادان فن را از امـپـراطوري پهـناور خود جمع کرد و در اصفهان يا پـيرامون آن جاي داد و کارگاهـهـاي صنعـتي شاهي بـيشماري بنياد نهـاد. به پـيشه وران جزء و صنايع خصوصي نيز کمک مي کـرد. هـنگـامي که از بازرگـانان و نمايندگـان کمپـاني هـند شرقي هـلـند که دژي در جزيره هـرمز در خليج فارس داشتـند، شنيد که آنها مشغـول تجارت ظروف چيني کشور چـين هـستـند؛ از بازرگـانان چـيني دعـوت کرد که چـيني هاي زيـباي خود را از راه خشکي براي صادرات به اروپا به کشور وي بفـرستـند و بدين ترتـيب کمپـاني هـلندي را از مـيدان خارج کرد. خود شاه گـردآورندهً تعـداد زيادي ظروف زيـباي چـيني بود؛ مجـموعـهً چـينـيهـاي وي هـنوز در آرامگـاه خانواده شيخ صفي در اردبـيل وجود دارد. اين امر نفوذ صنعـت چـين را دوباره برگـرداند و سفالسازان ايراني بار دگـر در کار چـيني سازي کوشيدند و شيوه کار کاشان را کامل کردند و کائولين سفيد نرمي را که در نائين و عـلي آباد پـيدا شده بود بکار بردند و با لعـاب خـمير شيشه قليايي که قـبلا گـفتيم درهـم آميخـتـند.
چـون سفالهـاي ايراني بدل چـيني بود شاه عـباس 300 کوزه گـر چـيني را به ايران دعـوت کرد تا سفالسازان ايراني در صنعـت چـيني سازي آموزش دهـند. رهـبر اين عـده مردي بود که در افسانه هـاي ايراني به نام "من او هـر" شناخـته شده است. جهانگردان اروپايي که در آن زمان به ايران مسافـرت کرده اند، مرغوبـيـت و جـنس اعلاي فراورده هـاي داخـلي را تحـسـيـن کرده اند.
در سده هـجـدهـم و نوزدهـم که شـاهـان و فـرمانـروايـان ايـران ضـعـيف بودند، سقوط کـلي در بـيشتر صنايع و حرفـه هـا پـديد آمـد؛ ولي سفـالسازان به ساخت ظرفهاي زيـباي خود ادامه دادند؛ به طوري که در دورهً شروع نوسازي ايران، زمان رضا شاه ر( 1925-1941 ميلادي ) توانستـند بـيشتر کاشيهـاي که از سردرهـا و گـنبدهـاي مسجدهـا و امامزاده هـاي قـديمي ريخـته بود با کاشيهـايي به مرغـوبـيت کاشيهـاي قرون وسطي تعـمير کـنـند.
وضعیت چند سال اخیر سفالگری
به دنبال سقوط قاجاریه و قطع نسبی و تدریجی روابط تجاری و سیاسی گذشته ، مجدداً گروهی از دست اندرکاران صنایع دستی به ویژه در مناطق روستایی به احیاء رشته های مختلف صنایع دست ساز و از جمله سفالگری روی آوردند و به پشتوانه عشق و علاقه ای که به کارشان داشتند و نیز با حمایت سازمان صنایع دستی ایران توانستند آب رفته ای را تا حدودی به جوی برگردانند و به این هنر کاملاً نابوده شده هویتی تازه ببخشند . به طوریکه هم اینک سفالگری یکی از برجسته ترین و معروف ترین تولیدات دست ساز ایران را تشکیل می دهد و علاوه بر ساخت کوزه های آبخوری ، گلدانهای سفالی و انواع دیگر وسایل مصرفی که صرفاً فاقد ارزشهای هنر ی است و تهیه و تولید آنها تقریباً در اکثر مناطق روستایی و حتی بسیاری از مناطق شهری کشورمان رواج دارد ، ساخت انواع محصولات مصرفی با ویژگیهای هنری نیز در بسیاری از مناطق کشور رایج می باشد و مناطقی نظیر لالجین ( در استان همدان ) ، روستای مندگناباد ( در استان خراسان ) ، بخش میبد ( در استان یزد ) بخش زنوز ( در استان آذربایجان شرقی ) ، سیاهکل ( در استان گیلان ) ، جویبار (در استان مازندران) و نیز شهرهای قم ، تهران ، تبریز ، شهرضا ، ساوه ، کرج ، استهبان ، نظنز ، اصفهان و ... جزء مراکز اصلی سفالگری ایران به شمار می آید و محصولات تولیدی سفالگران این مناطق ، ضمن داشتن جنبه های قوی مصرفی در محل تولید و رفع قسمت اعظم احتیاجات محلی به تهران و دیگر شهرهای کشور فرستاده می شود و حتی سرامیک و سفال پاره ای از مناطق دارای جنبه صادراتی می باشد و در بازارهای جهانی نیز از استقبال خوبی برخوردار است .
سفالگری در حال حاضر
سازمان صنایع دستی ایران از بدو تأسیس خود کوشیده است با شناسایی مناطقی که کار سفالگری هنوز در آن وجود دارد ، با حفظ اصالت های بومی ، به توسعه و اشاعه این صنعت قدیمی و پر پیشینه بپردازد . سعی سازمان صنایع بر این بوده است که با بالابردن کیفیت جنس و طرح سفالهای مناطق مختلف کشور به مصرفی کردن محصولات سفالی در سطح شهرها (علاوه بر مصرف روستایی و بومی آن ) بپردازد و درقالب این سیاست از موفقیت قابل توجهی به صورت صادر کردن سفال ایران به خارج نیز برخوردار بوده است .
طرز کار سفال سازان ایران وهمچنین ابزار کار آنان کم و بیش همانند است ، صنعتگران محلی که غالباً کار اصلی شان کشاورزی و سایر مشاغل روستایی است در اوقات فراغت خود به تولیدسفال می پردازند و معمولاً در فصل زمستان که وقت بیشتری دارند ، خاک مصرفی سالانه خود رااز معادن نزدیک استخراج می کنند . ( باید خاطرنشان ساخت که خاکهای معمولی ناخالصی هایی از قبیل ماسه ، آهک و غیره دارند که برای ساختن سفال مناسب نیست . ) سپس خاکهای استخراج شده رادرمحلی نزدیک کارگاه انبار می نمایند .
کارگاههای سفال سازی همیشه درنزدیکی معادن خاک قابل استفاده سفالگری به وجودمی آید زیرا مقرون به صرفه نخواهد بود که خاک را از محل دوردستی به کارگاه بیاورند . ترکیبات خاک هرناحیه ای کم وبیش با ناحیه دیگر فرق دارد . مثلاً خاک لالجین همدان کمی شبیه به خاک علی آبادتهران است ، ولی با خاک قمشه (شهرضا) و باخاک مشهد تفاوت زیادی دارد. خاک لواسان که دارای چسبندگی زیاد است به تنهایی نمی تواند مصرف شود و آنرا برای اصلاح خاکهایی که چسبندگی کافی ندارند به کار می برند و خاک شمال به علت وجود ترکیبات آهن ، قرمز رنگ است .
درایران به طور کلی دونوع خاک مورداستفاده سفال سازان قرار می گیرد : خاک رس که در همدان ، تهران ، گیلان ، مازندران ، اصفهان و به طور کلی دربیشتر نقاط ایران وجود داردو دیگر خاک سفید که ترکیبی از کوارتز ، کائولن و سیلیس است و در بعضی نقاط ایران مانند زنوز آذربایجان ، منگاباد ، میبد یزد ، استهبان فاس و شهرضا قابل تأمین است .

تاریخچه نقاشي در سفالگری

نقاشي در ميان ساكنان اوليه فلات ايران بيشتر شامل نقش هاي روي سفالينه هاست . بدعت نقاشي روي سفال را بيشتر محققان به ساكنان اوليه فلات ايران نسبت داده اند. به جز نقاشيهاي روي سفالها ، تعدادي نقاشي بر ديوارهاي غارهاي لرستان بدست آمده كه متعلق به بيش از 12 هزار سال است.
پس از اين نقاشي ها، نقاشي ديگري نداريم، مگر همان نقشهاي روي سفالها ، اختراع چرخ سفالگري و بدعت پختن سفال ها از تحولات بزرگي بودند كه در سفالگري رخ داد. اين دو مسئله امكانات بيشتري را براي نقاشي روي سفال فراهم كرد.
وجه مشتركي كه در اكثر سفالهاي بدست آمده از سيلك و شوش وجود دارد، كاربرد يكرنگ به خصوص رنگ سياه در ترسيم آنهاست.
نقشهاي بكار برده شده عبارتند از :
شكلهايي از حيوانات و طبيعت كه بسيار ساده و هندسي رسم شده اند. با توجه به اينكه خط از نقاشي بوجود آمده است، به نظر مي رسد كه اين نقشها نيز مايه اي از خط داشته اند. در بسياري از نقوش رابطه ظريف ميان خط و نقاشي قابل تشخيص است.

گِل سفالگری

گِل سفال، از خاک طبيعي رس ساخته مي شود و بايد کاملاً تصفيه شود. براي كارسفال بايدازخاك رس شناخت كافي داشت. اساتيد گذشته سفال از طريق لمس خاک به کيفيت آن پي مي برده اند. در اين زمينه عطار مي فرمايد:
در اين صحرا روان شو، جستجو کن
زهر خاکي کمي بردار رو بو کن
زهر خاکي که بوي عشق برخاست
يقين دار تربت ليلي همانجاست

گِل سرامیک

برای تهیه گل سرامیک چند نوع گل را با یکدیگر مخلوط می کنند ، با دستگاه بالمیل دوغاب می کنند و در حوضچه ای می ریزند تا آبش گرفته شود تا اینکه بعد از آن به دست نچسبد ، سپس بر روی چرخ می گذارند . دو بار تا سه بارحبابها را بگیرند ورز می دهند . با استفاده از انواع قالب ها گل ها را قالب می زنند . کاسه ها که از قالب درآمد 24 ساعته ( وقتی جا گرم باشد زودتر ) خشک می شود . بعد از خشک شدن برای مرحله اول کوره یا بیسکوبیت شدن با 750 تا 800 درجه حرارت می رود و 9 ساعت حرارت می بیند . بعد از چند روز که کوره سرد شد ، بیرون آورده می شود و توسط استادکاران نقاش ، نقش می زنند ( مرحله نقاشی که طبق سفارشات پذیرفته شده است) نقش شطرنجی ، گل مرغ ، ماهی و غیره می زنند و کلاً 20 نوع نقش دارند

چگونگی دستگاههای سرامیک وسفال سازی

دستگاه سرامیک سازی تشکیل شده ازدو رکاب که وسیله اهرمی عمودی به صفحه فلزی مدوری متصل است و یا باپا ویابه وسیله دینام برق صفحه مزبور به حرکت در می آید و استاد کارپشت دستگاه روی سکو ، طوری نشسته که صفحه مدور جلوی روی او قرار دارد و با پا و یا دینام آنرا می چرخاند .روی صفحه مقدار دو سه کیلیو گل های خمیرشده قرار داردو تقریباً حالت قالبها را به آن می دهند که بستگی داردبه جنسی که می خواهند بسازند . سپس مقدار گل خمیر شده را با دست نیز به شکل تقریبی جنسی درآورده و چون ظروف موردساخت دارای گودی می باشد، گودی آن رابه طور وارونه روی خمیر قالب روی صفحه قرار می دهند و چون مرتب صفحه در حال چرخش است به وسیله تیغهای فلزی رویه آنراصاف می نمایند و یا به کمک همان تیغه ها شیارهایی به آن داده تا تزئین گردند . پس از آنکه تزئین داده شدآنهابه مدت دو تاسه روز در آفتاب می چینند تا خشک شود .
لازم به یادآوری است اگر مرحله لگدکردن و ماساژ گل ها کم باشد موقعی که در آفتاب برای خشکشدن می گذارند ترک ترک می شود و ممکن است خرد گردد .
دستگاه بالمیل: برای یکنواخت شدن لعاب است ، یعنی آب ، لعاب و سیلیکات سدیم را در دستگاه می ریزند و با وجود گلوله ها در داخل دستگاه ، بعد از چند ساعت کار ، گلی را بیرون آورده استفاده می کنند .
دستگاه جارمیل : جوهری که نقاشی می کنند اگر برای استفاده زیر باشد مقداری جوهر با گلوله ها و آب را داخل ظرفی ریخته و روی دستگاه می چرخد تا جوهر یکنواخت شود و روی ظرف ترک بر ندارد.

لعابکاری

در قدیم از بوته هایی به نام « اشنو » که از بیابان تهیه می شد برای لعاب دادن استفاده می شد اشنونیز برای شستن لباس به جای صابون مورد استفاده قرار می گرفت. در لعاب دادن روی سرامیک ، بوته های مزبور را می سوزاندند و ازسوختن آن زغالی به نام کریا ( قلیا ) که اصطلاح خودشان است به دست می آمده و آن را با خاک شیشه ( سیلیس ) مخلوط نموده به مقدا 3/1 آنها نیز کتیرا اضافه می کردند . این مخلوط ( زغال اشتو ، سیلیس و کتیرا ) رامدت 4 تا 5 ساعت درکوره می گذاشتند تا به صورت خمیر مذاب درآید. خمیررا در آسیابی به نام « کن کاسه » خرد کرده و پس از الک کردن مخلوط خشک لعاب بدست می آمده است . این گردرا درآب ریخته و ظروف را در داخل آن عبور می داده اند و پس از خشک شدن در آفتاب ، به مدت 10 تا 12 ساعت در کوره با حرارت زیاد می پختند .
لعاب دو نوع کار می شود : لعاب تر انسپارنت ، لعاب درجه بندی شده ، ظرف قبلاً تست می شود که کدام ظرف کدام لعاب را می گیرد ، چون هر گلی لعاب خاصی را می گیرد . لعاب اول لوک بوکی است که باید یکنواخت شود . بعد از چند ساعت که لعاب هم خورد در تشتهای بزرگ می ریزد و ظرفها را با دست داخل لعاب می کنند . بعد ظرفها را روی طبقات مختلف در کوره می چینند . برای جلوگیری از چسبندگی سفال به صفحه ها در کوره از لعاب آلومینیوم استفاده می کنند و کوره با نفت سفید یا مشعل کار می کنند و 12 تا 13 ساعت حرارت می بیند . اگر در ساعات کمتری به ظروف حرارت داده شود ، نقوش ظرف تار می شود . باید چند روز صبر کرد ( 2 تا 3 روز ) تا کوره سرد شود .

رنگ آمیزی

مصنوعات گوناگون به وسیله رنگ های مختلف رنگ آمیزی می شوند . رنگهایی که به کار می روند به استثنای رنگ سیاه که سیاه قلم نامیده می شوند ، باید از خارج از کشورتهیه گردد. این رنگها کلاً نسوز هستند و در آتش وحرارتهای بسیار زیادی که درکوره ایجادمی گردد سوخته و از بین نمی روند . پس از نقاشی ظروف آماده لعاب دادن هستند.
رنگ لاجوردی بیشتر به کار می رود . رنگ آبی آسمانی ( رنگهای شیمیایی ) و قرمز و ... بعد از مرحله ، لعاب بکار می رود .
در کارگاه هم دستی کار می شود و هم قالبی . در نوع قالبی یک مادر قالب وجود دارد که از گچ صنعتی است . روی مادر قالب لاک الکل و سیلرزده می شود که از روی آن قالبهای دیگر درست می کنند به وسیله گچ و آب هریک یک کیلو گچ ، نهصد گرم آب می خواهد . بعد داخل قالبها ریخته می شود و داخل دستگاه گذاشته و بدینوسیله] مثلا[کاسه درست می شود .
امروزه سفالگري و صنايع وابسته به آن تقريباً در تمام نقاط کشورمان رواج دارد و با توسعه روند صادرات صنايع دستي بر تعداد سفالگران و کارگاههاي سفالگري افزوده شده است.
مواد اوليه ارزان، ساخت چرخهاي سفالگري کوچک و بزرگ خانگي، تنوع طرح و سهولت يادگيري اين هنردستي موجب شده است، سفالگري نه تنها به عنوان يک رشته هنري بلکه بعنوان يک شغل و پيشه درآيد. در حال حاضر سفالگري توانسته است توجه مردم، بخصوص جوانان را به خود جلب کند.
باتوجه به پيشينه صنعت سفال ميتوان از يک سو سهم اين کالا را در صنايع دستي ايران که سهم عمده اي را در صادرات غيرنفتي تشکيل ميدهد را بالا برد و از سوي ديگر مي توان آن را متنوع کرد.

آموزش و نحوه ساخت چند نوع ظرف سفالی

طراحي روي ظرف فتيله اي
ابتدا ظرفي را به روش فتيله اي مي سازيم و روي آن را کاملاً صاف مي نماييم. صاف کردن به اين ترتيب است که ابتدا ابري را داخل آب مي نمائيم و روي ظرف خود مي ماليم تا کاملاً صاف و صيقلي شود. کار ما نبايد زياد خيس بشود بخاطر همين مي بايست، ابر يا اسفنج را کاملاً فشار دهيم تا آب اضافي خارج شود.
در اينجا کار ما يک مکعب است و ما مي خواهيم برجسته کاري و همچنين درست کردن يک درب را براي آن نشان دهيم. براي ايجاد طرح،ابتدا با يک سوزن در قسمت بالاي مکعب يک خط تفکيک، دور تا دور آن ايجاد مي کنيم. بعد با ابزار مثلثي شکل که بيشترين کاربرد را در طراحي سفال دارد، زيرخطي که ايجاد کرده ايم را برجسته مي كنيم تا زير خط کاملاً خالي شود. بعداز اين کار با سوزن روي بدنه را به حالت موجي شکل، شکل مي دهيم؛ و بعد به حالت قبل با ابزار مثلثي شکل، زير موج را خط تفکيک،ايجاد مي کنيم. حال با يک کاردك يکسري فرورفتگي ها را ايجاد مي كنيم،هرچه کار ساده تر باشد، بيشتر مورد توجه قرار مي گيرد، حال براي ساختن درب مكعب اقدام مي كنيم. مقداري گل را از داخل کيسه که قبلاً آماده کرده ايم، درمي آوريم و بعد دوباره در کيسه را محکم مي بنديم. ابتدا دست هايمان را خيس مي کنيم و بعد گل را داخل دست، ورز مي دهيم تا نرم و يکدست شود. بعد آن را داخل دست پهن مي کنيم تا مثل يک کلوچه شود. روي يک ميز،کاغذي را پهن مي کنيم و گل را داخل آن قرار مي دهيم وبا وردنه، به صورت يکدست صاف مي کنيم و بعد با وسيله اي بنام چاقوي جراحي به اندازه مکعبي که داريم ازگل مي بريم، به اين صورت که ما مکعب را برمي گردانيم و روي گل پهن شده قرار مي دهيم و دور تا دور آن را مي بريم واضافات را برمي داريم براي تكان نخوردن درب روي ظرف ،مي بايست يک فتيله لوله اي را داخل دستمان لوله کنيم و به روي ميز قرار دهيم وآن رابه حالت لوله اي بچرخانيم تا تمام نقاط يکسان شود و بعد قسمتي از درب وبخشي از گل لوله شده را خيس مي کنيم و آن را به صورت يک مربع کوچک داخل درب مي چسبانيم و با کاردک داخل آن را صاف مي کنيم و درب را روي مکعب اصلي قرار مي دهيم چراكه اين کار باعث مي شود تا درب روي مکعب، تکان نخورد.
براي درست کردن دستگيره درب ابتدا دستمان را خيس مي کنيم و يک گل را به صورت فتيله اي در دستمان لوله مي کنيم و به اندازه پنج سانتيمتر مي بريم و به صورت نيم دايره روي کار قرار مي دهيم وآن را با کاردک روي درب پهن مي کنيم و اگر روي کار ترک ايجاد شد بايد سريعاً با کاردک روي آن را صاف کنيم.
حجم سازي
براي شروع کار ابتدا مقداري گل را از کيسه برمي داريم، درب کيسه را محکم مي بنديم تا هوا وارد کيسه نشود، زيرا گل خشک ميشود و روي ميز شروع به ورز دادن مي کنيم. بعداز آن، گل را روي صفحه پايه گردان قرار مي دهيم، قبل از اين کار مي بايست يک کاغذ روي صفحه قرار دهيم و بعد گل را روي آن بگذاريم، تا گل به صفحه نچسبد.
در اينجا ما مي خواهيم يک دست را درست کنيم، تا شما با حجم سازي آشنا شويد.
ابتدا گل را به صورت يک دستکش درمي آوريم و با ابزار فنري حجم دست را نازک مي کنيم و با ابزار سوزني، خط انگشتان را مشخص مي کنيم و جاي آنان را مي بريم و انگشتان را جدا مي کنيم و به هرکدام فرم مي دهيم و آنان را از حالت مصنوعي در مي آوريم و نازک مي کنيم تا حالت طبيعي پيدا کند و با فنر، اضافات را برمي داريم و كارراپرداخت مي كنيم.مثل مشخص کردن ناخنها و بندهاي انگشتان.
حافظ مي فرمايند:
دست از طلب ندارم
تا کام من برآيد
يا تن رسد به جانم
يا جان ز تن برآيد
بنابر نوع شکل دست، کارمان را پرداخت مي کنيم و اين کار بوسيله ابر انجام ميشود. در پايان، کار ما مي بايست آرام آرام خشک شود، زيرا اگر تند خشک شود ترک برمي دارد. براي اين کار، ما يک پلاستيک روي آن قرار مي دهيم تا آرام آرام خشک شود، و سپس آن رادر کوره دردماي بين 800تا960درجه سانتيگرادوبه مدت 4 ساعت حرارت مي دهيم و وقتي که عمل پخت انجام شد، کار ما 24 ساعت طول مي کشد تا سرد شود.
ساخت نقش برجسته
براي ساخت نقش برجسته بر روي لوله گلي ابتدا گل را کاملاً ورز مي دهيم وهر چند لحظه يکبار دستمان را خيس مي کنيم تا گل سفت نشود، سپس بر روي ميز ورز مي دهيم، تا حباب هاي داخل گل بيرون بيايد. بعداز آن گل را تخت مي کنيم، براي اين کار يک روزنامه پهن مي کنيم و گل را روي آن بوسيله دست پهن مي کنيم و ترکهاي دور آن را با دست صاف مي کنيم و بعداز آن با وردنه، گل را پهن و يکدست مي کنيم. اگر روي گل حبابي ايجاد شد آن را با سوزن خالي مي کنيم و با کمي آب صاف مي کنيم، تا کارمان خراب نشود.
روي گل با ابزار سوزني يک مستطيل در مي آوريم و اضافي آن را برميداريم و با ابزار دندانپزکشي کادري را روي آن ايجاد مي کنيم و با ابزار مثلثي شکل خط تفکيک را ايجاد مي کنيم و با ابر روي سطح کارمان را صاف مي کنيم، تا ترک برندارد. بر روي کتيبه اي طرحي را ايجاد مي کنيم و با ابزار مثلثي شکل دور آن را خالي مي کنيم و خط تفکيک را ايجاد مي کنيم، و بعد با ابر پرداخت و صاف مي کنيم.
کتيبه، نقش برجسته
ابتدا گل را ورز مي دهيم تا حباب هاي داخل آن گرفته شود و هرچند يکبار دستمان را خيس کنيم تا گل خشک نشود. زيرا ترک ميخورد بعد با مشت گل را ورز مي دهيم و آن را پهن مي کنيم، سپس به وسيله يک وردنه گل را روي مقوا پهن مي کنيم و حباب هاي اضافي را از بين مي بريم و با ابر فشرده کار را صاف مي کنيم.
براي پياده کردن طرح روي گل از کاغذ پوستي استفاده مي شود. طرح را روي کاغذ پوستي ميکشيم و آن را روي گل قرار ميدهيم و با چاقوي جراحي روي نقش مي کشيم به صورتي که کاغذ پاره نشود و بعداز اتمام کاغذ را برمي داريم و جاي خط هايي را که ايجاد شده عميق مي کنيم و بعداز آن بوسيله ابزار مثلثي شکل خط تفکيک را برجسته مي کنيم و با ابزار مثلثي شکل دور کار را عميق و شيبدار مي کنيم و با ابر روي آن را صاف و تميز مي کنيم و يک پلاستيک روي آن قرار مي دهيم تا خشک شود.
ساخت سفال به روش ورقه اي
ابتدا مقداري گل را ورز مي دهيم و حبابهاي آن را مي گيريم و آن را يکدست مي کنيم، و روي يک مقوا گل را کاملاً پهن مي کنيم و با وردنه آن را يکدست مي کنيم و با ابزار سوزني شکل کارمان را مي بريم و يک صفحه مستطيل شکل ، درمي آوريم و اضافه هاي آن را برمي داريم. و 4 عدد از اين مستطيل را درست مي کنيم و بعد دور مستطيل ها را خيس مي کنيم تا به هم نچسبند و مستطيل ها را دور تا دور کار مي چسبانيم و محل اتصال را با انگشتان، کاملاً محو مي کنيم.
روي سطح کار را با وردنه صاف مي کنيم و با ابر قسمتهاي ترک خورده را کاملاً صاف و پرداخت مي کنيم. بعد آن را روي پايه گردان قرار مي دهيم قبل از آن زير کار را روزنامه قرار مي دهيم، از زاويه نيم رخ کار را کاملاً صاف مي کنيم، و بعد براي درست کردن درب ،مقداري گل را به اندازه ظرف با وردنه صاف مي کنيم و روي ظرف قرار مي دهيم.
ساخت حجم «نماد رويش»
ظرفي را که ساخته ايم را با ابزار مثلثي شکل حالت مي دهيم، قسمتهاي اضافي را برميداريم و با ابر خيس و فشرده شده روي آن را کاملاً پرداخت مي کنيم. سپس با چاقو جراحي روي بدنه را حالت 8و7 ايجاد مي کنيم و روي اين 8و7، 8و7 کوچکتر مي کشيم و ميگذاريم خشک شود، پس از اينکه حجم ما خشک شد، روي آن را سمباده مي زنيم تا صاف شود. سپس داخل کوره در دماي 960 درجه سانتيگراد حرارت مي دهيم تا کاملاً پخته شود؛ و پس از 24 ساعت که از پخته شدن گذشت و سرد شد آن را از کوره بيرون مي آوريم و لعاب مي زنيم.
براي ساختن حجم ديگر: ابتدا گل را ورز مي دهيم تا يکدست شود و حبابهاي داخل گل از بين برود، ابتدا گل را به صورت مخروط درمي آوريم، سر مخروط را پيچ مي دهيم، با ابزار مثلثي بزرگ روي پايه مخروط را صاف مي كنيم و اضافه ها را برمي داريم. با سوزن چند خطوط ساده را روي پايه ايجاد مي کنيم، روي قسمت پيچ خورده را با سوزن چند خطوط پيچ مانند،ايجاد مي کنيم و با ابزار مثلثي دور آن را خالي مي کنيم و خط تفکيک ايجاد مي کنيم.
ساخت استوانه توسط چرخ سفالگري
ابتدا مقداري گل را برمي داريم و ورز مي دهيم، تا حباب هاي داخل آن خارج شود. گل آماده شده را روي چرخ قرار مي دهيم و فرم دلخواه را به گل مي دهيم و ته کار را خيس مي کنيم تا به پايه نچسبد و چرخ را روشن مي کنيم، اولين مرحله آوردن گل به مرکز است و هرچندوقت يک بار دستمان را خيس مي کنيم، دوتا شست خودمان را در مرکز گل قرار ميدهيم و يکدست سوراخ مي کنيم و بعد انگشت اشاره را داخل استوانه قرار مي دهيم و بقيه انگشتان را بيرون استوانه قرار مي دهيم و دست چپمان را در داخل ظرف برده و دست راست را به حالتي که انگشت اشاره را جمع و شست کشيده شودقرارمي دهيم وقتي دست چپ داخل ظرف مي رود از کنار با شست دست راست که کنار و بيرون ظرف است، حالت مماس پيدا کند و در اين حالت استوانه را به سمت بالا مي آوريم و آن را کاملاً صاف مي کنيم.
اگر داخل سفال آب جمع شد، حتماً با ابر خشک کنيم، چون ترک ميخورد. يک ساعت بعد روي کار را تراش مي دهيم، به صورتي که کار روي چرخ مي چرخد، با ابزار مثلثي روي کار را صاف مي کنيم وبه آن حالت مي دهيم، و با ابزارهاي مختلف سطح آن را تزيين مي کنيم.
ساختن ظرف ديگر
ابتدا گل را ورز ميدهيم، تا حباب هاي داخل آن خارج شود و سپس ته گل را خيس مي کنيم تا به چرخ بچسبد، بعد چرخ را روشن مي کنيم، دوتا شصت را درهم قفل و روي گل مي فشاريم تا گل به مرکز بيايد. دوتا شصت را داخل گل مي کنيم تا داخل گل خالي شود و بعد دست راستمان را،به صورتي که انگشت اشاره در داخل و بقيه بيرون باشدقرارمي دهيم و دست چپ در کنار کار قرارمي دهيم و کار رابه سمت بالا مي کشيم.
از داخل، قسمت پايين را بازترکرده وبه سمت بالا کار را باريکتر مي کنيم با انگشت کوچک در حين چرخيدن روي کار نواري ايجاد مي کنيم و با کاردک روي آن را تزيين مي کنيم.
ساخت بشقاب
ابتدا مقداري گل را ورز مي دهيم تا حباب هاي داخل آن خارج شود، سپس گل را بر روي چرخ مي گذاريم ته کار را خيس مي کنيم تا به کار بچسبد.
چرخ را روشن مي کنيم و گل را به حال چرخيدن ورز مي دهيم وگل را به مرکز مي آوريم و با دوشست،قسمت مرکز راسوراخ مي کنيم دراين حين مقداري آب را داخل مرکزمي ريزيم تا کارخوب سوراخ شود، وقتي گل راخوب صاف و بازکرديم، انگشت اشاره داخل کار و مچ به سمت بيرون مي آيد و دهانه ظرف بازمي شود در حين کار نبايد کار لنگي داشته باشد. برا ي تهيه بشقاب بايد از گل سفت استفاده شود.
چهار انگشت دست چپ داخل ظرف و انگشت اشاره دست راست داخل و بقيه انگشتان رابيرون قرارمي دهيم. دهانه ظرف را بازمي کنيم با ابر داخل کاسه را صاف مي کنيم و چرخ را خاموش مي کنيم کار را مي گذاريم خشک شود، با سيم کاررا مي بريم، واز زير با دوانگشت کار را برمي داريم. قبل از برداشتن و خاموش کردن چرخ با انگشت و يا کاردک روي کار را تزيين مي کنيم.

منابع :

www.yazdchto.ir
www.irandeserts.com

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 23:13 توسط مهندس ایمان رستگار |

کاشي کاري روي گلدان سفالي

لوازم مورد نياز :
1 ـ کوزه استوانه اي شکل
2 ـ کاشي در رنگ هاي سبز (ميانه، روشن، تيره) بژ، ليمويي
3 ـ انبر کاشي (يا انبر آرماتوربندي)
4 ـ چسب چوب
5 ـ سمباده
1 ـ ابتدا سطح کوزه ي سفالي را کاملا سمباده بزنيد و با دستمال گرد و غبار آن را بگيريد. گاهي موادي روي سطح سفال را مي پوشاند که باعث سفت شدن کاشي بر روي سطح کوزه هنگام دوغ آب زني مي شود. پس بهتر است ابتدا سطح آن را حتما سمباده بزنيد.
2 ـ براي منظم خرد شدن کاشي به نيمه ي مساوي ابتدا سر انبر را بر روي سطح کاشي طوري بگذاريد که بين انبر و کاشي زاويه 90 درجه ايجاد شود و سپس کاشي را به دو نيمه ي مساوي تقسيم کنيد که در اصطلاح به اين قطعه، قطعه کاشي يک دوم گفته مي شود.
3 ـ براي تقسيم کردن يک دوم کاشي به دو قطعه ي مساوي ديگر که به آن يک چهارم گفته مي شود همان عمل بالا را انجام دهيد، با اين تفاوت که اين بار کاشي را از قسمت برش خورده به دو نيمه تقسيم کنيد.
4- محل مورد نظر را چسب چوب زده و کاشي ها را بر روي سفال به شکل منظم قرار دهيد.
5 ـ ابتدا حاشيه را که يک چهارم و يک يک دوم است را کنار هم قرار داده و بچسبانيد.
6 ـ کاشي را با الويتي که مي خواهيد کنار هم قرار گيرند بچينيد و از قسمت بالا رديف به رديف به سمت پايين بياييد البته بعد از چسباندن هر رديف زمان لازم را بدهيد تا کاشي ها کاملا ثابت شود سپس رديف بعدي را شروع کنيد.
7 ـ پس از اتمام کار 1 روز صبر کنيد تا کاشي ها کاملا به کوزه بچسبد.
8 ـ براي پر کردن ميان کاشي ها از دوغ آب سفيد استفاده کنيد که مراحل دوغ آب زدن در نکته ها توضيح داده شده است.
9 ـ پس از چند روز دستمال کشيدن مي توانيد داخل سفال را با اسپري رنگ، رنگ کنيد.

کاشي کاري روي گلدان سفالي

انواع دوغ آب
1 ـ دوغ آب سفيد: پودر خاک سنگ به همراه سيمان سفيد.
2 ـ دوغ آب رنگي با پودر رنگ: ابتدا پودر رنگ را در آب حل کنيد سپس پودر خاک سنگ و سيمان سفيد را به آن اضافه کنيد. لازم به تذکر است پودر رنگ پس از خشک شدن چندين درجه روشن شود.
3 ـ دوغ آب رنگي با اکريليک: ابتدا همان دوغ آب سفيد که پودر خاک سنگ و سيمان است را بر روي کار بدهيد، پس از دو روز که از خشک شدن دوغ آب گذشت رنگ اکريليک را با مقدار آب رقيق کرده و به روي کار بريزيد و با قلم مو بزنيد، سپس بلافاصله دستمال بکشيد.
4ـ دوغ آب طوسي يا خاکستري: پودر خاک سنگ به همراه سيمان سياه
5 ـ دوغ آب سياه: پودر خاک سنگ به همراه سيمان سيا و رنگ اکريليک مشکي
دليل استفاده از سيمان سياه در اين دوغ آب اين است که به علت تيرگي ، رنگ مشکي را سريع تر جذب مي کند.

کاشي کاري روي گلدان سفالي

مراحل تهيه دوغ آب
ميزان پودر خاک سنگ و سيمان چه سياه و چه سفيد مساوي است، هم مي توانيد از پيمانه و هم از مشت دست استفاده کنيد. اين مواد را با هم مخلوط کرده تا به صورت پودر يکنواختي شود، سپس مقداري از آن را داخل ظرفي ريخته و کم کم به آن آب اضافه کنيد تا به صورت يک مايع با چگالي بالا براي سطوح صاف و چگالي متوسط براي سطوح سفالي تبديل شود.
سپس دوغ آب را بر روي سطح مورد بريزيد و بگذاريد 3 تا 4 دقيقه بگذرد بعد از زمان ذکر شده اضافات را از روي کار يا دست جمع کنيد و مجدداً 3 الي 4 دقيقه صبر کنيد و بعد روي سطح جسم مورد نظر را با دستمال تميز کنيد.
لازم به ذکر است چون پودر خاک سنگ و سيمان به شکل پودر است روي کاشي باقي مي ماند که پس از 2 الي 3 روز دستمال مرطوب بکشيد تا برق کاشي و لعاب آن کاملا به شکل عادي بازگردد.
منبع:نشريه بانو- ش1

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 23:12 توسط مهندس ایمان رستگار |

کاشی کاری سنتی هنری رو به فراموشی

هنر کاشيکاري يکي از کهنترين هنرهاي ايران در معماري است. اين هنر هرروز بيشتر از قبل مورد نياز معماران سنتي و سازمان ميراث فرهنگي قرار ميگيرد اما با مرگ هر استاد کار قديمي، تعداد کساني که آن را به خوب ميشناسند کم ميشود و کاشيکاري سنتي رو به فراموشي است.
کاشي يکي از آسيبپذيرترين تزئينات معماري سنتي ايران است. در گذشته تکنيکهايي براي کاشيکاري استفاده ميشد که امروز فراموش شده و يا کمتر مورد استفاده قرار ميگيرد. در اين ميان مساجد و خانههاي تاريخي زيادي در کشور هستند که نياز به کاشيکاري به سبک سنتي دارند.
هنر کاشيکاري يکي از کهنترين هنرهاي ايران در معماري است. کاشيکاري که در ابتدا استفاده از گل پخته لعابدار بوده در معماري باستاني ايراني مثل چغازبيل مربوط به دوره ايلام هم ديده ميشود. در پايان سدهي ششم پيش از ميلاد، در كاخ آپاداناي داريوش در شوش، آجرهاي لعابدار بي همتايي در تزيينات كاخ به كار برده شدند كه سربازان گارد جاويدان و ساير نقوش رايج در دربار هخامنشي را در كمال ظرافت و زيبايي نشان ميدادند.
امروز مرمت تزئينات کاشيکاري بيشتر به بناهاي اسلامي مربوط ميشود. البته تعداد اين بناها کم نيست و به همين علت هنر کاشيکاري هرروز بيشتر از قبل مورد نياز معماران سنتي و سازمان ميراث فرهنگي، صنايع دستي و گردشگري قرار ميگيرد. براي نمونه ميتوان به کاشيکاري گنبد فيروزهاي سلطانيه اشاره کرد که سال گذشته به پايان رسيد.
کاشيکاري در گنبدهاي تاريخي نياز به شناخت و تجربه لازم براي انجام اينکار دارد. شايد به جرات بتوان گفت که کاشيهاي گنبد اولين نقطه آسيبپذير بناهاي تاريخي از جمله مساجد هستند. کاشي بيشتر از هرجاي ديگر بنا با گرما و سرماي محيط خود در تماس است و خيلي زود ترک برميدارد و ميشکند.
استاد «علياصغر مرادي»، معماري سنتي دراينباره ميگويد: «در زمان قديم چند عياري طلا به کاشي اضافه ميکردند تا اين شکننده بودن کاشي را کمتر کنند. از سوي ديگر در گذشته روي ساخت کورههاي سنتي و شيوه پخت کاشي نيز نظارت داشتند و دستورالعملهاي خاصي را براي انجام اينکار استفاده ميکردند.»
به گفته وي امروز بيشتر آن دستورالعملها يا انجام نميشود و يا اينکه به کل فراموش شده است. معماران سنتي کار جديد ميخواهند خيلي راحتتر کارشان به اتمام برسد. ايندر حالي است که کار روي بناي تاريخي و معماري سنتي، به وقت و صرف انرژي زيادي نياز دارد.
وي ميافزايد: «امروز سعي ميشود که از کاشيهاي آماده براي کاشيکاري سنتي استفاده شود. اين درحالي است که اين کاشيها بسيار شکننده بوده و توان ايستادن روي گنبدهاي تاريخي را ندارند.»
صنعت كاشي سازي و كاشي كاري كه بيش از همه در تزيين معماري سرزمين ايران، و به طوراخص بناهاي مذهبي به كار گرفته شده، همانند سفالگري داراي ويژگي هاي خاصي است. اين هنر و صنعت از گذشته ي بسيار دور در نتيجه مهارت، ذوق و سليقه كاشي ساز در مقام شيئي تركيبي متجلي گرديده، بدين ترتيب كه هنرمند كاشيكار يا موزاييك ساز با كاربرد و تركيب رنگهاي گوناگون و يا در كنار هم قرار دادن قطعات ريزي از سنگهاي رنگين و بر طبق نقشهاي از قبل طرح گرديده، به اشكالي متفاوت و موزون از تزيينات بنا دست يافته است.
طرحهاي ساده هندسي، خط منحني، نيم دايره، مثلث، و خطوط متوازي كه خط عمودي ديگري روي آنها رسم شده از تصاويري هستند كه بر يافتههاي دورههاي قديميتر جاي دارند، كه به مرور نقشهاي متنوع هندسي، گل و برگ، گياه و حيوانات كه با الهام و تأثير پذيري از طبيعت شكل گرفتهاند پديدار ميگردند، و در همه حال مهارت هنرمند و صنعت كار در نقش دادن به طرحها و هماهنگ ساختن آنها، بارزترين موضوع مورد توجه است.
مرادي ميگويد: «تکنيک ساخت کاشي خيلي مهم است. نوع گل و خاک رسي که استفاده ميشود ميتواند در بهتر شدن کاشي کمک کند. کوره سنتي بهترين وسيله براي پخت کاشي است. اما هيچ يک از اين موارد امروز مورد توجه نيست و کاشيها هم قلابي شده است.»
به گفته مرادي تعداد کاشيکاران و معماران سنتي که به خوبي بر کار خود مسلط باشند کم است و هر روز هم کمتر ميشود. متاسفانه بخشي از اين معماران شاگرداني هم نداشتند که امروز کارشان را ادامه بدهند. به همين علت تعداد آنها امروز به کمتر از انگشتان دو دست ميرسد. هنر سنتي در معماري، هنري رو به فراموشي است.
در گذشته تکنيک خاصي براي آزمايش کاشي وجود نداشت. کاشيکاران و معماران سنتي با استفاده از تجربه و آزمون و خطاهاي بسيار به شيوه پخت کاشي و اينکه چگونه ميزان مقاومت آن را بالا ببرند پي برده بودند.
مرادي ميگويد: «امروز امکانات خوبي براي آزمايش کاشي وجود دارد. براي مثال من زماني که کاشي آماده ميشود، آن را به مدت 24 ساعت در فريزر ميگذارم تا ميزان مقاومت آن را در مقابل سرما بسنجم. بعد با ذره بين به کاشي نگاه ميکنم و اگر ترک خورده باشد بايد از نو کاشيهاي جديدي با مقاومت بالاتري ساخته شوند. امروز کمتر چنين حوصلهاي به خرج ميدهند.»
مرادي فن معماري سنتي را از پدر خود آموخته است. او ميگويد که از 8 سالهگي در خانهها و مساجد تاريخي به همراه پدر خود کار ميکرده و بعداز آنکه خودش استادکار قابلي ميشود، به همراه استاد "کريم پيرنيا" در وزارت فرهنگ و هنر سابق مشغول کار ميشود. وي امروز تجربه سالها مواجه با انواع معماري سنتي و اسلامي را با خود حمل ميکند و امروز در 68 سالهگي هنوز هم پاي کار ميايستد و دل به کاشيکاري و روشهاي سنتي معماري قديم ايران ميدهد.
کاشيکاري هرچند به دوران ايران باستان مربوط ميشود اما پس از هخامنشيان اين صنعت در دورهي اشكانيان رو به افول نهاد و گاه آجر لعابدار در درپوش تابوتها به كار رفت. در دوره ي ساسانيان، كاشي معرق از نوع مرغوب آن رواج پيدا كرد و در بناهاي اين دوره، به ويژه در كاخ بيشاپور و كاخ تيسفون، به كار برده شد. نقشهاي اين كاشيها عبارت از زنان چنگ زن، بافنده و دارندهي گل و مردان سالخورده است كه با قطعههاي كوچك كاشي به رنگهاي نارنجي، قهوهاي، زرد ، قرمز، گلي و آبي ، يشمي، شيري و خاكستري صورت گرفته و نشان دهنده كار دقيق و تنوع رنگ هاي رايج در دورهي ساسانيان است.

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 23:12 توسط مهندس ایمان رستگار |

معرق کاشي

لوازم مورد نياز:

1- بشقاب سفالي به قطر 25 سانتي متر
2- کاشي به رنگ زرد، نارنجي، سبز زرد، سبز صدري، مشکي
3- سنباده
4- چسب چوب
5- انبر کاشي
6- دوغاب سفيد (پودر خاک سنگ، سيمان سفيد، آب)

1- ابتدا سطح بشقاب را با دقت سنباده بزنيد تا اگر قسمت هايي از آن برجسته است با فضاهاي ديگر يکنواخت شود. سپس ظرف را زير آب گرفته و بشوئيد تا کاملاً پاک شود. صبر کنيد تا بشقاب خشک شود.
2- براي انتقال طرح روي سطح بشقاب ابتدا، يک دايره به فاصله ي يک سانتي متر از لبه ي بشقاب به کمک پرگار بکشيد، سپس از روي همين دايره رسم شده يک دايره ي ديگر به قطر 1/5 سانتي متر به داخل رسم کنيد. همچنين از مرکز بشقاب دايره اي به اندازه ي 2 سانتي متر رسم کنيد که بتوانيد آن را به 12 قسمت تقسيم کنيد. 6 شکل که در تصوير ديده مي شود که از تداخل 2 نيم دايره ايجاد شده به صورت کامل و 6 عدد را به صورت نيمه در نظر بگيريد، در بالاي 6 بته جقه ترسيم کنيد.
3- براي شروع کاشي کاري بهتر است ابتدا از لبه ي بيروني بشقاب شروع به چيدن کاشي کنيد و آن را با کاشي يک چهارم بچينيد.
4- براي لايه بعدي مي توانيد کاشي را از قطر به 2 قسمت تقسيم کنيد و دوباره هر قسمت را به 2 نيمه ديگر خرد کنيد که به شکل مثلث دربيايد. دايره سوم را نيز با کاشي هاي خرد دلخواه پر کنيد، سپس بته جقه ها را با کاشي خرد مشکي پر کنيد.
5- سپس بته جقه ها را با کاشي خرد مشکي پر کنيد.
6- ادامه ي طرح را نيز به سليقه ي خود مي توانيد از رنگ هاي تيره و روشن خرد شده، استفاده کنيد يا مانند تصوير با چسب چوب بچسبانيد. مي توانيد فضاي کوچک باقي مانده را با کاشي مشکي خرد شده پر کنيد.
7- درخاتمه بعد از خشک شدن چسب زير کاشي ها، از دوغاب براي پرکردن فضاي بين کاشي ها استفاده کنيد و بلافاصله با دستمال اضافه هاي آن را پاک کنيد.

نکته ها:
انواع دوغ آب

1- دوغ آب سفيد: پودر خاک سنگ به همراه سيمان سفيد.
2- دوغ آب رنگي با پودر رنگ: ابتدا پودر رنگ را در آب حل کنيد سپس پودر خاک سنگ و سيمان سفيد را به آن اضافه کنيد. لازم به تذکر است پودر رنگ پس از خشک شدن چندين درجه روشن شود.
3- دوغ آب رنگي با اکريليک: ابتدا همان دوغ آب سفيد که پودر خاک سنگ و سيمان است را بر روي کار بدهيد، پس از دو روز که از خشک شدن دوغ آب گذشت رنگ اکريليک را با مقدار کمي آب رقيق کرده و به روي کار بريزيد و با قلم مو بزنيد، سپس بلافاصله دستمال بکشيد.
4- دوغ آب طوسي يا خاکستري: پودر خاک سنگ به همراه سيمان سياه
5- دوغ آب سياه: پودر خاک سنگ به همراه سيمان سياه و رنگ اکريليک مشکي. دليل استفاده از سيمان سياه در اين دوغ آب اين است که به علت تيرگي، رنگي مشکي را سريع تر جذب مي کند.

مراحل تهيه دوغ آب:

ميزان پودر خاک سنگ و سيمان چه سياه و چه سفيد مساوي است، هم مي توانيد از پيمانه و هم از مشت دست استفاده کنيد. اين مواد را با هم مخلوط کرده تا به صورت پودر يکنواختي شود. سپس مقداري از آن را داخل ظرفي ريخته و کم کم به آن آب اضافه کنيد تا به صورت يک مايع با چگالي بالا براي سطوح صاف و چگالي متوسط براي سطوح سفالي تبديل شود. سپس دوغ آب را بر روي سطح مورد نظر بريزيد و بگذاريد 3 تا 4 دقيقه بگذرد بعد از زمان ذکر شده اضافات را از روي کار يا دست جمع کنيد و مجدداً 3 الي 4 دقيقه صبر کنيد و بعد روي سطح جسم مورد نظر را با دستمال تميز کنيد.
لازم به ذکر است چون پودر خاک سنگ و سيمان به شکل پودر است روي کاشي باقي مي ماند که پس از 2 الي 3 روز دستمال مرطوب بکشيد تا برق کاشي و لعاب آن کاملاً به شکل عادي باز گردد

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 23:12 توسط مهندس ایمان رستگار |

پرسلان

واژه ي پرسلان به محدوده ي وسيعي از محصولات سراميک گفته مي شود که دماي پخت بالايي دارند. علت پخت پرسلان ها در دماي بالا اين است که مي خواهيم ماهيت زجاجي ( شيشه اي ) در پرسلان پديد آيد. و همچنين خواصي چون پشت نمايي ( translucence ) و تخلخل کم را بدست آوريم.
از ميان همه ي محوصلات پرسلاني، محصولات آشناتر عبارتند از:
1) چيني آلات غذاخوري
2) پرسلان هاي تزئيني (شکل 1)
3) دندانهاي مصنوعي پرسلاني ( dental crowns )
4) عايق هاي الکتريکي ( electrical insulators )
5) چيني آلات بهداشتي

معمولاً پرسلان هاي سفيد و غير سفيد به دو صورت لعاب دار و بدون لعاب توليد مي شوند. هنگامي که بيسکويت (بدنه) در دماي بالايي پخته مي شود، و تخلخل آن به صفر مي رسد، ديگر نيازي به لعاب کاري نبوده و نوع بدون لعاب پرسلان ها توليد مي شود.

اگر چه واژه ي پرسلان و چيني معمولاً معادل تصور مي شود ولي اين دو واژه يکي نيستند. اين دو نوع سراميک در دو خاصيت يکسانند يکي آنکه هر دو حالت زجاجي (vitreous) دارند و تخلخل بسيار پاييني دارند و ديگري اينکه هر دو اين سراميک ها را مي توان با و يا بدون لعاب توليد و استفاده کرد. به هر حال چيني يک پرسلان است که جزء پرسلان هاي نرم طبقه بندي مي گردد. اين پرسلان داراي بدنه اي نازک مي باشد و نرم است به صورتي که به راحتي آن را مي توان با يک سوهان بريد. در حالي که پرسلان ها را اينگونه نمي توان بريد. اين امر به خاطر اين است که پرسلان هاي واقعي در دماي بالاتري نسبت به چيني ها پخت مي شوند. در واقع پرسلان هاي واقعي در دماي 1454 درجه سلسيوس پخت مي شوند، در حالي که چيني ها در دماي 1204 درجه سلسيوس. همانگونه که گفتيم پرسلان ها سخت تر هستند از اين رو پرسلان ها را در کاربردهاي صنعتي و پزشکي استفاده مي کنند در حالي که کاربرد چيني آلات تنها در بخش هاي خانگي و استفاده هاي تزئيني است. علاوه بر اين، در حالي که پرسلان ها همواره داراي پشت نمايي (translucent) هستند. ولي ظروف چيني غيرشفاف (opaque) هستند.

تاريخچه

امروزه ما حضور چيني آلات را در بسياري از جاها احساس مي کنيم اين بدنه هاي سراميکي که طنين خاصي در هنگام ضربه زدن به آنها ايجاد مي شود، در همه ي جاهاي زندگي روزمره ديده مي شوند. در وسايل غذاخوري (table wares)،؛ لوله هاي فاضلاب و حتي کاشي هاي سفينه فضايي، پرسلان ها وجود دارد. با گذشت زمان اين مسئله فراموش شده است که براي روزگاري دراز، پرسلان يک ماده ي کمياب بوده است. و وسايل پرسلاني به عنوان يک گنجينه تلقي مي شده است. در آن زمان پرسلان تنها در کشورهاي آسيايي توليد مي شد.
توسعه ي پرسلان در کشور چين در سال 600 ميلادي اتفاق اتفاد. اين شاهکار حرفه اي، نتيجه اي از ترکيب قابليت پخت کوره ها در دماي بالا (1250 تا 1400 درجه سلسيوس) با کشف خاک کائولن (نوعي ماده ي رسي) و سنگ پرسلاني (porcelain stone) بود. در قرن سيزدهم با مخلوط شدن سنگ و خاک رس، دوام قطعات پرسلاني توليدي و نرمي آنها بيشتر شد. و با اين مسئله توليد پرسلان به مرحله اي بالاتر صعود کرد. کِندي (kendi) يا رگ آبي (water vessel) يکي از پرسلان هاي اوليه است که در سونگ جنوبي وجود دارد و جزء پرسلان هاي سلسله ي کوئينگ باي (dynasty qingbai) بوده است. اين پرسلان از سنگ چيني و رس ساخته شده است.
با يک نوآوري در جينگزن (jingdenzhen) و توليد مخلوطي از کائولن با سنگ پرسلاني به همراه کوارتز و ميکا، قطعات سراميکي پديد آمد، که يک پرسلان واقعي توليد کرد و بواسطه ي همين امر جينگزن را به پايتخت پرسلان دنيا تبديل کرد. محصولات توليد شده در جينگزن خواصي چون سختي (hardness)، نفوذ ناپذيري (impermeability)، سفيدي (whiteness)، پشت نمايي (translu cence) و زيبايي لعاب را با هم دارند. پرسلان هاي توليدي در کشور چين داراي نقش کليدي در جهان است. زيرا اين کشور توليد کننده ي عمده ي اين محصولات در جهان است. و به همين خاطر مي تواند بر کيفيت اين محصول تأثير داشته باشد.
پرسلان نيز مانند ابريشم و ادويه جات داراي داستاني پيچيده است. اين ماده بايد مسير طولاني جاده ي ابريشم را مي پيمود تا به اروپا برسد. پرسلان مانند يک گنجينه مورد احترام بود و به عنوان يک هديه ي گران بها براي ملکه تلقي مي شد. بسياري در آن زمان معتقد بودند که پرسلان جسمي جادويي است. البته اين اعتقاد نيز وجود داشته که اگر پرسلان در معرض سَم قرار گيرد رنگ خود را از دست مي دهد و مي شکند. هنگامي که در سال 1499 واسکوداگاما (Vascoda Gama) يک سياح پرتقالي از سفر خود بازگشت نمونه هايي از پرسلان با خود به همراه داشت در واقع او در سفر خود يک راه آبي جديد کشف کرده بود که موجب بيشتر شدن رونق تجارت مي شد. تجارت دريايي يک تجارت ايمن بود و مشکلات و خطرات سفرهاي زميني را نداشت. (پرسلان يک جسم شکننده است و حمل آن با وسايل حمل و نقل زميني در گذشته مشکل بود). با گسترش راه هاي دريايي و پيشرفت تکنولوژي دريانوردي در قرن 17 اُم کشتي هاي جديد توانستند مقدار بيشتري پرسلن را به اروپا برسانند.
پرسلان هاي لعاب دار درخشان در ابتداي قرن 17 اُم بوسيله ي ژاپن توليد شد و پس از آن اجسام پرسلاني آبي، سفيد و توليدات شب نما بوسيله ي کشور چين وارد بازار شد. اين مسائل باعث شد تا تاجرهاي اروپايي علاقه مند به واردات اين محصولات بشوند. در خانه ي اشراف و تاجران پرسلان اتاقي بود که از کف تا سقف آن پر بود از پرسلان هاي زيبا و اين مسئله در بين بسياري از اشراف مرسوم شده بود. بشقاب هاي پرسلاني آبي ـ سفيد با نقوش اژدهاي خشمگين يکي از پرسلان هايي بود که در اين اتاق ها يافت مي شود. به اتاق هاي مخصوص پرسلان، اتاق پرسلان گفته مي شد.
اتاق پرسلان به حدي مورد توجه قرار گرفت که گروهي از پادشاهان مانند آگوستوس استرونگ (Augustus the Strong) منتخب نژاد ساکسون ها و پادشاه لهستاني کاخ خود را با پرسلان تزئين کرد. اين پادشاه لهستاني کلکسيوني از پرسلان داشت که بيش از 20/000 قطعه پرسلان از کشورهاي چين و ژاپن در آن قرار داشت. به خاطر مسائل اقتصادي و سياسي ورود پرسلان ها از چين و ژاپن، اروپايي ها بر آن شدند که بودجه ي تحقيقاتي براي توليد داخلي پرسلان تصويب کنند. با همکاري گروهي از محققين مانند Ehrenfried walther و Johann Friedrich Bottger يک فرمول براي توليد پرسلان در اروپا ابداع شد. اين پرسلان ابتدايي که از مرمر سفيد ساخته مي شد. امروزه با نام Bottger porcelain معروفند. سرانجام، فرمولاسيون پرسلان واقعي پيدا شد اين فرمولاسيون امروزه نيز استفاده مي شود و پرسلان هاي ساخته شده از آن به نام پرسلان هاي سخت (hard-paste porcelain) معروفند. اين پرسلان ها مخلوطي از کائولن و يک سنگ پرسلاني فلدسپاتيک هستند. در دهه ي دوم قرن 18 اُم، هزار سال پس از آنکه پرسلان ها اولين بدنه ي پرسلاني سفيد، نازک و ترانسپارنت را ساختند، اروپايي ها اولين کارخانه ي توليد پرسلان هاي واقعي را در ميسن آلمان (Meisen - Germany) افتتاح کردند. پرسلان توليد توسط اين کارخانه به طلاي سفيد (white gold) معروف است.
عصر پرسلان در اروپا در قرن هجدهم با ديدار پادشاهان، ملکه ها و نمايندگان از کارخانه ي توليد پرسلان در آلمان شروع شد. که حس وطن خواهي، موجب افزايش تقاضاي خريد از اين کارخانه را به همراه داشت. اگرچه اگوستوس استرانگ با اعمال تدابيري توانست راز ساختن پرسلان را مدتي مخفي کند. ولي با ازدواج دختر بزرگ آگوستوس با پادشاه ناپولي (بخشي از ايتالياي کنوني) يک کارخانه ي توليد پرسلان در سال 1743 در ناپولي ساخته شد که بعدها صنعت پرسلان در کل اروپا گسترش يافت. اين گسترش به حدي است که امروزه روش هاي توليد علمي پرسلان بر طبق روش هاي اروپايي تعريف مي گردد.

انواع پرسلان ها

1) پرسلان هاي سخت (hard-paste porcelain)

اين پرسلان ها محصول کارخانه ي ميسن (Meissen Factory) بودند. در واقع کارخانه ي ميسن در ابتداي قرن 18 اُم از اين پرسلان ها توليد مي کرد. اين پرسلان ها داراي فرمولاسيون زير هستند. در واقع در اين پرسلان ها از کائولن، کوارتز و سنگ مرمر سفيد استفاده مي شود. خمير توليدي از مواد اوليه در دماي حدود 1350 درجه ي سانتيگراد پخت مي شود و حاصل اين کار توليد پرسلاني است که سختي و استحکام بالايي دارد. بعدها ترکيب پرسلان هاي سخت توليدي در شرکت ميسن تغيير کرد و سنگ مرمر سفيد با فلدسپات جايگزين شد. فلدسپات هاي موادي گداز آورند و موجب کاهش دماي پخت مي شوند. از اين رو اين جايگزيني موجب کاهش دماي مورد نياز پخت مي شود. کائولن، فلوسپار، کوارتز (و يا ديگر فرم هاي سيليس) اجزاي اصلي اين پرسلان هاي سخت توليد در اروپا به شمار مي رود.

2) پرسلان هاي نرم (soft paste porcelain)

اطلاعات تاريخي مربوط به اين پرسلان ها به دوره اي باز مي گردد که کوزه گران اروپايي در پي پيداکردن راه کاري براي توليد پرسلاني شبيه به پرسلان هاي توليدي در شرق بودند.
آنها با مخلوط کردن و آسياب کردن خاک چيني (chinaclay)، شيشه يا خمير شيشه (Frit)، تالک و آهک موفق به توليد پرسلان نرم شدند. البته اين پرسلان امروزه داراي اجزاي ديگري نيز هست به خاطر نداشتن استحکام مناسب و دفرمه شدن قطعات پرسلاني توليد اين فرمولاسيون و همچنين تغيير شکل آنها در کوره، توليد پرسلان ها با اين فرمول صرفه ي اقتصادي نداشت.
فرمول پرسلانهاي نرم بعدها اصلاح شد و اين فرمول جديد بر پايه ي کائولن، کوارتز، فلوسپات، نفلين سيانين و ديگر سنگ هاي فلوسپاتيک پايه گذاري شد. اين فرمول از لحاظ مباحث فني فوق العاده بود و استفاده از آن رونق گرفت.

3) پرسلان هاي استخواني (Bone china porcelain)

اين پرسلان ابتدا در کشور انگلستان توليد شد. در واقع توليد اين پرسلان به خاطر مسائل رقابتي با پرسلان هاي وارداتي به کشور انگلستان بود ولي بعدها اين چيني به طور گسترده در تمام جهان توليد شد.
انگليسي ها با مخلوط کردن خاکستر استخوان حيوانات با خاک رس، فلوسپار و کوارتز پرسلان هاي استخواني را توليد کردند. اگرچه دماي پخت پرسلان هاي استخواني از دماي پخت پرسلان هاي واقعي کمتر است ولي خاکستر استخوان باعث مي شود اين پرسلان پشت نمايي خوبي داشته باشد. به دليل آنکه پرسلان هاي استخواني نسبت به پرسلان هاي واقعي آسان تر توليد مي شوند. و مقاومت آنها در مقابل لب پرشدن بيشتر است. و همچنين اين پرسلان ها محکم ترند، اين نوع پرسلان متداولترين نوع پرسلان مصرفي در ايالات متحده ي آمريکا و انگليس است. البته مصرف کنندگان اروپايي بيشتر علاقه مند به استفاده از پرسلان هاي واقعي اند.

مواد خام

مواد اوليه اصلي براي تهيه ي پرسلان ها خاک هاي رسي، فلدسپار يا فلينت و سيليس هستند. همه ي اين اجزا در ابعاد بسيار ريز هستند. براي توليد انواع مختلف پرسلان، استاد کاران اين رشته مواد خام را با هم مخلوط مي کنند تا خواص متنوعي بدست آورند. در واقع خواص حاصله به دو نوع تقسيم مي شود. يکي خواصي که موجب بدست آمدن يک بيسکويت (بدنه خام) مناسب شود و ديگري خواصي که باعث بدست آمدن يک بدنه ي مناسب پس از پخت مي شود.
اگر چه ترکيب خاک هاي رسي با توجه به مکان استخراجشان متنوع است، براي توليد پرسلان، مواد اوليه ي خام مانند خاک رس، فلدسپار و سيليس ابتدا خردايش مي يابند. آسياب ها و سنگ شکن هاي مورد استفاده در اين صنعت عبارتند از:
1) سنگ شکن هاي فکي (Jaw crushers)
2) آسياب هاي چکشي (hammer mills)
3) آسياب هاي گلوله اي (ball mills)
پس از آنکه مواد خردايش و اندازه ي دانه هاي آنها به يک سايز مشخص رسيد، مخلوط مواد اوليه به يکي از چهار فرآيند شکل دهي زير فرستاده مي شود:
1) شکل دهي پلاستيک نرم (Soft plastic forming)
2) شکل دهي پلاستيک سخت (Stiff plastic forming)
3) شکل دهي بوسيله ي پرس (Pressing)
4) ريخته گري دوغابي (Casting)
انتخاب روش شکل دهي به نوع محصول توليد بستگي دارد. پس از شکل دهي، قطعه وارد مرحله ي پخت بيسکويت مي شود. در مرحله ي پخت بيسکويت قطعه زينترينگ کامل نمي شود تنها به حالتي در مي آيد که بتوان بر روي آن لعاب اعمال کنيم. پرسلان ها ترکيبي از شيشه ي با تخلخل پايين و خاک رس هستند. در واقع اين ترکيب اين خاصيت را ايجاد مي کند که پرسلان بتواند در شرايط پخت دفرمه نشود. همچنين استفاده از رس اين فايده را دارد که شکل دهي نمونه آسان مي شود. خاک هاي رسي اصلي که براي توليد پرسلان استفاده مي شوند عبارتند از خاک چيني و بال کِلي. اين خاک ها اکثراً از کائولينيت) يک آلومينوسيليکات هيدراته) تشکيل شده اند.
فلدسپار و فيلينت مورد استفاده در بدنه ها و مخلوط هاي پرسلاني به عنوان فلاکس عمل مي کنند. (فلدسپار يک مينرال است که عمدتاً از آلومينوسيليکات درست شده است) (فلينت يک نوع کوارتز است که بسيار سخت است). فلاکس ها باعث کاهش دماي تشکيل فاز شيشه اي مايع مي شوند. در واقع فلاکس ها دماي ذوب فاز شيشه اي را به بين 1000 تا 1300 درجه سلسيوس کاهش داده و باعث مي شوند تا فاز شيشه اي مايع تشکيل گردد و دانه هاي جامد بدنه را به يکديگر بچسباند.
سيليس ترکيبي از اکسيژن و سيلسيم است. اکسيژن و سيليس دو عنصر فراوان پوسته ي زمين محسوب مي شوند. شيشه (سيليس) به حالت هاي مختلف در طبيعت يافت مي شود. مثلاً کوارتز نوعي سيليس است که داراي ساختار کريستالي است. سيليس آمورف که حالتي اپک دارد در عرف با نام شيشه شناخته مي شود. حالت ناخالص سيليس سنگ ريزه هاي ماسه اي است که در سطح زمين پراکنده اند. سيليکا (سيليس) معمولي ترين پر کننده اي است که در بدنه هاي سراميک از آن استفاده مي شود. اين ماده باعث ايجاد سهولت در شکل دهي و پخت قطعه مي گردد. و همچنين خواص قطعه ي توليدي را نيز بهبود مي دهد.
پرسلان ها همچنين داراي مقادير آلومينا و تالک نيز مي باشند. آلومينا ترکيبي از اکسيژن و آلومينيوم است.

روش هاي توليد پرسلان ها

همانگونه که گفتيم اروپاييان کساني هستند که 1000 سال پس از چينيان اولين کارخانه ي توليد پرسلان ها را تأسيس کردند. در اين بخش قصد داريم به معرفي دو روش توليدي پرسلان بپردازيم. در واقع روش هاي مورد بحث ما دو نوع اند. که آنها عبارتند از :
1) روش توليد پرسلان ها به شيوه ي آلماني
2) روش توليد پرسلان هابه شيوه ي انگليسي
انتخاب نوع روش توليدي پرسلان به عوامل مختلفي بستگي دارد. و با توجه به عوامل زير تعيين مي گردد:
1) کيفيت مد نظر ما
2) کيفيت و خلوص مواد اوليه
3) آب مصرفي در فرآيند توليد
4) صرفه اقتصادي
5) و...

روش توليد پرسلان به شيوه ي آلماني

در اين روش سيليس و فلدسپار با ده درصد کائولن به داخل بال ميل ريخته مي شود و به طور کامل سايش مي يابد. روش سايش در اين روش به صورت ترساب مي باشد پس از خردايش کامل دوغاب تخليه مي شود. و باقيمانده ي کائولن مورد نياز نيز به دوغاب اضافه مي گردد. براي اينکه رشته هاي کائولن باز گردد، دوغاب در داخل هم زن هاي هشت وجهي هم زده مي شود. تعداد دور اين همزن ها 200 تا 300 دور بر دقيقه است. پس از حل شدن کامل کائولن در دوغاب مرحله ي گذر از الک شروع مي شود. در اين مرحله دوغاب از الک هاي مش 140 يا 170 عبور مي کنند تا ذرات با اندازه ي درشت جداسازي گردد.
علاوه بر سيستم الک از سيستم فيلتر مغناطيسي نيز براي جداسازي آهن فلزي از دوغاب استفاده مي شود. دوغاب گذشته از سيستم الک و فيلتر مغناطيسي به داخل مخازن ذخيره سازي فرستاده مي شوند. اين مخازن مجهز به سيستم همزن با دور بسيار پايين (در حدود 12 دور بر دقيقه) هستند. علت استفاده از اين همزن ها جلوگيري از رسوب کردن دوغاب است. دوغاب حاصله در مرحله ي بعد به داخل فيلتر پرس فرستاده مي شود در فيلترپرس آب دوغاب گرفته مي شود حاصل اين کار توليد شدن يک گل نسبتاً فشرده است که به نام گل فيلترپرس معروف است.

بعد از عمليات فيلترپرس عمليات اکستروژن مي باشد در اين عمليات گل فيلترپرس در دستگاه اکسترودر وارد مي شود. اين دستگاه که شبيه به دستگاه چرخ گوشت است، گل را به صورت استوانه هايي متراکم در مي آورد. علت استفاده از اکسترودر عبارت است از:
1) اين عمل باعث ورز دادن گل مي شود که هر چه گل بيشتر ورز داده شود، پلاستيته اش بيشتر مي شود.
2) خروج حباب هاي هواي باقي مانده در گل
3) از بين رفتن تنش هاي بوجود آمده در گل (شکل 1 و 2)

گل بوجود آمده پس از عبور از دستگاه اکسترودر به صورت استوانه اي است که اين گل هموژن به دو صورت مصرف مي شود. که اين دو روش عبارتند از:
1) شکل دهي پلاستيک
2) ريخته گري دوغابي
در روش شکل دهي پلاستيک قطعات بزرگ استوانه اي به قطعات کوچکتر بريده مي شوند و در دستگاه جيگرنيگ و جولي شکل دهي مي شوند. براي مثال اکثر ظروف چيني مانند بشقاب و کاسه به اين روش توليد مي شوند.
در روش ريخته گري دوغابي گل بدست آمده در مرحله ي قبل بوسيله ي هم زن هاي بسيار قوي به صورت دوغاب درمي آيد. پس از تنظيم خواص اساسي دوغاب بدست آمده مانند ويسکوزيته، دانسيته و... دوغاب به بخش ريخته گري دوغابي فرستاده مي شود.
پس از شکل گيري، نمونه ها به داخل بخش پخت مقدماتي بيسکويت مي روند لعاب مي خورد و پخت کامل مي شود. البته اين شماتيک کلي است و برخي از بخش ها بيان نشده است. مثلاً بخش هاي روتوش و مونتاژ به خاطر مشترک بودن در دو روش بيان نشده است.

روش توليد پرسلان به شيوه ي انگليسي

تفاوت عمده اين روش با روش آلماني اين است که دوغاب در همان ابتدا ساخته مي شود و فرآيند هم زدن همان ابتدا صورت مي گيرد و مرحله ي فيلترپرس نيز حذف شده است.
در واقع در اين روش فلدسپار و سيليس به همراه ده درصد کائولن، روانساز و آب به داخل با اميل شارژ مي شود. و پس از سايش مناسب، کائولن باقيمانده به دوغاب اضافه مي شود. در اين روش نيز از همزن هاي سرعت بالا استفاده مي شود تا کائولن به آساني باز شود. پس از عبور دوغاب از سيستم الک و فيلتر مغناطيسي، دوغاب به بخش مخزن انتقال داده مي شود اين مخزن نيز به سيستم همزن با دور پايين مجهز است. دوغاب ذخيره شده بررسي مي گردد و خصوصياتش تعيين مي گردد و به بخش ريخته گري دوغابي منتقل مي گردد. در روش انگليسي شکل دهي فقط از طريق ريخته گري دوغابي صورت مي گيرد. و شکل دهي پلاستيک (فيلترپرس و اکسترودر) حذف مي گردد. مزيت اين روش هزينه ي کمتر است زيرا بخش هاي فيلترپرس و اکسترودر بخش هايي هزينه بر و وقت گيرند.
روش انگليسي زماني مطرح مي شود که مواد اوليه مورد استفاده مشکلي براي ساخت دوغاب پايدار ايجاد نکنند البته اين روش ضايعات زيادي دارد. که اين ضايعات را معمولاً بازيافت مي کنند. و تقريباً 20 درصد از دوغاب موجود در مخزن اصلي از دوغاب هاي بازيافتي از ضايعات است.

مسائل تأثيرگذار بر خواص دوغاب

توليد دوغاب يکي از مراحل مهم در ريخته گري دوغابي است. يک دوغاب نامناسب ممکن است پروسه ي توليد را مختل کند. از اين رو پس از توليد دوغاب بايد برخي از خواص آن بررسي و تنظيم گردد. مثلا ويسکوزيته و وزن ليتر دوغاب بايد معين باشد. ويسکوزيته ي مناسب براي مواد سراميکي معمولاً با زمان عبور تعريف مي شود اين زمان براي بدنه هاي چيني صد تا صدوبيست ثانيه و براي چيني آلات بهداشتي 90 ثانيه مي باشد.

روش هاي اندازه گيري ويسکوزيته:

1) ويسکوزيمتر ريزشي
در اين روش زمان ريزش دوغاب از يک ظرف محاسبه مي گردد. در اين ظرف دوغاب از سوراخ ته ظرف خارج مي گردد.
2) ويسکوزيمتر چرخشي
در اين روش مقدار مقاومت سيال در برابر حرکت چرخشي يک آونگ در داخل آن، محاسبه مي گردد. يکي ديگر از عوامل مؤثر در ريخته گري دوغابي وزن ليتر دوغاب است. در واقع وزن ليتر دوغاب نشان دهنده ي نسبت جامد به آب است. هر چه مقدار جامد نسبت به آب بيشتر باشد وزن ليتر دوغاب نيز بيشتر مي شود. وزن ليتر دوغاب در واقع وزن يک ليتر دوغاب است. وزن ليتر مطلوب براي چيني آلات بهداشتي 1800-1750 گرم بر ليتر و براي چيني آلات مظروف 1700-1650 گرم بر ليتر است.
بايد خواص دوغاب به گونه اي ثابت شود که دوغاب با داشتن وزن ليتر بالا داري ويسکوزيته ي پايين نيز باشد. که براي اين کار از مواد افزودني مانند پراکنده سازها و روانسازها استفاده مي کنيم.
تيکسوتروپي يکي ديگر از مسائلي است که در مورد دوغاب مطرح مي شود. تيکسوتروپي افزايش ويسکوزيته دوغاب با گذشت زمان است. در واقع دوغاب بايد زمان تيکس شدن مشخصي داشته باشد. اگر اين زمان کم باشد دوغاب بدون پر کردن زواياي قالب خود را مي گيرد. و شکل حاصله بدرستي تشکيل نمي شود.

عوامل مؤثر بر تيکسوتروپي

1) نوع ماده اي اوليه: برخي از مواد اوليه تيکسوتروپي را افزايش مي دهند. مثلاً بالکلي و نبتونيت.
2) نسبت آب به جامد: هر چه اين نسبت بيشتر باشد تيکسوتروپي زيادتر مي شود.
3) نسبت مواد پلاستيکي: هر چه ميزان مواد پلاستيک بيشتر باشد تيکسوپروپي بيشتر مي شود.
4) اندازه ذرات: هر چه اندازه ذرات ريزتر باشند تيکسوتروپي بيشتر است مثلاً بالکلي از کائولين ريزتر است لذا بالکلي تأثير بيشتري بر تيکسوتروپي دارد.

لعاب در پرسلان ها

همانگونه که گفته شد بدنه هاي پرسلاني به دو صورت مصرف مي شوند گروهي لعاب مي خورند و گروهي بدون اعمال لعاب مصرف مي شوند. بدنه هايي که لعاب مي خورند بايد يک ويژگي داشته باشند و آن اينست که قبل از لعاب خوردن در دماي حدود 900 درجه پخت بيسکويت شده باشند. اين پخت موجب عدم دفورمگي قطعه در حين لعاب زني مي گردد. و همچنين لعاب چسبندگي مناسبي با سطح قطعه پيدا مي کند. نکته ي ديگر در مورد لعاب زني اين است که قطعاتي که مي خواهيم لعاب بزنيم بايد داراي سطحي تميز باشند و بر روي آنها گرد و غبار تشکيل نشده باشد. در زير روش هاي مختلف اعمال لعاب را مي بينيد:
1) روش غوطه وري
در اين روش قطعه به داخل حمامي از لعاب فرو برده مي شود اين روش داراي دو حالت دستي و مکانيزه است.
2) روش آبشاري
در اين روش لعاب بر روي قطعه پاشيده مي شود
3) روش پاششي
در اين روش که بسيار شبيه به روش آبشاري است لعاب بر روي قطعه اسپري مي شود.
4) استفاده از قلم مو
اين روش براي چيني هاي تزئيني کاربرد دارد. در اين روش لعاب با قلم مو بر روي بدنه اعمال مي شود.

روتوش و مونتاژکاري در پرسلان ها

پرسلان ها معمولاً شکلي پيچيده دارند. قطعات پيچيده ي پرسلاني مخصوصاً چيني آلات را نمي توانيم به صورت يک پارچه توليد کنيم. از اين رو برخي از قطعات پيچيده ي چيني آلات نياز به مونتاژ کاري دارند. مونتاژکاري به چسباندن قطعات کوچکتر براي توليد يک قطعه ي پيچيده بزرگتر گفته مي شود. مثلاً دسته ي فنجان و يا دسته ي قوري را بايد ابتدا به صورت جداگانه توليد و سپس مونتاژ کنيم.
روتوش به تميزکردن سطح ظروف توليد و برداشتن ضايعات مضر گفته مي شود. در واقع در حين عمليات شکل دهي معمولاً ضايعاتي بر روي بدنه باقي مي ماند. که بايد آنها را در طي عمليات روتوش جداسازي نمود.
يکي ديگر از علل روتوش کاري برداشتن لايه ي گچ تشکيل شده بر روي بدنه هاست. به خاطر اينکه بدنه هاي توليدي در بخش شکل دهي بر روي قالب هاي گچي تشکيل مي شوند لذا ممکن است که لايه اي از گچ بر روي قطعات باقي مانده باشد. اين لايه ي گچ پس از پخت بيسکويت مشکلات زيادي براي بدنه به وجود مي آورد.
روتوش و مونتاژ کاري به عنوان يک بخش مهم در هر کاخانه ي توليد بدنه ي سراميک مطرح است. نکاتي که در مورد اين دو بخش بايد به آنها توجه شود عبارتند از:
1) زمان مناسب براي انجام اين کارها پس از فرآيند شکل دهي و رفتن نمونه ها به داخل خشک کن هاي اوليه است.
2) روتوش و مونتاژکاري بايد پس از نقطه ي لدرهارد قطعه انجام شود.
3) رطوبت قطعه بايد پيش از مرحله ي روتوش و مونتاژ کاري يکنواخت و هموژن بشود.
4) در بخش مونتاژکاري بايد قطعات مونتاژ شده رطوبت يکساني داشته باشند.
5) وجود هواي محبوس شده در بخش هاي مختلف مونتاژ شده موجب ايجاد ترک در قطعه مي شود.
6) بخش روتوش و مونتاژ کاري بخش بسيار مهمي است و مي تواند در کيفيت پرسلان توليدي اثري فوق العاده داشته باشد.
7) و...
منابع :
1- Guide to the Porclain Room/Seattle Art Museum
2- www.Madehow.com

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 22:54 توسط مهندس ایمان رستگار |

راه اندازي مركز فناوري كاشي و سراميك(ITC)

فلاح زاده با شاره به ضرورت استفاده از دانش و فناوري روز دنيا در صنعت كاشي و سراميك استان ، از راه اندازي مركز فناوري اين صنعت خبر داد.
به گزارش خبرگزاري آريا، محمد رضا فلاح زاده استاندار يزد در نشست كاشي و سراميك استان از همكاري متخصصين اسپانيايي و سفر كارشناسان استان به اين كشور خبر داد.
وي با بيان اينكه اين تعامل به منظور بهره گيري از دانش روز دنيا و افزايش كيفيت پخت و طراحي كاشي و سراميك در استان است، از راه اندازي اين مركز در محل پارك علم و فناوري يزد خبر داد.
استاندار ادامه داد: ساختمان مركز فناوري كاشي و سراميك استان با توجه به بررسي مراكز مختلف فناوري اين صنعت در سراسر دنيا آماده تجهيز است

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 22:43 توسط مهندس ایمان رستگار |

سراميک ها، نجات دهنده ي زندگي ها

تعداد زيادي از انواع مختلف سراميک ها در کاربردهاي پزشکي استفاده مي شوند؛ که از امپلنت هاي استخواني (bone Implants) گرفته تا پمپ هاي زيستي (biomedical pumps) مورد استفاده در پزشکي از سراميک ها ساخته شده اند.
دندانپزشکي نيز با توليد دندان هاي سراميکي پيشرفت کرده است. اين دندانهاي سراميکي تطابق بيشتري با طبيعت بدن بيمار دارند و حالت هاي حرکتي صورت مانند لبخند زدن رابهبود مي دهند در آينده، علم سراميک، کاربردهايي در درمانهاي ژنتيک (gene therapy) و مهندسي بافت(tissue engineering) پيدا مي کند.

اميد تازه براي بيماران سرطان کبد بوسيله ي گلوله هاي شيشه اي

اخيراً معالجه اي براي سرطان کبد غير قابل جراحي استفاده شده است که مي تواند علائم اين بيماري را کاهش دهد. اما اين درمان نيازمند بستري شدن بيمار است که اين کار موجب پايين آمدن سطح کيفيت زندگي بيماران مي شود. براي مثال، شيمي درماني (chemotherapy) در اغلب موارد باعث بوجود آمدن حالت تهوع، استفراغ و ريختن موهاي بدن مي شود. به همين دليل، نياز براي درمان هاي جديد وجود دارد که آسودگي بيشتري براي بيماران داشته باشد و آنها بتواند به صورت سرپايي درمان شوند و همچنين اثرات کمتري از روش درماني نيز داشته باشند(عوارض روش ها کم تر شود) و البته چيز مهم تر اين است که عمر متوسط بيماراني که از سرطان کبد رنج مي برند، بسيار کوتاه است و معمولاً اين مدت کمتر از 1 سال است. ميکروکره هاي شيشه اي (Glass microspheres) که در شکل 1 نشان داده شده است، در اصل در دانشگاه Missouri-Rolla ، مورد استفاده قرار گرفت و پس از تصديق FDA (اداره ي کل دارو و غذايي ايالات متحده ي آمريکا)، براي درمان بيماران داراي سرطان کبد(بيماران در مراحل ابتدايي) در 29 بيمارستان در آمريکا مورد استفاده قرار گرفته است. که به اين روش درماني TheraSpheredTM مي گويند.

در واقع گلوله هاي ميکروني بوسيله ي اکتيواسيون نوتروني انجام شده در داخل راکتور هسته اي، راديواکتيو مي شوند. سپس اين گلوله هاي ميکروني که تقريباً به اندازه ي يک سوم قطر موي انسان هستند، از طريق گذرگاهي به داخل شرياني که خون تومر سرطاني را مهيا مي کند، فرستاده مي شوند. تابش راديواکتيو، تومرهاي زيان را با کمترين آسيب به بافت هاي سالم بدن، تخريب مي کند. درمان تقريباً در کمتر از يک ساعت انجام مي شود و بيمار مي تواند در همان روز به خانه برود. اثرات جانبي نيز عموماً کمترين مقدار است و تنها بيمار اندکي خسته مي شود که اين خستگي نيز پس از چندين هفته با از بين رفتن مواد پرتوزا در بدن، از بين مي رود. در اکثر بيماران تنها يک بار تزريق انجام مي شود، اما بيماراني وجود دارند که چند بار عمل تزريق دارو در آنها انجام مي شود.
افزايش تعداد افرادي که تحت درمان واقع شده اند و هنوز زنده اند، گواهي از افزايش عمر متوسط اين افراد است. البته اسنادي وجود دارد که نشان مي دهد برخي از بيماران تا 8 سال پس از درمان نيز به زندگي خود ادامه داده اند.
اين گلوله ها، پتانسيل استفاده شدن براي درمان ديگرانواع سرطان مانند کليه، مغز و پروستات و درمان التهاب هاي روماتيسمي را دارند.

بست هاي سراميکي خنده هاي Tom Cruise را زيباتر کرده اند

بست هاي ارتودنسي، يک نوع وسيله براي صاف کردن دندان هاست که بواسطه ي آن دندان ها با سيم و قسمت هاي فلزي صاف مي شوند. اين روش باعث زيبا تر شدن لبخند افراد مي شود(همانگونه که در شکل 2ديده مي شود). افراد زيادي تمايل به انجام اين روش براي صاف کردن دندانهايشان دارند. ولي بدليل اينکه اتصالات و سيم هاي مورد استفاده براي اين کار از جنس فلز هستند، بسيار جلب توجه کرده واز اين جهت بسياري از افراد از انجام اين روش منصرف مي شوند. براي همين، تحقيقات ارتودنسي بر روي موادي متمرکز شد که از لحاظ اپتيکي نامرئي باشند. واين گونه بود که بست هاي سرامييک متولد شدند (در شکل 2 مي بينيد که اين نوع بست ها تقريباً نامرئي هستند). اين نوع بست هاي سراميکي لبخند زيباتري را به انسان هديه مي کنند. آلوميناي پلي کريستال شفاف(TPA)در اصل بوسيله ي ناسا(NASA)شناسايي شد. کمپاني هاي Ceradyne و Unitek به صورت مشترک بر روي ساخت بست هاي آلومينايي (پلي کريستال وشفاف) کار کردند. و نتيجه ي کار آنها توليد بست هاي سراميکي بود که وظايف بست هاي فلزي را به خوبي انجام مي دادند. بست هاي سراميکي مانند نوع فلزيش کار مي کردند ولي هنگامي که از يک فاصله نرمال به آنها نگاه مي کنيد، تقريباً نامرئي هستند.

به دليل اينکه مواد مورد استفاده در ساخت بست هاي سراميکي بدون تخلخل و با خلوص بالايي (تقريباً 99/9%)هستند، اين وسايل جرم و رنگ نيز به خود نمي گيرند.
جايگزين هاي استخوان ران قوي تر شده اند
در طي 20 سال گذشته، افزايش قابل توجه در استفاده از مواد سراميکي براي توليد امپلنت ها انجام شده است، مواد سراميکي هم تافنس خوبي دارند و هم مستحکم هستند. همچنين اين مواد از لحاظ زيستي نيز خنثي بوده و سرعت سايش کمي دارند. يک نمونه ي استثنايي از اين اکسيدها، زيرکونيا نام دارد. که اکنون جايگزين آلومينا در بسياري از کاربردها مانند گلوله ي استخوان ران و استخوان ران شده است. استخوان مصنوعي ران از جنس زيرکونيا در مقايسه بانوع آلومينايي خود، استحکامي دو برابر دارد. بنابراين قطر استخوان مصنوعي ران در محل اتصال به گلوله را مي توان تا 26 ميلي متر کاهش داد. که اين کاهش باعث آسيب کمتر به بافت هاي اطراف محل جراحي در طي عمل جايگزيني استخوان مي شود.(شکل 3)

کاربردهاي ديگري که در آنها از امپلنت هاي زير کونيايي استفاده مي شود شامل موارد زيرمي شود:
1)مفصل زانوها
2)مفصل شانه
3)مفصل انگشتان
4)ايمپلنت هاي مربوط به نخاع
5)اجزاي دستگاه آندوسکوپي
6)و...

پوشش هاي سراميکي مورد استفاده در رهايش دارويي

MIVTherapeutics,Inc، يک مؤسسه ي هدايت کننده در زمينه ي توليد پوشش هاي زيست سازگار و سيستم هاي رهايش داروئي پيشرفته است که در مورد داروهاي قلبي و ديگر مواد دارورسان زيست سازگار کار مي کند. اين شرکت در حال توليد پوشش هايي بر پايه ي هيدروکسي آپاتيت(HAp) است. اين پوشش ها داراي يک ترکيب شبيه به استخوان هاي طبيعي هستند و داراي پتانسيل براي ايجاد تکنولوژي هاي رهايش دارويي پس از کاشت آنها در داخل بدن هستند. (البته هم اکنون نيز از اين پوشش ها در کاربردهاي چنيني بهره برده مي شود). اين غشاها با منافذ ميکرونيشان به نحوه اي ساخته شده اند که بسيار زيست سازگار هستند(حتي پس از خروج کامل دارو از اين غشاها).
در اين رابطه، عملکرد هيدروکسي آپاتيت(HAp) بسيار کامل تر از پوشش هاي پايه پليمري است. (در پوشش هاي پايه پليمري، دارو بايدتوانايي تحمل شرايط مختلف براي توليد پوشش را داشته باشد). همچنين غشاهاي بسيار بسيار نازک ساخته شده که باعث بهبود خواص سطحي امپلنت هاي فلزي مي شود. اين غشاهاي بسيار بسيار نازک در مکان هايي که شرايط کاري(چه از لحاظ نحوه قرارگيري دارو در غشا و يا شرايط نامطلوب محيط انجام کار در بدن) نامطلوب است، بسيار خوب عمل مي کنند. در شرايطي که از اين دارو براي بهبود کارکرد قلب استفاده شود. اين غشاها همچنين توان کاهش تنش هاي خستگي ناشي از ضربان قلب را دارند. و مي توانند قلب يک انسان را براي چند سال سالم نگه دارند.

لايه هاي کامپوزيتي براي درمان هاي ژنتيکي

سيستم انتقال ايمن و موثر براي ژن ها يک عامل کليدي در درمان هاي ژنتيکي و مهندسي بافت است. استفاده از عوامل ترکيبي حاصل از ذرات فسفات کلسيم با DNA مدت هاي مديدي است که متداول گشته است که علت آن سميت کم اين ذرات است. اين ذرات موجب تسهيل انتقالات ژني شده ولي بازده انتقال ژني اين عامل در مقايسه با عوامل ديگر مانند ترکيبات ليپيد/ DNA، بسيار کم و غير موثر است.
در تحقيقي که اخيراً انجام شده است نشان داده شده که انتقال ژني بر روي سطح DNA / لايه ي کامپوزيتي آپاتيت، حالتي ماکزيمم دارد. يک لايه ي کامپوزيتي از آپاتيت/ DNAرا به راحتي مي توان بر روي سطح يک کوپليمر وينيل الکل با اتيلن ساخت که اين کار توسط محققين ژاپني انجام شده است. اين کامپوزيت با حرکت بر روي DNA و به صورت محلي از خود ژن هايي را خارج مي کند. و بدين صورت درمان بوسيله ي ژن ها صورت مي گيرد.(American Society of Ceramics

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 22:42 توسط مهندس ایمان رستگار |

مقره

استفاده از مقره هاي پليمري به عنوان جايگزيني مناسب براي مقرهاي شيشه اي و پرسيليني به وپژه در نواحي با آلودگي شديد نطير مناطق نفتخيز ساحلي ، نواحي با آلودگي گرد و غبار فلزي ، نواحي زلزله خيز ، مناطق با طوفانها و تندبادهاي شديد ، مناطق مستعد به لحاظ خرابكاري و ... از سال 1960 مطرح گرديده است. مقره هاي سيليكون رابر از جمله مقره هاي پليمري مي باشد كه ويژگي هاي منحصر به فرد آن در كنار محدوديت ها و مشكلات آن ، موجب گرديده است تا طيف وسيعي از كارهاي تحقيقاتي در جهت بهبود عملكرد مقره هاي مذكور سوق داده شود. در اين مقاله تلاش شده است تا گوشه اي از آخرين كارهاي تحقيقاتي و تجربيات در سرويس مقره هاي مذكور منعكس گردد.

بررسي امكانپذيري استفاده از بوشينگهاي پليمری به جای سراميكی در ترانسفورماتور

براي مدت طولاني استفاده از مواد سراميكي به عنوان عايق در صنعت‌برق رايج بود ولي اشكالاتي كه بر اثر كاربرد اين مواد بوجود مي‌آمد محققان را بر آن داشت تا به فكر استفاده از موادي جايگزين برآيند. استفاده از عايق‌هاي پليمري يكي از انتخا‌ب‌هايي بودكه در اين راستا مطرح شد و با توسعه تكنولوژي پليمر و توليد پليمرهاي مهندسي با خواص مطلوب، توجه محققان بيشتر به اين سمت معطوف شد. استفاده از پليمر به عنوان عايق در صنعت‌برق نه تنها خواص الكتريكي مورد نياز را تامين مي‌كند بلكه نقاط ضعف سراميك را نيز برطرف مي‌كند.
در اين مقاله ضمن اشاره به معايب عايق‌هاي سراميكي كه در نتيجه سال‌ها استفاده از آنها درصنعت‌برق بدان پي‌برده شده است و طرح دلايل تمايل به جايگزيني آنها با عايق‌هاي پليمري در سال‌هاي اخير،‌نتايج امكان‌سنجي فني و اقتصادي صورت گرفته در خصوص جايگزيني بوشينگ‌هاي سراميكي ترانسفورماتورها با انواع پليمري آنها و تعيين و اولويت‌بندي جايگزين‌هاي مناسب براي اين كار با در نظر گرفتن شرايط كاربري و مسائل اقتصادي ارايه شده است.
يك فرآورده سراميكي، از گل كه مخلوطي از آب و خاك است ساخته شده، در هوا خشك و درحرارت سخت شده است.كلمه سراميك از كلمه يوناني Keramos كه خود ريشه سانسكريت دارد و به معني خاك رس پخته شده است، گرفته شده است. بنابراين چنانچه اين مفهوم از كلمه سراميك، مدنظر باشد مي‌‌توان معادل فارسي «رسينه» را براي آن پيشنهاد كرد.

عايق‌هاي چيني متداول‌ترين نوع عايق‌هاي الكتريكي هستند، چرا كه داراي مقاومت الكتريكي ونيز استحكام زيادي بوده و قيمت اوليه مناسبي دارند. به طور كلي اين مواد در فركانس‌هاي كم و در كليه ولتاژها (اعم از ولتاژ‌هاي پايين يا بالا) كاربرد دارند. براي مدتهاي طولاني، سراميك تنها ماده مورد استفاده براي كاربردهاي عايقي بوده است با اين حال اين ماده در عمل نارسايي‌هايي از جمله موارد زير را از خود نشان مي‌دهد:
- بسيار شكننده است
- اتصال قطعات فلزي به آن شكل است
- دقت ابعادي آن كم است كه اين امر باعث ايجاد مشكلات حادي در طراحي و شكل‌دهي قطعات سراميكي است.
بعد از سال 1945 و با ظهور مواد پليمري در بازارهاي تجاري،تمايل به استفاده از مواد پليمري براي ساخت عايق‌هاي الكتريكي افزايش يافت. علت اين امر توليد رزين اپوكسي با نام آرالديت بود كه باعث شد تا قطعات عايقي ارزان و كوچك با دقت ابعادي بالا وسهولت در فرآيند ساخت توليد شوند. به موازات ساخت پليمرهاي جديد، استفاده از انواع مختلف پليمر براي ساخت قطعات عايقي افزايش يافت به طوري كه در حال حاضر شركت‌هاي مختلفي در دنيا اقدام به ساخت بوشينگ و مقره‌هاي پليمري از انواع مختلف مي‌كنند.
البته در اينجا لازم به ذكر است كه عايق‌هاي سراميكي هنوز هم در مقايسه با عايق‌هاي پليمري مزيت‌هايي به شرح زير دارند:
1- از نظر قيمت ارزان‌تر از عايق‌هاي پليمري هستند.
2- روش توليد انبوه آن آسان است.
3- مواد اوليه مورد نياز جهت توليد عايق‌هاي سراميكي در داخل كشور به وفور يافت مي‌شود.
4- تجهيزات و ماشين‌آلات كارگاهي آن بسيار ارزان است.

مقايسه عايق‌هاي سراميكي وپليمري

• مقايسه از لحاظ فني: بطور خلاصه مي‌توان مزاياي عايق‌هاي پليمري را به صورت ذيل خلاصه كرد:
- مقاومت بالا در برابر انفجار بر اثر فشارهاي داخلي و يا عوامل خارجي همانند تخريب انساني.
- طول عمر بالاي 25 سال بدون افت رفتار عايقي
- عملكرد عالي در مناطق آلوده و عدم نياز به شست‌وشو
- مقاومت بالا نسبت به عوامل محيطي از قبيل اشعه UV ، رطوبت و ...
- وزن كمتر (بين 10 تا 50 درصد وزن عايق‌هاي سراميكي) كه اين مساله باعث كاهش هزينه و ضايعات حمل و نقل مي‌شود.
- انعطاف‌پذيري كه سبب حذف ضايعات ناشي از شكستن عايق در مراحل توليد، حمل و نقل، نصب و بهره‌برداري مي‌شود.
- ايمني بالاتر در هنگام وقوع نقص الكتريكي
- مقاومت بالاتر نسبت به خرابكاري
- ايمني بيشتر در هنگام وقوع زلزله خصوصاً‌در عايق‌هاي مصرفي در ترانسفورماتورهاي قدرت
- عدم محدوديت در زواياي نصب
- قابليت دستيابي به فواصل خزشي بالا (به دليل خواص عايقي مطلوب) بدون افزايش قابل ملاحظه در وزن و ابعاد
- آب‌بندي موثرتر در محل اتصال عايق
- امكان افزايش فاصله سطحي در ارتفاع يكسان با عايق‌هاي سراميكي تا حدود 2 برابر، كه اين امر در مناطق با آلودگي بالا از اهميت بالايي برخوردار است.

• مقايسه از لحاظ اقتصادي:

در مقايسه اقتصادي عايق‌هاي سراميكي با عايق‌هاي پليمري بايد به دو پارامتر توجه كرد:
1- هزينه اوليه عايق
2- هزينه عملياتي عايق

1- هزينه اوليه عايق:

قيمت خريد عايق پليمري بيشتر از عايق سراميكي است كه ناشي از قيمت مواد اوليه مورد نياز است البته ميزان افزايش قيمت بر حسب نوع پليمر متغير است.

2- هزينه عملياتي عايق:

يكي از موارد مهمي كه در بررسي فني و اقتصادي جايگزيني بايد مدنظر قرار گيرد مساله هزينه‌هاي عملياتي عايق‌ها است. هزينه‌هاي عملياتي عايق را مي‌توان به دو دسته كلي تقسيم كرد:
الف) هزينه‌هاي عملياتي قبل از نصب در محل بهره‌برداري
ب) هزينه‌هاي عملياتي بعد از نصب در محل بهره‌برداري

الف) هزينه‌هاي عملياتي قبل از نصب در محل بهره‌برداري:

اين قسمت شامل كليه هزينه‌هاي قبل از نصب است. در ابتدا بايد هزينه‌هاي ساخت عايق را در نظر گرفت. عايق‌هاي سراميكي به دليل ساختارشان، در حين توليد ضايعات بيشتري را نسبت به عايق‌هاي پليمري ايجاد مي‌كنند (به عنوان مثال شكستن در كوره و تحت حرارت پخت) كه اين هزينه‌ها در انتها بر روي قيمت عايق تاثير مستقيم مي‌گذارند. همچنين عايق‌هاي سراميكي در حين حمل و نقل و نصب در محل مورد نظر دچار شكستگي مي‌شوند كه اين موضوع در مورد عايق‌هاي پليمري صادق نيست. به عبارت ديگر ضايعات عايق‌هاي سراميكي از ابتداي ساخت تا زمان نصب در محل بهره‌برداري بيشتر از عايق‌هاي پليمري است بنابراين هزينه بيشتري برمصرف‌كننده تحميل مي‌كند.
ضايعات عايق‌هاي سراميكي را مي‌توان به صورت زير عنوان كرد:
- در حين توليد عايق
- حمل از محل توليد به محل بهره‌برداري
- نصب عايق
- ضايعات ناشي از خرابكاري
- ضايعات ناشي از زلزله
طبق برآوردهاي انجام شده مجموع اين ضايعات به 10 تا 15 درصد بالغ مي‌شود. بديهي است هزينه ضايعات عايق‌ها تنها به جايگزيني آنها محدود نشده و وقفه‌هاي ايجاد شده در مراحل مختلف و نيز مشكلات حاصل از ناكارآمدي عايق تحت سرويس، هزينه‌هاي جانبي قابل ملاحظه‌اي را بر مصرف‌كنندگان تحميل مي‌كند.

ب) هزينه‌هاي عملياتي بعد از نصب در محل بهره‌برداري:

اين هزينه‌ها شامل هزينه‌هاي شست‌وشوي عايق، هزينه‌هاي ناشي از شكسته‌شدن عايق و جايگزيني آن، هزينه‌هاي ناشي از ايجاد قوس الكتريكي (بر اثر آلودگي) و ... است

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 22:41 توسط مهندس ایمان رستگار |

کوره های سرامیک - کوره تونلی و کوره هوفمن

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

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

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 21:30 توسط مهندس ایمان رستگار |

کلاژهاي سراميکي

Jay Leno مجري تلويزيوني معروف، اخيراً در مورد کلاژهاي کامپوزيتي سراميکي مورد استفاده در ماشين Carrera GT شرکت پورشه يک بحث تلويزيوني انجام داد. پس از يک تست رانندگي او گفت: پس از اينکه با سرعت زياد رانندگي مي کنيم، براي کاهش چرخش چرخ ها، بهترين راه استفاده از اين نوع سيستم ترمز است. اين ماشين هرگز ليز نمي خورد و هميشه خوب کار مي کند. يک پورشه مدل Correra GT در مدت 3.6 ثانيه به سرعت حداکثر 60 مايل بر ساعت مي رسد. همچنين در مدت يک ربع به سرعت 131.6 مايل بر سرعت مي رسد.
و حتي تا سرعت بيش از 205 مايل بر ساعت نيز مي رسد ما بايد براي اين مسأله از کلاژهاي سراميکي تشکر کنيم زيرا بوسيله ي آنها، شما مي توانيد سرعت خود را بمراتب بالا ببريد. موتور مورد استفاده در پوشه ها، دور موتوري بيش از 20.000 دور بر دقيقه دارد.

کلاژ چندصفحه اي Carrera GT سبک تر (7.7 پوند يا 3.5 کيلوگرم) و کوچکتر از هر نوع کلاژقابل قياس است. اين مسأله منجر به اين شده است که کلاژهاي مورد استفاده در 911 Turbo ، Pursche ، 50% وزني نسبت به کلاژهاي قبلي سبک تر باشند. مواد کامپوزيتي مورد استفاده ترکيبي از الياف بافته ي کربن با سيليسيم کاربيد است. سيليسيم کاربيد ماده اي است که سختي آن نزديک به الماس است.

همچنين اين ماده اصطکاک و مقاومت گرمايي خوبي نيز دارد. اين خواص باعث شده است که کامپوزيت هاي توليدي، انتخابي ايده آل براي کمک به انتقال بهتر نيرو به سنگ فرش خيابان شود. قطر صفحات کلاژ تنها 6.65 اينچ است. که اين مسأله باعث مي شود نيروي گريز از مرکز بوجود آمده کمتر شود و هرچه قطر کلاژ کوچکتر باشد در نتيجه موتور نيز کوچکتر مي شود

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 21:16 توسط مهندس ایمان رستگار |

ترمز کردن بهتر با سراميک ها

کامپوزيت هاي شامل سراميک که براي توليد بخش هاي چرخنده اتومبيل استفاده مي شوند، وسايل استانداردي براي ماشين هاي مسابقه اي هستند. اين مواد هم اکنون براي توليد برخي از مارک هاي معتبر در زمينه ي اتومبيل مانند ماشين هاي فراري (Ferrari) ، اکثر لامبورگيني ها (Lamborghinis) و پروشه ها (Porsehes)، Audi RS4 , Bentley Conti GT Diamond استفاده مي شود. اين ترمزهاي سراميکي باعث کاهش وزن وسيله ي نقليه به مقدار بيش از 10 پوند مي کند و بخاطر اينکه مقاومت حرارتي آن نيز بسيارخوب است عمر وسيله نيز افزايش مي يابد. عمر لايي هاي اين سيستم ترمز نيز سه برابر شده و کارايي آن بخاطر کاهش وزن به علت استفاده نکردن از فنر، بهبود مي يابد.( در اين سيستم اجزا و بدنه به صورت معلق قرار ندارند)

يک سيستم ترمز از جنس کامپوزيت هاي سراميکي بوسيله ي Starfire System ساخته شده است. که در زمينه ي مسابقات موتورسواري مورد آزمايش قرار گرفته و شرکت هايي همچون هندا (Honda) ، ياماها (YAMAHA)، کاوازاکي (Kawasaki)، سوزوکي (Susuki) و ... از آن استفاده کرده اند. يک موتورسوار حرفه اي با نام Josom Di Salyo سيستم ترمز توليدي توسط شرکت Starfire را مورد ارزيابي قرار داد. ارزيابي او بر روي يک موتور ياماهاي 2004 مدل YZF-R1 انجام شد که اين موتور مجهز به ترمزهاي کامپوزيتي خاص بود. اين ترمزها از قطعات پليمري شرکت sTARFIRE توليد شده اند که بوسيله ي بافته هاي الياف کربن تقويت مي شوند. بر خلاف ديسک هاي استيل قبلي، اين نوع چرخنده ها در هنگامي که دما بالا مي رود. واقعاً بهتر کار مي کنند.

اين قطعات باعث افزايش بازده موتور، شتاب و استحکام ترمز مي شود. اين مزايا در هنگامي که ترمزها بهبود يافتند شناخته شد. با بکار بردن قطعات غير فنري بيشتر اين موتورها مورد ترجيح قرار گرفته اند و براي استفاده در اجزاي کناري وسايل ترمز مورد استفاده قرار مي گيرند و موجب کاهش وزن تمام شده ي سيستم ترمز مي شود

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 21:15 توسط مهندس ایمان رستگار |

کاربرد شیشه های دکوراتیو ( فیوز گلاس ) در معماری و دکوراسیون داخلی

کاربرد شیشه های دکوراتیو ( فیوز گلاس ) در معماری و دکوراسیون داخلی

نقش شیشه در معماری امروز بسیار چشمگیر و غیر قابل انکار میباشد . این متریال با وارد شدن در هنر صنعت گونه معماری تغییرات شگرف را در این عرصه ایجاد کرده است .
تاریخ مختصر شیشه
تاریخچه تولید و کاربرد شیشه به حدود بیش از ۴ هزار سال پیش بر میگردد که در آن زمان از شیشه فقط به منظور ساخت ظروف استفاده می شده ولی تقریبا ۲ هزار سال پس از کشف آن بود که تولید شیشه های ظریف کاربرد آن در پنجره ها را میسر کرد که در قطعات مستطیلی با ابعاد ۴۰۰ *۳۰۰ میلیمتر در صفحات مدور تولید می شد . به هر حال همراه با پیشرفت تکنولوژی روش هایی برای تولید شیشه های ساختمانی ابداع شد . تا امروز که گسترده ترین آنها تولید شیشه به روش شناوری ( فلوت ) میباشد . در این روش برای دستیابی به سطح کاملا صاف و عاری از موج شیشه را روی قلع مذاب شناور میسازند .
اما امروزه استفاده از شیشه در معماری باعث شکوفایی این هنر کهن و همچنین پویایی روز افزون این هنر گشته است .در این گفتگو به برسی کاربرد هنر صنعت فیوز گلاس که یکی از روشهای مدررن در تولید شیشه های دکوراتیو است می پردازیم .
فیوزگلاس چیست ؟
فیوز گلاس که معادل فارسی آن همجوشی شیشه است عبارت است از برش شیشه های جام در رنگ و طرح های مختلف و جوش دادن این شیشه ها در کوره .که البته گاهی این شیشه های برش داده شده می بایست با اکسیدهای فلزی ( رنگ و لعاب شیشه ) رنگ آمیزی شوند . در این هنر صنعت مدرن صنعتگر هنرمند می بایست هم با اصول هنری و زیبایی شناختی آشنایی کامل داشته باشد و هم ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی شیشه را بخوبی بداند .
با تو جه به اینکه این رشته در ایران بسیار جوان است هنرمند از نظر ابزار و مواد اولیه با محدودیتهایی روبروست .اما این موضوع چیزی نیست که بتواند سدی در برابر ما ایجاد کند .ذکر این نکته بجاست که این هنر ریشه ای اروپایی داشته و هم اکنون کشورهای صاحب این تکنیک را میتوان آمریکا . کانادا . ایتالیا . اسپانیا . یونان و بتازگی ترکیه و چین دانست . در این کشورها و بویژه امریکا شرکتهای بزرگی به تولید مواد اولیه و ابزار مورد نیاز هنرمندان این رشته میپردازند . و شرکتهای کوچکتر و حتی هنرمندان خانگی با بهره گیری از این مواد به خلق آثار هنری میپردازند .
این رشته هنری از حدود یک دهه پیش در ایران آغاز شده و رشد کندی در گسترش و جذب هنرمندان داشته بهمین دلیل است که شاید خیلی کم معمارانی باشند که با کاربردهای ارزشمند این هنر صنعت در دکوراسیون داخلی آشنایی داشته باشند .
کاربردهاو مزایای فیوز گلاس
استفاده بسیار وسیع از مصنوعاتی که به این روش تولید میشود این هنر را به یک رشته کاربردی در کشورهای صاحب این تکنیک تبدیل کرده است . در این جا به برخی از آنها اشاره میکنیم .
۱- کاشیهای شیشه ای
لعاب شیشه بدلیل ایجاد سطح بسیار صیقلی و نفوذ ناپذیرو نیز زیبایی و درخشندگی چشم نواز از دیرباز به عنوان پوشش ظروف سفالی مورد استفاده و نیز در پوشش کاشی و سرامیکهای امروزی مورد استفاده قرار میگیرد . حال کاشیهای شیشه ای که همه متریال آنها از جنس شیشه هستند به مراتب زیبایی و درخشندگی و استحکام بیشتری نسبت به کاشیهای سرامیکی دارند همچنین قابلیتهایی نظیر نورپردازی از پشت و رو سبب میشود که این نوع کاشی ها درخشندگی و زیبایی منحصر به فردی در فضای ایجاد کنند .
۲- نقوش برجسته شیشه ای
هنر نقش برجسته و مجسمه سازی از انواع مواد ( سنگ و گچ و چوب و فلز و... ) از گذشته تا کنون در نقاط مختلف این مرزو بوم چشم هر بیننده ای را مینوازد . اما اینبار خلق آثار نقش برجسته شیشه ای با کاربرد زیباسازی فضا های شهری ( تابلو های نقش برجسته در مترو ها و اماکن عمومی شهری ) جلوه ای دیگر از این هنر را نمایان میسازد و با نورپردازیهای رنگین از پشت به زیبایی اثر می افزاید .
۳- روشنایی
روشناییهای دیواری . رومیزی و انواع لوسرها ستونهای نوری و سقفهای کاذب به این روش با طرح و رنگهای همخوان با فضای داخلی تولید میشود .
4- شیشه های درب و پنجره های ورودی و داخلی
با استفاده از این متد شیشه های مات و رنگی با طراحیهای همخوان با فضا های تجاری و اداری و مسکونی انجام میشود .
ظروف دکوری و قابهای آیینه و تابلو های عنوان و .... از دیگر کاربدهای وسیع این هنر است .
ترکیب فیوز گلاس با موادی همچون چوب . سفال . فلزات و گچ بسیار زیبا و این قابلیت بالای ترکیبی این هنر را از دیگر آثار متمایز میسازد . با این توضیحات امیدوارم جامعه معماران ایرانی با بهره گیری از این متریال که توانسته ایم آنرا برای کار در این سرزمین بومی سازی کنیم . به خلق آثار زیبای دکوراتیو در فضاهای شهری و داخلی بپردازند. زیرا ایران و ایرانی همیشه درخور بهترینها بوده و هست .

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 21:1 توسط مهندس ایمان رستگار |

کاشی و سرامیک ارزان، پرفروش های بازار ایران

تولیدکنندگان کاشی و سرامیک هم اکنون به مشکل افزایش تولید بیش از نیاز بازار برخورد کرده اند. پراکنده کاری در این صنعت موجب شده بازار داخلی با اشباع و بازار خارجی نیز در قبضه تولیدات ارزان قیمت مالزی، چین، تایلند یا ترکیه قرار گیرد. در حالی که میزان تولید کاشی و سرامیک از 5/6 میلیون متر مربع در سال 1357 هم اکنون به حدود 190 میلیون متر مربع افزایش یافته است، اما کارخانجات تولیدکننده به علت نبود بازارهای صادراتی با مازاد تولید مواجه هستند و انبارها پر از تولیدات بدون مشتری است.

در عین حال با وجود بازارهای مناسب در اطراف ایران، میزان صادرات کاشی و سرامیک در سال گذشته تنها سه درصد کل تولید بوده است. در حالی که صنعت کاشی و سرامیک ترکیه که فعالیت تولید خود را در این بخش همزمان با ایران آغاز کرده، هم اکنون 320 میلیون متر مربع کاشی و سرامیک تولید می کند و تولیدکنندگان این کشور هیچ گونه مشکلی برای فروش تولیدات خود در بازارهای اطراف ندارند. رئیس اتحادیه کاشی ساز و کاشی فروش تهران با اشاره به اینکه رکورد ساخت وساز، صنعت کاشی و سرامیک داخلی را نیز متأثر کرده است، افزود کاهش ساخت و ساز طی دو سال اخیر بسیاری از صنایع مرتبط از جمله کاشی و سرامیک را نیز تحت تأثیر قرار داده است. مصطفی گودرزی، با بیان اینکه در این شرایط قیمت برخی از مواد اولیه نیز افزایش یافته و تولیدکنندگان مجبورند با مواد اولیه گران، کالایی را تولید کنند که به دلیل کاهش تقاضا و رقابت بالا در فروش آن دچار محدودیت هستند،

خاطر نشان کرد در این وضعیت تولید کنندگان مجبور شده اند برای جبران وضعیت بازار داخل، حضور در بازارهای صادراتی را بیش از پیش مدنظر قرار دهند. وی ادامه داد در حال حاضر بهترین بازار کاشی و سرامیک صادراتی ایران کشور عراق است که ساخت و ساز نیز در آن رونق بالایی دارد. اگرچه تقاضای داخلی کاشی و سرامیک کاهش یافته اما تولید کنندگان برای پایین نگه داشتن قیمت تمام شده مجبور به حفظ سقف تولید قبلی خود هستند. گودرزی تصریح کرد: اگر دولت بتواند با پرداخت تسهیلات بیشتر به انبوه سازان مسکن و به ویژه پرداخت تسهیلات خرید، تقاضای بازار مسکن را افزایش دهد، صنایع وابسته نیز از رکورد خارج خواهند شد.
مشکل فروش تولیدکنندگان در حالی است که طی پنج ماه منتهی به پایان مرداد امسال، بالغ بر 76 میلیون و 125 هزار متر مربع کاشی و سرامیک در کشور تولید شده است. بنا بر اعلام دفتر صنایع معدنی وزارت صنایع و معادن، تولید کاشی و سرامیک در مدت یاد شده در مقایسه با مدت مشابه سال قبل حدود 7/4 درصد رشد داشته است. بر اساس این گزارش همچنین در پنج ماه نخست امسال، مجموع تولید ظروف شیشه ای 160 هزار تن، چینی بهداشتی 31 هزار و 500 تن، ظروف چینی 16 هزار و 300 تن و شیشه جام 313 هزار تن بوده است.

از سوی دیگر، با استناد به آمار ارائه شده در سایت انجمن کاشی و سرامیک در سال های 1980 تا 2007 مصرف جهانی سرامیک از متوسط رشد 6/4 درصدی و مصرف ایران از رشد 45/14 درصدی برخوردار بوده است. این در حالیست که با در نظر گرفتن وضعیت موجود پیش بینی می شود تا سال 2012 مصرف جهانی این محصول از متوسط رشد 4/7 درصدی و مصرف ایران از رشد 8/12 درصدی برخوردار شود

+ نوشته شده در جمعه بیست و یکم بهمن ۱۳۹۰ ساعت 20:59 توسط مهندس ایمان رستگار |

مطالب جدیدتر مطالب قدیمی‌تر