مقالات XRD

پراش پرتو ایکس

تفاوت XRD و XRF

کاربردهای XRD

نمونه تحلیل XRD آزمایشگاه تحقیقاتی حسگر مواد صبا

تعیین فازهای سیمان

تعیین درصد بلورینگی و اندازه ذرات الیاف سلولزی با استفاده از دستگاه XRD

بررسی پیگمنت ها یا رنگدانه ها

بررسی کانی های رسی با استفاده از XRD

تعیین کریستالیته زئولیت ها با استفاده از XRD

آزبست

تفرق پرتوی ایکس

 

 

پراش پرتو ایکس

X-Ray Diffraction

برای فهم بهتر اصول بنیادی و واژه‌های تخصصی پراش پرتو ایکس یا X-Ray Diffraction اجازه دهید تا نگاه مختصری در مورد تئوری که در پس این تکنیک نهفته است،بیاندازیم.

یک ماده جامد می‌تواند به یکی از صورت های زیر باشد:

1-    آمورف: اتم های تشکیل دهنده به صورت تصادفی در کنار یک دیگر قرار می گیرند، شبیه چیزی که در مایعات مشاهده می شود و نظم ندارند(دامنه نظم آنها بسیار کوتاه است)

2-    کریستال: اتم های تشکیل دهنده در یک الگوی منظم قرار گرفته اند. این الگو در سه جهت فضایی، تکرار می شود. کریستال یا بلور را می توان به دیوار آجری تشبیه کرد که هر آجر، یک واحد کوچک از اتم های منظم تشکیل یافته است. هر رج از دیوار، به عنوان یک صفحه تعریف می شود. هر واحد از نظم شکل گرفته ( یا همان آجر دیوار آجری) Unit Cell نام دارد. ابعاد Unit Cell توسط سه محور a، b و c تعریف می شود و زوایه های بین آنها آلفا، بتا و گاما نام دارد.

زمانی که یک الکترون در یک میدان متناوب الکترومغناطیسی قرار می گیرد، شروع به نوسان می کند. فرکانس نوسان الکترون برابر فرکانس نوسان میدان خواهد بود. برخورد اشعه X به اتم، سبب می شود الکترون های اطراف اتم، برابر با فرکانس پرتو تابیده شده، شروع به نوسان کنند. پرتو های عبورکرده از اتم، تقریبا در تمام جهات، تداخلات غیر سازنده دارند و موج های ترکیب شده در یک فاز نیستند و هیچ تصویری از نمونه جامد نخواهند داد. قرار گرفتن اتم ها در یک ساختار کریستالی که دارای ساختاری منظم است، سبب می شود تا در تعداد کمی از جهات، تداخلات سازنده بوجود بیاید. بدین ترتیب پرتو هایی که از نمونه کریستالی عبور می کنند، هم فاز هستند  و با ایجاد تصویری مناسب، نمونه را در چندین جهت، ترک می‌‌کنند. از این رو یک پرتو پراش یافته را می توان به این صورت توصیف کرد که چندین اشعه پراش یافته هستند که متقابلا، همدیگر را تقویت می کنند.

حال دو صفحه موازی در یک شبکه بلوری به نام های P1 و P2، با فاصله ی میان صفحه ای d را در نظر بگیرید. دو پرتو 1 و 2 با زوایه مشخص TETHAبه صفحات یاد شده تابیده می شوند. پرتوی پراش یافته در صورتی که دو پرتو 1’ و 2’ هم فاز باشند، بیشترین شدت را خواهد داشت. زاویه تتا، وابسته به فاصله صفحه های کریستالی ویا فاصله اتمی آنها می باشد. با این روش می توان باتوجه به زاویه حداکثر بازتابش پرتو انعکاس یافته از شبکه بلورین، فاصله اتم جسم و یا فاصله صفحات کریستالی را بدست آورد.

به دلیل جهات اقتصادی آن در سال های اخیر مورد توجه خاص قرار گرفته است و پیشرفت‌ های عمده ‌ای در تکنولوژی و کیفیت و کاربری این محصول صورت گرفته است. این پیشرفت‌ ها امکاناتی را فراهم آورده است تا بتوان از کربوکسی متیل سلولز در کاربردهای بسیاری نظیر خوراکی ، دارویی ، صنایع شوینده ، رنگ و رزین و رونمای ساختمان ، چسب‌ ها ، نساجی ، چاپ و تکمیل پارچه ، کاشی و سرامیک ، سفال و چینی ، کاغذ ، الکترود جوشکاری ، فرش و موکت ، گل حفاری چاه‌ های نفت ، تخته‌ های چند لایه ، چرم مصنوعی و مواد‌آرایشی ، سموم و آفت کش ها و غیره استفاده کرد. ویژگی‌ های کاربردی CMC علاوه بر غلظت بخشی ، چسبندگی و ایجاد استحکام ، عامل انتشار ، عامل نگهدارنده آب ،حفظ حالت کلوییدی ، تثبیت کننده ، عامل تعلیق‌ساز ، امولسیون ‌ساز و عامل تشکیل لایه است. به دلیل ویژگی های متنوع ، CMC در طیف گسترده‌ ای استفاده می‌ شود. این ماده به سرعت در آب سرد و گرم حل می‌ شود و اساساً در مواردی که کنترل ویسکوزیته هدف ‌باشد از این ماده استفاده می‌گردد زیرا CMC حتی در حضور یون کلسیم نیز ژل تشکیل نمی‌ دهد. این که این ماده عامل کنترل ویسکوزیته است باعث شده تا از آن به عنوان غلظت‌ دهنده ، تثبیت‌کننده ، امولسیون ‌ساز (مانند پروتئین شیر) و عامل تعلیق ساز بهره جست. خواص فیزیکی 1-حلالیت 2-ویسکوزیته در محلول 3-فعالیت سطحی 4-خواص ترموپلاستیکی 5-پایداری (در مقابل تخریبات بیولوژیکی ، گرما ، هیدرولیز و اکسیداسیون) دلایل تکنولوژیکی برای استفاده از آن:1. غلظت بسیار اندکی لازم است. 2. انواع گریدهای آن با ویژگی‌ های سازگار یافته برای مصارف گوناگون قابل تولید می ‌باشد. 3. بدون مزه و بو و بی رنگ می‌ باشد. 4. نسبت به محصولات طبیعی اصلاح نیافته مقاومت بیشتری در مقابل میکروب ‌ها دارد. 5. توانایی حفظ ویژگی ‌ها در شرایط متغیر را دارا است. 6. حلالیت بالا حتی در آب سرد دارد. 7. عامل ناروانی و غلیظ‌ کننده می‌ باشد. 8. توانایی ایجاد تعلیق پایدار دارد. 9. امولسیفایر 10. تشکیل لایه محافظ 11. بهبود ویژگی های رئولوژی (تغییر شکل ماده) 12. جلوگیری از رشد کریستال ‌ها 13. جلوگیری از انعقاد محصولات دارای نشاسته 14. جلوگیری از نرم و سفت شدن 15. اصلاح ساختار و بافت 16. حجیم‌ کننده کاربردهای CMC فقط کافیست شما نیازهای خود را با ویژگی‌های CMC ارتباط دهید و گرید مناسب جهت مصرف مورد نیاز خود را انتخاب کنید. کاربردهای CMC در صنایع مختلف به شرح ذیل می ‌باشد: 1- مصارف خوراکی: ویژگی ‌های کاربردی این گرید غلظت‌ دهندگی ، امولسیون کننده ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، نگهدارنده و تثبیت‌کننده ، عامل حفظ شکل و ظاهر (رئولوژی) می‌باشد ، که با داشتن این ویژگی ‌ها می‌تواند به جای ژلاتین و مواد دیگر استفاده شود که نه تنها از لحاظ اقتصادی به صرفه است بلکه باعث حفظ طعم واقعی و تازگی غذا است و مدت زمان قابل مصرف بودن ماده غذایی را بالا می‌ برد و یکی از ضروری‌ ترین افزودنی‌ های خوراکی محسوب می ‌شود که هم اکنون به طور گسترده ‌ای در بستنی با کیفیت بالا جهت مقاومت در برابر ذوب شدن ، در تولید انواع شیرینی ، بیسکویت و کیک ، کلوچه ، آب ‌نبات ، انواع آب میوه و نوشیدنی‌ های مایع ، محصولات لبنی و گوشتی ، غذاهای منجمد ، ماکارونی فوری ، کنسروها و کمپوتهای میوه استفاده می‌ گردد و همچنین CMC می‌ تواند برای پایدار کردن و محافظت از پروتئین ‌ها به وی‍ژه پروتئین سبوس مصرف شود. 2- مصارف CMC در مواد دارویی ، آرایشی و شیمیایی: تعلیق‌ساز ذرات ، ابقاء رنگ ، محافظ پوست ، پراکندگی یکدست ، زداینده چرک و لکه ، غلظت‌ بخش و تثبیت کننده ، روان‌ساز ، یکدست‌کننده ، این مواد هم چنین در تولید خمیردندان به دلیل مزه و طعم و جلا دهنده بودن آن ، کرم‌ های دست ، شامپوها ، خمیر ریش‌ تراش مایع ، و به دلیل آب دوستی و عمل متورم کردن کاربرد وسیعی در قرص‌ های دارویی دارد. 3- مصارف CMC در صنعت نساجی: هماهنگ کننده تار و پود ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، غلظت دهنده در خمیرهای چاپ و ماده اولیه در فرایندهای مختلف تکمیل ، چسب مناسب برای الیاف و تشکیل دهنده لایه ، عامل استحکام و هماهنگی به جای گرین (دانه) هماهنگ کننده تار و پود و مقاوم کننده در برابر فرسودگی بوده و پارچه‌ هایی که با الیاف نخی و کتان هستند را از لحاظ وزنی سبک می‌ کند و مانع از بین رفتن و فساد آن ها می ‌شود. این ماده به عنوان ماده اولیه در خلال فرایند چاپ ، مخصوصاً به روی پارچه ‌های ابریشمی به کار می‌رود. نیز در آهار زنی نخ‌های مصنوعی کاربرد دارد. 4- مصارف CMC در رنگ و رزین: این ماده به عنوان عامل کنترل ویسکوزیته در رنگ های امولسیون قابل استفاده است و نیز در حرکت قلم‌ مو اثر مطلوبی دارد. در رنگ ‌های محلول به عنوان ماده ‌ای برای پر کردن منافذ در سطوح منفذ دار سطح دیوار گچی و غیره قبل از استعمال رنگ و روغن به کار می‌ رود. این ماده عامل حجم‌ دهنده خوبی برای مواد پرکننده می‌ باشد. نگهدارنده و جذب کننده آب ، تشکیل دهنده لایه ، تعلیق‌ ساز ذرات ، نگهدارنده رنگ ، غلظت‌ دهنده ، تثبیت‌ کننده و یک دست‌کننده می‌باشد. 5- مصارف CMC در صنعت شوینده ‌ها و صابون ‌ها: از ویژگی ‌های منحصر به فرد CMC این است که افزایش مقدار کمی از آن به شوینده ‌ها موجب معلق ماندن چرک جدا شده می ‌گردد و دارای حداکثر قدرت حل کردن چرک و چربی می‌ باشد. CMC حدفاصل تار و پود پارچه را پر می ‌کند و اجازه نمی ‌دهد چرک در لابه ‌لای آن جا گیرد و به اصطلاح از چرک مردگی جلوگیری می ‌کند و از همه مهم تر این که می‌ تواند امولسیون صابون و یا محلول را غلظت داده و ساختار آن را تثبیت ‌بخشد و نیز تعلیق ‌ساز ذرات و خاک بوده و به پوست آسیبی نمی‌ رساند. 6 - مصارف CMC در صنعت کاغذ‌ سازی و مقوا: این ماده در پروسه کاغذسازی ، مقاومت در برابر ساییدگی و یکنواختی سطح و ویژگی ضد شکنندگی ، قدرت کشش و سختی کاغذ را بالا می ‌برد. تشکیل دهنده لایه چسبنده ، غلظت ‌بخش ، باعث افزایش استحکام ، عامل بهبودی سطح و جلای آن بوده و نیز انعطاف سطح در برابر تاشدگی را بهبود می ‌بخشد. در ساخت مقوای چین‌ دار به عنوان عامل کنترل کننده ویسکوزیته ، و تثبیت کننده برای خمیرهای نشاسته‌ ای و چسب آن قابل استفاده می‌باشد. 7 - مصارف CMC در صنعت کاشی و سرامیک: این ماده در صنایع کاشی ‌سازی و سرامیک نوعی تثبیت‌ کننده ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، تشکیل دهنده لایه ، غلظت دهنده و تثبیت کننده و برای جلاها جهت بهسازی استحکام قطعه قالب شده می‌ باشد و می ‌تواند به عنوان غلظت‌ دهنده در قالب‌ های کوزه‌ گری استفاده و محصولات را زیبا و بدون هیچ گونه ترک و حباب و عیب می‌ گرداند و قدرت چسبندگی را افزایش دهد و باعث شکل‌ پذیری آسان و افزایش استحکام آن تا 2 یا 3 برابر می‌ شود. افزودن این ماده قدرت پخش‌ شوندگی لعاب را بهبود می ‌بخشد و نیز باعث استحکام چسبندگی بین لعاب و سرامیک می ‌گردد. 8- مصارف CMC در حفاری چاه ‌های نفت: این ماده به عنوان عامل مهمی در بهبود کیفیت گل حفاری عمل می‌ کند. نوع با ویسکوزیته بالای آن برای ایجاد غلظت و نوع با ویسکوزیته پایین به عنوان عاملی در کاهش ضایعات فیلتراسیون محلول حاصل حفاری نفت است. کنترل کننده اتلاف مایع ، جاذب و نگهدارنده آب ، عامل درزگیری دیواره چاه ، تعلیق ساز خاک و نیز غلظت ‌دهنده روانی می‌ باشد. 9- مصارف CMC در تخته‌ های چند لایه: این ماده تعلیق‌ ساز ذرات ، باعث افزایش استحکام ، غلظت ‌دهنده ، تثبیت ‌کننده ، مقاوم در برابر گرما ، روان ‌ساز و یک دست ‌کننده می‌ باشد. 10- مصارف CMC در الکترودهای جوشکاری: این ماده تشکیل دهنده لایه ، استحکام‌ بخش ، غلظت‌ دهنده ، روان ‌‌ساز و یک دست‌ کننده می ‌باشند. 11- مصارف CMC در صنایع چرم: این مواد پرپشت کننده ، بهبود دهنده سطح و جلا ، محافظ بافت چرم ‌های مصنوعی می‌ باشد. 12- مصارف CMC در فرش و موکت: این مواد هم چنین جهت آهارزنی در صنعت فرش و موکت به کار می‌ رود. 13- مصارفCMC در چسب: این ماده به علت خاصیت تشکیل فیلم و کشش سطحی خوب ، به‌ عنوان یک چسب در چسب کاغذ دیواری ، چسب خمیر کاغذ ، چسب کاغذ سنباده ، چسب چرم و غیره به کار می‌ رود.14- مصارف CMC در سموم و آفت‌ کش ها: این ماده در سموم و آفت ‌کش ها به عنوان عامل تعلیق ‌ساز استفاده می ‌شود.

به دلیل جهات اقتصادی آن در سال های اخیر مورد توجه خاص قرار گرفته است و پیشرفت‌ های عمده ‌ای در تکنولوژی و کیفیت و کاربری این محصول صورت گرفته است. این پیشرفت‌ ها امکاناتی را فراهم آورده است تا بتوان از کربوکسی متیل سلولز در کاربردهای بسیاری نظیر خوراکی ، دارویی ، صنایع شوینده ، رنگ و رزین و رونمای ساختمان ، چسب‌ ها ، نساجی ، چاپ و تکمیل پارچه ، کاشی و سرامیک ، سفال و چینی ، کاغذ ، الکترود جوشکاری ، فرش و موکت ، گل حفاری چاه‌ های نفت ، تخته‌ های چند لایه ، چرم مصنوعی و مواد‌آرایشی ، سموم و آفت کش ها و غیره استفاده کرد. ویژگی‌ های کاربردی CMC علاوه بر غلظت بخشی ، چسبندگی و ایجاد استحکام ، عامل انتشار ، عامل نگهدارنده آب ،حفظ حالت کلوییدی ، تثبیت کننده ، عامل تعلیق‌ساز ، امولسیون ‌ساز و عامل تشکیل لایه است. به دلیل ویژگی های متنوع ، CMC در طیف گسترده‌ ای استفاده می‌ شود. این ماده به سرعت در آب سرد و گرم حل می‌ شود و اساساً در مواردی که کنترل ویسکوزیته هدف ‌باشد از این ماده استفاده می‌گردد زیرا CMC حتی در حضور یون کلسیم نیز ژل تشکیل نمی‌ دهد. این که این ماده عامل کنترل ویسکوزیته است باعث شده تا از آن به عنوان غلظت‌ دهنده ، تثبیت‌کننده ، امولسیون ‌ساز (مانند پروتئین شیر) و عامل تعلیق ساز بهره جست. خواص فیزیکی 1-حلالیت 2-ویسکوزیته در محلول 3-فعالیت سطحی 4-خواص ترموپلاستیکی 5-پایداری (در مقابل تخریبات بیولوژیکی ، گرما ، هیدرولیز و اکسیداسیون) دلایل تکنولوژیکی برای استفاده از آن:1. غلظت بسیار اندکی لازم است. 2. انواع گریدهای آن با ویژگی‌ های سازگار یافته برای مصارف گوناگون قابل تولید می ‌باشد. 3. بدون مزه و بو و بی رنگ می‌ باشد. 4. نسبت به محصولات طبیعی اصلاح نیافته مقاومت بیشتری در مقابل میکروب ‌ها دارد. 5. توانایی حفظ ویژگی ‌ها در شرایط متغیر را دارا است. 6. حلالیت بالا حتی در آب سرد دارد. 7. عامل ناروانی و غلیظ‌ کننده می‌ باشد. 8. توانایی ایجاد تعلیق پایدار دارد. 9. امولسیفایر 10. تشکیل لایه محافظ 11. بهبود ویژگی های رئولوژی (تغییر شکل ماده) 12. جلوگیری از رشد کریستال ‌ها 13. جلوگیری از انعقاد محصولات دارای نشاسته 14. جلوگیری از نرم و سفت شدن 15. اصلاح ساختار و بافت 16. حجیم‌ کننده کاربردهای CMC فقط کافیست شما نیازهای خود را با ویژگی‌های CMC ارتباط دهید و گرید مناسب جهت مصرف مورد نیاز خود را انتخاب کنید. کاربردهای CMC در صنایع مختلف به شرح ذیل می ‌باشد: 1- مصارف خوراکی: ویژگی ‌های کاربردی این گرید غلظت‌ دهندگی ، امولسیون کننده ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، نگهدارنده و تثبیت‌کننده ، عامل حفظ شکل و ظاهر (رئولوژی) می‌باشد ، که با داشتن این ویژگی ‌ها می‌تواند به جای ژلاتین و مواد دیگر استفاده شود که نه تنها از لحاظ اقتصادی به صرفه است بلکه باعث حفظ طعم واقعی و تازگی غذا است و مدت زمان قابل مصرف بودن ماده غذایی را بالا می‌ برد و یکی از ضروری‌ ترین افزودنی‌ های خوراکی محسوب می ‌شود که هم اکنون به طور گسترده ‌ای در بستنی با کیفیت بالا جهت مقاومت در برابر ذوب شدن ، در تولید انواع شیرینی ، بیسکویت و کیک ، کلوچه ، آب ‌نبات ، انواع آب میوه و نوشیدنی‌ های مایع ، محصولات لبنی و گوشتی ، غذاهای منجمد ، ماکارونی فوری ، کنسروها و کمپوتهای میوه استفاده می‌ گردد و همچنین CMC می‌ تواند برای پایدار کردن و محافظت از پروتئین ‌ها به وی‍ژه پروتئین سبوس مصرف شود. 2- مصارف CMC در مواد دارویی ، آرایشی و شیمیایی: تعلیق‌ساز ذرات ، ابقاء رنگ ، محافظ پوست ، پراکندگی یکدست ، زداینده چرک و لکه ، غلظت‌ بخش و تثبیت کننده ، روان‌ساز ، یکدست‌کننده ، این مواد هم چنین در تولید خمیردندان به دلیل مزه و طعم و جلا دهنده بودن آن ، کرم‌ های دست ، شامپوها ، خمیر ریش‌ تراش مایع ، و به دلیل آب دوستی و عمل متورم کردن کاربرد وسیعی در قرص‌ های دارویی دارد. 3- مصارف CMC در صنعت نساجی: هماهنگ کننده تار و پود ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، غلظت دهنده در خمیرهای چاپ و ماده اولیه در فرایندهای مختلف تکمیل ، چسب مناسب برای الیاف و تشکیل دهنده لایه ، عامل استحکام و هماهنگی به جای گرین (دانه) هماهنگ کننده تار و پود و مقاوم کننده در برابر فرسودگی بوده و پارچه‌ هایی که با الیاف نخی و کتان هستند را از لحاظ وزنی سبک می‌ کند و مانع از بین رفتن و فساد آن ها می ‌شود. این ماده به عنوان ماده اولیه در خلال فرایند چاپ ، مخصوصاً به روی پارچه ‌های ابریشمی به کار می‌رود. نیز در آهار زنی نخ‌های مصنوعی کاربرد دارد. 4- مصارف CMC در رنگ و رزین: این ماده به عنوان عامل کنترل ویسکوزیته در رنگ های امولسیون قابل استفاده است و نیز در حرکت قلم‌ مو اثر مطلوبی دارد. در رنگ ‌های محلول به عنوان ماده ‌ای برای پر کردن منافذ در سطوح منفذ دار سطح دیوار گچی و غیره قبل از استعمال رنگ و روغن به کار می‌ رود. این ماده عامل حجم‌ دهنده خوبی برای مواد پرکننده می‌ باشد. نگهدارنده و جذب کننده آب ، تشکیل دهنده لایه ، تعلیق‌ ساز ذرات ، نگهدارنده رنگ ، غلظت‌ دهنده ، تثبیت‌ کننده و یک دست‌کننده می‌باشد. 5- مصارف CMC در صنعت شوینده ‌ها و صابون ‌ها: از ویژگی ‌های منحصر به فرد CMC این است که افزایش مقدار کمی از آن به شوینده ‌ها موجب معلق ماندن چرک جدا شده می ‌گردد و دارای حداکثر قدرت حل کردن چرک و چربی می‌ باشد. CMC حدفاصل تار و پود پارچه را پر می ‌کند و اجازه نمی ‌دهد چرک در لابه ‌لای آن جا گیرد و به اصطلاح از چرک مردگی جلوگیری می ‌کند و از همه مهم تر این که می‌ تواند امولسیون صابون و یا محلول را غلظت داده و ساختار آن را تثبیت ‌بخشد و نیز تعلیق ‌ساز ذرات و خاک بوده و به پوست آسیبی نمی‌ رساند. 6 - مصارف CMC در صنعت کاغذ‌ سازی و مقوا: این ماده در پروسه کاغذسازی ، مقاومت در برابر ساییدگی و یکنواختی سطح و ویژگی ضد شکنندگی ، قدرت کشش و سختی کاغذ را بالا می ‌برد. تشکیل دهنده لایه چسبنده ، غلظت ‌بخش ، باعث افزایش استحکام ، عامل بهبودی سطح و جلای آن بوده و نیز انعطاف سطح در برابر تاشدگی را بهبود می ‌بخشد. در ساخت مقوای چین‌ دار به عنوان عامل کنترل کننده ویسکوزیته ، و تثبیت کننده برای خمیرهای نشاسته‌ ای و چسب آن قابل استفاده می‌باشد. 7 - مصارف CMC در صنعت کاشی و سرامیک: این ماده در صنایع کاشی ‌سازی و سرامیک نوعی تثبیت‌ کننده ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، تشکیل دهنده لایه ، غلظت دهنده و تثبیت کننده و برای جلاها جهت بهسازی استحکام قطعه قالب شده می‌ باشد و می ‌تواند به عنوان غلظت‌ دهنده در قالب‌ های کوزه‌ گری استفاده و محصولات را زیبا و بدون هیچ گونه ترک و حباب و عیب می‌ گرداند و قدرت چسبندگی را افزایش دهد و باعث شکل‌ پذیری آسان و افزایش استحکام آن تا 2 یا 3 برابر می‌ شود. افزودن این ماده قدرت پخش‌ شوندگی لعاب را بهبود می ‌بخشد و نیز باعث استحکام چسبندگی بین لعاب و سرامیک می ‌گردد. 8- مصارف CMC در حفاری چاه ‌های نفت: این ماده به عنوان عامل مهمی در بهبود کیفیت گل حفاری عمل می‌ کند. نوع با ویسکوزیته بالای آن برای ایجاد غلظت و نوع با ویسکوزیته پایین به عنوان عاملی در کاهش ضایعات فیلتراسیون محلول حاصل حفاری نفت است. کنترل کننده اتلاف مایع ، جاذب و نگهدارنده آب ، عامل درزگیری دیواره چاه ، تعلیق ساز خاک و نیز غلظت ‌دهنده روانی می‌ باشد. 9- مصارف CMC در تخته‌ های چند لایه: این ماده تعلیق‌ ساز ذرات ، باعث افزایش استحکام ، غلظت ‌دهنده ، تثبیت ‌کننده ، مقاوم در برابر گرما ، روان ‌ساز و یک دست ‌کننده می‌ باشد. 10- مصارف CMC در الکترودهای جوشکاری: این ماده تشکیل دهنده لایه ، استحکام‌ بخش ، غلظت‌ دهنده ، روان ‌‌ساز و یک دست‌ کننده می ‌باشند. 11- مصارف CMC در صنایع چرم: این مواد پرپشت کننده ، بهبود دهنده سطح و جلا ، محافظ بافت چرم ‌های مصنوعی می‌ باشد. 12- مصارف CMC در فرش و موکت: این مواد هم چنین جهت آهارزنی در صنعت فرش و موکت به کار می‌ رود. 13- مصارفCMC در چسب: این ماده به علت خاصیت تشکیل فیلم و کشش سطحی خوب ، به‌ عنوان یک چسب در چسب کاغذ دیواری ، چسب خمیر کاغذ ، چسب کاغذ سنباده ، چسب چرم و غیره به کار می‌ رود.14- مصارف CMC در سموم و آفت‌ کش ها: این ماده در سموم و آفت ‌کش ها به عنوان عامل تعلیق ‌ساز استفاده می ‌شود.

به دلیل جهات اقتصادی آن در سال های اخیر مورد توجه خاص قرار گرفته است و پیشرفت‌ های عمده ‌ای در تکنولوژی و کیفیت و کاربری این محصول صورت گرفته است. این پیشرفت‌ ها امکاناتی را فراهم آورده است تا بتوان از کربوکسی متیل سلولز در کاربردهای بسیاری نظیر خوراکی ، دارویی ، صنایع شوینده ، رنگ و رزین و رونمای ساختمان ، چسب‌ ها ، نساجی ، چاپ و تکمیل پارچه ، کاشی و سرامیک ، سفال و چینی ، کاغذ ، الکترود جوشکاری ، فرش و موکت ، گل حفاری چاه‌ های نفت ، تخته‌ های چند لایه ، چرم مصنوعی و مواد‌آرایشی ، سموم و آفت کش ها و غیره استفاده کرد. ویژگی‌ های کاربردی CMC علاوه بر غلظت بخشی ، چسبندگی و ایجاد استحکام ، عامل انتشار ، عامل نگهدارنده آب ،حفظ حالت کلوییدی ، تثبیت کننده ، عامل تعلیق‌ساز ، امولسیون ‌ساز و عامل تشکیل لایه است. به دلیل ویژگی های متنوع ، CMC در طیف گسترده‌ ای استفاده می‌ شود. این ماده به سرعت در آب سرد و گرم حل می‌ شود و اساساً در مواردی که کنترل ویسکوزیته هدف ‌باشد از این ماده استفاده می‌گردد زیرا CMC حتی در حضور یون کلسیم نیز ژل تشکیل نمی‌ دهد. این که این ماده عامل کنترل ویسکوزیته است باعث شده تا از آن به عنوان غلظت‌ دهنده ، تثبیت‌کننده ، امولسیون ‌ساز (مانند پروتئین شیر) و عامل تعلیق ساز بهره جست. خواص فیزیکی 1-حلالیت 2-ویسکوزیته در محلول 3-فعالیت سطحی 4-خواص ترموپلاستیکی 5-پایداری (در مقابل تخریبات بیولوژیکی ، گرما ، هیدرولیز و اکسیداسیون) دلایل تکنولوژیکی برای استفاده از آن:1. غلظت بسیار اندکی لازم است. 2. انواع گریدهای آن با ویژگی‌ های سازگار یافته برای مصارف گوناگون قابل تولید می ‌باشد. 3. بدون مزه و بو و بی رنگ می‌ باشد. 4. نسبت به محصولات طبیعی اصلاح نیافته مقاومت بیشتری در مقابل میکروب ‌ها دارد. 5. توانایی حفظ ویژگی ‌ها در شرایط متغیر را دارا است. 6. حلالیت بالا حتی در آب سرد دارد. 7. عامل ناروانی و غلیظ‌ کننده می‌ باشد. 8. توانایی ایجاد تعلیق پایدار دارد. 9. امولسیفایر 10. تشکیل لایه محافظ 11. بهبود ویژگی های رئولوژی (تغییر شکل ماده) 12. جلوگیری از رشد کریستال ‌ها 13. جلوگیری از انعقاد محصولات دارای نشاسته 14. جلوگیری از نرم و سفت شدن 15. اصلاح ساختار و بافت 16. حجیم‌ کننده کاربردهای CMC فقط کافیست شما نیازهای خود را با ویژگی‌های CMC ارتباط دهید و گرید مناسب جهت مصرف مورد نیاز خود را انتخاب کنید. کاربردهای CMC در صنایع مختلف به شرح ذیل می ‌باشد: 1- مصارف خوراکی: ویژگی ‌های کاربردی این گرید غلظت‌ دهندگی ، امولسیون کننده ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، نگهدارنده و تثبیت‌کننده ، عامل حفظ شکل و ظاهر (رئولوژی) می‌باشد ، که با داشتن این ویژگی ‌ها می‌تواند به جای ژلاتین و مواد دیگر استفاده شود که نه تنها از لحاظ اقتصادی به صرفه است بلکه باعث حفظ طعم واقعی و تازگی غذا است و مدت زمان قابل مصرف بودن ماده غذایی را بالا می‌ برد و یکی از ضروری‌ ترین افزودنی‌ های خوراکی محسوب می ‌شود که هم اکنون به طور گسترده ‌ای در بستنی با کیفیت بالا جهت مقاومت در برابر ذوب شدن ، در تولید انواع شیرینی ، بیسکویت و کیک ، کلوچه ، آب ‌نبات ، انواع آب میوه و نوشیدنی‌ های مایع ، محصولات لبنی و گوشتی ، غذاهای منجمد ، ماکارونی فوری ، کنسروها و کمپوتهای میوه استفاده می‌ گردد و همچنین CMC می‌ تواند برای پایدار کردن و محافظت از پروتئین ‌ها به وی‍ژه پروتئین سبوس مصرف شود. 2- مصارف CMC در مواد دارویی ، آرایشی و شیمیایی: تعلیق‌ساز ذرات ، ابقاء رنگ ، محافظ پوست ، پراکندگی یکدست ، زداینده چرک و لکه ، غلظت‌ بخش و تثبیت کننده ، روان‌ساز ، یکدست‌کننده ، این مواد هم چنین در تولید خمیردندان به دلیل مزه و طعم و جلا دهنده بودن آن ، کرم‌ های دست ، شامپوها ، خمیر ریش‌ تراش مایع ، و به دلیل آب دوستی و عمل متورم کردن کاربرد وسیعی در قرص‌ های دارویی دارد. 3- مصارف CMC در صنعت نساجی: هماهنگ کننده تار و پود ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، غلظت دهنده در خمیرهای چاپ و ماده اولیه در فرایندهای مختلف تکمیل ، چسب مناسب برای الیاف و تشکیل دهنده لایه ، عامل استحکام و هماهنگی به جای گرین (دانه) هماهنگ کننده تار و پود و مقاوم کننده در برابر فرسودگی بوده و پارچه‌ هایی که با الیاف نخی و کتان هستند را از لحاظ وزنی سبک می‌ کند و مانع از بین رفتن و فساد آن ها می ‌شود. این ماده به عنوان ماده اولیه در خلال فرایند چاپ ، مخصوصاً به روی پارچه ‌های ابریشمی به کار می‌رود. نیز در آهار زنی نخ‌های مصنوعی کاربرد دارد. 4- مصارف CMC در رنگ و رزین: این ماده به عنوان عامل کنترل ویسکوزیته در رنگ های امولسیون قابل استفاده است و نیز در حرکت قلم‌ مو اثر مطلوبی دارد. در رنگ ‌های محلول به عنوان ماده ‌ای برای پر کردن منافذ در سطوح منفذ دار سطح دیوار گچی و غیره قبل از استعمال رنگ و روغن به کار می‌ رود. این ماده عامل حجم‌ دهنده خوبی برای مواد پرکننده می‌ باشد. نگهدارنده و جذب کننده آب ، تشکیل دهنده لایه ، تعلیق‌ ساز ذرات ، نگهدارنده رنگ ، غلظت‌ دهنده ، تثبیت‌ کننده و یک دست‌کننده می‌باشد. 5- مصارف CMC در صنعت شوینده ‌ها و صابون ‌ها: از ویژگی ‌های منحصر به فرد CMC این است که افزایش مقدار کمی از آن به شوینده ‌ها موجب معلق ماندن چرک جدا شده می ‌گردد و دارای حداکثر قدرت حل کردن چرک و چربی می‌ باشد. CMC حدفاصل تار و پود پارچه را پر می ‌کند و اجازه نمی ‌دهد چرک در لابه ‌لای آن جا گیرد و به اصطلاح از چرک مردگی جلوگیری می ‌کند و از همه مهم تر این که می‌ تواند امولسیون صابون و یا محلول را غلظت داده و ساختار آن را تثبیت ‌بخشد و نیز تعلیق ‌ساز ذرات و خاک بوده و به پوست آسیبی نمی‌ رساند. 6 - مصارف CMC در صنعت کاغذ‌ سازی و مقوا: این ماده در پروسه کاغذسازی ، مقاومت در برابر ساییدگی و یکنواختی سطح و ویژگی ضد شکنندگی ، قدرت کشش و سختی کاغذ را بالا می ‌برد. تشکیل دهنده لایه چسبنده ، غلظت ‌بخش ، باعث افزایش استحکام ، عامل بهبودی سطح و جلای آن بوده و نیز انعطاف سطح در برابر تاشدگی را بهبود می ‌بخشد. در ساخت مقوای چین‌ دار به عنوان عامل کنترل کننده ویسکوزیته ، و تثبیت کننده برای خمیرهای نشاسته‌ ای و چسب آن قابل استفاده می‌باشد. 7 - مصارف CMC در صنعت کاشی و سرامیک: این ماده در صنایع کاشی ‌سازی و سرامیک نوعی تثبیت‌ کننده ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، تشکیل دهنده لایه ، غلظت دهنده و تثبیت کننده و برای جلاها جهت بهسازی استحکام قطعه قالب شده می‌ باشد و می ‌تواند به عنوان غلظت‌ دهنده در قالب‌ های کوزه‌ گری استفاده و محصولات را زیبا و بدون هیچ گونه ترک و حباب و عیب می‌ گرداند و قدرت چسبندگی را افزایش دهد و باعث شکل‌ پذیری آسان و افزایش استحکام آن تا 2 یا 3 برابر می‌ شود. افزودن این ماده قدرت پخش‌ شوندگی لعاب را بهبود می ‌بخشد و نیز باعث استحکام چسبندگی بین لعاب و سرامیک می ‌گردد. 8- مصارف CMC در حفاری چاه ‌های نفت: این ماده به عنوان عامل مهمی در بهبود کیفیت گل حفاری عمل می‌ کند. نوع با ویسکوزیته بالای آن برای ایجاد غلظت و نوع با ویسکوزیته پایین به عنوان عاملی در کاهش ضایعات فیلتراسیون محلول حاصل حفاری نفت است. کنترل کننده اتلاف مایع ، جاذب و نگهدارنده آب ، عامل درزگیری دیواره چاه ، تعلیق ساز خاک و نیز غلظت ‌دهنده روانی می‌ باشد. 9- مصارف CMC در تخته‌ های چند لایه: این ماده تعلیق‌ ساز ذرات ، باعث افزایش استحکام ، غلظت ‌دهنده ، تثبیت ‌کننده ، مقاوم در برابر گرما ، روان ‌ساز و یک دست ‌کننده می‌ باشد. 10- مصارف CMC در الکترودهای جوشکاری: این ماده تشکیل دهنده لایه ، استحکام‌ بخش ، غلظت‌ دهنده ، روان ‌‌ساز و یک دست‌ کننده می ‌باشند. 11- مصارف CMC در صنایع چرم: این مواد پرپشت کننده ، بهبود دهنده سطح و جلا ، محافظ بافت چرم ‌های مصنوعی می‌ باشد. 12- مصارف CMC در فرش و موکت: این مواد هم چنین جهت آهارزنی در صنعت فرش و موکت به کار می‌ رود. 13- مصارفCMC در چسب: این ماده به علت خاصیت تشکیل فیلم و کشش سطحی خوب ، به‌ عنوان یک چسب در چسب کاغذ دیواری ، چسب خمیر کاغذ ، چسب کاغذ سنباده ، چسب چرم و غیره به کار می‌ رود.14- مصارف CMC در سموم و آفت‌ کش ها: این ماده در سموم و آفت ‌کش ها به عنوان عامل تعلیق ‌ساز استفاده می ‌شود.

به دلیل جهات اقتصادی آن در سال های اخیر مورد توجه خاص قرار گرفته است و پیشرفت‌ های عمده ‌ای در تکنولوژی و کیفیت و کاربری این محصول صورت گرفته است. این پیشرفت‌ ها امکاناتی را فراهم آورده است تا بتوان از کربوکسی متیل سلولز در کاربردهای بسیاری نظیر خوراکی ، دارویی ، صنایع شوینده ، رنگ و رزین و رونمای ساختمان ، چسب‌ ها ، نساجی ، چاپ و تکمیل پارچه ، کاشی و سرامیک ، سفال و چینی ، کاغذ ، الکترود جوشکاری ، فرش و موکت ، گل حفاری چاه‌ های نفت ، تخته‌ های چند لایه ، چرم مصنوعی و مواد‌آرایشی ، سموم و آفت کش ها و غیره استفاده کرد. ویژگی‌ های کاربردی CMC علاوه بر غلظت بخشی ، چسبندگی و ایجاد استحکام ، عامل انتشار ، عامل نگهدارنده آب ،حفظ حالت کلوییدی ، تثبیت کننده ، عامل تعلیق‌ساز ، امولسیون ‌ساز و عامل تشکیل لایه است. به دلیل ویژگی های متنوع ، CMC در طیف گسترده‌ ای استفاده می‌ شود. این ماده به سرعت در آب سرد و گرم حل می‌ شود و اساساً در مواردی که کنترل ویسکوزیته هدف ‌باشد از این ماده استفاده می‌گردد زیرا CMC حتی در حضور یون کلسیم نیز ژل تشکیل نمی‌ دهد. این که این ماده عامل کنترل ویسکوزیته است باعث شده تا از آن به عنوان غلظت‌ دهنده ، تثبیت‌کننده ، امولسیون ‌ساز (مانند پروتئین شیر) و عامل تعلیق ساز بهره جست. خواص فیزیکی 1-حلالیت 2-ویسکوزیته در محلول 3-فعالیت سطحی 4-خواص ترموپلاستیکی 5-پایداری (در مقابل تخریبات بیولوژیکی ، گرما ، هیدرولیز و اکسیداسیون) دلایل تکنولوژیکی برای استفاده از آن:1. غلظت بسیار اندکی لازم است. 2. انواع گریدهای آن با ویژگی‌ های سازگار یافته برای مصارف گوناگون قابل تولید می ‌باشد. 3. بدون مزه و بو و بی رنگ می‌ باشد. 4. نسبت به محصولات طبیعی اصلاح نیافته مقاومت بیشتری در مقابل میکروب ‌ها دارد. 5. توانایی حفظ ویژگی ‌ها در شرایط متغیر را دارا است. 6. حلالیت بالا حتی در آب سرد دارد. 7. عامل ناروانی و غلیظ‌ کننده می‌ باشد. 8. توانایی ایجاد تعلیق پایدار دارد. 9. امولسیفایر 10. تشکیل لایه محافظ 11. بهبود ویژگی های رئولوژی (تغییر شکل ماده) 12. جلوگیری از رشد کریستال ‌ها 13. جلوگیری از انعقاد محصولات دارای نشاسته 14. جلوگیری از نرم و سفت شدن 15. اصلاح ساختار و بافت 16. حجیم‌ کننده کاربردهای CMC فقط کافیست شما نیازهای خود را با ویژگی‌های CMC ارتباط دهید و گرید مناسب جهت مصرف مورد نیاز خود را انتخاب کنید. کاربردهای CMC در صنایع مختلف به شرح ذیل می ‌باشد: 1- مصارف خوراکی: ویژگی ‌های کاربردی این گرید غلظت‌ دهندگی ، امولسیون کننده ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، نگهدارنده و تثبیت‌کننده ، عامل حفظ شکل و ظاهر (رئولوژی) می‌باشد ، که با داشتن این ویژگی ‌ها می‌تواند به جای ژلاتین و مواد دیگر استفاده شود که نه تنها از لحاظ اقتصادی به صرفه است بلکه باعث حفظ طعم واقعی و تازگی غذا است و مدت زمان قابل مصرف بودن ماده غذایی را بالا می‌ برد و یکی از ضروری‌ ترین افزودنی‌ های خوراکی محسوب می ‌شود که هم اکنون به طور گسترده ‌ای در بستنی با کیفیت بالا جهت مقاومت در برابر ذوب شدن ، در تولید انواع شیرینی ، بیسکویت و کیک ، کلوچه ، آب ‌نبات ، انواع آب میوه و نوشیدنی‌ های مایع ، محصولات لبنی و گوشتی ، غذاهای منجمد ، ماکارونی فوری ، کنسروها و کمپوتهای میوه استفاده می‌ گردد و همچنین CMC می‌ تواند برای پایدار کردن و محافظت از پروتئین ‌ها به وی‍ژه پروتئین سبوس مصرف شود. 2- مصارف CMC در مواد دارویی ، آرایشی و شیمیایی: تعلیق‌ساز ذرات ، ابقاء رنگ ، محافظ پوست ، پراکندگی یکدست ، زداینده چرک و لکه ، غلظت‌ بخش و تثبیت کننده ، روان‌ساز ، یکدست‌کننده ، این مواد هم چنین در تولید خمیردندان به دلیل مزه و طعم و جلا دهنده بودن آن ، کرم‌ های دست ، شامپوها ، خمیر ریش‌ تراش مایع ، و به دلیل آب دوستی و عمل متورم کردن کاربرد وسیعی در قرص‌ های دارویی دارد. 3- مصارف CMC در صنعت نساجی: هماهنگ کننده تار و پود ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، غلظت دهنده در خمیرهای چاپ و ماده اولیه در فرایندهای مختلف تکمیل ، چسب مناسب برای الیاف و تشکیل دهنده لایه ، عامل استحکام و هماهنگی به جای گرین (دانه) هماهنگ کننده تار و پود و مقاوم کننده در برابر فرسودگی بوده و پارچه‌ هایی که با الیاف نخی و کتان هستند را از لحاظ وزنی سبک می‌ کند و مانع از بین رفتن و فساد آن ها می ‌شود. این ماده به عنوان ماده اولیه در خلال فرایند چاپ ، مخصوصاً به روی پارچه ‌های ابریشمی به کار می‌رود. نیز در آهار زنی نخ‌های مصنوعی کاربرد دارد. 4- مصارف CMC در رنگ و رزین: این ماده به عنوان عامل کنترل ویسکوزیته در رنگ های امولسیون قابل استفاده است و نیز در حرکت قلم‌ مو اثر مطلوبی دارد. در رنگ ‌های محلول به عنوان ماده ‌ای برای پر کردن منافذ در سطوح منفذ دار سطح دیوار گچی و غیره قبل از استعمال رنگ و روغن به کار می‌ رود. این ماده عامل حجم‌ دهنده خوبی برای مواد پرکننده می‌ باشد. نگهدارنده و جذب کننده آب ، تشکیل دهنده لایه ، تعلیق‌ ساز ذرات ، نگهدارنده رنگ ، غلظت‌ دهنده ، تثبیت‌ کننده و یک دست‌کننده می‌باشد. 5- مصارف CMC در صنعت شوینده ‌ها و صابون ‌ها: از ویژگی ‌های منحصر به فرد CMC این است که افزایش مقدار کمی از آن به شوینده ‌ها موجب معلق ماندن چرک جدا شده می ‌گردد و دارای حداکثر قدرت حل کردن چرک و چربی می‌ باشد. CMC حدفاصل تار و پود پارچه را پر می ‌کند و اجازه نمی ‌دهد چرک در لابه ‌لای آن جا گیرد و به اصطلاح از چرک مردگی جلوگیری می ‌کند و از همه مهم تر این که می‌ تواند امولسیون صابون و یا محلول را غلظت داده و ساختار آن را تثبیت ‌بخشد و نیز تعلیق ‌ساز ذرات و خاک بوده و به پوست آسیبی نمی‌ رساند. 6 - مصارف CMC در صنعت کاغذ‌ سازی و مقوا: این ماده در پروسه کاغذسازی ، مقاومت در برابر ساییدگی و یکنواختی سطح و ویژگی ضد شکنندگی ، قدرت کشش و سختی کاغذ را بالا می ‌برد. تشکیل دهنده لایه چسبنده ، غلظت ‌بخش ، باعث افزایش استحکام ، عامل بهبودی سطح و جلای آن بوده و نیز انعطاف سطح در برابر تاشدگی را بهبود می ‌بخشد. در ساخت مقوای چین‌ دار به عنوان عامل کنترل کننده ویسکوزیته ، و تثبیت کننده برای خمیرهای نشاسته‌ ای و چسب آن قابل استفاده می‌باشد. 7 - مصارف CMC در صنعت کاشی و سرامیک: این ماده در صنایع کاشی ‌سازی و سرامیک نوعی تثبیت‌ کننده ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، تشکیل دهنده لایه ، غلظت دهنده و تثبیت کننده و برای جلاها جهت بهسازی استحکام قطعه قالب شده می‌ باشد و می ‌تواند به عنوان غلظت‌ دهنده در قالب‌ های کوزه‌ گری استفاده و محصولات را زیبا و بدون هیچ گونه ترک و حباب و عیب می‌ گرداند و قدرت چسبندگی را افزایش دهد و باعث شکل‌ پذیری آسان و افزایش استحکام آن تا 2 یا 3 برابر می‌ شود. افزودن این ماده قدرت پخش‌ شوندگی لعاب را بهبود می ‌بخشد و نیز باعث استحکام چسبندگی بین لعاب و سرامیک می ‌گردد. 8- مصارف CMC در حفاری چاه ‌های نفت: این ماده به عنوان عامل مهمی در بهبود کیفیت گل حفاری عمل می‌ کند. نوع با ویسکوزیته بالای آن برای ایجاد غلظت و نوع با ویسکوزیته پایین به عنوان عاملی در کاهش ضایعات فیلتراسیون محلول حاصل حفاری نفت است. کنترل کننده اتلاف مایع ، جاذب و نگهدارنده آب ، عامل درزگیری دیواره چاه ، تعلیق ساز خاک و نیز غلظت ‌دهنده روانی می‌ باشد. 9- مصارف CMC در تخته‌ های چند لایه: این ماده تعلیق‌ ساز ذرات ، باعث افزایش استحکام ، غلظت ‌دهنده ، تثبیت ‌کننده ، مقاوم در برابر گرما ، روان ‌ساز و یک دست ‌کننده می‌ باشد. 10- مصارف CMC در الکترودهای جوشکاری: این ماده تشکیل دهنده لایه ، استحکام‌ بخش ، غلظت‌ دهنده ، روان ‌‌ساز و یک دست‌ کننده می ‌باشند. 11- مصارف CMC در صنایع چرم: این مواد پرپشت کننده ، بهبود دهنده سطح و جلا ، محافظ بافت چرم ‌های مصنوعی می‌ باشد. 12- مصارف CMC در فرش و موکت: این مواد هم چنین جهت آهارزنی در صنعت فرش و موکت به کار می‌ رود. 13- مصارفCMC در چسب: این ماده به علت خاصیت تشکیل فیلم و کشش سطحی خوب ، به‌ عنوان یک چسب در چسب کاغذ دیواری ، چسب خمیر کاغذ ، چسب کاغذ سنباده ، چسب چرم و غیره به کار می‌ رود.14- مصارف CMC در سموم و آفت‌ کش ها: این ماده در سموم و آفت ‌کش ها به عنوان عامل تعلیق ‌ساز استفاده می ‌شود.

به دلیل جهات اقتصادی آن در سال های اخیر مورد توجه خاص قرار گرفته است و پیشرفت‌ های عمده ‌ای در تکنولوژی و کیفیت و کاربری این محصول صورت گرفته است. این پیشرفت‌ ها امکاناتی را فراهم آورده است تا بتوان از کربوکسی متیل سلولز در کاربردهای بسیاری نظیر خوراکی ، دارویی ، صنایع شوینده ، رنگ و رزین و رونمای ساختمان ، چسب‌ ها ، نساجی ، چاپ و تکمیل پارچه ، کاشی و سرامیک ، سفال و چینی ، کاغذ ، الکترود جوشکاری ، فرش و موکت ، گل حفاری چاه‌ های نفت ، تخته‌ های چند لایه ، چرم مصنوعی و مواد‌آرایشی ، سموم و آفت کش ها و غیره استفاده کرد. ویژگی‌ های کاربردی CMC علاوه بر غلظت بخشی ، چسبندگی و ایجاد استحکام ، عامل انتشار ، عامل نگهدارنده آب ،حفظ حالت کلوییدی ، تثبیت کننده ، عامل تعلیق‌ساز ، امولسیون ‌ساز و عامل تشکیل لایه است. به دلیل ویژگی های متنوع ، CMC در طیف گسترده‌ ای استفاده می‌ شود. این ماده به سرعت در آب سرد و گرم حل می‌ شود و اساساً در مواردی که کنترل ویسکوزیته هدف ‌باشد از این ماده استفاده می‌گردد زیرا CMC حتی در حضور یون کلسیم نیز ژل تشکیل نمی‌ دهد. این که این ماده عامل کنترل ویسکوزیته است باعث شده تا از آن به عنوان غلظت‌ دهنده ، تثبیت‌کننده ، امولسیون ‌ساز (مانند پروتئین شیر) و عامل تعلیق ساز بهره جست. خواص فیزیکی 1-حلالیت 2-ویسکوزیته در محلول 3-فعالیت سطحی 4-خواص ترموپلاستیکی 5-پایداری (در مقابل تخریبات بیولوژیکی ، گرما ، هیدرولیز و اکسیداسیون) دلایل تکنولوژیکی برای استفاده از آن:1. غلظت بسیار اندکی لازم است. 2. انواع گریدهای آن با ویژگی‌ های سازگار یافته برای مصارف گوناگون قابل تولید می ‌باشد. 3. بدون مزه و بو و بی رنگ می‌ باشد. 4. نسبت به محصولات طبیعی اصلاح نیافته مقاومت بیشتری در مقابل میکروب ‌ها دارد. 5. توانایی حفظ ویژگی ‌ها در شرایط متغیر را دارا است. 6. حلالیت بالا حتی در آب سرد دارد. 7. عامل ناروانی و غلیظ‌ کننده می‌ باشد. 8. توانایی ایجاد تعلیق پایدار دارد. 9. امولسیفایر 10. تشکیل لایه محافظ 11. بهبود ویژگی های رئولوژی (تغییر شکل ماده) 12. جلوگیری از رشد کریستال ‌ها 13. جلوگیری از انعقاد محصولات دارای نشاسته 14. جلوگیری از نرم و سفت شدن 15. اصلاح ساختار و بافت 16. حجیم‌ کننده کاربردهای CMC فقط کافیست شما نیازهای خود را با ویژگی‌های CMC ارتباط دهید و گرید مناسب جهت مصرف مورد نیاز خود را انتخاب کنید. کاربردهای CMC در صنایع مختلف به شرح ذیل می ‌باشد: 1- مصارف خوراکی: ویژگی ‌های کاربردی این گرید غلظت‌ دهندگی ، امولسیون کننده ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، نگهدارنده و تثبیت‌کننده ، عامل حفظ شکل و ظاهر (رئولوژی) می‌باشد ، که با داشتن این ویژگی ‌ها می‌تواند به جای ژلاتین و مواد دیگر استفاده شود که نه تنها از لحاظ اقتصادی به صرفه است بلکه باعث حفظ طعم واقعی و تازگی غذا است و مدت زمان قابل مصرف بودن ماده غذایی را بالا می‌ برد و یکی از ضروری‌ ترین افزودنی‌ های خوراکی محسوب می ‌شود که هم اکنون به طور گسترده ‌ای در بستنی با کیفیت بالا جهت مقاومت در برابر ذوب شدن ، در تولید انواع شیرینی ، بیسکویت و کیک ، کلوچه ، آب ‌نبات ، انواع آب میوه و نوشیدنی‌ های مایع ، محصولات لبنی و گوشتی ، غذاهای منجمد ، ماکارونی فوری ، کنسروها و کمپوتهای میوه استفاده می‌ گردد و همچنین CMC می‌ تواند برای پایدار کردن و محافظت از پروتئین ‌ها به وی‍ژه پروتئین سبوس مصرف شود. 2- مصارف CMC در مواد دارویی ، آرایشی و شیمیایی: تعلیق‌ساز ذرات ، ابقاء رنگ ، محافظ پوست ، پراکندگی یکدست ، زداینده چرک و لکه ، غلظت‌ بخش و تثبیت کننده ، روان‌ساز ، یکدست‌کننده ، این مواد هم چنین در تولید خمیردندان به دلیل مزه و طعم و جلا دهنده بودن آن ، کرم‌ های دست ، شامپوها ، خمیر ریش‌ تراش مایع ، و به دلیل آب دوستی و عمل متورم کردن کاربرد وسیعی در قرص‌ های دارویی دارد. 3- مصارف CMC در صنعت نساجی: هماهنگ کننده تار و پود ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، غلظت دهنده در خمیرهای چاپ و ماده اولیه در فرایندهای مختلف تکمیل ، چسب مناسب برای الیاف و تشکیل دهنده لایه ، عامل استحکام و هماهنگی به جای گرین (دانه) هماهنگ کننده تار و پود و مقاوم کننده در برابر فرسودگی بوده و پارچه‌ هایی که با الیاف نخی و کتان هستند را از لحاظ وزنی سبک می‌ کند و مانع از بین رفتن و فساد آن ها می ‌شود. این ماده به عنوان ماده اولیه در خلال فرایند چاپ ، مخصوصاً به روی پارچه ‌های ابریشمی به کار می‌رود. نیز در آهار زنی نخ‌های مصنوعی کاربرد دارد. 4- مصارف CMC در رنگ و رزین: این ماده به عنوان عامل کنترل ویسکوزیته در رنگ های امولسیون قابل استفاده است و نیز در حرکت قلم‌ مو اثر مطلوبی دارد. در رنگ ‌های محلول به عنوان ماده ‌ای برای پر کردن منافذ در سطوح منفذ دار سطح دیوار گچی و غیره قبل از استعمال رنگ و روغن به کار می‌ رود. این ماده عامل حجم‌ دهنده خوبی برای مواد پرکننده می‌ باشد. نگهدارنده و جذب کننده آب ، تشکیل دهنده لایه ، تعلیق‌ ساز ذرات ، نگهدارنده رنگ ، غلظت‌ دهنده ، تثبیت‌ کننده و یک دست‌کننده می‌باشد. 5- مصارف CMC در صنعت شوینده ‌ها و صابون ‌ها: از ویژگی ‌های منحصر به فرد CMC این است که افزایش مقدار کمی از آن به شوینده ‌ها موجب معلق ماندن چرک جدا شده می ‌گردد و دارای حداکثر قدرت حل کردن چرک و چربی می‌ باشد. CMC حدفاصل تار و پود پارچه را پر می ‌کند و اجازه نمی ‌دهد چرک در لابه ‌لای آن جا گیرد و به اصطلاح از چرک مردگی جلوگیری می ‌کند و از همه مهم تر این که می‌ تواند امولسیون صابون و یا محلول را غلظت داده و ساختار آن را تثبیت ‌بخشد و نیز تعلیق ‌ساز ذرات و خاک بوده و به پوست آسیبی نمی‌ رساند. 6 - مصارف CMC در صنعت کاغذ‌ سازی و مقوا: این ماده در پروسه کاغذسازی ، مقاومت در برابر ساییدگی و یکنواختی سطح و ویژگی ضد شکنندگی ، قدرت کشش و سختی کاغذ را بالا می ‌برد. تشکیل دهنده لایه چسبنده ، غلظت ‌بخش ، باعث افزایش استحکام ، عامل بهبودی سطح و جلای آن بوده و نیز انعطاف سطح در برابر تاشدگی را بهبود می ‌بخشد. در ساخت مقوای چین‌ دار به عنوان عامل کنترل کننده ویسکوزیته ، و تثبیت کننده برای خمیرهای نشاسته‌ ای و چسب آن قابل استفاده می‌باشد. 7 - مصارف CMC در صنعت کاشی و سرامیک: این ماده در صنایع کاشی ‌سازی و سرامیک نوعی تثبیت‌ کننده ، نگهدارنده و جذب کننده آب ، تشکیل دهنده لایه ، غلظت دهنده و تثبیت کننده و برای جلاها جهت بهسازی استحکام قطعه قالب شده می‌ باشد و می ‌تواند به عنوان غلظت‌ دهنده در قالب‌ های کوزه‌ گری استفاده و محصولات را زیبا و بدون هیچ گونه ترک و حباب و عیب می‌ گرداند و قدرت چسبندگی را افزایش دهد و باعث شکل‌ پذیری آسان و افزایش استحکام آن تا 2 یا 3 برابر می‌ شود. افزودن این ماده قدرت پخش‌ شوندگی لعاب را بهبود می ‌بخشد و نیز باعث استحکام چسبندگی بین لعاب و سرامیک می ‌گردد. 8- مصارف CMC در حفاری چاه ‌های نفت: این ماده به عنوان عامل مهمی در بهبود کیفیت گل حفاری عمل می‌ کند. نوع با ویسکوزیته بالای آن برای ایجاد غلظت و نوع با ویسکوزیته پایین به عنوان عاملی در کاهش ضایعات فیلتراسیون محلول حاصل حفاری نفت است. کنترل کننده اتلاف مایع ، جاذب و نگهدارنده آب ، عامل درزگیری دیواره چاه ، تعلیق ساز خاک و نیز غلظت ‌دهنده روانی می‌ باشد. 9- مصارف CMC در تخته‌ های چند لایه: این ماده تعلیق‌ ساز ذرات ، باعث افزایش استحکام ، غلظت ‌دهنده ، تثبیت ‌کننده ، مقاوم در برابر گرما ، روان ‌ساز و یک دست ‌کننده می‌ باشد. 10- مصارف CMC در الکترودهای جوشکاری: این ماده تشکیل دهنده لایه ، استحکام‌ بخش ، غلظت‌ دهنده ، روان ‌‌ساز و یک دست‌ کننده می ‌باشند. 11- مصارف CMC در صنایع چرم: این مواد پرپشت کننده ، بهبود دهنده سطح و جلا ، محافظ بافت چرم ‌های مصنوعی می‌ باشد. 12- مصارف CMC در فرش و موکت: این مواد هم چنین جهت آهارزنی در صنعت فرش و موکت به کار می‌ رود. 13- مصارفCMC در چسب: این ماده به علت خاصیت تشکیل فیلم و کشش سطحی خوب ، به‌ عنوان یک چسب در چسب کاغذ دیواری ، چسب خمیر کاغذ ، چسب کاغذ سنباده ، چسب چرم و غیره به کار می‌ رود.14- مصارف CMC در سموم و آفت‌ کش ها: این ماده در سموم و آفت ‌کش ها به عنوان عامل تعلیق ‌ساز استفاده می ‌شود.

ديگر مؤلفه مهم مصرفي در بچ لعاب CaCO3 است كه تجزيه آن مطابق واكنش زير بوقوع مي پيوندد :

CaCO3 à CaO + CO2

متعاقب واكنشهاي بالا ، فاز تشكيل سيليكاتها با تشكيل كلسيم سيليكات آغاز مي گردد :
2CaO + SiO2 à 2CaO.SiO2
CaO + SiO2 à CaO.SiO2

فاز تشكيل سيليكاتها حول و حوش 900 درجه سانتيگراد و در حالي كه لعاب همچنان حاوي كوارتز باقيمانده در ساختار خود مي باشد ، به اتمام ميرسد . مذابه هاي اويتكتيك اولين فازهاي مذابي هستند كه در خلال افزايش درجه حرارت و در بازه حرارتي 700 تا 900 درجه سانتيگراد تشكيل مي گردند . در فاز دوم ، واكنشهاي تشكيل شيشه بوقوع مي پيوندد . بخش عمده كوارتز آزاد باقيمانده ، در طي اين مرحله از فرآيند پخت وارد فاز مذاب مي گردد . در پيك حرارتي پخت لعاب ، مؤلفه هاي اكسيدي استاندارد مورد استفاده در لعابها ، يعني CaO ، MgO، k2O، Na2O، ZnO ،Al2O3 و SiO2 همگي در فاز مذاب حضور دارند . لعابها در حالي كه در موقعيت فاز شيشه أي و يا بعضاً مرحله بعدي تصفيه قرار دارند ، با طي مرحله سرمايش سخت مي شوند . به هر ترتيب فرآيند ذوب كامل شيشه أي در طي سيكلهاي پخت استاندارد محصولات سراميكي همواره صورت قطعيت به خود نمي گيرد . بنابراين شاهد حضور حفره هاي سوزني در سرتاسر ساختار برخي از لعابها هستيم كه حكايت از حضور ذرات حل نشده در مذابه (SiO2) لعاب مي نمايد . يك ناحيه انتقالي بين لعاب و بدنه تشكيل مي شود كه اصطلاحاً بدان لايه مياني يا لايه بافر اطلاق مي شود و در مقايسه با بدنه هاي سراميكي از محتواي فاز شيشه أي بالاتري برخوردار است .
بسته به تركيب خاص شيميائي لايه بافر بعضاً ممكن است با تشكيل فازهاي كريستالين نيز مواجه گرديم . در لعابهاي غني از CaO ، كريستاليزاسيون آنورتيت و حضور كريستوباليت را مي توان به كمك آناليز ميكروسكوپ الكتروني روبشي ثابت نمود . اثر فلدسپارهاي قليائي (ترجيحا فلدسپارهاي غني از آلوبايت ) در طي مراحل تشكيل لعاب عمدتاً در مرحله دوم يعني تشكيل فاز شيشه نمود مي يابد . اين فلدسپارها در 1120 درجه سانتيگراد شروع به ذوب شدن نموده و در پيوند با ساير اكسيدها،ساختار شيشه أي لعاب را گسترش ميدهند .
در ساده ترين شكل اين ساختار شامل شيشه هاي آلومينوسيليكات قليائي ـ قليائي خاكي است . افزودن Al2O3 به كمك فلدسپارها اين مزيت را دارد كه انحلال و ورود آن به فاز مذاب تقريبا بدون مشكل انجام ميپذيرد . فرضيه هايي كه در تبيين ساختار شيشه هاي سيليكاته مورد استفاده قرار مي گيرند، در توصيف فرآيندهاي واقع شده در طي تشكيل فاز شيشه أي لعاب نيز معتبرند ، و نتايج حاصل از آنها ضرورت حضور قليائيها و قليائيهاي خاكي ، Al2O3 و SiO2 را در نسخه فرمولاسيون بچ لعاب نشان مي دهد .
شيشه هاي آلومينوسيليكاته قليائي ـ قليائي خاكي كه در خلال تشكيل فاز شيشه أي توسعه مي يابند،شامل اتصالات نامنظم تتراهدرونهاي [SiO4]- هستند كه كه اساسا 60 درصد پيوندها را شامل مي شود . Al2O3 اين قابليت را دارد كه در شبكه جايگزين SiO2 شده و بنابر اين در صورت حضور اكسيدهاي قليائي، به فرم كئوردينيت هاي تتراهدرالي چون تتراهدرون [AlO4]- ظاهر گردد .
افزودن فلدسپار به نسخه بچ لعاب ضامن تامين هر سه مؤلفه اكسيدي مورد اشاره است . يونهاي قليائي و قليائي خاكي هر دو بعنوان تغيير دهنده هاي شبكه عمل مي نمايند . اگرچه Al2O3 مي تواند هم به شكل يك تشكيل دهنده و هم به شكل يك تغيير دهنده شبكه عمل نمايد ، معهذا رفتار آن بستگي به ميزان اسيديته يا قليائيت فاز شيشه أي دارد .
با افزايش درجه حرارت ، قليائيها [Na2O,K2O] و قليائيهاي خاكي [CaO,MgO] بيشتري وارد فاز شيشه مي شوند ، كه به نوبه خود موجب افزايش قليائيت فاز شيشه أي گرديده و بنابراين تشكيل تتراهدرونهاي [AlO4]- را امكانپذير مي سازند . تتراهدرونهاي [SiO4]- و [AlO4]- ساختار شيشه أي را تشكيل مي دهند كه بر اساس مدل اشاره شده ، شبكه شيشه أي لعاب محسوب مي گردد .
يونهاي قليائي و قليائي خاكي ـ بعنوان تغيير دهنده هاي شبكه ـ از طريق اكسيژن به تتراهدرونها متصل ميگردند .اين مكانيسم موجب شكست پلها و تخريب ساختار شبكه مي گردد . افزايش محتواي اكسيدهاي قليائي و قليائي خاكي تعداد شكستهاي حادث شده را افزايش مي دهد . تتراهدرونهاي [AlO4]- موجب كاهش اين شكستها مي گردند . اين اثر Al2O3 مادامي كه يونهاي قليائي و قليائي خاكي كافي جهت بالانس كردن ظرفيت يونهاي آلومينيوم سه بار مثبت[Al3+] در تتراهدرونهاي [AlO4]- ، در دسترس باشند ، ادامه مي يابد . با اين توصيف نتيجه ميگيريم كه يك بچ لعاب هنگامي تنظيم مي شود كه حاوي كميت مناسبي از مؤلفه هاي تشكيل دهنده و تغيير دهنده شبكه به منظور تشكيل ساختار شيشه أي باشد .
استفاده از فلدسپارها در نسخه فرمولاسيون بچ لعاب بدين جهت ضروري است كه Al2O3 را به شكل محلول و عاري از ذرات حل نشده به مذابه لعاب وارد ميسازد . در چنين شرايطي آلومين به طور همزمان نقش تثبيت كنندگي و تغيير دهندگي شبكه [Na2O,K2O] و نيز شيشه ساز[SiO2] را ايفا مي نمايد .
در توليد لعابها و فريتهاي ترانسپارنت ، رعايت اين نكته ضروري است كه فلدسپارها مي بايست از حداقل ممكن اكسيدهاي رنگي كننده برخوردار باشند . فلدسپارهاي غني از Na2O با محتواي Fe2O3 كمتر از 08/0 درصد وزني و TiO2 كمتر از 02/0 درصد وزني جهت تامين اين منظور مناسبند . در لعابهاي رنگي ، مصرف فلدسپارهايي با محتواي اكسيدهاي رنگي بالا [Fe2O3>0.15%] و [TiO2>0.05%] مجاز ميباشد .

کلوئیــــــدهاصطلاح کلوئید از ترکیب دو کلمه یونانی Kolla (به معنی چسب)و eidos (به معنای شبیه)بدست آمده است که اولین بار توسط دانشمند انگلیسی بنام توماس گراهام بکار برده شد.

برخی از خواص کلوئیدها

:ا لف- پراکندن نور
همه کلوئیدها نور را پراکنده میکنند که از این نظر با محلولهای حقیقی تفاوت دارند. پدیده پراکندن نور توسط کلوئیدها به نام اثر تیندال معروف است. از راه پراکنده شدن نور توسط ذرات کلوئیدی، فقط از وجود آنها آگاه میشویم نه اینکه بتوانیم آنها را ببینیم

ب- حرکت براونی ذرات کلوئیدی
ذرات کلوئیدی که جرم کمی دارند پیوسته از طرف مولکولهای حلال به اطراف پرت میشوند

ج- عدم پایداری لازم:
در اثر اعمال برخی تغییرات مانند گرم کردن، انجماد و یا سانتریفوژ بر روی کلوئیدها، باعث ایجاد لخته یا رسوب در آنها میشود و فاز پراکنده از محیط پراکندگی جدا میشود.

د- خواص الکتریکی:
یکی از مهمترین خواص ذرات پراکنده کلوئیدی، باردار بودن آنهاست. وقتی کلوئید Fe(OH)3 را در یک دستگاه الکترولیز قرار میدهند، ذرات پراکنده به سمت قطب منفی حرکت کرده و در اطراف آن رسوب میکنند. پس مشخص است که آنها دارای بار مثبت اند.

نکته))
همه ذرات تشکیل دهنده فاز پراکنده در یک کلوئید یک نوع بار الکتریکی دارند که باعث پایداری سیستم کلوئید میشود چون ذرات کلوئیدی با بار الکتریکی یکسان یکدیگر را دفع میکنند و مانع از لخته شدن و تجمع ذرات کلوئیدی میشوند.

اکثر هیدروکسیدهای فلزی بار مثبت بدست می آورند در مقابل سولفیدهای فلزی کلوئیدهایی با بار منفی ایجاد میکنند.

ذرات کلوئیدی بار الکتریکی خود را از راه جذب یونهای موجود در محیط پراکندگی بدست می آورند. در بعضی موارد ذرات یاد شده فقط یونهای مثبت را جذب میکنند و دارای بار الکتریکی مثبت میشوند.

 
کاربرد کلوئیدها:

یکی از مهمترین کارهای مهم در تصفیه آب این است که ذرات ریز گل و لای و سایر ناخالصیها که بصورت معلق در آب وجود دارند را از راه لخته کردن، از آب جدا میکنند.

در داروسازی بیشتر پادها و شربتهای مورد استفاده حالت کلوئیدی دارند. مواد در حالت کلوئیدی در تهیه سرامیک و لعاب کاری نیز مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین در صنایع نساجی، چرمسازی، لاستیک سازی و کاغذ سازی و ساختن آلیاژهای مرغوب، کلوئیدها کاربرد گسترده ای دارند.

و شاید جالبترین نکته در خصوص کلوئیدها، ارتباط آن با ستاره شناسی باشد! علاوه بر آنکه ابر و مه خود حالت کلوئیدی دارند، مواد بین ستارگان نیز بطور عمده از گازها و گرد و غبار پراکنده در آنها تشکیل شده اند. ستارگان دنباله دار و سحابیها نیز شامل تودهای بسیار عظیم سیستمهای کلوئیدی هستند. درخشانی ستارگان دنباله دار در اثر پراکنده شدن نور خورشید از طرف ذرات بسیار ریز کلوئیدی تشکیل دهنده آنهاست.
كلوييد هاازدوفازپراكنده  وفازپيوسته تشكيل مي شوند و برمبناي حالت فازهاي آن راطبقه بندي مي كنند.

آ- آئروسول : مايعات وجامدات پراكنده درگاز را گويند. مانند مه مايع  و دود جامد پراكنده درگاز است.

ب-امولسيون: مايع و ياجامد  پراكنده در مايع را گويند.مانند سس مايونز امولسيون مايع٬ وپنير امولسيون جامد پراكنده در مايع مي باشد.

پ- سل: جامد پراكنده درمايع يا درجامد گويند. مانند  ژله ها ورنگ هاي ساختماني جامد پراكنده درمايع و مرواريدو عقيق سل جامد  هستند.

ت- كف: گازهاي پراكنده درمايع ويا جامد راگويند. مانند خامه زده شده يك كف مايع وپفك كف جامد به شمار مي رود.

اثر تيندال درمحلول های  كلوئيدي

اگرجسمي راكه نرم ساييده شده  درآب بريزيم  سه حالت امكان دارد رخ دهد .

1-محلول حقيقي تشكيل شود

2_اگر اندازه ذرات بزرگتر از (nm  100 )  باشد.به تدريج ته نشين مي شوند.اين مخلوط سوسپانسيون ناميده مي شود.

3-اگر اندازه ذرات بين 1 تا حدود 100  متغير باشدومعمولا به صورت پراكنده درهمه جاي مخلوط باقي مي مانند .اين گونه مخلوط هارا كلوييد مي نامندكلوييد هاازدوفازپراكنده  وفازپيوسته تشكيل مي شوند و برمبناي حالت فازهاي آن راطبقه بندي مي كنند.

أ‌-   آئروسول

ب‌-امولسيون

ت‌- سل

ث‌- كف

 

کاشي ديوار

 

ويژگيها، روشهاي توليد و فرمولاسيون بدنه

 

بخش دوم: مواد اولية مصرفی، انواع بدنه و ترکيبهاي آنها

 

خلاصه اي از فصل نهم کتاب «فناوري کاربردي سراميک»

 

جلد اول، انتشارات شرکت SACMI ايتاليا

 

Applied Ceramic Technology

 

Vol. 1, © 2002 SACMI Imola, ISBN 88-88108-48-3

 

Chapter IX, Wall tiles, pp. 255-266.

 

ترجمه: ابوالفضل گِروِئي

 

ab_gerveei@yahoo.com

 

© درج اين مطلب در مقالات، کتابها، وبلاگها و هر نوع وسايل انتشار اطلاعات تنها پس از اجازة مترجم و با ذکر کامل نام مترجم و نشاني وبلاگ معتبر است.

 

٭ ٭ ٭

مشخصه هاي مواد اوليه براي بدنه ها: بر اساس دسته بنديهاي تجاري، کاشيهاي ديواري ميتوانند به دو دستة «قرمز» و «سفيد» تقسيم شوند. در هر دو مورد مواد اوليه شامل دو نوع اصلي ميشود: «مواد رسي» و «مواد مکمل» (شامل فلداسپاتها، feldspathic sands، کوارتزها، کلسيتها).

 

ترکيب بدنه: همان گونه که قبلاً بيان شد، کاشيهاي ديواري ميتوانند با فرآيند تک پخت يا دو پخت و هميشه با استفاده از سيکلهاي سريع به دست آيند. به علاوه، ترکيب بدنه ميتواند جهت توليد فرآورده هاي سفيد پخت و قرمز پخت تغيير يابد. بدنة قرمز در اساس از رسهاي کربناتي بسيار متنوع با مقدار بالاي آهن تشکيل ميگردد. ترکيبهاي ديگر ممکن است feldspathic sands، فلداسپار، کوارتزيتها و -اگر ضروري باشد- کلسيت و/يا دولوميتها را نيز شامل شود.

 

در بدنه هاي سفيد پخت مخلوطهائي از رسهاي با رنگ پخت روشن، کلسيت، feldspathic sands و کوارتز مورد استفاده قرار ميگيرد (جدول دو).

 

مهمترين اختلاف بين ترکيبهاي سفيد و قرمز در مقدار و نوعِ رس مصرفي است (Quantity and Typology)؛ حال آن که بيشترين اختلاف درصدي بين بدنه هاي دو پخت و تک پخت آن است که بدنه هاي دو پخت ميتوانند درصدهاي بالاي کلسيت و/يا دولوميت داشته باشند (حتي به اندازة 18–15 درصد) و در موارد خاصي مواد اوليه با درجة خلوص به نسبت کمتر ممکن است به کار روند (جدول سه).

 

جدول دو – ترکيبهاي ممکن براي بدنه هاي تک پخت متخلخل (قرمز و سفيد) و بدنه هاي دو پخت.

 

 

جدول سه – ترکيبهاي مختلف بدنه براي تک پخت متخلخل و دو پخت سريع قرمز و سفيد (طبق SACMI).

 

ويژگيهاي فرآورده: ترکيبهائي که در هنگام پخت تشکيل ميشوند بر ويژگيهاي نهائي يک کاشي ديواري سراميکي بسيار اثر گذارند. اين ترکيبها بر اثرِ واکنش پذيري اکسيدهاي کلسيم و منيزيم (که به ترتيب از تخريب شبکه هاي کلسيت و/يا دولوميت در هنگام پخت به وجود مي آيند) تشکيل ميگردند. اين ترکيبهاي جديد عبارتند از گلنيت، دايوپسايد، آنورتيت و ولاستونيت. ويژگيهائي چون استحکام خمشي، ضريب انبساط، انبساط رطوبتي و موارد ديگر به مقدار و چگونگي (کميت و کيفيت) اين ترکيبها بستگي دارد.

سیلان پذیری پودرهای سرامیکی چگونه ارزیابی می شود ؟

مروري بر خواص و كاراكترهاي فيزيكي كاشي‌هاي پرسلانی

 

برسی عيوب

در سيکل‌های پخت سريع پرسلان لازم است تا به منظور حصول شفافيت بالای لعاب، دوغاب لعاب از زبره بسيار پائينی برخوردار باشد.

اين زبره پائين ممکن است به بروز عارضه خزش بيانجامد.

در اين شرائط به منظور ممانعت از بروز خزش استفاده از چسب‌هايی از قبيل کربوکسی متيل سلولز ضروری است. بازه مصرف چسب می‌بايست به نحوی انتخاب گردد که موجب افزايش بيش از حد ويسکوزيته دوغاب نگردد. 0/1 تا 0/3 درصد گستره مصرف مناسبی می‌باشد. دوغابی با ويسکوزيته بالا معمولاً موجب ايجاد سطوح چکشی و ديمپل زده بر روی سطح می‌گردد.

تاول يا Blister انبوهه‌ای از حباب‌ها هستند که معمولاً با بقايای کوارتز و کريستوباليت همراهند. علت بروز آن‌ها يا ماند نامکفی در بازه حرارتی 900 درجه (به منظور خروج کامل اجزاء آلی) و يا پخت بالا می‌باشد. اين نقصان رژيم حرارتی به‌واسطه عدم تناسب واکنش‌های Fe³⁺ و يا پيشرفت ديگر واکنش‌های گازی حادث گرديده و به بروز نوعی تخلخل ثانويه می‌انجامد.

مقاومت مکانيکی و شيميائی لعاب‌ها را می‌توان به کمک افزايش محتوای سيليس بهبود بخشيد، منتها اين عمل موجب کوتاه شدن بازه پخت می‌گردد.

عارضه خزش را می‌توان با استعانت از روش “استحكام سازی فيبری” و به کمک استفاده از مقادير کمی ولاستنايت در فرمول لعاب بهبود بخشيد.

واکنش‌های حين پخت

550 درجه: دی‌هيدروکسيلاسيون کائولينيت

572 درجه: تبديل آلفا کوارتز به بتا کوارتز

700 درجه: تشکيل Sanidine (ترکيبی از فلدسپارهای قليائی)

980 درجه: تبديل متاکائولن به ساختار اسپينل

990 درجه: مساعدت سيليس آمورف به تشکيل مذاب یوتکتيک.

1075 درجه: آغاز تشکيل مولايت ( اوليه )

1200 درجه: اشباع مذاب از سيليس. جوانه‌زنی کريستوباليت: فاز شيشه‌ای يا ذرات کوارتز

1200 درجه: رشد و نفوذ مولايت به درون بقايای فلدسپار

تشکيل مولايت

تشکيل مولايت اوليه:

تشکيل مولايت Epitaxial بر روی کائولينيت

حضور آشکار مولفه‌های رس‌گونه.

تشکيل مولايت ثانويه

مولايت اوليه نقش هسته اوليه واکنش را ايفا می‌نمايد.

ديفوزيون قليائي‌ها موجب به‌جای ماندن يک مذاب آلومينوسيليکات می‌گردد.

رشد و نفوذ مولايت Perismatic به درون بقايای فلدسپار

ناخالصي‌های موجود می‌توانند بر تشکيل مولايت اثر بگذارند.

تشکيل مولايت سوم:

تنها در پرسلان‌های حاوی آلومينا امکان تشکيل دارد.

آلومينا نقش يک پرکننده داخلی “حقيقی” را ايفا می‌نمايد.

حضور آلومينای انحلال يافته در مذاب

جوانه‌زنی و رشد مولايت در سطح تماس آلومينا

تشکيل فاز شيشه

آناليز کمی XRD:

Mullite	Quartz	Corundom	Glossy
15%	15%	3%	67%

 

 

ترکيب فاز شيشه

‌ای:

SiO2	Al2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O
12.3	1.24	0.08	0.04	0.67	0.21

 

ارزيابی وضعيت فازها:

مولايت بين 1100 تا 1150 درجه تشکيل می‌شود.

بالای 1150 درجه سطح مولايت، ثابت باقی می‌ماند.

در زير 1000 درجه، کوارتز کاهش می‌يابد (یوتکتيک 990 درجه).

ثابت باقی ماندن مولايت بيانگر ثابت باقی ماندن آلومينا در فاز شيشه است.

کاهش ميزان کوارتز بيانگر خطی در دياگرام فاز از گوشه SiO₂ است.

چه عاملی تشکيل فاز مولايت را کنترل می

‌نمايد؟

آلومينا

مولايت اوليه از متاکائولن.

آلومينا از بقايای فلدسپار.

انحلال در فاز شيشه:

به‌واسطه حلاليت آلومينا محدود می‌شود.

معمولاً به کمک حرارت کنترل می‌گردد.

ناخالصي‌های موجود در مواد رسي‌ آلومينا را کاهش می‌دهند.

سطح مولايت توسط حلاليت آلومينا در فاز شيشه‌ای کنترل می‌گردد.

سطح آلومينا در فاز شيشه‌ای توسط سطح قليائي‌ها کنترل می‌شود.

نسبت R₂O :Al₂O₃ تقريباً ثابت است. بنابراين :

سطح سيليکا در فاز شيشه‌ای، وبه تبع آن سطح انحلال کوارتز به طور کامل توسط حرارت و زمان ماند در پيک حرارت (که به منظور اشباع فاز شيشه‌ای از سيليکا ضروری است) تعيين می‌گردند.

نقش کوارتز

کوارتز به عنوان تامين کننده سيليس مورد نياز فاز شيشه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. کوارتز هم‌چنین محدودکننده مقاومت کاشي‌های پرسلان نیز می‌باشد. هم‌چنین کوارتز مي‌تواند در ترکیب به کريستوباليت تبديل گردد.

اثر توزيع دانه‌بندی بر روی انحلال کوارتز:

غلظت کوارتز باقی مانده در بدنه پخته شده مستقل از سايز اوليه ذرات کوارتز است.

به هنگام اشباع مذاب شيشه‌اي از SiO₂ انحلال کوارتز متوقف می‌گردد.

کوارتز اضافی به شکل ذرات کوارتز گسسته باقی می‌ماند.

تغييرات پيروپلاستيک

چه عواملی باعث تغييرات پيروپلاستيک می گردند؟

فرض می‌شود که اجزاء تشکيل دهنده فاز شيشه‌ای سيستمی همگن را تشکيل داده باشند. اين فرض برای يک بدنه پخته شده پرسلان که سيکل مناسب پخت را پشت سر گذارده باشد صادق است، اما نمی‌تواند برای اولين مراحل پخت نيز صادق باشد.

اين نوسانات ترکيبی، منجر به تشکيل فازهای شيشه‌ای با ويسکوزيته‌های متفاوت می‌گردد.

در خلال پخت، ذرات فلدسپار شروع به ذوب نموده و مذاب یوتکتيکی را تشکيل می‌دهند که از آلکالي‌ها غنی و بنابراين ويسکوزيته کمی دارد.

در اين مرحله با افت ناگهانی ويسکوزيته، ناحيه فاز شيشه‌ای مواجهيم که که در درون يک ماتريس با ويسکوزيته بالاتر قرار دارد (بقايای رس‌ها و ذرات کوارتز). ناحيه شيشه‌ای با ويسکوزيته کم شروع به جريان يافتن می‌نمايد.

تغييرات پيروپلاستيک در چه بازه حرارتی به وقوع می پيوندند؟

مذاب‌های یوتکتيک در 990 درجه و در سيستم K₂O-Al₂O₃-SiO₂ تشکيل می‌شوند. کريستاليزاسيون مولايت ظاهرا در 1150 درجه تکميل می‌گردد. تغيير شکل‌های به‌وقوع پيوسته عمدتاً به اين بازه حرارتی منتسب مي‌گردند.

چه عواملی تغييرات پيروپلاستيک را کنترل می‌نمايند؟

ويسکوزيته سيستم:

و نه الزاما ويسکوزيته فاز شيشه‌ای.

مولايت ويسکوزيته سيستم را افزايش می‌دهد.

ميزان فاز شيشه تشکيل شده در خلال پخت بر روی تغییرات پیروپلاستیک تاثیر دارد و ميزان تشکيل اين فاز به سطح قليائي‌ها مربوط می‌گردد.

آلومينا ميزان تشکيل فاز شيشه را کاهش می‌دهد‌.

ويسکوزيته فاکتوری تابع حرارت است:

s=3he

مکانيسم تغييرات پيروپلاستيک

همگنی فاز شيشه توسط نرخ ديفوزيون قليائي‌ها تعيين می‌شود. فلدسپار و نفلين سيانايت منابع اوليه تامين قليائي‌ها هستند.

تغيير شکل‌های حاصل از تغييرات ويسکوزيته عاملی وابسته به زمان می‌باشد. سطح تغيير شکل‌ها با افزايش زمان افزايش می‌يابند.

سيستم تغيير شکل‌ها سيستمی ديناميک است که در آن نرخ ديفوزيون قليائي‌ها بر حسب زمان تغيير شکل، هر دو به نرخ گرمايش مرتبطند.

 

ارتباط Warping و Bloating با تغييرات پيروپلاستيک

Warping عبارت است از شيرينکيج ديفرانسيلی حاصل از فشردگی ناهمگن ذرات.

تنش‌های فشاری موجب تغيير شکل می‌گردند.

تنش‌های کششی موجب ترک خوردن می‌گردند.

Bloating درنتيجه انبساط حباب‌های گاز پديد می‌آيد.

اثر مشترک فشار گاز و ويسکوزيته فاز شيشه‌ای.

عارضه با تشکيل حفره‌های کروی آشکار می‌گردد.

معمولاً در يک مقياس گسترده و فراگير مشاهده می‌شود.

Bloating معمولاً درنتيجه گرمايش سريع بدنه به‌وجود می‌آيد. شيمی بدنه و نيز امکان رشد حباب‌ها در ناحيه‌ای که حاوی فاز شيشه‌ای با ويسکوزيته کمتر است از عوامل بروز عارضه‌اند.

ديگر عوامل موثر بر Bloating :

ويسکوزيته پائين فاز شيشه قادر به ايستادگی در برابر فشار درون حفره‌ها نيست. اگر فاز شيشه از Si اشباع شده باشد، لازم است تا ويسکوزيته بالا نگاه داشته شود. افزايش فاصله جدايش بين ذرات، زمان ديفوزيون لازم را افزايش مي‌دهد.

سيستم مجدداً به حالت هتروژن (ناهمگن) تبديل شده است

 

ترکیب لعاب بر اساس کاربرد فریت ها یا مواد خام

 

1.       1)لعاب های سفید براق (Majolicas)

این لعاب ها با میزان اوپک (opacity) فوق العاده که آنها را از فریت های ترانسپارنت متمایز می سازد ، مشخص می شوند . لعاب های فوق الذکر در بدنه های رنگی کاتوفورت (Cottoforte) به کار می روند .

اوپک شدن لعاب یاوارد کردن یک عامل اوپک کننده ( سیلیکات زیرکونیم میکرونیزه ) به درون ترکیب فریت شده یا لعاب ، حاصل می شود . در این مورد ، درصد فریت در لعاب های با دمای پخت پایین بیشتر است ، در حالی که با افزایش دمای پخت لعاب میزان مواد خام افزایش می یابد .

 

1.       2)لعاب های مات

این لعاب ها با اشباع کردن شیشه توسط عناصر کریستال ساز و افزاینده سختی بدست می آیند . اکسیدهای روی ، تیتانیم ، کلسیم ، باریم و منیزیم ، توسط کریستالیزاسیون باعث مات شدن لعاب می شوند در حالی که اکسید آلومینیوم و گاهی سیلیکات زیرکونیم بوسیله سخت کردن ، لعاب را مات می کنند .

لعاب هایی که با استفاده از اکسیدهای روی یا تیتانیم مات می شوند . عمدتاً پایه شیشه ای قابل ذوب و بدون سرب دارند . زمانی که عامل مات کننده اکسید روی باشد ، لعاب سفید نیست و زمانی که اکسیدهای تیتانیم به کار برده می شود ، لعاب مایل به خاکستری و زرد رنگ است . لعاب هایی که بوسیله اکسیدهای قلیایی خاکی مات می شوند ، عموماً سفید رنگ و به میزان قابل توجهی ویسکوز هستند .

لعاب هایی که بوسیله سخت کردن مات می شوند ، دارای پایه و ترکیب شیشه ای قابل ذوب هستند ( فریت های گروه 3 را ببینید) که توسط آلومینا ، کورندوم و سیلیکات زیرکونیم کاملاً سخت می شوند .

بسته به نوع عامل مات کننده ، لعاب های satiny ( نوعی لعاب نیمه مات به رنگهای مختلف و اطلس نما )             ( اکسی آلومینیوم یا کورندوم ) یا لعاب های نوع سنگی ( سیلیکات زیرکونیم ) ممکن است تولید شوند .         لعاب های مات (znO-caO) که در دمای پایین پخته می شوند ، از فریت های گروه 6 تهیه می شوند ، در حالی که برای دمای پخت بالاتر ، ترکیب لعاب عمدتاً شامل مواد خام حرارت ندیده می باشد .

 

1.       3)لعابهای مرمرین (Marble Glazes)

این لعاب ها می توانند در حکم لعاب های مات دسته بندی شوند ، اما به علت فرمولاسیون منحصر به فرد خصوصیات ویژه ، در بسته جداگانه ای قرار می گیرند . برای بدست آوردن این نوع لعاب ، ماده شیشه ای قابل ذوب (فریتهای گروه 4A/B برای دماهای پخت پایین) ، توسط سیلیکات زیرکونیم میکرونیزه اوپک شده با مخلوطی از اکسیدهای SnO₂-TiO₂-ZnO به نسبت 5 به 6 ، 2 به 3 ، و 1 به 2 مات می شود .

 

1.       4)لعاب های موم مانند و براق (Waxy Glazes)

این مطلب به لعاب هایی مربوط می شود که خصوصیات حد واسط بین لعاب مرمرین و فریت ترانسپارنت را نشان می دهند ( قابل ذوب ، نیمه اوپک ، نیمه براق) . در نتیجه ، ترکیب آنها تقریباً به صورت زیر می باشد:

-  ماده شیشه ای با قابلیت ذوب متوسط ( فریت های گروه 3 یا مخلوط فریت های گروه های 1 و 4 )

-         کمی اوپک شده با استفاده از سیلیکات زیرکو نیم (4-%8)

-         کمی مات شده با استفاده از (1/2-4/5-0/1) TiO₂-ZnO-SnO₂

1.       5)لعاب های کریستالین

فرایند کریستاله شدن ، با پختن ترکیب شیشه ای قابل ذوب غنی از اکسید روی یا اکسید تیتانیم در دمای پخت بالا صورت می گیرد .

 

6) لعاب نگه دار Spekled or Torn Glazes ( لعاب فلزی با لکه های رنگی متفاوت از رنگ لعاب که بطور یکنواخت در تمام سطح جسم پخش شده است)

این لعاب ها با اشباع کردن ترکیبات شیشه ای دارای قابلیت ذوب زیاد و واکنشگر ، توسط مقادیر زیاد   سیلیکات زیرکونیم ، بدست می آیند . لعاب های فوق الذکر در دمای پخت پایین ، حاصل می شوند . برای تهیه این لعاب ها از فریت های گروه 6 استفاده می شود . به منظور بهتر نمودن اثر "torn" توصیه شده که یک لایه نازک از لعاب قابل ذوب آماده ، در زیر لعاب ، استفاده شود .

 

1.       7)لعاب های زمخت (Rustic Glazes)

این گروه شامل کلیه لعاب هایی است که از مواد کمابیش قابل ذوب تشکیل شده اند و با استفاده از مواد درشت (شن و کوراندوم) به شدت سخت می شوند . این مواد معمولاً در پایان عمل خرد کردن و سایش وارد ترکیب     می شوند و بنابراین به میزان کمی با سایر مواد مخلوط می گردند .

 

1.       8)آوانتورین (Aventurines)

لعاب هایی هستند که با کریستال ریز در سوسپانسیون مشخص می شوند ( Fe – Cr – Cu ) و با ترکیب اکسید سرب و یا ترکیبات قلیایی – بوریک قابلیت ذوب زیادی دارند . کریستالیزاسیون ، نتیجه اشباع شدن فریت در حالت گرم با یک اکسید و سپس جدا شدن آن طی مرحله سرد شدن است .

 

1.       9)زیر لعابی ها (Underglazes)

به لعاب هایی کمابیش قابل ذوب که هرگز به تنهایی استفاده نمی شوند و فقط زیر انواع دیگر لعاب ها به کار برده می شوند ، اطلاق می گردد . ( لعاب های موارد 8-7-6-5-4 را ببینید ) .

 

1.       10) انگوب ها

ترکیبات رسمی شیشه ای شده هستند که به بدنه زده می شوند تا تخلخلی بر روی بدنه باقی نماند . انگوب ها معمولاً برای جلوگیری از خروج مواد فرار ( مانند CO₂ و SO₂ ) از بیسکویت یا جلوگیری از آلودگی های حاصل از فرسایش سطح لعاب ( نوع پیریت ) بر روی بدنه ، بکار می روند . انواع لعاب های شرح داده شده بطور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند .

اگر چه بسیاری از انواع دیگر لعاب ها در بازار در دسترسند ، اما هر یک از آنها ممکن است در یکی از گروههایی که قبلاً توضیح داده شد ، وجود داشته باشند . با دانستن اصول و ترکیبات پایه میتوان اثرات ، جلوه ها و تغییرات مطلوب و مورد نظر را بدست آورد

 

انواع اصلی فریت

در صنعت ، اصطلاح " فریت " بیانگر یک مخلوط مذاب شیشه ای است که بطور ناگهانی بوسیله آب سرد         می شود . فریت ها بعنوان ماده اصلی ترکیب لعاب های با دمای پخت پایین ، به منظور پایدار نمودن و ثبات ترکیبات به کار می روند .

فریت های زیادی با ویژگی ها و خصوصیات متفاوتی از لحاظ قابلیت ذوب ، شفافیت ، کدری و ماتی در بازار در دسترسند . فریت ها بر اساس مهم ترین خصوصیاتشان به صورت زیر دسته بندی می شوند :

1. فریت های شفاف یا ترانسپارت براق و ویسکوز (معمولاً " فریت ترانسپارت " نامیده می شوند )

فریت هایی با نقطه ذوب پایین هستند که از مقدار قابل توجهی SiO₂ (50-60%) و مقادیر کمی Flux یا مواد کمک ذوب (20-25%) شامل Na₂O ، K₂O ، pbo ، B₂O₃ ، تشکیل شده اند .

باقی مانده شامل پایدار سازها یا Stabilizer ها ( Mgo ، BaO ، CaO ، ZnO ، Al₂O₃ ) می باشد که در مقادیر بسیار کم ( ماکزیم 7 تا 9% ) موجود است .

این فریت ها عمدتاً برای آماده سازی لعاب های ترانسپارنت به کار می روند ، همچنین گاهی در مقادیر کم وارد ترکیب لعاب های با دمای پخت پایین می گردند . هنگامی که لعاب های با دمای پخت بالا تهیه می شوند ، استفاده از این فریت ها نسبت به فریت های دیگر افزایش می یابد .

این فریت ها تقریباً برای آماده سازی تمام لعاب هایی که در دمای بیش از c1100 پخته می شوند ، مورد استفاده قرار می گیرند تا فرایند شیشه ای کردن (Vitrification) را کامل تر نموده و فراورده را بیشتر و بهتر ذوب کنند .

 

2. فریت های اوپک ، براق ، ویسکوز (معمولاً لعاب های سفید زیر کون یا ماژولیکا نامیده می شوند )

این فریت ها فقط از لحاظ اوپک کردن با گروه قبلی تفاوت دارند . سیلیکات زیرکونیم باعث اوپک کردن فریت می گردد که مقدار آن در ترکیب 8 تا 14 % است .

این فریت ها عمدتاً برای تهیه لعاب های براق سفید که هم در دمای بالا و هم در دمای پایین پخته می شوند ، بکار می روند . معمولاً مقدار فریت در ترکیب لعاب با دمای پخت بالا کاهش یافته و مواد کمکی افزایش می یابند . این فریت ها به ندرت برای لعاب هایی که غیر از نوع سفید براق هستند ، به کار می روند .

 

1.       3.فریت های ترانسپارنت براق با قابلیت ذوب متوسط

این فریت در مقایسه با گروهی که در بالا شرح داده شد ، قابلیت ذوب بیشتری دارند . در واقع ، در حالی که مقدار سیلیس به 35-%50 کاهش پیدا می کند ، درصد مواد کمک ذوب ( Li₂O ، B₂O₃ ، pbo ، K₂O ، Na₂O )       به 30-%40 افزایش می یابد .

این فریت ها در ترکیب کلیه لعاب هایی که در دمای پایین پخته می شوند ، به فراوانی مورد استفاده قرار می گیرند . گاهی این فریت ها (در مقادیر کم) برای تهیه برخی لعاب های ویژه با دمای پخت بالا مانند لعاب های چرمی "Leather" و سفید مرمری "Marble White" به کار برده می شوند .

استفاده گسترده از این فریت ها به علت ماهیت قابل ذوب بودن آنهاست که به ورود مقادیر زیاد مواد خام درون آسیا و فرایند کریستال شدن عوامل مات کننده ، کمک می کند . بنابراین با به کار بردن تنها یک فریت و تغییر دادن مواد کمکی اضافه شده به ترکیب درون آسیا ، امکان بدست آوردن انواع متفاوت لعاب ها هم از نظر تکنیکی و هم از نظر هنری وجود دارد .

 

1.       4.فریت های مات Matt Frits (CaO-ZnO-TiO₂)

این فریت ها با کریستالیزاسیون یا تبلور (Devitification) یک عنصر که به میزان زیادی در یک سیستم شیشه ای مناسب وجود دارد ، توصیف می شوند . کلسیم ، باریم ، روی و تیتانیم باعث بلور (Devitification) می گردند.

کریستال شدن کلسیو باریم ، در مواد شیشه ای قلیایی حاوی بور صورت می گیرد در حالی که روی و تیتانیم   در مواد عاری از سرب به کریستال تبدیل می شوند .

فریت های مات کلسیم و باریم معمولاً عاری از سرب ، ویسکوز و اوپک هستند . در عوض ، فریت های مات روی ، قابلیت ذوب کمی دارند ، دارای سرب می باشند (pbo=25-%30) و نیمه اوپک هستند .فریت های مات تیتانیم نیز قابلیت ذوب کمی دارند ، دارای سرب هستند ، اوپک می باشند و رنگ آنها متمایل به زرد است . این فریت ها معمولاً در لعابهای مات ، یا بعنوان عامل اصلاح کننده در ترکیب لعاب هایی که زیاد مات نیستند به کار می روند .

در بسیاری مواقع znO-caO-BaO-TiO₂ ترجیحاً بجای مواد خام معادل وارد ترکیب فریت می شوند . این امر به علت اجتناب از استفاده از مواد خامی مانند کربنات ها (Caco₃-Mgco₃)که دارای مواد فرار مانند Co₂   هستند می باشد .

 

1.       5.فریت های دارای ترکیب رنگی

تنها تفاوت این فریت ها با گروه های قبلی در رنگی بودن آنهاست ، بطوریکه ممکن است در گروه های 3 و 4 نیز قرار گیرند . عوامل ایجاد کننده رنگ که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند ، عبارتند از : آهن ، کبالت ، منگنز ، مس ، کادمیم و سلنیم .

فریت های حاوی کادمیم و سلنیم بدون هیچگونه افزودنی به کار می روند تا لعاب های خاصی بدست آید که به شکل دیگری قابل حصول نیستند . بقیه فریت ها فقط برای تولید فریت های ترانسپارنت رنگی بکار می روند یا به شکل پایدار وارد می شوند ، ترکیب رنگی آنها زمانی استفاده می شود که اثرات تابشی خاصی انتظار داشته باشیم . در جدول 1-1 و 2-1 ، قابلیت ذوب و مشخصات ترکیبات نوعی برخی از فریت ها را مشاهده می کنید.

فرایند تولید فریت ، بطور شماتیک در زیر خلاصه می شود :

-         مواد خام گوناگون تشکیل دهنده فریت ، پس از کنترل کیفیت ، در سیلوها انبار می شوند .

-         ترکیب آمیز (Batching) معمولاً به صورت اتوماتیک انجام می شود .

ترکیبات مختلف به روش خشک مخلوط می شوند .

-         مخلوط حاصل درون کوره ریخته می شود تا کاملاً ذوب شود .

-  سپس ماده گداخته مذاب درون یک محفظه پر از آب ریخته می شود تا سریع با آب سرد شود . این سرد شدن سریع باعث تردی و شکنندگی شیشه می شود تا در مراحل بعدی به راحتی آسیاب شود .

دو نوع کوره فریت وجود دارد :

-         کوره های چرخشی متناوب

-         کوره های پیوسته یا Continous

 

در طراحی فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی باید عوامل متعددی را در نظر داشت:

1- استحکام خام: طبق اظهار مهندسان و تکنسینهای شرکت SACMI بالاتر از ۶Kg/cm² باشد.

2- استحکام خشک: طبق اظهار مهندسان و تکنسینهای شرکت SACMI بالاتر از ۳۰Kg/cm² باشد. برای این منظور:

الف) حتی الامکان از بنتونیتها نباید استفاده شود یا درصد آن باید به زیر 5 درصد (منظور بنتونیت خالص) کاهش داده شود. بنتونیتها این معایب را در بدنه کاشی پرسلانی به وجود می آورند:

الف-1- میزان انقباض در هنگام خشک شدن و در نتیجه احتمال ترک خوردن بدنه را افزایش میدهند.

الف-2- بنتونیتها نفوذپذیری بدنه در مقابل نمکهای محلول (soluble salts) را کاهش میدهند. اعمال نمکهای محلول یکی از روشهای جالب دکوراسیون و ایجاد طرح در بدنه های پرسلانی است و در پستهای آتی به آن اشاره خواهد شد.

الف-3- به دلیل حضور اکسیدهای رنگی کننده مانند Fe₂O₃ باعث تیره شدن رنگ بدنه میشوند.

ب) از رسهای پلاستیک با پایه میکا و مسکویت استفاده شود (به کائولنهای اسمی ایرانی در پاراگرافهای بعدی مراجعه نمائید).

پ) میزان استفاده از مواد پلاستیک را به مقداری که مقادیر حدی استحکامهای خام و خشک تامین شوند، کاهش دهید (به اضافه 20-10 درصد برای اطمینان بیشتر به خصوص در مورد استحکام خشک؛ یعنی به جای حدهای 6-30 به 6/6-33 یا 6/6-36 برسید). شایان ذکر است که بالا بردن استحکام خام «معمولا» دشوارتر از افزایش استحکام خشک است.

* تذکر: با توجه به تجربیات به دست آمده در طراحی فرمولهای بدنه کاشی پرسلانی، مقادیر بیشتر از 5 و بیشتر از ۲۵Kg/cm² نیز (به ترتیب برای استحکام خام و استحکام خشک بدنه) میتوانند مورد قبول باشند. هر چند که بهتر است برای بدنه های پرسلان لعابدار و برای تحمل چاپهای متعدد اعمال شده بر آن، همان گستره بالاتر از ۳۰Kg/cm² در نظر گرفته شود.

3- انبساط پس از پرس: برای جلوگیری از بروز یا تشدید عیوبی مانند لب پریدگی و کنده شدن لبه ها و گوشه های کاشی، بهتر است علاوه بر بالابردن استحکام خام بدنه (که در این مورد بسیار کارساز است) با انتخاب مواد اولیه مناسب از بالا رفتن بیش از اندازه درصد انبساط پس از پرس ممانعت کرد. کائولنهای با درصد بالای کوارتز و بعضی از فلداسپاتها درصد انبساط پس از پرس را افزایش میدهند.

عامل اصلی به وجود آورنده انبساط پس از پرس، فشار هوای حبس شده بین گرانولهاست. در مرحله اول پرس، خروج کامل هوای موجود در لابلای گرانولها ممکن نیست و این هوا به مانند گرانولها تحت فشار قرار گرفته و فشرده میشود (مشابه هوای فشرده شده در کمپرسورها). با برداشته شدن فشار، این هوای فشرده شده سعی دارد تا از داخل بدنه فرار کند. در هنگام خروج، اگر مقاومت قطعه خام شکل گرفته کمتر از نیروی هوای خروجی باشد، قطعه ترک خواهد خورد یا متلاشی خواهد شد. اگر قطعه خام این نیرو را تاب بیاورد، ابعادی بزرگتر از ابعاد قالب پرس خواهد داشت که از آن به انبساط پس از پرس تعبیر میشود.

از دید بیشتر مهندسان، انبساط پس از پرس پائین معیاری از چسبندگی خوب ذرات به یکدیگر است. در هر صورت بهتر است این مشخصه به هیچ وجه از 8/0 درصد بیشتر نشود (حد متداول 7/0-55/0 درصد است).

4- جذب آب: در بدنه های کاشی پرسلانی لعابدار کمتر از 5/0 درصد و در بدنه های پرسلان تکنیکال و نمک محلول دو بازه کمتر از 3/0 درصد و یا کمتر از 1/0 درصد متداولند. بدیهی است که برای رسیدن به مقادیر کمتر جذب آب یا باید درصد فلداسپاتها را در فرمولاسیون بدنه افزایش داد، یا از فلداسپاتهای مرغوبتر (با درصدهای بالاتر اکسیدهای قلیائی Na₂O و K₂O) استفاده کرد یا دمای پخت را افزایش داد.

طبق مقاله ها و نوشته های منتشر شده از سوی شرکت SACMI، در صورتی که مقدار اکسیدهای MgO و CaO زیاد نباشد، بهتر است مقادیر Na₂O و K₂O به ترتیب 5/4 و 7/1 درصد (با نسبت Na₂O به K₂O برابر با 65/2) باشند. در واقع، با توجه به خاکهای ایرانی میتوان با نسبتهای 00/1 تا 00/2 (بیشتر 6/1-2/1) نیز به مقصود رسید.

شایان ذکر است که مقادیر Na₂O و K₂O را باید از تمام خاکها و مواد اولیه مصرفی محاسبه و جمع کرد نه فقط از فداسپاتها.

اولین قدمها در طراحی یک بدنه پرسلانی خوب، به دست آوردن مجموع کافی Na₂O+K₂O و نسبت بهینه Na₂O به K₂O با توجه به دیگر اکسیدهای موجود در ترکیب بدنه است. معمولا درصد بالای فلداسپات ترجیح داده میشود اما باید توجه داشت که هر چند بالا بردن میزان فلداسپاتها میتواند مزایائی چون کاهش دمای پخت بدنه، رسیدن به جذب آب نزدیک به صفر، بهبود درجه صیقلی بودن سطح پس از پولیش (بالا رفتن میزان جلا) و بهبود توسعه رنگ در بدنه های کاشی پرسلانی رنگی در هنگام پخت را به همراه داشته باشد اما باعث افزایش تردی بدنه، کاهش ثبات ابعادی در هنگام پخت، کاهش بازه دمائی پخت در کوره، کاهش مقاومت در برابر عوامل شیمیائی (به خصوص اسیدها) و کاهش استحکام پخت (در صورت استفاده بیش از حد از فلداسپات) خواهد شد.

مفید خواهد بود که نگاه یا مروری دوباره بر مبحث یوتکتیک (Eutectic) داشته باشید

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.

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 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.

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.

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:

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.

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 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.

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 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.

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.

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.

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

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

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 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:

شکل 4 دیاگرام فازی 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 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 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.

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 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.

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 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.

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
 

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 )
 

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 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 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 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 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 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 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 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.

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 . 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:. 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 (: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 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).
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 (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 ( ) 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
 

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 ی سیلیکاتی ( سودالایم )
 

این شیشه ها بر پایه ی 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 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 (= 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. 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 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 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 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 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 ) ، 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 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 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

 

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

سنگ معدن ، مکافی و زمین شناسی
 

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

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

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

سنگ های آذرین
 

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

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

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

سنگ های دگرگون
 

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

سنگ های رسوبی
 

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

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

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 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.

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

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

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.

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

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

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

مولایت
 

مولایت 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 : ، 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 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.

آلومینا
 

اکسید آلومینیوم ( ، 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، 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 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.

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 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:

3) فیلتراسیون
 

ناخالصی های جامد موجود در محلول حاصله که عمدتا سیلیس ، 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 - 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:

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% 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.

جدول 3 ترکیب نمونه وار فرم های اصلی آلومینای کلسینه شده آورده شده است. حضور 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 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.

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.

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 و دیگر کانی های منیزیادار تشکیل می شود. منابع پریکاز کمیاب است و ارزش اقتصادی ندارد. منابع اصلی منیزیا ، منیزیت وهیدرو کسید منیزیم 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 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 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 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)

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 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 ، 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 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. وبه 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 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 ، 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 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 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
: 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 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%.)، 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 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 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

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 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.

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 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 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.

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)

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 () 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 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 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)

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 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 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 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:
〖
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 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 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.

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 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 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 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 ) 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

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.

طیف‌سنجی (اسپکتروفتومتری) جذب اتمی

طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS) یک وسیله‌ی فوق‌العاده با کاربرد چندمنظوره در شیمی تجزیه است. عناصر کمیاب سمی موجود در آب آشامیدنی و چند عنصر معمول دیگر، مانند کلسیم و سدیم و همچنین مقادیر بسیار ناچیز غلظت فلزات توسط اسپکتروفتومتری جذب اتمی (Atomic absorption spectrophotometery) اندازه‌گیری می‌شوند.طیف بینی جذب اتمی شامل مطالعه جذب انر‍ژی تابشی (معمولا در نواحی ماوراء بنفش) به وسیله اتمهای خنثی در حالت گازی است. اصول جذب اتمی اساسا مشابه اصول جذب تابش مرئی و ماوراء بنفش به وسیله محلول ها می باشد. مع ذالک شیوه های نمونه برداری، تجهیزات و نمود طیف ها این اندازه تفاوت دارند که جذب اتمی بصورت جداگانه مورد بررسی قرار می گیرد.سودمندی بالقوه جذب اتمی برای تجزیه عناصر فلزی ابتدا در 1965 بوسیله والش و آلکمید و میلانز پیشنهاد شد. از آن زمان تا به حال روش هایی برای تعیین 65 عنصر به وجود آمده اند و تعداد کثیری دستگاه های تجارتی که مخصوصا برای این نوع تجزیه طراحی شده اند، در دسترس قرار رفته اند.





اصول جذب اتمیدر یک تجزیه جذب اتمی، عنصر مورد اندازه گیری باید به حالت عنصری کاهش یابد، تبخیر شود، و سر راه دسته منبع تابش قرار گیرد. این فرایند اغلب با کشیدن محلولی از نمونه بصورت مه رقیق به داخل یک شعله مناسب، انجام می گیرد.طیف های جذب اتمیطیف جذبی یک عنصر در شکل گازی و اتمی آن مرکب از یک سری خطوط باریک کاملا مشخص از جهش های الکترونی بیرونی ترین الکترون ها ی یک عنصر است.اندازه گیری های جذبی بطور مستقیم تحت تاثیر نوسانات دما قرار دارند. تعداد کل اتمهای تولید شده و آماده برای جذب از یک نمونه، معمولا با افزایش دما افزایش می یابد. مضافا، به علت اینکه ذرات اتمی دردماهای بالاتر با سرعت های زیادتری حرکت می کنند و اثر دوپلر زیاد تر می شود، تعریض خط و در نتیجه کاهشی در ارتفاع پیک رخ می دهد. غلظت های زیاد اتمهای گازی نیز سب تعریض فشاری خطوط جذب می شوند. به علت این اثرات غیر مستقیم لازم است که دمای شعله بطور قابل قبولی برای انجام اندازه گیری های کمی جذب اتمی کنترل شود.اندازه گیری جذب اتمیبدلیل اینکه خطوط جذب اتمی بسیار باریک اند و بعلت اینکه انر‍ژی های انتقالات برای هر عنصر منحصر بفردند، روش های تجزیه ای بر پایه این نوع جذب، بالقوه خیلی اختصاصی هستند.عیب اصلی این تکنیک نیاز به یک لامپ منبع جداگانه برای هر عنصر مورد تجزیه است. برای رفع این نقیصه کوشش هایی به عمل آمده است تا یک یک منبع پیوسته به همراه یک تکفامساز با قدرت جداکنندگی بسار بالا بکار گرفته شود، یا اینکه با قرار دادن ترکیبی از عنصر مورد اندازه گیری در شعله بسیار داغ، یک منبع خطی تولید شود. هیچ یک از این تکنیک ها به اندازه به کار گیری یک لامپ مخصوص برای هر عنصر رضایت بخش نیست.
دستگاه هادستگاه موردنیاز برای اندازه گیری های جذب اتمی همان اجزا اصلی را دارد که یک اسپکتروفتومتر برای اندازه گیری جذب محلول ها داراست. این اجزا شامل یک منبع، یک تکفامساز، یک ظرف نمونه (در این حالت یک شعله) ، یک آشکار ساز و یک تقویت کننده-شناساگر می شوند. تفاوت های اصلی دستگاهی بین تجهیزات جذب اتمی و محلولی در منبع و در ظرف نمونه یافت می شوند.دستگاه های تک پرتوی و دو پرتوی هر دو برای مطالعات جذب اتمی طرح ریزی شده اند.منابع تابشمنابع برای طیف نور سنج های جذب اتمی معمولا لامپ های کاتدی تو خالی یا لوله های تخلیه ای گازی هستند.


مدوله کردن پرتو:

خروجی از منبع تابش بدون در نظر گرفتن نوع آن، به منظور حذف مزاحمت ناشی از شعله ای که نمونه را در بر دارد، باید مدوله شود.این شعله یک طیف کم و بیش پیوسته ای را منتشر می کند که از تحریک مولکولی مولکول های سوخت حاصل می شود؛ مضافا ممکن است حاوی یک طیف خطی مربوط به تحریک اتم های فلزی از نمونه باشد. مشاهده کرده ایم کسری از اتم ها که دستخوش تحریک حرارتی می شوند در دماهای شعله کوچک است؛ با وجود این، چند اتمی که تحریک می شوند تابشی را منتشر می کنند که مربوط به خط جذبی رزونانسی انتخاب شده برای تجزیه است که این امر یک منبع جدی برای تولید مزاحمت است.برای برداشتن قسمت عمده تابش شعله، تکفامساز همیشه بین شعله و آشکارساز قرار داده می شود.این ترتیب با آنچه که در اغلب طیف نورسنج ها وجود دارد متفاوت است.


به هر صورت، روشن است که تکفامساز خط نشری مربوط به طول موج پیک جذب راعبور می دهد.لامپ کاتد تو خالی: لامپ کاتدی تو خالی متداول ترین منبع تابشی برای طیف گیری جذبی اتمی است. لوله که از شیشه ای با دیواره ضخیم ساخته شده است، در یک سر آن پنجره ای شفاف تعبیه شده است. دو سیم تنگستن در داخل سر دیگر لوله لحیم شده اند. یکی از این سیم ها بعنوان آند عمل می کند و به انتهای سیم دیگر یک استوانه توخالی فلزی به قطر 10 تا 20 میلی متر وصل شده است؛ این استوانه بعنوان کاتد عمل می کند. استوانه یا از فلزی که طیف آن مورد نظر است ساخته می شود و یا برای نگهداری لایه ای از آن فلز عمل می کند. لوله با گاز خالص هلیم و یا آرگون در فشار یک تا دو میلیمتر پر میشود.موقعی که یک پتانسیل بین دو الکترود اعمال شود، یونش گاز اتفاق می افتد و جریانی در نتیجه حرکت یون ها به طرف الکترود ها جاری می شود. اگر پتانسیل به اندازه کافی بزرگ باشد کاتیون های گازی شکل انرژی جنبشی کافی برای کندن تعدادی از اتم های فلزی را از سطح کاتد پیدا می کنند و یک ابر اتمی تولید می شود. این عمل را پراندن می گویند. بخشی از اتم های پرانده شده فلزی درحالت تحریک هستند و لذا تابش مشخصه خود را بطریق معمول منتشر می کنند. با ادامه این فرایند، اتم های فلزی مجددا به طرف سطح کاتد و یا به دیواره های شیشه ای لوله پخش می شوند و دوباره رسوب می کنند.

پیکر بندی استوانه ای کاتد تمایل دارد تا تابش را در یک ناحیه محدود از لوله متمرکز سازد، این طرح همچنین احتمال اینکه رسوب دادن مجدد، روی کاتد رخ خواهد داد تا روی دیواره های شیشه ای را افزایش می دهد.لامپ های کاتدی تو خالی تجارتی گوناگونی در دسترس اند. کاتد بعضی از آنها مرکب از مخلوطی از چند فلز است، چنین لامپ هایی اجازه می دهند که تجزیه بیش از یک عنصر تک انجام گیرد.لوله های تخلیه ای گازی: لوله های تخلیه ای گازی تولید یک طیف خطی در اثر عبور یک جریان الکتریکی از داخل بخار اتم های یک فلز می کنند. منابعی از این نوع بخصوص برای تولید طیف های فلزات قلیای مفیدند.

تشکیل بخار اتمیدر یک تجزیه جذب اتمی، عناصر موجود در نمونه باید به صورت ذرات اتمی خنثی کاهیده شوند، تبخیر گردند و به طریقی در مسیر پرتو تابش پاشیده گردند که تعداد آنها به نحو تکرار پذیری متناسب با غلظت شان در نمونه باشد. این فرایند معمولا کم بازده ترین قسمت این روش است و مسئول بزرگترین خطاهای تخمینی تجزیه ای است.تعدادی وسایل برای تشکیل بخارات اتمی مورد بررسی قرار گرفته اند. این وسایل عبارتند از 1) کوره ها که در آنها نمونه سریعا به یک دمای بالا آورده می شود. 2) کمان ها و جرقه های الکتریکی که در آنها خواه نمونه جامد یا مایع تحت تاثیر شدت جریان زیاد یا پتانسیل بالای جرقه جریان متناوب قرار می گیرد. 3) وسایل پران، که در آنها نمونه ای که روی یک کاتد نگهداری می شود با یون های مثبت یک گاز بمباران می شود. 4) افشاندن شعله ای که در آن نمونه به درون شعله ای گازی افشانده می شود. تا کنون افشاندن شعله ای عملی ترین تکنیک تلقی شده و در تمام دستگاه های تجارتی بکار گرفته می شود.در افشانه تمام یا قسمتی از یک محلول از نمونه بصورت مه نازکی به داخل شعله ای که در مسیر تابش از منبع قرار دارد افشانده می شود.نواحی مهم شعله از پایین به بالا عبارتند از پایه، مخروط داخلی، منطقه واکنش و پوشش بیرونی. نمونه بصورت قطرات کوچک بسیار ریزی از پایه شعله وارد می شود.در داخل این ناحیه آب کسر قابل توجهی از قطرات ریز تبخیر می شود و بدینسان مقداری از نمونه بصورت ذرات جامد وارد مخروط داخلی می شود.در این جا تبخیر و تجزیه به حالت اتمی رخ می دهد. در این منطقه است که فرایند های تحریک و جذب نیز شروع می شوند. با وارد شدن به منطقه واکنش، اتمها به اکسید تبدیل می شوند.

این اکسید ها سپس از داخل پوشش بیرونی عبور می کنند و متعاقبا از شعله دفع می شوند. هر قطره ای که به داخل شعله مکیده می شود نباید الزاما این تسلسل را طی کند. در حقیقت بسته به اندازه قطرات و سرعت عبور جریان قسمتی از نمونه ممکن است اساسا بدون تغییر از داخل شعله عبور کند.ناحیه ای از شعله که در آن حداکثر جذب یا نشر اتفاق می افتد به متغیر هایی نظیر اندازه قطرات، نوع شعله بکار رفته، نسبت اکسنده به سوخت و تمایل گونه ها به وارد شدن در تشکیل اکسید بستگی دارد.

انواع مشعل هادر طیف بینی جذب اتمی دو نوع مشعل بکار گرفته می شود. در مشعل تمام مصرف کن محلول نمونه، سوخت و گاز اکسنده از داخل راهرو های جداگانه انتقال داده می شوند و در دهانه ای در پایه شعله با یکدیگر مخلوط می گردند. در مشعل پیش مخلوط کن نمونه به داخل یک محفظه بزرگ به وسیله جریانی از اکسنده مکیده می شود. در این جا مه رقیق نمونه و اکنده و سوخت مخلوط می گردند و سپس به طرف دهانه مشعل رانده می شوند. قطرات بزرگ تر نمونه در ته محفظه جمع شده و خارج می شوند.

سوخت ها و اکسنده هاسوخت های بکار رفته برای تولید شعله عبارتند از گاز طبیعی، پروپان، بوتان، هیدروژن و استلین. استیلن شاید پر مصرف ترین سوخت باشد. اکسنده های معمولی عبارتند از هوا، هوای غنی شده با اکسیژن، اکسیژن و نیتروز اکسید. مخلوط نیتروزو اکسید و استیلن به علت خطر انفجار کمتر آن در مواقع نیاز به یک شعله داغ ارجح است.برای عناصری که به آسانی به حالت اتمی تبدیل می شوند نظیر مس، سرب، روی و کادمیم کاربرد شعله های با دمای پایین ارجح است.با افزایش دمای شعله ها می توان تا حدی یونش اتم ها را انتظار داشت. نسبت سوخت به اکسنده نیز بر اندازه تشکیل اتم در شعله تاثیر می گذارد. این آثار پیچیده هستند و بهترین مخلوط باید بطور تجربی تعیین گردد.

تکفام ساز ها یا صافی ها یک دستگاه جذب اتمی باید قادر به تامین یک پهنای نوار به آن اندازه باریک باشد تا خط انتخاب شده برای اندازه گیری را از خطوط دیگری که ممکن است مزاحمت ایجاد کنند یا حساسیت تجزیه را کاهش دهند جدا سازد. دستگاهی که صافی تداخلی به سهولت تعویض پذیر را بکار می گیرد به طور تجارتی در دسترس است. آشکار ساز ها و شناساگر هابرای تبدیل علامت انرژی تابشی به الکتریکی لوله های فوتو تکثیر کننده بکار گرفته می شوند. همان طور که قبلا توضیح داده شد، دستگاه الکترونیکی قادر به تمییز دادن بین علامت مدوله شده از منبع و علامت پیوسته از شعله است.موارد کاربردطیف بینی جذب اتمی وسیله حساسی برای تعیین بیش از 60 عنصر تامین می کند. عناصری مانند روی، آهن، نیکل، مولیبدن، وانادیم و ... تا دقت چند میلی‌گرم در لیتر (ppm) قابل اندازه‌گیری با این دستگاه می‌باشند.

محدودیتهای روش طیف‌سنجی جذب اتمی AAS توانایی تعیین یک عنصر را در هر لحظه دارد. اما این تکنیک به کندی صورت می گیرد و برای آنالیز چند عنصر روشی بسیار طولانی و خسته کننده است. تغییرپذیری در غلظت نمونه می‌تواند مشکل ساز باشد، چون حدود دسترسی AAS بسیار محدود است.





دستگاه جذب اتمی مورد استفاده ما از نوع PERKIN ELEMER مدل 3030 ساخت کشور امریکا می باشند . و با سیستم شعله ، کوره گرافیتی همراه با HGA 400 Programmer و سیستم هیدرید MHS 10 تلفیق می شوند و با استفاده از لامپهای هوشمند (HCL) و لامپهای ٍِ (EDL) شرایط لازم برای اندازگیری فلزات را با حد تشخیص خیلی کم در ماتریکسهای متفاوت فراهم می نماید. دستگاه جذب اتمی با سیستم شعله : دستگاه جذب اتمی این آزمایشگاه مدل پرکین المر با سیستم برنر هوشمند می باشد .شعله دستگاه جذب اتمی به صورت اتوماتیک تنظیم می شود و به حالت اپتیمم می رسد . و مقدار جذب دستگاه در ابتدای هر اندازگیری با یک محلول استاندارد با غلظت مشخص کنترل می گرددسیستم برنر و در هر اندازگیری به صورت اتوماتیک از مسیر شعله خارج می شود و برای هر اندازگیری Bas line را به طور اتوماتیک بدست می آورد . به نرم افزار دستگاه می توان پارامترهای فرآوری نمونه را از جمله وزن نمونه و ضریب رقیق سازی را داد تا در نتایج اعمال نماید. و خطای اپراتور در محاسبات را از بین بردسیستم لامپ های EDL بر روی دستگاه نصب می گردد و حساسیت تشخیص عناصر (Pb , Cd) در سیستم اندازه گیری با شعله تا 40% افزایش می یابد.

دستگاه جذب اتمی با سیستم کوره گرافیتی : کوره گرافیتی این دستگاه می تواند از دو گاز یکی آرگون برای جلو گیری از اکسید شدن کوره و دیگری اکسیژن که مواد آلی را در داخل کوره بسوزاند استفاده می کنند بنابر این ما می توانیم وقتی که عناصر فلزی آرسنیک ، آنتیموان ، قلع ، کادمیم و سرب در نمونه های حقیقی در ماتریکس آلی پیجیده وجود دارند با مودیفایر ترکیب فلزی این عناصر را با دمای تبخیر بالا بسازیم و ماتریکس آلی محتوی این عناصر را در داخل کوره به کمک اکسیژن بسوزانیم و مزاحمت ماتریکس را به حداقل برسانیم بنابر این خطای فرآوری نمونه برای قرائت از بین می رود. با استفاده از برنامه های مناسب حرارتی و دماهای لازم مراحل خشک کردن ، خاکستر کردن و اتمیزاسیون انجام می شود.این سیستم قادر به اندازه گیری عناصر فلزی در حد PPb می باشد.در کوره،نمونه بداخل یک لوله گرافیتی کوچک پخش شده که می تواند از نظر الکتریکی حرارت ببیند.با افزایش مرحله ای دما،فرایند خشک کردن،حرارت مقدماتی ماتریکس و تفکیک به اتمهای آزاد(اتمیزاسیون)رخ می دهد.درطی مراحل خشک کردن و حرارت مقدماتی،یک بخار گاز پاک کننده بی اثر از درون لوله جهت انتقال حلال و بخارات ماتریکس عبور می کند.یک تفاوت عمده با جذب اتمی شعله ای این است که برخی اجزای ماتریکس قبل از اتمیزاسیون ازبین می رود و اتمیزاسیون در یک اتمسفر بی خطر رخ می دهد.

مزایای تکنیک های جذب اتمی با کوره گرافیتی HGA))نسبت به شعله ای :1- حساسیت و حدود تشخیص 100تا 1000برابر بهتر از شعله. جذب اتمی شعله ای :PPM 1 کوره گرافیتی : PPB1 2- مقایر کم مورد نیاز نمونه جهت آنالیز در حد 5 تا 50 میکرولیتر 3- H.G.Aجهت نمونه های که مشعل را مسدود می کنند استفاده می شود4- نمونه های جامد مانند پلاستیک ،ناخن،تکه های مو و...می توانند تجزیه شوند.

برنامه حرارتی:برنامه حرارتی یکی از ارکان اصلی در یک آنالیز صحیح و موفق در کوره گرافیتی می باشد . در تجزیه های شعله ای ،تبخیر حلال،تخریب ماتریکس و تولید اتمهای آنالیت در حالت پایه،واقعا بطور همزمان رخ می دهد.در اندازه گیری های انجام شده توسط H.G.Aهمانفرایندها اساسا در طی مراحل خشک کردن،حرارت مقدماتی(زغال کردن)واتمیزاسیون رخ می دهد.هدف تمام برنامه حرارتی در H.G.A تجزیه یا انتقال تمامی مواد همراه نمونه می باشد تا بدون هیچگونه مزاحمتی روی اتمیزاسیون عنصر انالیت خارج گردند.لامپهای EDL این دستگاه به ما امکان می دهد که برای اندازگیری عناصر (As ,Cd , Pb , Sn Sb , Hg ) را در یک پرتوی کاتدی 300 تا 400 میلی آمپر حدود 20 برابر لامپهای کاتدی معمولی اندازگیری کنیم .











در این دستگاه ، به منظور تبخیر محلول و تفکیک نمونه به اتم های سازنده از هوا / استیلن و یا اکسید نیتروز / استیلن استفاده می شود .
هنگامی که نور از یک لامپ کاتدی از درون ابری از اتم ها عبور می کند . اتم های مورد بررسی ، نور ساطع شده از لامپ را جذب می کنند و لذا توسط ردیاب اندازه گیری شده و تمرکز عنصر مورد نظر در نمونه ، مشخص می گردد .
استفاده از شعله ، دمای رسیده به نمونه را تقریباً تا 2600 درجه سانتی گراد ( در N2O / استیلن ) محدود می کند که این مطلب در زمینه بررسی بسیاری از عناصر ، مشکلی را ایجاد نمی کند .
به عنوان مثال ، در بررسی فلزات آلکانی و بسیاری از فلزات سنگین مثل سرب یا کادمیوم و فلزات واسطه مثل منگنز یا نیکل به کارگیری F-AAS امکان اتمیزه کردن با کیفیت بالا و تا حد ppm را فراهم می کند .


معايب
اما این روش جهت بررسی برخی دیگر از عناصر مانند : B , Mo , Zr , V که برای شکسته شدن نیاز به دمایی بالاتر از حد فوق دارند ، کارآمد نمی باشد . در نهایت می توان گفت این ابزار در زمینه بررسی عناصر ، به میزان سایر تکنیک های مورد استفاده کارآیی ندارد .


دستگاه جذب اتمي WFX-1E3






دستگاه جذب اتمي مجهز به لامپهاي :‌Hg, Mn, Sb, Zn, Pb, Au, Cu, Cd, Bi, Ag, As پتانسيل بالفعل دستگاه اندازه گيري عناصر فوق در نمونه هاي جامد و مايع مي باشد.


دستگاه جذب اتمي شعله اي 650



در این دستگاه ، به منظور تبخیر محلول و تفکیک نمونه به اتم های سازنده از هوا / استیلن و یا اکسید نیتروز / استیلن استفاده می شود .
هنگامی که نور از یک لامپ کاتدی از درون ابری از اتم ها عبور می کند . اتم های مورد بررسی ، نور ساطع شده از لامپ را جذب می کنند و لذا توسط ردیاب اندازه گیری شده و تمرکز عنصر مورد نظر در نمونه ، مشخص می گردد .
استفاده از شعله ، دمای رسیده به نمونه را تقریباً تا 2600 درجه سانتی گراد ( در N2O / استیلن ) محدود می کند که این مطلب در زمینه بررسی بسیاری از عناصر ، مشکلی را ایجاد نمی کند .
به عنوان مثال ، در بررسی فلزات آلکانی و بسیاری از فلزات سنگین مثل سرب یا کادمیوم و فلزات واسطه مثل منگنز یا نیکل به کارگیری F-AAS امکان اتمیزه کردن با کیفیت بالا و تا حد ppm را فراهم می کند .



معايب اما این روش جهت بررسی برخی دیگر از عناصر مانند : B , Mo , Zr , V که برای شکسته شدن نیاز به دمایی بالاتر از حد فوق دارند ، کارآمد نمی باشد . در نهایت می توان گفت این ابزار در زمینه بررسی عناصر ، به میزان سایر تکنیک های مورد استفاده کارآیی ندارد .



دستگاه جذب اتمي 2100





عناصر Ag-Au-Bi-Cd-Co-Cr-Cu-Fe-Mg-Ni-Pb-Sb-Zn در مواد معدنی ، آبها ، فلزات و فرآورده های بیولوژیکی و غذایی توسط این دستگاه اندازه گیری می شوند

لـغـزندگی کاشی ها
مقاومت در برابر لغزش
(ضریب اصطکاک: تر / خشک)
این اندازه گیری برای تعیـین جنبه های لغزش روی یک سطح کاشی کاری شده به کار می رود. این سنجش شامل شرایط تر و خشک، همچنین سرعت حرکت سوژه، نیروی لازم برای حرکت سوژه و زاویة صفحة کاشی کاری شده است.

موسسه کاشی سرامیکی ( Ceramic Tile Institute ) کاشی را به سه دستة زیر تقسیم بندی کرده است:
مقاوم در برابر لغزش
(نیازمندی های ADA و OSHA را تأمین می کند یا از آن بیشتر است)
ضریب اصطکاک: ۶/۰ یا بزرگتر (تر)
بسته به شرایط، مقاوم در برابر لغزش
(نیازمندی های ADA و OSHA را تأمین می کند یا از آن بیشتر است)
ضریب اصطکاک: ۵/۰ تا ۵۹/۰ (تر)
مورد تردید
ضریب اصطکاک: کمتر از ۵/۰

 

استانداردهای آزمایشگاه عملیاتی (UL) و جامعة آمریکائی آزمون و مواد (ASTM)

استـاندارد های صنعتی ضریب اصطـکـاک ایستـائی تعیـین شده تـوسط آزمایـشگاه عـملیـاتی (Underwriters Laboratory, UL) و جامعة آمریکائی آزمون و مواد (ASTM) به صورت زیر است:

بسیار ایمن
۶۰/۰ یا بالاتر

نسبتاً ایمن
۵۰/۰ تا ۵۹/۰

خطرناک
۴۰/۰ تا ۴۹/۰

بسیار خطرناک
۳۹/۰ تا ۳۵/۰

به طور غیر منـتظره خطرناک
۰۰/۰ تا ۳۴/۰

آمارهای کلی
خطرناک ترین مکان لغزنده، وان حمام است.
تعداد لغزش و سقوط بیش از ۹ میلیون حادثه در سال است که تقریباً ۱۷۳۰۰۰ لغزیدن و افتادن در هفته می باشد.
در آمریکای شمالی در هر سال بیش از ۳۰۰،۰۰۰ آسیبِ ناتوان کننده ناشی از لغزیدن و افتادن رخ می دهد.
هزینه های بیمه و دادخواهی به طور پـیوسته برای جبران خسارت و مسئولیت کارکنان در حوادث مرتبط رو به افزایش می رود.
بر اساس شورای ملی ایمنی، ۷۰ درصد از کل تعداد لغزش و افتادن هائی که در هتلها، رستورانها و ساختمانهای عمومی اتـفاق می افتـند، در سطوح تراز و مسطح روی می دهند !
در ایالات متحدة آمریکا روزانه بیش از ۲۵،۰۰۰ نفر از مردم در حوادث لغزش و افتادن مصدوم می شوند که مطابق است با ۹۵ میلیون روز کاری از دست رفته در سال.
لغزیدن و سقوط ۳۵ درصد از آسیـب های مرتبط با کار را تشکیل می دهند و ۶۵ درصد زمان تلف شده از کار را به خود اختصاص می دهند.
لغزش و افتادن، بارِ اجتماعی زیادی را تحمیل می کند که شامل دعاوی جبران خسارت کارکنان می باشد؛ یعنی ۴۰ درصد از کل دعاوی حوادث پرداخت شده

دستگاه اندازه گيري گرانروي

نام دستگاه(فارسی): گرانروي پژوهشکده: پژوهشكده سراميك تصویر: مشخصات فنی: د‌ستگاه گرانروي‏سنج چرخشي ساخت شركت Brookfield مد‌ل DV III است. موارد استفاده : از اين د‌ستگاه براي اند‌ازه‌گيري گرانروي د‌وغاب‌ها، رزين‌ها، چسب‌ها، مواد‌ شويند‌ه، مواد‌ غذايي و غيره استفاد‌ه مي‌شود‌. گروه های تحقیقاتی: گروه ارزيابي خواص (سراميكهاي مهندسي) مدل دستگاه : DV III كارخانه سازنده: Brookfield

دستگاه آناليز حرارتي همزمان

نام دستگاه(فارسی): دستگاه آناليز حرارتي همزمان پژوهشکده: پژوهشكده سراميك تصویر: مشخصات فنی: اين د‌ستگاه ساخت كشور انگلستان مد‌ل PL-STA-1640 است. موارد استفاده : كاربرد‌ آن بررسي رفتار حرارتي ماد‌ۀ خام و تعيين نقطۀ زينترينگ، تطابق انبساط محصولات سراميكي يا لعاب‏ها، تعيين د‌ماي استحاله به شيشه (TG) و د‌ماي نرم‏شد‌گي شيشه (TS) است. گروه های تحقیقاتی: گروه ارزيابي خواص (سراميكهاي مهندسي) مدل دستگاه : PL-STA-1640 كشور سازنده: انگلستان

روش‌هاي آناليزي بر مبناي يون به دليل حساسيت و قابليت آنها براي آشکار کردن تغييرات ترکيب شيميايي در عمق نمونه (پروفيل عمق) به کار مي‌روند.
در روش طيف‌نگاري جرمي يون ثانويه (SIMS) پرتوي از يون‌هاي اوليه که مي‌تواند تا قطر حدود 20 نانومتر متمرکز شود، نمونه را روبش مي‌کند و براي بيرون انداختن يون‌هاي ثانويه از نمونه به کار مي‌رود. جرم يون هاي ثانويه توسط يک طيف‌نگار جرمي تعيين مي‌شود. اين تکنيک مخرب است و لاية اتم‌هاي مورد بررسي از نمونه برداشته مي‌شود.
در جريان‌هاي پايين از پرتو يوني اوليه،‌ اين اتفاق به آهستگي رخ مي‌دهد و اين تکنيک به عنوان Static SIMS شناخته مي‌شود. در موارد بهينه، حتي 1/0 درصد يک تک لايه از ماده را هم مي‌توان آشکار کرد. اگر از جريان‌هاي بيشتر پرتو يوني اوليه استفاده شود، ماده با سرعت بيشتري برداشته مي‌شود و هر لايه در حين برداشته شدن آناليز مي‌شود بنابراين مي‌توان پروفيل عمقي را به دست آورد. اين تکنيک به عنوان Dynamic SIMS شناخته مي‌شود. تجهيزات مدرن طيف نگاري جرمي يون ثانويه قدرت تفکيکي تا حدود 1 نانومتر دارند و بنابراين مي‌توانند نقشه‌هاي ترکيب شيميايي را نمايش دهند که مشابه نقشه‌هاي پرتو X مي‌باشد. اين نقشه‌ها Imaging ناميده مي‌شوند.
تمام روش ‌هاي طيف نگاري جرمي يون ثانويه دو مزيت عمده دارند. مزيت اول محدوده عناصر است؛ از آنجا که طيف‌نگاري جرمي نسبت به همه عناصر حساس است. تمام ايزوتوپ‌ها و حتي عناصر سبک از هيدروژن تا اکسيژن را مي‌توان آناليز کرد و نقشه آنها را تهيه کرد.
مزيت دوم حساسيت است، طيف‌نگاري جرمي يون ثانويه معمولاً قادر به آشکار کردن غلظت‌هايي در حد يک قسمت در يک ميليون (ppm) است و در شرايط خوب حساسيتي در حد يک قسمت در يک ميليارد (PPb) دارد



کاربردها SIMS عبارتند از:
• آناليز ترکيب شيميايي سطح با قدرت تفکيک عمقي در حدود 5 تا10 نانومتر
• تهيه پروفيل غلظت عناصر در عمق ماده
• آناليز عناصر در غلظت‌هاي بسيار کم (trace) در محدوده ppt تا ppm
• شناسايي لايه‌هاي سطحي آلي يا غيرآلي بر روي فلزات، شيشه‌ها، سراميک‌ها و لايه‌هاي نازک
• تهيه پروفيل عمقي لايه‌هاي سطحي اکسيد، لايه‌هاي نازک خوردگي، لايه‌هاي نازک حل شده (leached) و تهيه پروفيل‌هاي نفوذي
• پروفيل‌عمقي غلظتي مقادير کم عناصر ذوب شده (dopants) (PPm 1000 ) که به صورت نفوذي يا کاشته شده (implanted) به مواد نيمه‌هادي افزوده شده است
• تعيين غلظت هيدروژن و پروفيل‌هاي عمقي در آلياژهاي فلزي ترد شده (embrittled) لايه‌هاي نازک تهيه شده از نشاندن بخار (Vapor- deposited)، شيشه‌هاي هيدراته و مواد معدني
• آناليز کمي غلظت بسيار کم عناصر در جامدها
• فراواني ايزوتوپ‌ها در نمونه‌هاي زمين‌شناسي
• مطالعات غلظت‌هاي بسيار کم (براي مثال نفوذ و اکسيداسيون)
• توزيع فلزي در مواد معدني زمين شناسي، سراميک‌هاي چند فازي و فلزه
• توزيع فاز ثانويه ناشي از جدايش مرزدانه‌ها، اکسيداسيون داخلي يا رسوب
محدوديت‌هاي SIMS نيز به شرح زير مي‌باشند:
• آناليز به صورت مخرب است.
• آناليز کيفي و کمي به دليل تغييرات وسيع حساسيت آشکارسازي از عنصري به عنصر ديگر و از زمينه يک نمونه به زمينه نمونه ديگر، پيچيده است.
• کيفيت آناليز (دقت، صحت، حساسيت و غيره) از طراحي دستگاه و پارامترهاي عملياتي هر آناليز شديداً تأثير مي‌پذيرد.

دستگاه اندازه گيري استحكام چند منظوره

نام دستگاه(فارسی): دستگاه اندازه گيري استحكام چند منظوره پژوهشکده: پژوهشكده سراميك تصویر: مشخصات فنی: اين د‌ستگاه ساخت شركت Instron مد‌ل 3000 HS C1330 است. موارد استفاده : از اين د‌ستگاه براي اند‌ازه‏گيري استحكام خمشي (سه و چهار نقطه‌اي) و استحكام فشاري مواد‌ مختلف سراميكي، شيشه‏ها و ساير قطعات با ظرفيت حد‌اكثر 5KN مي‌توان بهره جست. گروه های تحقیقاتی: گروه ارزيابي خواص (سراميكهاي مهندسي)

دستگاه ديرگدازي تحت بار

نام دستگاه(فارسی): دستگاه ديرگدازي تحت بار پژوهشکده: پژوهشكده سراميك تصویر: موارد استفاده : اين د‌ستگاه د‌اراي قابليت اند‌ازه‌گيري كرنش يا خزش آجرهاي د‌يرگد‌از را تحت بار ثابت و د‌ر د‌ماي بالا (حد‌اكثر 1600 د‌رجه سانتي‌گراد‌) است گروه های تحقیقاتی: گروه ارزيابي خواص (سراميكهاي مهندسي)

دستگاه زتا سايزر

نام دستگاه(فارسی): زتا سايزر پژوهشکده: پژوهشكده سراميك تصویر: مشخصات فنی: اين د‌ستگاه ساخت شركت Malvern انگلستان مد‌ل 3000-HS C1330 مي‌باشد. موارد استفاده : از اين دستگاه جهت اند‌ازه‌گيري توزيع اند‌ازه ذرات د‌ر محد‌ود‌ه نانو (1 نانومتر تا 5 ميكرومتر)، اندازه‌گيري قطر هيد‌رود‌يناميكي ذرات (Z-average)، وزن مولكولي پليمرها و زتاپتانسيل مجهز به سيستم Auto Titrator با قابليت تعيين Isoelectric Point استفاد‌ه مي‌شود. گروه های تحقیقاتی: گروه ارزيابي خواص (سراميكهاي مهندسي) مدل دستگاه : HS C1330-3000 كارخانه سازنده: Malvern كشور سازنده: انگلستان

مقاومت در برابر سايش عمقي

 © استفاده از اين مطلب تنها پس از کسب اجازه از نويسنده و با ذکر منبع و نام «وبلاگ» مجاز است.

 

 

تعريف و روش آزمون

اين روش براي مشخص کردن مقاومت سراميکهاي بدون لعاب به کار گرفته ميشود (مثال: پرسلان تکنيکال). اين روش از يک چرخ (ديسک) چرخان با سرعت ثابت بهره ميـبرد. ديسک در مقابلِ سطح قطعة مورد آزمون ميچرخد و آن را با پودر ريز آلومينا که بين ديسک و سطحِ قطعه ميـريزد و فرآيند سايش را سرعت ميـبخشد، ميـسايد. مقدار ذرات کنده شده از قطعه «مقاومت در برابر سايش عمقي» قطعه را تعيين ميکند. اين کميت معمولاً با واحد ميليمتر مکعب (mm³) بيان ميشود که در واقع نشانگر «حجم» جدا شده از قطعه «تحت شرايط استاندارد» است. در اين استاندارد مشخصه هاي زير با دقت بيان شده اند:

قطر چرخ چرخان (۲0۰ mm)، پهناي چرخ چرخان (1۰ mm)، دانه بندي پودر آلومينا (80 ميکرون)، نيروي فشار دهندة جسم سراميکي (آزمونه) به چرخ چرخان، سرعت چرخش چرخ ساينده (75 دور بر دقيقه) و تعداد دورهاي گردش چرخ (300 دور).

حجم ناحية کنده شده بر اثرِ سايش چرخ چرخان (V) از معادلة زير به دست مي آيد:

 

 

 

 

d : قطر چرخ دوار (mm)

h : ضخامت چرخ چرخان (mm)

α : زاوية مرکزي روي چرخ چرخان که طول شيار را در بر ميگيرد، بر حسب درجه (به شکل زير توجه شود)

l : طول شيار (mm)

 

با توجه به شکل خواهيم داشت:

 

 

 

از آن جا که در بيشتر سراميکها «سختي سطحيِ» بالاتر با مقاومت بيشتر در برابر «سايش عمقي» همراه است، ميتوان انـتظار داشت که کاشيهاي پرسلاني تکنيکال از بيسکوئيتهاي پخته شدة کاشيهاي ديوار و کف و نيز فرآورده هاي زمخت ساختماني (مانند آجر) مقاومت سايشي بالاتري داشته باشند.

 

مواردي که بايد در آزمون سايش عمقي مورد توجه قرار داد

اثري که از سايش چرخ چرخان بر سطح آزمونه بر جاي ميماند، به شکل قطاع کوچکي از ديسک چرخان است که به داخل سراميک فرو رفته است و هر چه ميزان سايش بالاتر باشد (يا ميزان فرو رفتن چرخ چرخان در آزمونه بيشتر باشد)، طولِ اثرِ ايجاد شده بر اثر سايش نيز بيشتر خواهد بود. پهناي ناحية ساييده شد در تمام مقادير به دست آمده براي آزمونه هاي مختلف يکسان است چون ضخامت چرخ چرخان ثابت است! با داشتنِ قطر و ضخامت چرخ و نيز طولِ اثر بر جاي مانده بر سطحِ آزمونه ميتوان حجم قطاع (يا همان ناحية کنده شده) را به آساني محاسبه کرد. چون قطر و ضخامت چرخ معلومند، بنابراين با داشتنِ طول اثر (تنها مجهول اين معادله) و تهية يک جدول ميتوان اين حجم را اندازه گيري کرد.

 

 

اندازه گيريها بايد در دو راستاي عمود بر هم انجام شود و ميانگين آنها در گزارش آزمون قيد شود. کم پيش مي آيد که دو سمت اثر از طولِ يکساني برخوردار نباشند (اين پديده بيشتر براي کاشيهائي که به خوبي در جاي خود در دستگاه تثبيت نشده اند و آنهائي که به عمد برجستگيهائي روي سطح خود دارند، اتفاق مي افتد). در اين صورت اگر اختلاف اين طولها زياد نباشد، بايد ميانگين آنها را در نظر گرفت. اين رويداد نشان ميدهد که احتمالاً آزمونه در جاي خود در دستگاه اندازه گيري آزمون مقاومت در برابر سايش خوب قرار داده نشده و يا اين که ناهمواريهاي موجود در سطح آزمونه بر اندازه گيري اثرگذار بوده است. در اين صورت بايد آزمونه را به طور مناسب و محکم در دستگاه قرار داد و تا جائي که ممکن است سطح هموارتري را براي آزمون سايش عمقي انتخاب کرد.

 

منبع:

استاندارد شماره ۳۹۹۷ موسسه استاندارد و تحقيقات صنعتی ايران (از اين نشانه).

 

تقسيم بندي کاشيهاي سراميکي

با توجه به درصد جذب آب و روش شکلدهي

بر اساس استاندارد ISO-13006

 

با توجه به اين که براي آشنائي بهتر با انواع کاشيها بهتر است دسته بندي مشخصي را براي آنها در نظر گرفت، ترجمة استاندارد ISO-13006:1998 در زير ارائه ميشود. در نوشته هاي آتي به اين جدول ارجاع داده خواهد شد.

 

 

تقسيم بندي کاشيهاي سراميکي با توجه به درصد جذب آب و روش شکلدهي.

 

منبع: استاندارد ISO 13006:1998(E)

 

 

براي ديدن تصوير اين استاندارد در اندازة واقعي بر اين « نشانه » کليک کنيد.

براي دريافت نسخة PDF اين استاندارد به حجم 472 کيلوبايت بر اين « نشانه » کليک کنيد.

آشنائي با آزمون « پاندول »

 براي ارزيابي ميزان لغزندگي سطوح کف

 ● منبع: http://www.sure-footed.com/services.html

 هم اکنون آزمون ضريب اصطکاک پاندولي (که با نامهاي «آزمايندة لغزش قابل حمل»، «پاندول بريتانيائي» و «پاندول TRRL» نيز از آن ياد ميشود) با استاندارد BS7976.2 مورد بررسي قرار ميگيرد. شکل زير آزمون ضريب اصطکاک «پاندولي» HSE/HSL را نشان ميدهد که روش آزمون ترجيح داده شده براي ارزيابي ضريب اصطکاک سطح کف است.

 

اين وسيله اگر چه در حالت عادي اش براي ارزيابي مقاومت در برابر لغزش جاده ها مورد استفاده قرار ميگيرد، اما در اصل براي شبيه سازي عمل پاي لغزنده (slipping foot) طراحي شده است. اين روش بر مبناي تاب خوردن پاشنة پاي مصنوعي (با استفاده از نمونه لاستيک تخت کفش استاندارد) است که با روشي کنترل شده، روي يک سطح پوششي را جاروب ميکند.

 

 

 

 

 

لغزندگي سطح پوششي اثري مستقيم و قابل اندازه گيري روي عدد پاندول به دست آمده دارد (که با نامهاي «عدد مقاومت در برابر لغزش»، «عدد آزمون پاندول» يا «عدد پاندول بريتانيائي» نيز شناخته ميشود).

 

بررسي HSL تصديق کرده است که آزمون پاندول يک آزمايش قابل اعتماد و دقيق است و منجر به قبول آن به عنوان روش آزمون HSE استاندارد براي ارزيابي لعزندگي سطح در شرايط «خشک» و «آلوده» شده است. اين دستگاه نياز به فرد واجد شرايط براي کاربرد و تفسير نتايج دا رد. در حال حاضر HSE اعتقاد دارد که اين تنها وسيلة قابل حملي است که با دقت، عملِ پاي لغزنده روي يک کف خيس را شبيه سازي ميکند. به هر حال، HSL برنامه اي براي ارزيابي روشهاي جديد آزمون دارد

آزمون روان سازي

 براي يک بدنة سراميکي

 نوشته: ابوالفضل گروئی

هدف از اين آزمون، رسم نمودار روان سازي دوغاب يک بدنة سراميکي است. براي اين منظور بايد در بچهاي حداقل 200 گرمي (و با خاکهاي خشک) و با درصد ثابت و مشخص آب و حتي الامکان در يک فست ميل (يا وسايل ديگر توليد دوغاب) که خشک باشند، به مدت کافي عمل سايش براي رسيدن به دانه بندي مناسب دوغاب (زبره) صورت پذيرد.

 ◄ فوت و فن 1- به اندازة باري که مي خواهيد آسيا کنيد، گلولة سايا در فست ميل بريزيد. بهتر است نسبتِ بين گلوله هاي بزرگ و کوچک را ثابت نگه داريد؛ مثلاً 60 درصد وزني گلولة بزرگ و 40 درصد وزني گلولة کوچک. براي نمونه، دويست گرم خاک يا فرمول بدنه نياز به دستکم دويست گرم گلولة آلومينائي (آلوبايتي يا سيليسي و غيره) دارد که 120 گرم آن سايز بزرگ و 80 گرم آن سايز کوچک باشد (پيشنهاد).

 ◄ فوت و فن 2- فست ميل را به همراه گلوله هاي آن به طور کامل خشک کنيد. خشک کردن با فشار باد (هواي فشرده) سريع و آسان است و باعث داغ شدن فست ميل نخواهد شد.

 

 

نمونه ای از جارميل و جارميل گردان برای تهيه دوغاب سراميکي.

 

نخستين بارگيري را با بدنة شاهد (مرجع) انجام دهيد. سعي کنيد درصد آب دوغاب در کمترين مقدار خود باشد؛ به طوري که شرايط دوغاب به ويژه براي اندازه گيري ويسکوزيته مناسب باشد. بنابراين، تا زمان سايش و درصد مناسب آب را به صورت تجربي به دست آوريد، ممکن است لازم باشد تا دوغاب به دست آمده از چند بارگيري نخست را به دور بريزيد.

 

مشخصه هاي نوعي براي شروع کار روان سازي «بدنة ديوار» با يک فست ميل يک ليتري اينها هستند: درصد آب برابر با 41 (حدود 130 سي سي آب) و زمان سايش 12 تا 16 دقيقه (که بستگي به زبرة مناسب و سرعت فست ميل گردان دارد).

 

توجه کنيد که بايد دقيقاً مشابه خط توليد رفتار کنيد: همان درصد (از روان ساز و آب) و همان نوع روان ساز که در توليد استفاده مي شود به عنوان مرجع (شاهد) شما تلقي مي شود و فرمولي را که براي روان سازي همين دوغاب به دست مي آوريد، بايد بتواند ويسکوزيته اي برابر يا پائين تر از ويسکوزيتة دوغاب مرجع به دست دهد. براي بدنه هاي کاشي کف يا پرسلاني ممکن است درصد آب لازم کمتر باشد (مثلاً 38 درصد و 120 سي سي آب براي بچ 200 گرمي).

  اندازه گيري ويسکوزيته يا از طريق دستگاههاي ويسکوزيمتر (با حرکت چرخشي) انجام مي پذيرد و يا از فورد-کاپ با قطر نازل 4 يا 8 ميلي متري استفاده مي شود. معمولاً دستگاههاي الکترونيکي ويسکوزيته را به صورت مطلق نشان مي دهند (بر اساس واحدهاي پويز يا سانتي پويز) و دستگاههاي دستي بر اساس زمان ريزش حجم مشخصي از دوغاب (معمولاً صد سي سي). براي اين که بتوان مقايسه اي بين زمان ريزش دوغاب و ويسکوزيتة مناسب داشت، ويسکوزيتة ريزشي را به صورت انگلر (Engler, Ế) بيان مي کنند. انگلر حاصل تقسيم زمان ريزش حجم صد سي سي از دوغاب به زمان ريزش همين حجم از سيال ديگر (مانند آب) است.

 

 

 

 

وقتي درصد آب و زمان سايشِ مناسب تعيين شد، منحني روان سازي را رسم مي کنيم.

 

متاسيليکات سديم غليظ (به شکل محلول آبي) را خيلي از شرکتهاي سازنده به صورت آماده به شرکتهاي مصرف کننده ارسال مي کنند. بايد در همان ظرفي که آب را توزين مي کنيد، با استفاده از يک وسيلة مناسب که بتوانيد سيليکات سديم را به صورت قطره اي به ظرف آب اضافه کنيد (مثلاً يک ميخ بزرگ)، مقدار مشخصي از آن را بيفزائيد. يک منحني نوعي مي تواند با گامهاي 15/0 درصدي که از 65/0 درصد آغاز شود، ترسيم گردد (مثلاً 65/0، 80/0، 95/0 درصد؛ بالاتر يا کمتر). اين درصد بر مبناي خاک خشک است. مثلاً 95/0 درصد سيليکات سديم در يک بچ 200 گرمي 90/1 گرم خواهد بود. اندکي خطاي توزين به دلي ماهيت قطره اي ريخته شدن روان ساز به داخل ظرفِ آب وجود خواهد داشت که بايد سعي شود به حداقل برسد.

 

 

 

 

 

برگرفته از سايت http://www.ceramicindustry.com

 

اگر در درصد مصرفِ بالاتر روان ساز، ويسکوزيتة دوغاب افزايش نشان داد، بايد درصد را کم کنيد. به هر حال، به گونه اي بايد درصدها را تنظيم کرد که يک منحني با مينيمم نسبي (که نقطة اُپتيمم يا بهينة درصد روان ساز را نشان مي دهد) رسم گردد (مانند شکل بالا).