مراحل فازی تشكیل لعاب در خلال فرآیند پخت




لعاب استعمال شده بر روی بدنه ها مطابق با مراحل ذیل تبدیلات فازی خود را در خلال سیكل پخت طی مینماید : 

- تشكیل سیلیكاتها 

- تشكیل فاز شیشه ای 

- فاز تصفیه 



فلدسپارها در تركیب لعاب ، قلیائیها را بعنوان تغییر دهنده های شبكه ، آلومین را بعنوان واسطه تثبیت سازی ، و SiO2 را بعنوان شیشه ساز و به شكلی نامحلول وارد سیستم می نمایند . در طی اولین فاز ، یعنی تشكیل سیلیكاتها ، آنچه بوقوع می پیوندد واكنشهای فاز جامد است . اولین واكنش فاز جامد مودیفیكاسیون بتا كوارتز به آلفا كوارتز در 573 درجه سانتیگراد است كه بصورت خودبخودی انجام می پذیرد . 

دیگر مؤلفه مهم مصرفی در بچ لعاب CaCO3 است كه تجزیه آن مطابق واكنش زیر بوقوع می پیوندد : 

CaCO3 à CaO + CO2 



متعاقب واكنشهای بالا ، فاز تشكیل سیلیكاتها با تشكیل كلسیم سیلیكات آغاز می گردد : 

2CaO + SiO2 à 2CaO.SiO2 

CaO + SiO2 à CaO.SiO2 



فاز تشكیل سیلیكاتها حول و حوش 900 درجه سانتیگراد و در حالی كه لعاب همچنان حاوی كوارتز باقیمانده در ساختار خود می باشد ، به اتمام میرسد . مذابه های اویتكتیك اولین فازهای مذابی هستند كه در خلال افزایش درجه حرارت و در بازه حرارتی 700 تا 900 درجه سانتیگراد تشكیل می گردند . در فاز دوم ، واكنشهای تشكیل شیشه بوقوع می پیوندد . بخش عمده كوارتز آزاد باقیمانده ، در طی این مرحله از فرآیند پخت وارد فاز مذاب می گردد . 

در پیك حرارتی پخت لعاب ، مؤلفه های اكسیدی استاندارد مورد استفاده در لعابها ، یعنی CaO ، MgO، k2O، Na2O، ZnO ،Al2O3 و SiO2 همگی در فاز مذاب حضور دارند . لعابها در حالی كه در موقعیت فاز شیشه أی و یا بعضاً مرحله بعدی تصفیه قرار دارند ، با طی مرحله سرمایش سخت می شوند . 

به هر ترتیب فرآیند ذوب كامل شیشه أی در طی سیكلهای پخت استاندارد محصولات سرامیكی همواره صورت قطعیت به خود نمی گیرد . بنابراین شاهد حضور حفره های سوزنی در سرتاسر ساختار برخی از لعابها هستیم كه حكایت از حضور ذرات حل نشده در مذابه (SiO2) لعاب می نماید . یك ناحیه انتقالی بین لعاب و بدنه تشكیل می شود كه اصطلاحاً بدان لایه میانی یا لایه بافر اطلاق می شود و در مقایسه با بدنه های سرامیكی از محتوای فاز شیشه أی بالاتری برخوردار است . 

بسته به تركیب خاص شیمیائی لایه بافر بعضاً ممكن است با تشكیل فازهای كریستالین نیز مواجه گردیم . در لعابهای غنی از CaO ، كریستالیزاسیون آنورتیت و حضور كریستوبالیت را می توان به كمك آنالیز میكروسكوپ الكترونی روبشی ثابت نمود . اثر فلدسپارهای قلیائی (ترجیحا فلدسپارهای غنی از آلوبایت ) در طی مراحل تشكیل لعاب عمدتاً در مرحله دوم یعنی تشكیل فاز شیشه نمود می یابد . این فلدسپارها در 1120 درجه سانتیگراد شروع به ذوب شدن نموده و در پیوند با سایر اكسیدها،ساختار شیشه أی لعاب را گسترش میدهند . 

در ساده ترین شكل این ساختار شامل شیشه های آلومینوسیلیكات قلیائی ـ قلیائی خاكی است . افزودن Al2O3 به كمك فلدسپارها این مزیت را دارد كه انحلال و ورود آن به فاز مذاب تقریبا بدون مشكل انجام میپذیرد . 

فرضیه هایی كه در تبیین ساختار شیشه های سیلیكاته مورد استفاده قرار می گیرند، در توصیف فرآیندهای واقع شده در طی تشكیل فاز شیشه أی لعاب نیز معتبرند ، و نتایج حاصل از آنها ضرورت حضور قلیائیها و قلیائیهای خاكی ، Al2O3 و SiO2 را در نسخه فرمولاسیون بچ لعاب نشان می دهد . 

شیشه های آلومینوسیلیكاته قلیائی ـ قلیائی خاكی كه در خلال تشكیل فاز شیشه أی توسعه می یابند،شامل اتصالات نامنظم تتراهدرونهای [SiO4]- هستند كه كه اساسا 60 درصد پیوندها را شامل می شود . Al2O3 این قابلیت را دارد كه در شبكه جایگزین SiO2 شده و بنابر این در صورت حضور اكسیدهای قلیائی، به فرم كئوردینیت های تتراهدرالی چون تتراهدرون [AlO4]- ظاهر گردد . 

افزودن فلدسپار به نسخه بچ لعاب ضامن تامین هر سه مؤلفه اكسیدی مورد اشاره است . یونهای قلیائی و قلیائی خاكی هر دو بعنوان تغییر دهنده های شبكه عمل می نمایند . اگرچه Al2O3 می تواند هم به شكل یك تشكیل دهنده و هم به شكل یك تغییر دهنده شبكه عمل نماید ، معهذا رفتار آن بستگی به میزان اسیدیته یا قلیائیت فاز شیشه أی دارد . 

با افزایش درجه حرارت ، قلیائیها [Na2O,K2O] و قلیائیهای خاكی [CaO,MgO] بیشتری وارد فاز شیشه می شوند ، كه به نوبه خود موجب افزایش قلیائیت فاز شیشه أی گردیده و بنابراین تشكیل تتراهدرونهای [AlO4]- را امكانپذیر می سازند . تتراهدرونهای [SiO4]- و [AlO4]- ساختار شیشه أی را تشكیل می دهند كه بر اساس مدل اشاره شده ، شبكه شیشه أی لعاب محسوب می گردد . 

یونهای قلیائی و قلیائی خاكی ـ بعنوان تغییر دهنده های شبكه ـ از طریق اكسیژن به تتراهدرونها متصل میگردند .این مكانیسم موجب شكست پلها و تخریب ساختار شبكه می گردد . افزایش محتوای اكسیدهای قلیائی و قلیائی خاكی تعداد شكستهای حادث شده را افزایش می دهد . تتراهدرونهای [AlO4]- موجب كاهش این شكستها می گردند . این اثر Al2O3 مادامی كه یونهای قلیائی و قلیائی خاكی كافی جهت بالانس كردن ظرفیت یونهای آلومینیوم سه بار مثبت[Al3+] در تتراهدرونهای [AlO4]- ، در دسترس باشند ، ادامه می یابد . با این توصیف نتیجه میگیریم كه یك بچ لعاب هنگامی تنظیم می شود كه حاوی كمیت مناسبی از مؤلفه های تشكیل دهنده و تغییر دهنده شبكه به منظور تشكیل ساختار شیشه أی باشد . 

استفاده از فلدسپارها در نسخه فرمولاسیون بچ لعاب بدین جهت ضروری است كه Al2O3 را به شكل محلول و عاری از ذرات حل نشده به مذابه لعاب وارد میسازد . در چنین شرایطی آلومین به طور همزمان نقش تثبیت كنندگی و تغییر دهندگی شبكه [Na2O,K2O] و نیز شیشه ساز[SiO2] را ایفا می نماید . 

در تولید لعابها و فریتهای ترانسپارنت ، رعایت این نكته ضروری است كه فلدسپارها می بایست از حداقل ممكن اكسیدهای رنگی كننده برخوردار باشند . فلدسپارهای غنی از Na2O با محتوای Fe2O3 كمتر از 08/0 درصد وزنی و TiO2 كمتر از 02/0 درصد وزنی جهت تامین این منظور مناسبند . در لعابهای رنگی ، مصرف فلدسپارهایی با محتوای اكسیدهای رنگی بالا [Fe2O3>0.15%] و [TiO2>0.05%] مجاز میباشد .