علم سرامیک

قبل از پرس كردن گرانولها بايد سيلو شوند تا بيات شوند. بيات كردن گرانولها دو نتيجه خواهد داشت اول اينكه در هر گرانول رطوبت سطح گرانول از مغز گرانول كمتر است با بيات كردن رطوبت سطح و مغز يكسان مي شود و دوم اينكه ميزان رطوبت در گرانولهاي ريزتر با گرانولهاي درشت تر مقاومت خواهد بود. در گرانولهاي ريزتر فاصله ديفوزيوني مغز تا سطح گرانول كوتاه تر است لذا گرانولهاي كوچكتر رطوبت كمتري دارند. پس از بيات كردن رطوبت بين گرانولهاي ريز و درشت يكسان مي شود.

درصد رطوبت گرانولها بطور غير دقيق اما نسبتاً مناسب توسط دستگاهي به نام رطوبت سنج يا S.P.D اندازه گيري مي شود. پرس: پرس ها به دو دسته تقسيم مي شوند:

1- ئيدروليكي

 2- ضربه اي پرسهاي قديمي بيشتر از نوع ضربه اي بودند

كه سرعت كار پرس هاي ضربه اي بيش از هيدروليك است به نحويكه در هر دقيقه پرسهاي ضربه اي مي توانند 30سيكل يا 30مرتبه پرس انجام دهند. در ضمن وزن پرسهاي ضربهاي نسبت به فشاري كه اعمال مي كنند كم است. اما در پرس هاي هيدروليك توزيع فشارشانت بر سطح قطعه يكنواخت تر است و عيب ابعاد ناشي از اختلاف فشار پرس در طول روز با استفاده از پرسهاي هيدروليك كمتر ديده مي شود. اما وزن و اندازه پرسهاي هيدروليك نسبت به فشاري كه مي توانند اعمال كنند بالا است.

مزاياي استفاده از روش پرس براي شكل دادن: 1

- استحكام خام و خشك و پخت قطعه بيشتر است.

2- سرعت توليد در اين روش شكل دهي بالا است.

3- حين خشك شدن، از آنجايي كه در روش پرس درصد رطوبت كمتر است ميزان ضايعات كمتر خواهد بود. 4- ابعاد محصول دقيقتر خواهد بود.

5- انقباض حين خشك شدن و حين پخت كمتر خواهد بود.

سيكل كاري پرسهاي هيدروليك: جهت پركردن قالب از گرانولها از ابزاري به نام دراور يا كشويي استفاده مي شود. شكل كشويي ها حائز اهميت است. داخل برخي از كشويي ها لوزي است و پنجره اي است.

داخل بعضي ديگر از كشويي ها به شكل هاي متنوع است. پس از24 ساعت بيات شدن گرانولها، رطوبت گرانولها از %7 به %5 افت مي كند. سيكل كاري پرس به قرار زير است: ابتدا از سيلوي بالاي پرس، دراور يا كشويي پر از گرانول مي شود.

سپس دراور به سطح قالب مي آيد سطح زيرين يا فوقاني دراور باز است وقتي دراور به سطح قالب مي آيد گرانولها به داخل قالب ريخته مي شود و با برگشت دراور به جاي خود سطح گرانولها در داخل قالب صاف مي شود. توجه داشته باشيد كه كشويي يك حركت رفت و برگشتي دارد با صاف شدن سطح گرانولها و كنار رفتن دراور پانچ فوقاني پائين مي آيد و فشار اوليه را اعمال مي كند سپس نيرو حذف مي شود.

 البته عملاً پانچ بالا نمي رود اما حذف فشار مهلت هواگيري را به قطعه پرس شده خواهد داد. يعني هواگيري در فرصت كوتاهي مثلاً 2/0 ثانيه صورت مي گيرد. سپس مجدداً توسط پانچ فوقاني فشار نهايي اعمال مي شود. فشار اوليه حدودKg/Cm2 60-40 و فشار ثانويه و نهايي حدودKg/Cm2 340-220 بسته به نوع بدنه انتخاب مي شود.

 سپس پانچ بالايي بالا مي رود در اين هنگام پانچ پائيني بالا مي رود. با بالا آمدن پانچ پائين قطعه از داخل قالب خارج مي شود. در اينجا كشويي جلو آمده و قطعه را از سطح قالب بيرون مي راند سپس پانچ پائيني پائين رفته، گرانولها در محفظه قالب با پائين رفتن پانچ زيرين تخليه مي شوند در اينجا دراور به جاي اول خود باز مي گردد و سطح گرانولها را صاف مي كند.

سپس پانچ بالايي پائين آمده و فشار اوليه را اعمال مي كند. كاشي هاي با ابعاد بزرگتر دارند كمتر بصورت دو ضرب توليد مي شوند و بيشتر به صورت سه ضرب و حتي چهار ضربه اي توليد مي شوند. مثلاً كاشي 60*60 و 50*50 را بصورت دوضربه اي نمي توان توليد كرد.

تغييرات گرانولها حين مراحل مختلف پرس كاري: در اثر حركت دراور يا كشويي، قالب از گرانولها پر مي شود دانسيته اي كه در اين حالت بدست مي آيد برابر خواهد بود با Df يا فيل دسيتي. هر چه خواص جريان يابي گرانولها بيشتر و بهتر باشد در واقع هنگام پر شدن قالب، لرزش گرانولها بر روي يكديگر ساده تر بوده است در نتيجه Df يا دانسيته پر شدن بالاتري حاصل مي شود. از نظر شكل ظاهري، هر چه شكل گرانولها كروي تر باشد، Df بالاتري حاصل مي شود.

در مرحله اعمال فشار ابتدا گرانولها خرد مي شوند و تخلخلها كاهش مي يابد. بعضي از ذرات در اثر اعمال فشار مي شكنند و برخي دچار تغيير فرمهاي پلاستيك مي گردند. همچنين بعضي از تغيير فرمهاي پلاستيك نيز حادث مي شود. دانسيته پس از اعمال فشار(Dc) از رابطه زير قابل محاسبه است: Dc= Df + m LnPa/Py m (ضريب ثابت) Pa (فشار اعمالي) Py (فشار در حد تسليم) در سيستم تك پخت، قطعات پس از پرس وارد Rapid Drier مي شوند و ممكن است Rapid Drier ها رولري و يا سياره اي باشند. در Rapid Drier، كاشيها به صورت انفرادي خشك مي شوند. دماي Rapid Drier بسيار بالاتر از خشك كن هاي تونلي است و حتي تا 180 درجه سانتي گراد مي تواند باشد. بعد از Rapid Drier ، اگر كاشي داغ باشد سطح كاشي را مقداري خنك مي كنند نمكهايي كه حين خشك شدن در سطح متمركز شده اند

و دهانه هاي لوله هاي مويين را مسدود كرده اند فرصت مي كنند كه در آب حل شده و در نتيجه دهانة لوله هاي مويين باز مي شوند و قطعه آب دوغاب را جذب مي كند و پس از انگوب ، لعاب و چاپ اول اعمال مي شود در اينجا نيز اسپري لوبريكنت اعمال مي شود.

 تذكر: نكته بسيار مهم در سيستمهاي تك پخت؛ قطعه به هنگام چاپ هنوز خام است و هنوز پخته نشده و چاپ بر سطح قطعه خشك شده اعمال مي گردد نه بدنه پخت شده لذا داشتن استحكام خام و خشك بالا در مورد سيستمهاي تك پخت، بسيار اهميت دارد. استحكام خشك؛ براي اعمال يك چاپ توسط سيلك اسكرين بايد حدود kg/cm2 14 باشد و هر چه تعداد چاپ بيشتر مي شود، استحكام خشك قطعات بايد بالاتر باشد به نحوي كه براي پيشگيري از ضايعات در سيستمي كه سه چاپ اعمال مي شود؛ استحكام خشك بايد 25kg/cm2 باشد.

توجه داشته باشيد كه در صورت نياز به چاپ راكتيو ، اين چاپ در آخرين مرحله اعمال مي گردد. چاپ راكتيو در سطح لعاب، فرورفتگي ايجاد مي كند كه مي تواند يك لعاب با خاصيت راكتيو بسيار قوي باشد و در بعضي موارد از سرنج براي ايجاد راكتيو استفاده مي كنند . سپس لعاب مي زنند و چاپ و در نهايت پخت لعابي، نوبت به درجه بندي و بسته بندي محصول و در نهايت فروش مي رسد.

عيوب پرس: عيب عدم يكنواختي: عدم يكنواختي را از دو جنبه مي توانيم مورد توجه قرار دهيم. يكي عدم يكنواختي بين قطعات مختلف و ديگري عدم يكنواختي در نقاط مختلف قطعه. عدم يكنواختي بين قطعاتي با يك كد مخصوص توليد مي شود. ميزان فشار پرس در توليد يك محصول در دو روز متوالي متفاوت بنابراين فشردگي بدنه پس از پرس متفاوت خواهد بود. هر چه قطعه متراكم تر باشد انقباض حين پختش كمتر خواهد بود. وقتي فشردگي محصولاتي كه در دو روز متوالي پرس شده اند يكسان نباشد نتيجتاً انقباض حين پختشان نيز متفاوت خواهد بود. 1

- با تغيير فشار پرس فشردگي تغيير مي كند انقباض پس از پخت تغيير مي كند. 2

- تغيير درصد رطوبت گرانولها: اگر رطوبت گرانولها كاهش پيدا كند افت رطوبت باعث كاهش تغيير فرمهاي پلاستيك و در نتيجه فشردگي كاهش مي يابد. كاهش فشردگي منجر به افزايش انقباض حين پخت مي شود كه اين منجر به تغيير ابعاد محصول مي شود.

3- توزيع دانه بندي گرانولها: با تغيير دانه بندي گرانولها كه مي تواند ناشي از تغييرات فشار پمپ يا درصد آب دوغاب باشد Df (دانسيته پر شدن قالب) تغيير مي كند و در نتيجه Dc يعني دانسيته پس از پرس تغيير خواهد كرد و در نتيجه ميزان فشردگي قطعه پس از پرس تغيير مي كند و در نهايت انقباض حين پخت تغيير مي كند و در نتيجه محصول توليد شده در دو روز متوالي ابعاد متفاوت خواهد داشت و علاوه بر اين استحكام خمشي محصول و جذب آب محصول نيز تغيير مي كند كه در واقع تفاوت در خواص ذاتي محصول است و مطلوب نمي باشد. عيب پوسته اي شدن يا lamnation يا لايه اي شدن:

 اولين عامل اگر گرانولها زيادي ريزدانه باشد بخصوص در حالتيكه توزيع دانه بندي هم وسيع نباشد. وقتي توزيع دانه بندي وسيع باشد(توزيع اندازه دانه گرانولها) بر طبق تئوري آندريازن ميزان تخلخلها كاهش يافته و ميزان هواي محبوس شده در قطعه افزايش مي يابد و احتمال lamnation بالا مي رود. Lamnation عبارت است از دو پوست شدن يا لايه اي شدن محصول پس از پرس به موازات سطحي كه پانچ پرس بر آنها فشار وارد مي كند قطعه ر يك صفحه دچار گسستگي مي شود. اگر ذرات گرانولها ريز باشند و هم سايز باشند هواي محبوس در قطعه افزايش و ميزان فشردگي در اثر فشار اوليه كاهش و در نتيجه احتمال lamnation افزايش مي يابد. كمبود رطوبت گرانولها هنگام پرس باعث مي شود هنگام اعمال فشار پرس در غياب آب ذرات خاصيت پلاستيسيته نداشته به يكديگر نمي چسبند.

عدم اتصال منجر به بروز عيب lamnation مي گردد. هر چه يك بدنه پلاستيسيته اش بالاتر باشد به ميزان رطوبت بيشتري هنگام پرس احتياج دارند. رطوبت لازم براي ماجوليكا بيشتر از ارتن ور هاست چون ماجوليكا از دو رس متشكل شده است. هر چه پلاستيسيته بدنه اي بيشتر باشد يعني ميزان رسهاي پلاستيكش بيشتر باشد براي پرس نمودن محصول درصد آب بيشتري نياز است

 تا خاصيت پرس پذيري قطعه مناسب باشد. اگر بدنه ماجوليكا با %5 رطوبت و زبره %5 روي مش 230 دچار lamnation ناشي از خشكي شود بدنه ارتن ور قلدسپاتي – آهكي با %5/3 آب و زبره %5 روي مش 230 دچار عيب lamnation ناشي از خشكي مي شود. اگر رطوبت گرانولها بيش از حد باشد حين پرس يك فويل آب راه خروج آب را مي بندد و در نتيجه هوا در بين لايه هاي قطعه محبوس مي شود و نتيجتاً عيب lamnation بروز مي كند.

مناسب نبودن ميزان و سرعت ضربه اول Lamnation دو حالت كلي دارد: يا در سطح قطعه رخ مي دهد يا در وسط ضخامت قطعه كه هر يك دليل جداگانه اي دارد. اگر سرعت اعمال ضربه اول زياد باشد lamnation در سطح قطعه بروز مي كند دز ايمن حالت بايد سرعت اعمال ضربه اول را كندتر و آهسته تر كنيم. Lamnation ممكن است در مغز قطعه باشد اگر ميزان ضربه اول كافي نباشد lamnation در مغز قطعه بروز مي كند. در اينجا بايد ميزان اعمال فشار ضربه اول را افزايش دهيم.

اگر ضخامت گرانول در داخل قالب بيش از حد مناسب باشد عيب lamnation بروز مي كند. ميزان مناسب ضخامت گرانول در داخل قالب حدود دو برابر ضخامت قطعه است. مثلاً ضخامت گرانول براي قطعه اي كه قرار است ضخامت 5 ميليمتر پس از پرس داشته باشد بايد حدود 10 ميليمتر باشد. اگر بجاي 10 ميليمتر ضخامت گرانول 12 ميليمتر باشد در واقع در فشار اول فشردگي سطح قطعه زياد مي شود به نحويكه از خروج هواي محبوس شده جلوگيري مي كند و لذا عيب lamnation بروز مي كند. پر كردن بيش از حد قالب دومين عيبش فرسودگي بيش از حد و زودرس قالبهاست و سومين عيبش گرانتر شدن بدنه است چرا كه اصولاً (البته نه هميشه)

كاشي را متري مي فروشند نه كيلويي. دماي قالبها حدود 80-50 درجه مي باشد. اگر دماي قالب بيش از حد باشد افت رطوبت بخصوص در سطح قطعه داريم با افت بيش از حد رطوبت انسجام ذرات بدنه به يكديگر كاهش مي يابد و بخصوص دو پوست سطحي افزايش مي يابد. تلورانس ابعادي كم بين پانچ و قالب اگر به ميزان كافي وجود نداشته باشد

 درز بين گرانولها بسته شده و در مرحله هواگيري فرصت كافي و منفذ كافي براي خروج هوا وجود نخواهد داشت و هواي محبوس شده باعث بروز lamnation مي گردد. عدم خواب كافي گرانولها: عدم خواب كافي باعث مي شود كه رطوبت سطح و مغز گرانولها يكسان نباشد. مغز گرانولها به دليل رطوبت بالا مي تواند منجر به بروز lamnation شود و سطح گرانولها به دليل رطوبت پائين مي تواند lamnation را عامل شود. مورفولوژي ذرات: اگر در بدنه ماده اوليه پولكي شكل مانند تالك زياد موجود باشد احتمال لايه اي شدن افزايش مي يابد. تالك به دليل داشتن مورفولوژي پولكي احتمال بروز lamnation را افزايش مي دهد. فاكتور پرس پذيري: نسبت استحكام خشك به استحكام خام قطعات را فاكتور پرس پذيري گويند. فاكتور پرس پذيري بايد بين 4-2 باشد.

اصولاً فاكتور پرس پذيري بدنه هايي كه در ايران مصرف مي شود حدود 5/2-2 است. اگر فاكتور پرس پذيري كمتر از 2 باشد يعني پلاستيسيته بدنه كم و احتمال ضايعات ناشي از حمل و نقل زياد است و همچنين احتمال كثيف شدن پانچ زياد خواهد بود. اگر فاكتور پرس پذيري بيش از 4 باشد پلاستيسيته بدنه بالاست و حين خشك شدن بدنه مي تواند معيوب شود. ا

گر قالب كثيف باشد روي محصولات بعدي خط مي افتد. عيوب ناشي از انبساط پس از پرس زياد:

 1- ترك لبه

2- لب پر شدن عيب Halo يا پليسه لبه:

اگر مواد ريزدانه زياد باشد تلورانس بين پانچ و قالب زياد باشد و رطوبت گرانول كم باشد هنگام پرس در مرحله هواگيري وقتي هواي داخل قطعه به سمت لبه ها مي آيد تا از درز بين پانچ و قالب خارج شود به همراه خود در بدنه هاي خشك ذرات ريزدانه را به سمت لبه قطعه مي آورد و در لبه عيب پليسه ايجاد و اين عيب بلافاصله بعد از پرس مشاهده مي كند. به دليل بروز عيب پليسه و لب پريدگي كه مورد دوم ناشي از انبساط بعد پرس اضافي است كاشيها را اصولاً بصورت وارونه پرس مي كنند يعني سطح آينه اي كه قرار است لعاب بخورد به سمت پائين و پشت كاشي كه آنرا سطح آرم يا مارك گويند به سمت بالاست. براي اينكه عيب Halo را كاهش دهيم:

1- ميزان ذرات ريزدانه را كاهش دهيم. 2

- رطوبت گرانول را در حد امكان افزايش دهيم.

3- سرعت اعمال ضربه اول را كاهش دهيم.

عيب كثيف شدن قالبها: هر چه دماي قالب بالاتر باشد، بدنه كمتر به آن مي چسبد و در نتيجه كثيف شدن قالب كمتر بروز ميكند. رطوبت پودر: هر چه بيشتر باشد احتمال چسبيدن گرانولها به سمبه يا پانچ بيشتر مي شود. تركيب بدنه: بدنه هايي كه فاكتور پرس پذيري بالاتري دارند بدنه را كمتر كثيف مي كنند گرانولهاي تهيه شده از اسپري دراير نسبت به گرانولهايي كه با آسياب خشك تهيه مي شوند تمايل بيشتري به كثيف كردن قالب دارند. راه حل هاي كاهش عيب كثيفي قالب: ساده ترين راه حل دماي قالب را بالا مي بريم اما دما را كه زياد مي كنيم احتمال بروز lamnation سطحي پيش مي آيد. راه حل ديگر تميز كردن با دستمال آغشته به گازوئيل است.

 راه حل ديگر سطح قالبها توسط رزين ترانسپارتي پوشانده شده باشد. عيب عدم قائمه بودن زوايا يا squerness هر عاملي باعث شود يك ضلع كاشي بيش از ضلع مقابلش انقباض كند منجر به بروز عيب squerness خواهد شد. توسط پنتومتري فشردگي نقاط مختلف كاشي را اندازه گيري مي كنيم. هر چه فشردگي بيشتر باشد

ميزان فرورفتن سوزن پنتومتري در كاشي كمتر خواهد بود. فرض كنيد يك ضلع كاشي فشردگي زياد و ضلع مقابلش فشردگي كم دارد در ضلعي كه فشردگي زياد داريم انقباض حين پخت كم خواهد بود و زواياي مقابل آن از 90درجه كمتر خواهد بود. در ضلعي كه فشردگي كمتري داريم انقباض بيشتر بوده و زواياي مجاور آن از 90درجه بزرگتر خواهد بود يعني اگر شكل قطعه پس از پخت به صورت ABCD باشد در ضلع AB فشردگي بيشتر است و در ضلع CD فشردگي كمتر خواهد بود. همينطور يك عامل ديگر اينكه دراور حركت رفت و برگشتي دارد وقتي سرعت حركت دراور زياد مي شود به يك ضلع( پيشوني قالب) خوراك زيادي نمي رسد و احتمال بروز عيب squerness افزايش مي يابد. تراز نبودن دراور و پانچ قالب باعث عدم فشردگي يكنواخت در داخل قالب مي شود چون نقاطي كه پانچ مثلاً روي آن كج است فشردگي بيشتر و نقاط مقابل به آن فشردگي كمتر خواهد داشت پس اگر سطح پانچ تراز نباشد اضلاع كناري (نه جلويي و عقبي) يعني BC و AD فشردگي يكنواخت نداشته اين بار اختلاف انقباض در ضلع سمت راست و چپ داريم.

مثلاً ضخامت گرانول در ضلع AD بيشتر بوده است لذا فشردگي بيشتر بوده است و انقباض حين پخت كمتر بوده است. عيب عدم قائمه بودن مي تواند در كوره نيز ناشي از اختلاف دماي ديواره چپ و راست كوره ايجاد شود. آن سمتي از كاشي كه حرارت بيشتري ديده است اصولاً (نه هميشه) انقباض بيشتري خواهد داشت. لازم به ذكر است كه رطوبت خروجي از اسپري بايستي 2-1% بيش از مقدار مورد نياز پرس باشد.

لطفاً برای بهبود ویلاگ نظرات و پیشنهادات و سوالات خود را در قسمت نظرهای وبلاگ یا ایمیل اینجانب ارائه دهید. متشکرم