علم سرامیک

استفاده از محاسبات براي مناسب سازي لعاب

ممكن است منطقي به نظر برسد كه ما انبساط حرارتي تمام موادي را كه در در لعاب خود مورد استفاده قرار داده ايم را محاسبه و سپس جمع كرده و بسته به درصد استفاده آنها در لعاب، انبساط حرارتي لعاب محاسبه شود. اما اين روش زياد صحيح نيست. مشكل محاسبه انبساط لعاب از مواد اوليه، اين است كه در مورد اوليه، اعداد و ارقام موجود، مربوط به ساختار كريستالي و مينرالوژيكي ماده است (يا شايد بهتر است بنويسيم مربوط به ذرات ماده است) و مربوط به شيمي ماده نمي باشد. يك مثال كلاسيك در اين مورد كربن است. گرافيت يك ماده نرم است كه به عنوان روانساز به كار مي رود و الماس سخت ترين ماده اي است كه در جهان وجود دارد. هردور اين مواد يك فرمول شيمايي دارند، اما ساختار مينرالوژيكي متفاوت دارند. در صنعت سراميك مثال كلاسيك پودر سيليس است. اين ماده انبساط حرارتي بسيار زيادي دارد و مي توان گفت بيشترين ميزان انبساط حرارتي را دارد. سيليكاي فيوز شده (سيليكايي كه ذوب شده باشد و سريعاً قبل از اينكه كريستاليزه شده باشد، سرد شده باشد) ميزان انبساط حرارتي بسيار كمي دارد و جزء مواد سراميكي اي محسوب مي شود كه كمترين ميزان انبساط حرارتي را دارد. [اين درحالي است كه هردو از SiO₂ تشكيل شده اند].

چگونه چنين چيزي ممكن است؟

جواب اين است كه كوارتز شكل كريستالي دارد و اين در حالي است كه سيليكاي فيوز شده شيشه است و اين درحالي است كه ماهيت شيميايي هردو كاملاً يكسان است. اين موارد ذكر شده را مي توان تقريباً براي تمام مواد كريستالي ديگر نيز تكرارپذير دانست. حال به علت اينكه اغلب مواد، مخلوطي از مينرال هاي مختلف هستند و حتي ممكن است مخلوطي از انواع مختلفي از يك نوع مينرال باشند.

لعاب پخته شده در حقيقت ماهيت شيشه اي دارد و به صورت كريستالي نيست [مگر به صورت دلخواه و براي ايجاد افكت كريستاليزه شود]. بنابراين ميزان انبساط آن به صورت تئوريك برابر است با مجموع انبساط اكسيدهايي كه آن را تشكيل داده اند. هر ماده اي يك يا چند اكسيد را به تركيب قطعه مورد نظر وارد مي كند و حتي ممكن است يك اكسيد توسط چند ماده تامين شود [به عنوان مثال SiO₂ مي تواند توسط سيليس، فلدسپار و يا ... اضافه شود]. بنابراين محاسبه انبساط لعاب از طريق درصد اكسيدها عملي است (البته مي بايست در اين مورد احتياط كرد كه بعداً توضيح داده خواهد شد). انبساط هركدام از اكسيدها (ميزان انبساط اكسيدهاي سراميكي، به خصوص انواع معروف آنها، كاملاً شناخته شده و مشخص است) و محاسبه انبساط لعاب از طريق فرمول آن ممكن است.

براي اينكه به نتايج موثرتر و قابل قبول تري برسيم مي بايست محدوديت هاي اين روش را بدانيم. نخست اينكه، نمي توان به طور دقيق و درست ضريب انبساط حرارتي را محاسبه نمود. تكنيك هاي رياضي مختلفي ايجاد شده است كه نتايج خوبي ارائه مي كند ولي هنوز يك روش عمومي كه در همه جا كاربرد داشته باشد وجود ندارد. به ياد داشته باشيد كه ديلاتومترها نيز مشكلات مخصوص به خود را دارند و لعاب بر روي يك قطعه ممكن است انبساط حرارتي مشابه براي نمونه آزمايشي را نشان ندهند (در هنگام تنوع نتايج).

روش افزودني محاسبه انبساط، رايج بوده و كاملاً قابل انجام است. هم چنين تفاوت بين انبساط هاي اكسيدها آنقدر زياد است كه قطعآً محاسبات جهت دار خواهد بود. با اين وجود به ياد داشته باشيد كه: محاسبات نسبي بوده و مقدار انبساط حرارتي به دست آمده قطعي نمي باشد. اما سئوالي در اينجا مطرح مي گردد اين است كه آيا اين نتايج همان اعدادي هستند كه ما به آنها نياز داريم؟ يعني اگر لعابي داراي ترك بود، مي بايست ضريب انبساط حرارتي آن را كاهش دهيم. آيا ما به اعداد قطعي نياز داريم تا ضريب انبساط حرارتي لعاب و رس را نمايش دهيم؟ پاسخ اين سئوال منفي است و به همين دليل انبساط حرارتي محاسبه شده كاملاً موثر عمل مي كند و اكسيدهايي كه موجب كاهش و يا افزايش آن مي شوند كاملاً شناخته شده اند. اين حالت مشابه اين موضوع است كه شما با وسيله نقليه اي رانندگي مي كنيد كه كيلومتر شمار آن خراب است و شما سرعت خود را براساس رفت و آمدهاي اطراف خود مورد سنجش قرار دهيد. دختر بچه ها معمولاً زير سرعت مجاز و پسرهاي نوجوان تمايل به رانندگي بيشتر از سرعت مجاز دارند. راه هاي مختلف نيز نشابه بدنه هاي مختلف رسي است.

حالا يك سئوال ديگر: شما براي حل مشكل ترك مي بايست انبساط را به چه ميزان تعديل كنيد؟ اگر لعاب شما خيلي زود و بعد از اينكه از كوره پخت بيرون آمد ترك خورد، نشانگر وجود مشكلات بزرگ و نه سطحي در لعاب است. بنابراين اگر ميزان انبساط لعاب ترك خورده در اين شرايط 5/7 است بايد سعي كنيد كه آن را به 7 برسانيد. بعد از آزمايش تنش، حالا مي توانيد آن را كاهش و يا افزايش دهيد.

اهداف انبساط محاسبه شده براي بدنه هاي رسي

افرادي كه مدت زيادي با بدنه هاي رسي كار كرده باشند مي توانند متوجه شوند كه آيا بدنه و يا لعاب جديدي كه مي خواهند مورد مصرف قرار دهند، ترك مي خورد يا نه. به ياد داشته باشيد كه به هرحال محاسبات نسبي بوده و به شرايط سيستم بستگي دارد به طوري كه لعاب مات دولوميتي ممكن است نياز به محاسبه انبساط 7 براي مچ شدن بر روي بدنه داشته باشد و اين در حالي است در اين حالت بلور Zinc Lithia به مقدار زياد ايجاد نمي شود.