بررسي فرمولاسيون و خواص لعابهاي کريستالين ب
چکيده:
هدف از اين تحقيق بررسي تأثير جوانه‌زاي داراي اندازه نانو در مقايسه با جوانه‌زاهاي داراي اندازه ميكروني در ايجاد لعاب كريستالين روي بدنه‌هاي دکوري و تزئيني و يا در موارد خاص بر روي بدنه‌هاي کاشي مي‌باشد.
از مواد اوليه فريت ترانس، سيليس، عوامل جوانه‌زا (اکسيد روي و دي‌اکسيد تيتانيم) و اکسيد رنگي مس در اندازه نانومتر و ميکرومتر استفاده شد. جهت بررسي رفتار حرارتي حين ذوب، چگونگي هموژنيته، حلاليت مواد ديرگداز و کريستاليزاسيون لعاب‌ها از ميکروسکوپ حرارتي. بدنه‌هاي لعاب خورده پس از خشک شدن در کوره الکتريکي تحت اتمسفر اکسيدي پخت شدند. مقاومت شيمايي تحت استاندارد اروپا انجام شد. مطالعات زيرساختاري زمينه وكريستال‌هاي ايجاد شده در سطح لعاب و تهيه تصاوير از ميکروسکوپ الکتروني روبشي استفاده شده است.
نتايج حاصل نشان مي‌دهند كه استفاده از عوامل جوانه‌زاها در اندازه نانومتري تأثير به سزايي روي سيکل پخت، رنگ کريستال‌ها، نوع کريستال‌ها و اندازه آنها دارد. هم‌چنین نتايج حاصل نشان داد استفاده از عوامل جوانه‌زا در اندازه نانو باعث افزايش محدوده کريستاليزاسيون و رشد كريستال‌ها در اندازه ماكروسكوپي همراه جذب خوب رنگدانه‌ها و کوتاه شدن زمان توقف در كوره و در نتيجه كم شدن مدت سيکل پخت درکوره مي‌گردد.
واژه‌هاي كليدي: لعاب، جوانه‌زا ، كريستال، كريستالين، ميکروسکوپ حرارتي
1- مقدمه:
در لعابهاي معمولي هنگامي که سرمايش آغاز مي‌شود مولکول‌ها يک زنجيره بي‌نظم آمرف را ايجاد مي‌کنند. براي ايجاد کريستال‌ها، جوانه‌ها بايد هنگام سرد شدن مولکول‌ها خود را در جهت‌هاي منظمي شکل‌دهند تا ايجاد باندهايي که شبکه را تشکيل مي‌دهند گردد و کريستال‌ها بتوانند در يک فاز شيشه‌اي تشكيل شده و رشد نمايند. كريستال‌هايي كه در اين شرايط شکل مي‌گيرند شيشه سراميک ناميده مي‌شوند.
لعابهاي کريستالين لعاب‌هايي هستند که ذرات (جوانه ها) افزوده شده به آنها در هنگام ذوب لعاب مولكول‌هاي اطراف خود را جذب مي‌نمايند. اگر در اين شرايط لعاب به آرامي سرد شود كريستال‌ها مي‌توانند تا cm15 رشد کنند. به‌طوري‌كه در سطح زمينه شيشه‌اي لعاب، کريستال‌هايي درشت قابل رؤيت مي‌شوند. معمولاً اکسيد تيتان و اکسيد روي در اندازهاي ميكروني به عنوان عوامل جوانه‌زا جهت شكل‌گيري کريستال‌ها و ايجاد درخشندگي بيشتر رنگ‌ها به‌کار مي‌روند.
برخي از لعاب‌ها جلوه‌هاي زيباي بي‌نظيري را ايجاد مي‌کنند، که گاهي در کاربردهاي خاصي مفيد هستند. برخي از اين جلوه‌هاي خاص در اثر ايجاد کريستال‌هاي پخش شده در لعاب به‌وجود مي‌آيد. در برخي از اين لعاب‌ها ميکروکريستال‌ها تشکيل مي‌شوند که با چشم غيرمسلح قابل رؤيت نمي‌باشند با کاهش سرعت جوانه‌زني، کريستال‌ها مي‌توانند به اندازهاي رشد کنند که با چشم غيرمسلح قابل رؤيت شوند. فرآيند تشکيل لعابهاي کريستالين به‌وسيله شکل‌گيري شيشه سراميک‌ها توجيه مي‌شود بدين ترتيب که در زمينه با ساختار شيشه‌اي لعاب، کريستال‌ها با نظم و قاعده خاص خود شکل مي‌گيرند. کريستاليزاسيون در اين لعاب‌ها به‌وسيله عامل‌های جوانه‌زا صورت مي‌گيرد.
لعابهاي کريستالين، داراي کريستال‌هاي منفرد و قابل تشخيص در يک فاز شيشه‌اي مي‌باشد. اين کريستال‌ها داراي انواع، اندازه‌ها و اشکال متفاوت بوده و حتي ممکن است از نظر رنگ با زمينه متفاوت باشند.
کريستال‌ها حين فرآيند جوانه‌زني و رشد در لعابي که از ترکيبات مستعد براي کريستاليزاسيون اشباع شده‌اند، توليد مي‌گردند. براي ايجاد کريستال‌ها، در اکثر مواقع لازم است که عوامل جوانه‌زاي مناسب در لعاب موجود باشند و عمليات حرارتي مناسبي بر روي آنها اعمال گردد.
ويسکوزيته اين لعاب‌ها بسيار پایین بوده و امکان شره کردن حين کريستاليزاسيون وجود دارد ]2[. لعابهاي کريستالين از نظر خواص مکانيکي به قدرت لعابهاي همگن شيشه‌اي يا مات نيستند. سطح لعاب همواره به صورت کاملاً صاف نيست و گاهی در محل انفصال کريستال‌ها از فاز شيشه، برآمدگي‌ها و ناهمواري‌هايي وجود دارند.
در لعاب كريستالي تئوري جوانه‌زني غير همگن مطرح است. جوانه‌زني غيرهمگن معمولاً خيلي سريع‌تر از جوانه‌زني همگن است. در اين فرآيند، انرژي سطحي لازم براي انجام تحول، توسط عوامل خارجي تأمين مي‌گردد و براي انجام اين تحول، سطح عامل خارجي بايد ضرورتاً با سطح جوانه در تماس باشد. اين عوامل خارجي همان جوانه‌زاها هستند. ]4 [روابط و نحوه تشكيل و اثر جوانه‌زايي در مراجع ]3 [كاملاً تشريح شده است. چون تيتانيا به راحتي در لعاب حل مي‌شود و در حين سرمايش، تبلور مجدد مي‌يابد. لذا به‌عنوان يکی از قوي‌ترين جوانه‌زاها در لعابهاي کريستالين مورد استفاده قرار مي‌گيرد. [5 و 6 ] لعابهاي حاوي اكسيد روي بدون حضور تيتانيا نيز مي‌تواند به صورت جوانه‌زني همگن فازهاي کريستالي خود را تشکيل دهند. ]5[ ايجاد و رشد لعابهاي کريستالين به عوامل زير بستگي دارد ]7 [:
1-خواص شيميايي و فيزيکي لعاب حلال يا ماگما ، 2-اکسيد پايه مورد استفاده براي تشکيل سيليکاتي که ماگما را اشباع مي‌کند و در نهايت در حين سرد شدن بصورت فاز کريستالي رسوب مي‌کند. 3-دما و زمان پخت، 4- منحني سرد کردن.
مشخص است که رنگ کريستال‌ها به رنگ لعاب پايه بستگي دارد]8 [. حين رشد، کريستال‌هاي ريز، رنگدانه‌ها و يا ترکيبات فلزي که توسط اکسيدهاي عناصر واسطه مانند اکسيد نيکل، مس و آهن تأمين مي‌شوند را از اطراف لعاب جذب کرده، تشکيل کمپلکس مي‌دهند و کريستال‌هاي رنگي بزرگ را به وجود مي‌آورند. لذا در لعاب چند اکسيدي، سرعت رشد متأثر از حضور ناخالصي‌هاي ناچيز است که به عنوان کاتاليست عمل مي‌کنند. ]9 [
ترکيب لعاب بر روي نوع و ميزان کريستال‌ها تأثير مستقيم دارد. مثلاً در لعابهاي حاوي روي احتمال ايجاد کريستال‌هاي ويلميت و گانيت ، بسته به ميزان اكسيد سيليسم و يا اكسيد آلومينيوم است ]12 -10 [. اين لعاب‌ها بايد از سياليت بالايي در محدوده کريستاليزاسيون برخوردار باشند تا امکان تشکيل کريستال‌ها فراهم شود. و سياليت زياد لعاب مانع از رشد آنها نگردد. ميزان اکسيدهايي از قبيل: اكسيد‌سيليسيم، اكسيدآلومينوم، اكسيدكلسيم و اكسيد منيزيم در ترکيب لعاب، بايد در حد مشخصي نگه‌داشته شود. چون اين اکسيدها سياليت لعاب را كم مي‌كنند و از تشکيل کريستال جلوگيري مي‌نمايند. به‌عبارت ديگر اکسيدهايي چون اكسيد پتاسيم، اكسيد سديم، و اكسيد باريم، به دليل زياد كردن سياليت لعاب و تسهيل کريستاليزاسيون استفاده مي‌شوند
سرامیک مشتق از کلمه keramos یونانی است که به معنی سفالینه یا شئی پخته شده است. در واقع منشا پیدایش این علم همان سفالینههای ساخته شده توسط انسانهای اولیه هستند. در واقع قبل از کشف و استفاده فلزات، بشر از گلهای رس به علت وفور و فراوانی آنها و هم‌چنین شکلگیری بسیار خوب آنها در در صورت مخلوط شدن با آب و درجه حرارت نسبتاً پایین پخت آنها استفاده میکرد. آلومینوسیلیکاتها که خاکهای رسی خود آنها به حساب میآیند، از عناصر آلومینیوم، سیلیسم و اکسیژن ساخته میشوند که این سه عنصر بر روی هم حدود 85 درصد پوسته جامد کره زمین را تشکیل میدهند. این سه عنصر فراوانترین عناصر پوسته زمین هستند.