علم سرامیک

لعاب قشرنازك شيشه اي ياشيشه مانندي است كه (درفرايندلعابكاري) برسطوح بعضي اجسام سراميكي پوشش داده مي شود.ماده تشكيل دهنده لعاب راكه پودربسيارنرمي است بوسيله اي روي جسم موردنظر لعاب كاري مي كنند وسپس مي پزند. لعاب،تمام سطح جسم سراميكي راكاملا به صورت يك پوشش نازك مي پوشاند.لعاب هميشه دردماي كمتري نسبت به بدنه هاي سراميكي،به حالت خميري ومذاب درمي آيد،يعني نقطه خميري پايين تري دارد.

لعابكاري جسم سراميكي موجب تراكم،سختي،صيقلي ورنگي بودن آن مي شودوآن رادرمقابل بعضي ازعوامل شيميايي مستحكم وپايدارمي سازد.

لعاب،اجسام سراميكي متخلخل راكاملا متراكم وازنفوذ مايعات وگازها به داخل بافت آنها جلوگيري مي كندودرنتيجه ازتاثير خوردگي وعوامل نامساعد ديگر برآنها مي كاهد.

لعابهاي سراميكي درواقع يكي ازانواع شيشه ها هستندبدين جهت براي آشنايي با آنها لازم است اول به بررسي خود شيشه بپردازيم.

بيشتر موادي كه قشر جامدزمين راتشكيل مي دهند متبلور هستند وشكل بلورهاي انها نيز متفاوت است.علت تفاوت آنها به نحوه قرارگرفتن مولكولهاي آنها بستگي پيدامي كند.وقتي ماده متبلوري راحرارت مي دهيم مولكولها ارتباط ثابت خودرا ازدست مي دهند وحالتي بخودمي گيرند كه ذوب ناميده مي شود. موادي كه به حالت مذاب هستند ديگر بلوري درآنها مشاهده نمي شودولي پس از سردشدن اين بلورها مجددا به وجودمي آيند.موادي مانندكوارتزفاقدخاصيت اخيرهستند يعني پس ازسردشدن ديگر نظم مولكول هاي آنها به حال اول برنمي گرددوبه همان حالت بدون بلور باقي مي مانديعني حالت شيشه به خود مي گيرد.كوارتز در1710درجه سانتي گراد ذوب مي شود وبه شيشه تبديل مي گردد.شيشه اي كه بدين طريق بدست مي آيد بسيارمقاوم وسخت مي باشد.اگر ظروف شيشه اي معمولي رابدين طريق بسازند به علت ديرگدازبودن كوارتزبسيار گران تمام مي شودوبدين جهت ماده اي به كوارتزاضافه مي كنند تانقطه ذوب آنرا پايين بياورد.چنين موادي مي توانند سود ويا مرمر باشند.سود ومرر وكوارتز به وفور درطبعت يافت مي شوند وازآنها مي توان باقيمت ارزان شيشه ساخت.

لعاب نيزهمان كوارتزاست كه ماده اي به آن اضافه مي كنند تانقطه ذوب آن خيلي پايين بيايدومثلابه 1000درجه برسد.موادي كه نقطه ذوب كوارتز راپايين مي آورند اصطلاحا فلاكس ناميده مي شوند.اكسيديرب،كربنات دوسود،كربنات دوپتاس،كربنات ليتيم وبوراكس مي توانند چنين خاصيتي راداشته باشند.البته مخلوطي ازكوارتز وفلاكس پس ازذوب شدن بسيارسيال است وغلظت نداردوازجداره ظرف سرازيروجاري مي شود.براي رفع اين نقص ماده اي به آن دو اضافه مي كنند كه بتواند درموقع ذوب شدن به لعاب غلظت بدهد،چنين ماده اي مي توانداكسيدآلومينيوم باشد.اكسيدآلومينيوم راآلومينا مي نامند.

لعابي كه بدين طريق تهيه مي شود بيرنگ است وبراي رنگين نمودن آن بايد ازيك اكسيد رنگ كننده كمك بگيريم.

تعريف لعاب:

لعاب درنتيجه ذوب كردن مخلوطي ازسيليكات ها دردماي مختلف به وجودمي آيد. اتمهاي بعضي ازاين موادمذاب كه گرانروي آنها نسبتا زيادبوده،يعني اصطكاك داخلي آنهاشديداست،درحين انجمادنمي تواند مجددا نظم كامل بگيرند،بطوريكه امكان تشكيل جوانه بلور نمي يابند ودراين صورت همان حالت شيشه اي (بي شكل) خودراحفظ مي كنند.تفاوت بين بلورها وشيشه ها،درچگونگي تشكيل شبكه فضايي آنهاست.يونهاي موادبلوري،تشكيل شبكه فضايي منظم بلوري مي دهد،درصورتيكه درشيشه (لعاب) اين يونها نظم كافي حاصل نمي كندودرنتيجه شبكه اي نامنظم تشكيل مي دهد.

اكسيدها:

موادي كه درساختن لعاب بكارمي روندپس ازديدن حرارت تبديل به اكسيدمي شوند.اكسيديعني تركيب يك فلز با اكسيژن. مثلا وقتي آهن زنگ مي زنددرواقع آهن بااكسيژن تركيب شده است.درلعابسازي آشنايي بااكسيدها بسيارلازم است بدين جهت مابه شرح آنهايي كه درلعابسازي دخالت دارندمي پردازيم:

سيليسSIO2:

 سيليس يا كوارتزيكي ازاكسيدهاي اصلي موجود درلعاب است.مقدارسيليس درلعاب به درجه حرارت لعاب بستگي پيداميكند يعني در درجات پايين مقدارسيليس كم و دردرجات بالا مقدار آن بيشتر مي شود.60% قشرجامد زمين راسيليس تشكيل مي دهد. سيليس ماده اي سخت و بادوام است وكمتر تحت تاثير تغييرات شيميايي قرارمي گيرد وهمين خاصيت آن را براي لعاب سازي مناسب نموده است.لعاب هاي درجات بالا كه سيليس بيشتري دارند نسبت به لعاب هايي كه سيليس كمتري دارند مقاوم ترندوجود مقدارزياد سيليس درتركيبات لعابي هيچ عيبي نداردوفقط نقطه ذوب لعاب رابالا مي برد.

آلوميناAL2O3:

 اگرچه مقدار اين اكسيد درلعاب بسيارناچيز است ولي وجود ان اهميت بسزايي دارد زيرا هم به لعاب غلظت مي بخشد وهم ازمتبلورشدن ان جلوگيري مي كند.

آلومينا ماده ديرگذاري است كه در2040درجه سانتي گرادذوب مي شودبههمين جهت مقدارزيادآن درلعاب ازذوب شدن آن جلوگيري مي كند.هرلعابي كه آلومينانداشته باشددرموقع سردشدن كدرمي شود.آلومينا همچنين دوام وسختي لعاب رازيادمي كند.

اكسيدسديمNA2O:

اكسيدسديم فلاكسي قوي بشمارمي رودودرلعاب هاي ديرگداز وزودگدازسهم مهمي دارد.لعاب هايي كه اكسيدسديم دارندمي توانندتحت تاثيراكسيدهاي رنگ كننده رنگ هاي جالبي رابه وجود بياورند.مثلا رنگ فيروزه اي از اضافه نمودن اكسيدمس به لعاب سديم داربوجودمي آيد.ضريب انبساط سديم زياداست وباعث مي شودكه لعاب ترك بخورد.عيب ديگر لعاب سديم دراين است كه نرم وقابل خراشيدن بوده ودراسيدحل شده ودرمجاورت هوانيز تجزيه مي شود.بسياري ازشاهكارهاي سفالي ايران بعلت عوامل اخيرازبين رفته اند.منابع سديم اغلب درآن محلولندوتنها فلدسپات هايي كه سوددارنددرآب غيرمحلول مي باشند.

اكسيد پتاسيمK2O:

وجوداكسيدپتاسيم درلعاب هماننداكسيدسديم بوده ولي ضريب انبساط آن كمترازضريب انبساط سديم است.اكسيدمنگنز درلعاب پتاسيم داربنفش متمايل به آبي ودرلعاب سديم داربنفش متمايل به قرمز به وجودمي آورد.

اكسيدسربPbO:

اكسيد سرب يكي ازفلاكس هاي قوي بشمار مي رود ودربيشتر نقاط دنيا ازآن استفاده مي شود.نقطه ذوب اين اكسيدپائين است ودرحدود886 درجه سانتيگراد مي باشد. اكسيدهاي رنگ كننده درلعابهايي كه اكسيدسرب دارندرنگ هاي شفاف ومتنوعي رابوجودمي آورند.ضريب انبساط سرب كم است وبابيشترسفال ها سازگار مي باشد.

ولي اكسيدسرب صرف نظرازمزاياي فوق عيوبي نيزدارد.مثلابايد درمحيط اكسيداسيون حرارت ببيند(كوره اي كه درداخل آن جريان هواوجودداردمانند كوره هاي سنتي) واگر با دود يا شعله تماس حاصل كندسياه مي شود(محيط ريداكسيون يا احياء). لعاب هاي سربي همچنين دردرجه حرارت هاي بالاتراز1200درجه فرارميشوندوبه همين جهت در درجات بالا آنرابكارنمي برندوبه جاي آن ازموادديگري استفاده مي كنند.

يكي ازعيوب ديگر ان سمي بودن آن است زيرا سرب به معده وروده ها واردشده وجذب خون مي شود.اگردست بريدگي داشته باشد ازآنجا واردبدن مي شود.معالجه سميت هاي ناشي ازسرب كاري مشكل است .درقرن گذشته درانگلستان راجه به اين موضوع قوانيني وضع شدومسئله استعمال اكسيدهاي سرب درلعابسازي طرف توجه قرارگرفت. سميت ازسرب يك مسئله جدي است وآنرانبايد دست كم گرفت. ازريختن كوچكترين ذره آن به داخل غذا يا آلوده شدن سيگار به آن بايدجلوگيري كرد. ازپاشيدن آن به وسيله پمپ برروي ظرف نيز بايد خوداري كرد.سرب بتدريج دربدن جمع مي شودوعوارض خطرناكي رابوجودمي آورد.ولي لعاب سربي اگر فريت شود كاربا آن ندارد.

ظروفي كه بالعاب سربي لعاب داده شده اندتحت تاثيراسيدهاي ضعيفي كه درگوجه فرنگي،سركه وآب ميوه جات وجوداردمقداري از سرب آن به صورت محلول درمي آيدالبته مقدارآن ناچيز است ولي اگرروزانه بطورمرتب ازآنها استفاده شود مقدارسرب دربدن افزايش مي يابدومسموميت ايجاد مي كندوبراي اينكه سميت لعاب رابه حداقل برسانيم بايد نسبت مولكولي سيليس به سرب راسه به يك بگيريم وهمچنين درلعاب سربي بايد اكسيدهاي گروه RO وR2O وجودداشته وآلومينانيزتا حدممكن درآن زيادباشدوحرارت رانيزبايدبه بالاتراز1050رساند.لعاب هاي سربي اگردركوره هاي برقي پخته شده باشندبيشترازلعاب هايي كه دركوره هاي نفتي پخته شده انددراسيدها محلولند.هرقدرضخامت لعاب بيشترباشد خاصيت محلول بودن آن بيشتر مي شود.وجوداكسيدمس درلعاب اين خاصيت را افزايش مي دهدوازآنها نبايدبراي ظروف غذاخوري استفاده كرد.درآمريكا نيزراجع به لعاب هاي سربي قوانيني وضع شده است.

1- تركيبات سربي نظيرسرب سفيد،سرنج وسرب زرد(ليتاژ) سمي هستندوبايدبااحتياط با آنها روبروشد.

2- بجاي استفاده ازاكسيدسرب درلعاب بايد ازسيليكات سرب كه سميت ندارداستفاده كرد.

3-   خوردن وآشاميدن درظروف لعابي سربي كه نقطه ذوب آن پائين است خطرناك است.

4- لعاب هاي سربي كه آلومينا وسيليس بحد كافي دارندوهمچنين حاوي اكسيدهاي مختلف مي باشندخالي ازخطرند.

اكسيد كلسيمCaO:

بيشترلعاب ها اكسيد كلسيم دارند.نقطه ذوب اكسيدكلسيم 2572درجه مي باشدودرلعاب هاي درجه حرارت هاي بالا خاصيت فلاكسي دارد.وجود كلسيم درلعاب باعث ازدياد دوام آن مي شود.اكسيدكلسيم روي رنگ ها تاثيرمهمي ندارد.كلسيم اگردرلعاب سربي به كار رود استحكام آنرا زيادميكند ولي ازيادمقداردرصدآن درلعاب باعث ماتي وزيري مي شود.

اكسيدباريمBaO:

عمل اكسيد باريم وكلسيم درلعاب شبيه به هم اند.باريم دردرجه حرارت هاي بالا خاصيت فلاكسي داردولي چندان فعال نيست.اگراكسيدباريم درلعاب مصرف شودباعث ماتي وصافي سطح آن مي شود.درلعاب هايي كه مقداربرن زيادباشدوجوداكسيدباريم ايجادماتي نمي كند.وجوداكسيدباريم درلعاب ها بادرجه حرارت بالا وشرايط ريداكسيدن(دودزدگي) ايجادرنگ فولادي يابرگ بيدي مي كند.

اكسيدمنيزيمMgO:

اين اكسيدبعنوان فلاكس درلعاب هاي ديرگذارمورداس