اصول كلي پخت:

پخت يكي از مهمترين مراحل فرآيند توليد كاشي و سراميك است . اين مرحله با تغييرات فيزيكي و شيميايي بسيار  پيچيده اي  همراه است . بدون شناخت اين مراحل  توليد وكنترل  پروسه  امكان پذير نيست.

براي بدست آوردن اين اطلاعات بايد تعدادي تست آزمايشگاهي صورت داد و براساس اين تست پارامتر هاي مورد نياز را تعريف كرد. البته ممكن است محصولات مختلف توسط رفتارهاي  متفاوت وگاهي متضاد تعريف شود. مثلا  رس هاي آهكي (majolica ) و رس هاي بدون co2 stoneware)) رفتار  متفاوت  دارند.

پديده هاي  اصلي  مختلف كه  طي  مراحل  مختلف پخت  صورت ميگيرد به شرح زير است:

1 – تا كمي بالاتراز1000C  آب  جذب شده (رطوبت ) حذف ميشود  يعني رطوبت باقي مانده  پس  از خشك كن  و يا رطوبت جذب شده  از لعاب  و يا  محيط  0

2 – تا 2000C   آبي كه مولكولهاي آن توسط جذب با شبكه كريستالي پيوند يافته خارج  ميگردد.

3 – بين دماي 350  و 600 درجه احتراق مواد آلي كه به فراواني در خاك هاي رس موجود است انجام ميشود.

4 – از450 تا 650  خروج  آب تركيبي  همراه  با تخريب شبكه كريستالي صورت مي پذيرد.(در دماي 573 درجه  تغيير شكل كوارتز  α بهβ  صورت  ميگيرد كه  باعث  افزايش  ناگهاني  حجم  ميگردد )

5 – بين دماي 800 تا 900 درجه تكليس (decarbonation) آهك و دولوميت همرا با خروج CO2 انجام ميشود.

7 – پس  از 700 درجه  فاز هاي كريستالي جديدي كه شامل  سيليكات ها و الومينا هاي سيليسيم دار  هستند ايجاد  مي شوند . ( همراه  با ذوب عناصر  شالوده  و بافت بدنه  سراميك را  تشكيل  ميدهند كه سختي و مقاومت  مورد  نياز  را  معين  ميكنند.  )

آناليز حرارتي  و بررسي  رفتار  سراميك  در  حين  پخت :

واكنش ها و تغييراتي كه در حين پخت صورت ميگيرد  با عث  آزاد  شدن  يا  جذب گرما  و تغييراتي  در وزن   و اندازه  بدنه كاشي ميگردد.

حال  به آناليز آن  سه  مورد به صورت اختصار مي پردازيم .

اين سه مورد توصيفي از رفتار  بدنه كاشي در حين پخت است و عامل بسيار مهمي در اندازه ها و ابعادو همچنين كنترل كوره است

1-تغييرات  وزن  در دماهاي  مختلف :

اين آزمايش كه هدف آن ترسيم  دياگرام كاهش  وزن  نمونه در يك  گراديان  حرارتي از پيش تعيين شده است  و به آن ترموگراويمتري  گفته  ميشود  در يك كوره  الكتريكي كوچك  قابل انجام  است.

همانطور كه در نمودار مشاهده ميشود  دو  شيب حاد يكي بين دماي 50تا 100 درجه و ديگري بين

دماي 500 تا 600 درجه  حادث شده است كه به  تر تيب مربوط به خروج آب جذب شده و آب تركيبي است . (مورد 1 و 4 اصول كلي پخت)

 

 

 

 

2 – تغييرات ابعاد دردماهاي مختلف :

با حرارت دادن رس هاي  مختلف و ثبت تغييرات  ابعاد  ميتوان منحني  انبساط حرارتي را با تقريب خوبي بدست آورد و نقاط بحراني را پيش بيني نمود و آن را در رسم منحني پخت براي كنترل كوره به كار برد.

نمونه زير كه مربوط به illity clay   است كه به عنوان مثال نشان داده شده است.

همانطور كه مشاهده مي شود شيب منحني تا 800 درجه تقريبا ثابت است به جز بين 100 و200  درجه و از 500 تا 600 درجه كه انقباض صورت ميگيرد (مورد 1 و 4 اصول كلي پخت) انبساط حرارتي به صورت معكوس آن را جبران كرده است . از 650 تا 800  درجه يك ناحيه تقريبا  افقي مشاهده ميشود كه نشان  ميدهد انقباض و انبساط حرارتي در تعادلند بعد از اين قسمت با نزديك شدن به دماي پخت ، شيشه اي شدن يك  قسمت تقريبا  عمودي  را مشاهده مي كنيم. در اين مرحله ميزان انقباض بسيار بالا تر از  انبساط حرارتي است و اين به علت تشكيل فاز شيشه اي است كه تخلخل هاي ماده سراميكي را پر ميكند و قطعه را فشرده مي سازد و اين ميزان انقباض در انواع  مواد مختلف متفاوت است .با اين آزمايش ويزه گي جديدي براي ما روشن مي شود كه همان دامنه شيشه اي شدن يا به عبارت درست تر محدوده پخت  ( vitrification renge)  است.

 

 

 

 

پس مي توان نتيجه گرفت محدوده پخت فاصله دمايي است كه از شروع مرحله شيشه اي  شدن و ذوب شدن تا تغيير مجدد شكل تعريف ميگردد. بهترين دماي پخت (firing ) در وسط اين فاصله است كه منحني انبساط حرارتي كمترين شيب را نشان مي دهد . يعني  با  افزايش  چندين درجه در دما ،  ابعاد  نمونه  تغيير نميكند و يا به عبارتي با يك دامنه پخت دقيق  عليرغم تغييرات كوچك  دما در كوره مي توان كاشي هايي با حد اقل اختلاف  ابعاد  توليد كرد. همچنين آناليز انبساط حرارتي  وجود سيليس (كوارتز) را در تركيب نشان ميدهد و انبساط بيشتر در دماي 573 درجه به علت تبديل كوارتز α به كوارتز β است . (مورد 4 اصول كلي پخت) و اين يكي از نقاط بحراني در منحني پخت را نشان ميدهد كه در صورت  عدم  اطلاع  از آن  و يا  عدم كنترل آن هم هنگام  حرارت  دادن  و  هم هنگام  سرد  شدن  بدنه  آسيب  جبران ناپذيري  را  به آن  وارد ميكند .

3 – آناليز حرارتي DTA   ( گرما گير  بودن و يا گرما زا بودن  واكنش ها  طي مراحل پخت ):

واكنش هايي كه طي  مراحل  پخت  انجام  ميشوند  (خروج آب و احتراق مواد آلي و...... ) يا گرما زا هستند و يا گرماگير هستند اين تغييرات  دما با DTA    كنترل  مي شوند كه توسط يك  كوره  آزمايشگاهي  بسيار  دقيق  انجام مي شود . با قرار دادن  يك  ماده  بي اثر  و  يك  نمونه آزمايشي  و ثبت  تغييرات  و اختلاف دما بين آن  دو توسط  ترموكوپل هاي  حساس در طي فرآيند نمودار رسم  ميگردد . اين آناليز اطلاعات مهمي درباره ماهيت موادي كه در معرض پخت  قرار ميگيرد را بدست مي دهد علاوه بر اين با مشخص شدن نقاط بحراني  مسير  مفيدي  براي  طرح  منحني  پخت  بدست  مي آيد.

     

 

اختلاف دماي  موجود بين نمونه‌هاي شاهد و نمونه‌هاي مجهول مواد در هنگام افزايش و يا كاهش دما و در شرايط مشابه  امكان تغييرات  شيميائي و يا  فيزيكي را  در نمونه  مجهول امكان‌پذير  نموده و  با كمك  و بررسي  منحني‌هاي گرمائي  ثبت  شده (گرمازا- گرماگير) شناسائي مواد انجام مي‌پذيرد.

تعريف منحني پخت:

براي اطمينان از پخت كامل  بدنه كاشي ، منحني  زمان و  دما  (time – temperature ) مربوط به آن تعريف مي شود . نقاط بحراني ماده و ثابت نگهداشتن چرخه مناسب وتغييرات دما براي هر مرحله از آزمايشات بدست مي آيد و توضيح داده مي شود.  همانگونه كه قبلا توضيح داده شد محصولات مختلف ممكن است رفتار مختلف داشته باشند پس  منحني پخت  براي  بدنه هاي مختلف ممكن است  متفاوت باشند . به منحني پخت دو نمونه زير توجه كنيد.

مقايسه منحني پخت  با  بدنه سفيد  و تخلخل كوچكتر  يا  مساوي 3 درصد (1)  و منحني پخت  كاشي  بدنه قرمز  با تخلخل  3 تا 5  درصد (2) :

 نمودار مربوط به (1) كه در آن طول كوره  بر حسب متر بر روي محور طول ها بيان شده ( البته  ميتوان به صورت   زمان-دما  هم  بيان كرد مانند (2)  ) و دما  نيز  بر روي  محور عرض ها  مشخص شده است .

تا 500 درجه با گراديان حرارتي 50 درجه بر دقيقه  طرح  منحني  به صورت كاملا  شيب دار  و  با شيب تند است . همين شيب در دماي بالا تر از 500 درجه  با  گراديان 10 درجه بر دقيقه  ملايم تر ميشود  به اين دليل كه تا قبل از  شروع  ذوب لعاب،  احتراق  كامل مواد آلي و خروج كليه گاز هاي تشكيل شده انجام پذيرد. چونكه در واقع  ذوب  لعاب  مانع خروج گاز هاي نا شي  از احتراق  مواد آلي  شده كه هنوز  در  بدنه كا شي قرار دارند و پر واضح است كه اگر اين مرحله به اندازه كافي طولاني نباشد و با مرحله ذوب لعاب تداخل كند بر روي سطح لعاب حباب هاي كوچكي  ايجاد مي كند كه ناشي  از خروج گاز ها از بدنه كاشي است. مضاف اينكه  در اين مرحله  بدليل افزايش حجم كوارتز در دماي 573  درجه تنش زيادي  به بدنه وارد مي شود (اين تنش براي تمام انواع بدنه لعابدار يا بدون لعاب وجود دارد) كه  عدم توجه به آن مي تواند بسيار مخرب  باشد.

 

 

 

 

پس از اين مرحله شيب  به 57 درجه بر دقيقه  افزايش مي يابد و تا زماني كه به قسمت تقريبا افقي ميرسد.اين قسمت بالاترين دما يست كه براي مدت زمان خاصي ثابت نگه داشته مي شود تا با گذشت زمان تمام نقاط كاشي هم دما شود.

سپس مرحله خنك كردن سريع با فرستادن مستقيم هواي سرد به بدنه صورت ميگيرد و اين عمل تا قبل از نزول دما به نزديك 600 درجه ادامه مي يابد و سپس با شيب كمتر   باز  براي كنترل  نقطه  بحراني  مربوط  به تغيير فاز كوارتز  بدنه كاشي كوره را طي مي كند و با دماي 50 تا 100 درجه از كوره خارج مي شود.

در نمودار (2) دوتفاوت  مشاهده ميشود اول اينكه بدليل زمان بيشتري براي احتراق مواد آلي موجود در رس آن (كه متفاوت از رس نوع (1 ) است)  مورد نياز است  و بايد كاشي مدت زمان بيشتري در در دماي 500 تا 600 درجه  بماند و دوم  اينكه به مقدار زمان كم تري براي  هم دما  شدن تمام نقاط سطح كاشي  ( در دماي پخت ) نياز دارد.

 

 

 

تفسير منحني هاي پخت :

منحني پخت كه از طريق تست هاي آزمايشگاهي و اطلاعات ما از خصوصيات مواد بدست مي آيد هيچگاه به طور كامل  با  دياگرام  واقعي كه بر اساس تنظيم كوره بدست مي آيد منطبق نيست. منحني پخت واقعي بر اساس دماهاي نواحي مختلف كوره كه متصل به ترموكوپل هاي موجود در ديواره يا سقف كوره است ثبت مي شوند و رسم مي گردند و به اجزاي زيادي ازجمله تعداد ترموكوپل ها وابسته  است  بنا بر اين مقاديري كه عموما  اعلام  ميشوند به فرآورده هاي حاصل از احتراق مربوط است نه دمايي كه بدنه در آن پخت  مي شود . و اين دو مقدار ممكن است بر هم منطبق نباشند چون زمان بيشتري طول مي كشد تا دماي بدنه كاشي با دماي كوره برابر شود و اين موضوع بايد در عمل بسيار مورد توجه قرار گيرد.

سيستم كوره ها:

دو نوع كوره در مقياس صنعتي مورد بررسي قرار ميگيرد.

1 – كوره تونلي كه بدليل قديمي بودن آن مورد بررسي قرارنمي دهيم.

2 – كوره رولري