علم سرامیک

اولين ماده مصرفي در ساخت ظروف سفالي گل رس يا خاک رس است خاک رس به چند صورت در طبيعت وجود دارد:

۱) خاک هاي اوليه :خاک هايي است که در کنار سنگ هاي مادر رسوب نموده، به وسيله آب يا باد جابه جا نشده، به طور نسبي خالص باقي مانده است.

۲) خاک هاي ثانويه :خاک هايي است که بر اثر عوامل طبيعي مانند باد و باران و جريان هاي موقت يا دايمي رودخانه ها از محل اوليه منتقل و در اين جا به جايي با مواد آلي و اکسيدهاي مختلف مخلوط شده است. اين نوع خاک ها در مقايسه با خاک هاي اوليه خلوص کمتري دارند اما از چسبندگي بيشتري برخوردار است. موارد و مصالح مورد استفاده در سفالگري از نظر کميت فيزيکي به چند دسته تقسيم مي شوند:

۱) مواد اوليه پلاستيک(شکل پذير يا رُس ها) :به خاک هايي گفته مي شود که خاصيت «پلاستي سته» دارند. يعني خاصيتي که ماده را قادر مي سازد تا در اثر يک نيروي خاري بدون شکست و گسستگي تغيير شکل داده، بعد از حذف يا کاهش نيرو، هم چنان شکل خود را حفظ کند.

۲) مواد اوليه غيرپلاستيک :خاصيت تغيير شکل ندارند مواد اوليه غير پلاستيک به چند دسته تقسيم مي شوند:

۱) پر کننده ها :مانند سيليس، سنگ چخماق و تالک، مواد غيرپلاستيکي هستند که به بدنه افزوده مي شوند. معمولاً داراي نقطه ذوب بالا و مقاومت شيميايي خوبي هستند.

۲) گداز آورها :مانند فلدسپات، اکسيدهاي سديم، پتاسيم، بور يا باريم که در بدنه و لعاب سازي به کار مي رود. گداز آورهاي مورد استفاده در سراميک سازي، بسيار متنوع اند.

ابزار و وسايل توليدسفال:

- سنگ خرد کن :براي تبديل قطعه هاي سنگ بزرگ به خرده سنگ استفاده مي شود.
- آسياب :براي پودر کردن مواد معدني به کار مي رود.
الک :براي دانه بندي، تميز کردن و جداسازي مواد از يکديگر از الک استفاده مي کنند.
- مخلوط کن :به هم زدن دوغاب هاي سراميکي و ورز دادن خمير سراميک با مخلوط کن انجام مي گيرد.
- خشک کن: براي خشک کردن دوغاب بدنه هاي خام قبل از پخت آن ها را در خشک کن قرار مي دهند.
- کوره: بدنه هاي خام و لعابدار را در کوره مي پزند.
- چرخ سفالگري: براي ساخت ظرف هاي سفالي از چرخ سفالگري استفاده مي شود.
ابزار کوچک چرخکاري: وسايلي است که براي شکل دادن ظرف هاي سفالي، هنگام چرخ کاري به کار مي رود.

بررسي کيفيت مواد اوليه کاربردي

مواد اوليه مناطق مختلف کيفيات و خصوصيات متفاوتي دارند و هر کدام براي ساخت نوع خاصي از محصول و شيوه توليد مورد استفاده قرار مي گيرند. به طور مثال محل مورد استفاده براي کاردستي، چرخکاري و قالبي بايد داراي قابليت هاي متناسب با آن شيوه باشد .

۱) ارتن ورEarthen Ware: قطعه اي از سراميک را نامند که بين ۸ شد. در زبان فارسي به اشياء ارتن ور«سفال» گفته مي شود. وليکن اين لغت در برخي ۵۰ درجه سانتيگراد تا ۱۰۰۰ درجه سانتيگراد آتش ديده و داراي تخلخل نامرتب با مواقع فقط به اشياء سراميکي سراميکي بدون لعاب اطلاق مي گردد. در زبان عرب نيز(خزف) ناميده شده و آن عبارتست از پوسته آهکي نوعي از حيوان دريايي. اين نوع سراميک را فرانسويان فيانس(Faience) نام گذاري کرده اند. در سراميک سازي فرانسه(فايانلس) به سفال لعابدار منقوش گفته مي شود. در زبان انگکليسي ارتن ور (Earthen Ware)ناميده مي شود.(معناي تحت الفظي ارتن ور به نام بدنه خاکي است). در انگليسي کلمه پاتري (Pottory)در اين مورد بکار مي رود در صورتي که معناي لغوي پاتري از دو کلمه پات (Pot)به معناي ظرف و اري (Ery) به معناي کار کردن و ساختن تشکيل شده است. که مجموعاً به معناي ظرفسازي و به معناي خاص جنبه سراميک سازي دارد . در خاتمه نزديک ترين لغتي که به پاتري وجود دارد کلمه(کوزه گري) است. در زبان آلماني نيز (Steingert)ناميده شده است .ارتن ور خود از لحاظ ترکيب به چندين نوع تقسيم شده که به شرح ذيل مي باشد :
الف) ارتن ور طبيعي Natural Earthen Ware که معمولا از يک نوع ماده اوليه وداراي حداکثر ناخالصي است.
ب) ارتن ور ظريف Fine Earthen Ware عبارت است از قطعه اي که مرکب ازمواد اوليه پرچسب و کم چسب و داراي حداقل ناخالصي است.

ج) ارتن ور تالکي Earthen Ware Talc که نوعي از ارتن ور با استحکام زياد است و بعلت ريزي دانه هاي تالک محصول مرغوبي را بدست مي دهد.

د) ارتن ور نيمه شيشه اي Semivitruse Earthen Ware که از ترکيب سه ماده اصلي تشکيل شده و داراي تخلخلي متوسط بوده وحاوي درصد جذب آب کم مي باشد. اين نوع ارتن ور سفيد رنگ برخي اوقات شفاف نيز بوده و بعلت عدم وجود اتصال(آلومينيوم سيليکات) بين ذرات بسيارترد و شکننده مي باشد. بدين لحاظ اکثر اوقات با چيني اصل اشتباه شده و در زبان عرف بنام بدل چيني مشهور است.

۲) استون ور Stone Ware قطعه اي است لعابدار و يا بدون لعاب که قسمت اعظم آن از مواد ديرگداز تهيه شده و تا نيمه شيشه اي شدن(درجه بحراني) گرما ديده است. استون ورها عموماً شفافيتي ندارند و کاملاً مات هستند ولي از استحکام عالي برخوردار هستند. در فارسي نام تجاري آن(چيني سنگي) مي باشد. در فرانسه (Cres) در آلماني (Steinzeng) ناميده مي شود. استون ورها به انواع ذيل تقسيم مي گردند:
الف) استون ور طبيعي S. Natural که از يک نوع خاک با حداکثر ناخالصي تهيه مي شود.
ب) استون ور ظريف S. Fine که از مخلوطي از خاک هاي پرچسب و کم چسب تشکيل شده و پوشش مثلثي ايجاد مي کند .
ج) استون ور صنعتي غير متخلخل Tecnnical S. که از مواد خام خالص و کنترل شده تهيه و بدقت مخلوط و حرارت ديده و با حداقل تخلخل بيشتر در صنايع شيميايي استفاده مي شود.
د) استون ور جاسپر Jasper S. که از آن ها به مقدار فراوان از ترکيبات باريم استفاده شده است.
ه) استون ور بازالت Basalt S. که از بدنه آن ها از مقادير زيادي اکسيد آهن استفاده شده است.

۳) چينيChina: اين نوع سراميک داراي بدنه اي کاملاً سفيد و شفاف با درصد تخلخل کم و گاهي صفر است. لعاب چيني همواره ترانسپرانت و شيشه اي مي باشد. چيني از مواد اوليه مرغوب و کاملاً خالص تهيه شده است .چيني ها از لحاظ ترکيب مواد به انواع ذيل تقسيم مي گردند:

الف) چيني هتل Hotel China داراي ترکيبي سه ماده ايي است که شامل اکسيد آلومينيوم و سيليس فراوان بوده و به اضافه مقدار درصدي کم از آهک کلسينه شده که در شرايطي ويژه حرارت ديده و داراي تخلخلي بسيار پائين مي باشد: معمولاً علامت مشخصه چيني هتل آنست که نسبت به ساير چيني ها بسيار ضخيم تر مي باشد.

ب) چيني خانگيHouse hold China : که تمام توليد آن مانند چيني هتل است ولي با ساختي ظريف تر و نازک تر که باعث ايجاد شفافيت در بدنه ظرف مي گردد.

ج) چيني استخوانيBone China : که شامل مقادير فراواني خاکستر استخوان مي باشد که باعث توليد شفافيت بهتري در بدنه ظرف مي گردد. چيني هاي استخواني اکثراً در انگلستان ساخته مي شوند.

د) چيني فريتFrit China : که شامل مقاديري گدازنده فلاکس (Fluxe)است که سبب شفافيت بدنه مي گردد. نام باليک ور (BellekWare)نيز در همين زمينه به کار مي رود. چيني هاي مشهور له ناکس (Lenox)در آمريکا نيز از اين نمونه است. توضيح آن که ايرانيان نيز در قرن نهم ميلادي اين تکنيک را بررسي و تجزيه نمودند .

ه) چيني سخت High Strenght China داراي ترکيبي هستند که در آن آلومين به مقدار زياد جانشين کوارتز شده است.

ت ـ چيني آشپزخانه اي Kitchen Ware که داراي ضريب انبساط حرارتي کم بوده و اغلب شامل مقاديري کرودريت (Cordierite)يا اکسيد ليتم بصورت مواد معدني مختلف در آن ها وجود دارند. اون ور (Oven Ware)نوعي از چيني هاي آشپزخانه اي مخصوص داخل فر است و نوعي ديگر ظروف مقاوم در برابر شعله (Flame Ware)مي باشد که پخت غذا بر روي حرارت آزاد را ميسر مي کند.

۴) پرسيلن Porcelain پرسيلن ها يک بدنه کاملاً سخت و شفاف سراميکي اند که معمولاً داراي ترکيبات سه ماده ايي مي باشند. در مورد بعضي از پرسلين ها مانند پرسيلن هاي الکتريکي هردوي اين اعمال در يک جا انجام مي گيرد. در زبان فني عرفي اکثر قطعات فني و مهندس و نيز چيني هاي بدون لعاب را که داراي درصد تخلخل صفر باشد پرسلين مي نامند.

۵) سراميک هاي خالص Special Ceramics بخشي از اين نوع سراميک براي قطعات غير مادي جهت صنايع الکترونيک بوده که شامل تيتانيت ها (Titanite)و فريت ها (Ferrites) مي باشد. هم چنين ساير قسمت ها شامل بدنه هاي ديرگداز بسيار نرم. اجسام شيميائي، پرسلين هاي دندانپزشکي. بدنه هاي مقاوم در برابر شوک هاي حرارتي. ابزار هاي برش سراميکي و بدنه هاي انتقال دهنده اشعه مادون قرمز مي باشد.

انواع خاک هاي سراميکي

به طور کلي خاک هاي سراميکي به دو گروه تقسيم مي شود: نوع اول و نوع دوم.

الف) خاک هاي نوع اول: خاک هاي نوع اول خاک هائي هستند که در کنار صخره هاي مادر که فلدسپات باشد بوجود بيايند و هنوز بوسيله باد يا آب به ساير نقاط برده نشده باشند. سنگ هاي فلدسپاتي تحت تاثير آب هاي زمين که به داخل آن نفوذ مي کند مواد محلول خود را از دست مي دهند و متلاشي مي شوند و گاهي نيز بخار يا گازهاي موجود در زمين اين کار را انجام مي دهند و در نتيجه خاکي بوجود مي آورند که کائولن نام دارد. خاک هاي نوع اول سراميک خالص اند و چيزي با آن ها مخلوط نشده است، رنگ اين نوع خاک ها نيز سفيد است.

ب) خاک هاي نوع دوم: خاک هاي نوع دوم آن خاک هائي هستند که از زادگاه اصلي خود توسط باد و باران به ساير نقاط برده شده است. مقدار خاک هاي نوع دوم در طبيعت خيلي بيشتر از خاک هاي نوع اول است. انتقال خاک توسط آب تاثير زيادي بر روي آن دارد . زيرا در حين جريان داشتن در داخل رودخانه ها ذرات آن ريزتر مي شود. وقتي که از سرعت آب رودخانه کاسته مي شود مواد سنگين آن رسوب مي کنند و در جائي که کاملاً ساکن مي گردد ذرات بسيار ريز ته نشين مي شود. اين نوع خاک ها در حين عبور از مکان هاي مختلف نسبت به کائولن ناخالص مي شوند و ترکيبات پيچيده تري بخود مي گيرند. در اين نوع گل ها موادي نظير کوارتز، ميکا، آهن و مواد ديگري نظير کربن يافت مي شود. خاک هاي نوع دوم از نظير ترکيب با هم تفاوت دارند. در بعضي از انواع آن ها که کائولن دست دوم است آهن وجود ندارد ولي اين کائولن بسيار کمياب است. بال کلي که يکي از انواع اين گل هاست و به عنوان چسب مصرف مي شود و داراي مقداري آهن است. پس بطور کلي مي توان گفت گل سراميک ماده اي است که از سيليس و آلومينا و آب ترکيب شده باشد و وقتي حرارت ببيند سخت و محکم گردد.

انواع خاک هاي سراميکي:

کائولن: شرايط مختلف زمين شناسي باعث ايجاد گل هائي با خواص فيزيکي و شيميائي مختلفي شده است. سفال سازان فقط آن هايي را مورد استفاده قرار مي دهند که براي کار آن ها مناسب باشد. يکي از انواع مهم گل سراميک که مورد استفاده زيادي دارد کائولن است. اين گل تا اوايل قرن ۱۸ در اروپا مورد توجه نبود و بعداً در سراميک سازي طرف توجه قرار گرفت. ولي در چين ظروف چيني سفيد در اوايل ۲۰۰ پيش از ميلاد و يا جلوتر ازآن ساخته مي شد. ايجاد کوره هائي که درجه حرارت آن ها ۱۲۰۰ درجه باشد به همراه ساختن ظروف چيني ظريف و شفاف در چين در حدود ۶۰۰ سال بعد از ميلاد اتفاق افتاد . از اين نظر چيني ها هزار سال جلوتر از اروپائي ها بوده اند. کائولن در چين بيشتر از هر جاي ديگري يافت مي شود. چسبندگي کائولن چيني نيز نسبتاً زياد است و براي کار بسيار مناسب مي باشد. سراميک سازان چيني در ابتدا ظروف سفيد ولي کم دوامي از کائولن مي ساختند ولي پس از چندين صدسال تجربه توانستند کوره هائي با درجه حرارت بالا به وجود بياورند و يا چيزهائي به کائولن اضافه کنند تا بتوانند چيني واقعي را که سخت و نسبتاً شفاف است بسازند. کائولن از گل هاي نوع اول است و خود از تجزيه فلاسپات در مجاورت رطوبت هوا و آب به وجود مي آيد، ذرات آن نسبتاً درشت و در مقايسه با گل هاي نوع دوم چسبندگي آن بسيار کم است. کائولن کلي نسبتاً خالص است و موادي نظير آهن در آن يافت نمي شود. کائولن در ۱۸۰۰ درجه ذوب مي شود و چسبندگي آن نيز کم است. براي اصلاح آن مواد ديگري به آن اضافه مي کنند .

بال کلي: بال کلي بر خلاف کائولن داراي دانه هاي بسيار ريز و آهن زياد بوده و خاصيت چسبندگي آن خيلي بيشتر است. نقطه ذوب بال کلي پايين تر از نقطه ذوب کائولن است . بال کلي و کائولن هر دو ممکل هم هستند و به همين جهت آن ها را با هم مخلوط مي کنند. بال کلي از گل هاي نوع دوم است و در ۱۳۰۰ درجه متراکم و محکم مي شود. درصد انقباض بال کلي ۲۰% است و آن را براي اصلاح گل هايي که چسبندگي کمتري دارند مصرف مي کنند ولي مقدار آن نبايد بيشتر از ۱۵ % باشد. رنگ بال کلي خاکستري است زيرا کربن آن زياد است ولي اين کربن در موقع پختن مي سوزد و تأثيري روي پخته آن ندارد. بعضي از انواع بال کلي فاقد کربن است و به همين جهت رنگ آن ها سفيد مي باشد .

گل نسوز: اينگل در مقابل حرارت دوام زيادي دارد و بعضي از انواع آن چسبناک و بعضي ديگر فاقد چسبندگي است. رنگ اين گل پس از پختن قهوه اي تيره مي شود. از اين گل براي ساختن آجر نسوز و کوره هاي ذوب فولاد استفاده مي کنند، اين گل اگر با گل هاي ديگر مخلوط شود وتکسچر(بافت) خاصي به آن ها مي دهد .

گل استون ور: استون ور بين ۱۲۰۰تا۱۳۰۰ درجه سانتيگراد پخته شده و از گل هاي نوع دوم محسوب مي شود و رنگ پخته آن از خاکستري روشن تا قهوه اي تيره تغيير مي کند .

گل معمولي سراميک(اژتن ور) :اين نوع گل داراي مقدار زيادي آهن بوده و در حرارت ۹۵۰ تا ۱۱۰۰ درجه پخته مي شود. ظرف هاي معمولي سراميک و کاشي ها را با اين گل مي سازند .

خاک هاي رسي در ايران

شناسائي و استخراج خاک هاي رسي در ايران به طور کلي وضعيت علمي مشخص نداشته است. در زمان هاي گذشته وجود سفالگري سنتي در کشور به علت احتياج جامعه رونق فراوان يافته بود ودر مقابل به علت عدم دسترسي به خاک هاي سفيد پخت ، تشخيص و تحقيق و بررسي خاک هاي مذکور که از مرغوبيت خاصي برخوردار بودند ممکن نگرديده است. از طرفي پس از صنعتي شدن کشور و احداث کارخانه هاي مختلف با تکنولوژي پيشرفته در ۳۰ سال اخير(که منجر به توليد انبوه شده است) و مساعدت کارشناسان خارجي نسبت به شناخت و طبقه بندي خاک هاي مختلف، هماهنگي و استاندارد نمودن مواد مذکور به طور عام ميسر نگرديده و تاکنون به صورت پراکنده در دسترس مي باشد .در حال حاضر به جز معدن کائولن زموز مرند که از طريق سازمان زمين شناسي و ساير مراکز پژوهشي و صنعتي مورد بررسي قرار گرفته است، ساير معادن از لحاظ علمي داراي شناسنامه مشخص نيست و مدارکي که مفيد در اين زمينه باشد. بسيار محدود و نادر است .با در نظر گرفتن امکانات موجود از نظر عدم دسترسي به مراجع و مراکز و اسناد مربوط در ايران مؤلف فقط به کمک مقالات و يادداشت هاي منتشر شده وتوجه تجربيات شخصي خود در اين زمينه مطالب مذکور را جمع آوري نموده. کائولين زنوز مرند ـ خاک منطقه کوشک نصرت ـ خاک زنجان ـ ايليت زنجان ـ خاک قواشه سمنان ـ خاک درجزين سمنان ـ خاک ميانه(قره آقاج) ـ خاک آباده ـ خاک تاکستان قزوين ـ خاک عبدل آباد قزوين ـ خاک زاويه ساوه ـ خاک هشترود ـ خاک ني ني اصفهان ـ خاک سر کوير ـ خاک آبعلي ـ خاک بوئين زهرا ـ خاک آبگرم زنجان .
 
نويسنده: نسرين شاهرخي و مريم محبعلي 
منبع: سايت سيمرغ