مواد افزودنی به موادی اطلاق می شودکه به عنوان مواد کمکی در هنگام بالمیل کردن لعاب های فلز به فرمول آسیاب اضافه می شوند . این مواد را می توان به گروه های زیر دسته بندی کرد :

1- مواد شناور ساز

2- الکترولیت ها     

3- افزودنی های نسوز

4- رنگ

5- آب

6- مواد مقاوم کننده لعاب

 اگرچه مقدار مواد افزودنی به لعاب بخش ناچیزی از دوغاب لعاب را تشکیل می دهد ولی تاثیرات خیلی مهمی بر خواص لعاب قبل و بعد از پخت می گذارد .

- مواد شناور ساز

چنانچه به لعاب مواد افزودنی شناور ساز اضافه نشود بعد از پودر شدن چنانچه لعاب را در آب نگه دارید تمام لعاب به سرعت در ته ظرف ته نشست می شود . از کلی جهت شناور ساختن لعاب در آب استفاده می شود .

به گروهی از مینرال ها که در نتیجه هوازدگی و از آلومینو سیلیکات های قلیایی تشکیل شده باشند کلی گفته  می شود

کلی های کائولینیتی انحصارا در لعابکاری استفاده می شوند. سازنده اصلی این مواد مینرال کائولینیت با فرمول شیمیایی    Al₄ (OH)₈Si₄O₁₀ می باشد .

کیفیت کلی ها اساسا به اندازه ذرات و ناخالصی موجود در آن ( جدا از ترکیب شیمیایی آنها ) بستگی دارد .

کلی ها در حضور آب متورم شده و هنگامیکه مقدار آب زیاد باشد یک سوسپانسیون با ثبات ایجاد می کنند .

با استفاده از نمک ها که در آب به یون ها تجزیه می شوند اتصال آب به ذرات کلی زیاد می شود و در نتیجه ویسکوزیته سوسپانسیون افزایش می یابد .استفاده از این مواد در ساخت دوغاب ، ذرات فریت را در سوسپانسیون کلی شناور نگه می دارد بطوریکه ذرات فریت ته نشست نکنند .

جهت لعابکاری ، دوغاب باید خواص رئولوژی خاصی را داشته باشد .

کلی های قابل استفاده در لعاب های رویه تیتانی ضمن اینکه باید قدرت شناور سازی خوبی داشته باشند ، مقدار ناخالصی آنها باید مینیمم باشد  .

کلی هایی که مقداری کوارتز خیلی نرم در آنها وجود دارد برای لعاب های آستری قابل استفاده هستند .

ناخالصی های اصلی در کلی عبارتند از :کوارتز - فلدسپار  و میکا که مقدار آن ها حد اکثر 30% می باشد .

به طور کلی این ناخالصی ها مضر نیستند اما وجود آن ها باعث پایین آمدن درصد کلی و در نتیجه کم شدن قدرت شناور سازی کلی خواهد شد .

 نا خالصی های مضر در کلی که باعث پایین آمدن کیفیت لعاب می گردند عبارتند از :

کلسیت : در اثر تجزیه شدن در لعاب در طی پخت ایجاد گاز دی اکسید کربن می کند که ممکن است در لعاب ایجاد حباب های مضر نماید .

در اکثر کلی ها تا حداکثر 20% اکسید آهن وجود دارد که برای لعاب آستری معمولا مشکلی ایجاد نمی کنند .

پیریت و مارکازیت FeS₂ : از ناخالصی های معمول در کلی و به صورت ذرات ریز متالیک لوستری هستند . عیوبی که این ماده در لعاب بوجود می آورد عبارتند از : کاپر هد در لعاب های آستری ،گود شدن  و حفره شدن در لعاب های رویه که معمولا با تیره گی در مرکز حفره همراه است .

مقادیر کم مواد آلی : به صورت اسید های Humic به عنوان مواد نا خالص شناخته نمی شوند بلکه کمک به خاصیت شناور سازی کلی می کنند .

 ذرات ذغالCoal : که معمولا در خیلی از انواع کلی ها وجود دارد کلی را غیر قابل مصرف برای لعابکاری می کند .

 کلی های قابل مصرف در لعابکاری از نوع بالکلی و کائولینیت و فایر کلی های پلاستیک و بنتونیت می باشند . بنتونیت قابل مصرف در لعابکاری از نوع معمولی بوده و نوع اکتیو شده آن قابل مصرف نمی باشد .

کلی هایی که امروزه در صنایع لعابکاری استفاده می شوند ، کلی های پروسس شده ای از مخلوط چند نوع کلی می باشد .

کلی های مورد مصرف در لعاب های آستری به نحوی طراحی می شوند که علاوه بر شناور سازی لعاب کمک به کنترل خواص دوغاب و همچنین ایجاد ساختمان حبابی لعاب بعد از پخت کنند ، لذا گاهی اوقات به آنها کلی های حباب زا نیز می گویند .

لعاب های آستری به کلی هایی نیاز دارند که در لعاب پخته شده ایجاد حباب کنند ،بطوریکه سطح لعاب بطور یکنواخت پوشیده از حباب های ریز باشد . وجود حباب در سطح لعاب تمایل به فیش اسکال در لعاب را کاهش می دهد .

بنتونیت ها مواد مونتموریونیتی هستند که به تنهایی در لعاب به عنوان شناور ساز استفاده نمی شوند اما به صورت مخلوط باکلی و یا به مقدار خیلی کم در دوغاب لعاب به منظور اصلاح کردن خواص دوغاب و حساس کردن دوغاب برای جذب الکترولیت ها می تواند استفاده شود .قدرت شناور سازی بنتونیت پنج برابر قدرت شناور ساز ی کلی می باشد . لذا در لعاب های ضد اسید که استفاده از کلی به مقدار زیاد مجاز نمی باشد ، استفاده از بنتونیت به همراه کلی توصیه می شود .استفاده از بنتونیت به مقدار زیاد در فرمول آسیاب باعث تکسوتروپ شدن دوغاب لعاب می گردد .

سیلیس کلوئیدی نیز به عنوان ماده شناور ساز می تواند استفاده شود ، اما استفاده از ان تمایل به تیکسوتروپی لعاب را زیاد می کند .بطور کلی هنگامیکه نیاز است ضخامت بالایی از لعاب در یک مرحله لعابکاری روی قطعه بنشیند از این ماده استفاده می گردد .

چنانچه در آماده سازی دوغاب لعاب رنگی مشکی ، کلی مصرفی کاملا در لعاب حل نشود لعاب مه الود خواهد شد .

در لعاب های رویه سفید تیتانی وجود ناخاصی در کلی ، تاثیر فابل توجه ای بر شفافیت و رنگ لعاب می گذارد . وجود مقادیر خیلی جزئی از روتایل و ترکیبات آهن در کلی باعث می شود رنگ لعاب متمایل به کرم شود و در حالت خیلی بحرانی باعث بوجود آمدن عیوبی نظیر Blistering  و همچنین ایجاد خال سیاه در لعاب نماید . 

اگر چه چندین روش برای تست خاصیت شناور سازی کلی وجود دارد ، اما تصمیم نهایی باید بر آزمایشات عملی متکی باشد .                                                                           

2-مواد شناور ساز آلی :

صمغ عربی وکتیرا به عنوان ماده شناور ساز در بعضی از انواع لعاب ها می توانند استفاده شوند .ابتدا باید آنها رادر آب حل کرده تا به صورت یک مایع ژله ای رقیق در آید وسپس به مقدار لازم در دوغاب لعاب استفاده شود .

استفاده از صمغ عربی در لعاب های ضد اسید بجای کلی موثر می باشد زیرا استفاده از کلی در لعاب های ضد اسید مقاومت لعاب در برابر اسید را کاهش می دهد . بطور کلی شناور سازی لعاب های ضد اسید مشکل است و استفاده از صمغ عربی به تنهایی نتیجه خوبی می دهد .

آمونیم آلژینات C₆H₇O₆ . NH₄ ) )  نیز در لعاب همانند صمغ عربی عمل می کند .

 الکترولیت ها :

الکترولیت ها نمک های محلولی هستند که به فرمول بچ آسیاب به منظور غلیظ کردن دوغاب افزوده می شوند .

دوغاب لعاب ، حاوی مواد کلوئیدی ، مانند ذرات کلی و ذرات کوچک فریت و سایر ذرات ریز مواد افزودنی بوده که به این الکترولیت ها خیلی حساس هستند ،

الکترولیت های افزودنی به بچ بالمیل عبارتند از : بوراکس ، منیزیم سولفات ، سدیم کربنات ، و نمک های مشابه .

این نمک ها در محلول های آبی به یون های باردار تجزیه می شوند .  یون های مربوط به فلزات را کاتیون و یون های مربوط به بنبان اسیدی را کاتیون می نامند .

کاتیون ها در سطح ذرات کلی توسط بار الکتریکی جذب می شوند و مولکول های آب را در اطراف خود نگه می دارند

برای مثال نیتریت سدیم هنگامی که در آب یونیزه می شود ، سدیم دارای بار مثیت و نیتریت دارای بار منفی می باشد.  کلی در سوسپانسیون دارای بار منفی است ، لذا سدیم های دارای بار مثبت جذب آن می شوند . این کلی های بار دار به اضافه ذرات سدیم مولکول های آب را به خود جذب کرده و تشکیل یک کره سه قسمتی می دهند .حال بجای اینکه یک ذره کلی داشته باشیم که می تواند به آزادی در آب حرکت کند . کائولنی توده ای شکل داریم که به آزادی ذرات کلی اولیه نمی تواند در آب حرکت کند .به عبارت دیگر دوغاب ویسکوز تر شده و قادر خواهد بود ذرات بزرگتر لعاب را نبز در خود شناور سازد . 

حرکت آب ها بوسیله کاتیون های یک ظرفیتی فلزات قلیایی صورت می گیرد که از بین آنها سدیم وپتاسیم از همه موثر تر هستند . یون های پتاسیم چون از نظر اندازه با یون های سدیم متفاوت می باشند در مقایسه با یون های سدیم موثر تر هستند . نمک های دو ظرفیتی مثل کلسیم و منیزیم و باریم یا آلومینیم به خوبی نمک های فلزات قلیایی عمل Set up  را انجام نمی دهند .

نمک های قلیایی بشدت سوسپانسیون را روان می کنند لذا به این مواد کاهش دهنده Set up   گفته می شود .

نمک های Set up باعث فعال نمودن کلی در سوسپانسیون آبی می گردد . این تاثیر تا هنگامیکه تمام سطح کلی توسط کاتیون ها اشغال شود زیاد می شود و مقادیر بیشتر آن تغییری در ویسکوزیته سوسپانسیون دوغاب ایجاد نمی کند .

اگرچه تمام الکترولیت ها یک عمل را انجام می دهند اما درجه غلیظ کردن یا Set up بستگی به نوع نمک استفاده شده دارد .نمک های سدیم وپتاسیم ومنیزیم بطور معمول در فرمول آسیاب استفاده می شوند وانتخاب نوع نمک بستگی به شدت غلیظ کردن مورد نیاز و هدف مورد نظر دارد .

 بعضی از مواد افزودنی به منظور کاهش ویسکوزیته لعاب استفاده می شوند . معمول ترین این نمک ها سدیم هگزا متا فسفات می باشد که بصورت محلول به دوغابی که بیش از حد غلیظ شده است اضافه می شود .

 وجود بعضی از آنیون ها در دوغاب لعاب در هنگام لعاب کاری مشکلاتی را ایجاد می کنند ، لذا استفاده از این نمک ها جایز نمی باشد .برای مثال سولفات ها در مذاب لعاب غیر محلول هستند و باعث جدایش سطح مذاب می گردند .

 در لعاب رویه سفید تیتانی سولفات ها باعث کاهش کشش سطحی موضعی در لعاب شده و تولید تو رفتگی در لعاب می کند که به آن Sulphate Dimple  می گویند .

حلالیت کلرید ها در لعاب محدود است . در جاهایی که کریستال های کلرید ها در لعاب آستری نزدیک به هم هستند آهن بشدت اکسیده شده بطوریکه عیوب پین هول و کاپر هد را باید انتظار داشت.

بطور کلی مواد افزودنی الکترولیت هابه فرمول آسیاب به شرح زیر می باشند :

 1- بوراکس ( Na₂B₄O₇ .10H₂O ) 

اثرSet up خوبی دارد و ترجیحا در لعاب های آستری و بعضی از لعاب های رویه خودرنگ استفاده می شود .به طور کلی میزان مصرف این ماده 2/0تا 4/0در صد می باشد . اگر حلالیت دوغاب برای بوراکس در پروسه سرد کردن افزایش یابد بوراکس به صورت کریستالهای ریز در حد میلیمتر در سطح ظاهر می شود و هنگام پخت لعاب ایجاد عیب می کند زیرا به صورت موضعی ترکیب لعاب را عوض می کند .

این عیب در مورد لعاب های نرم که میزان بوراکس در آنها بالا است به علت آزاد شدن ترکیبات بر در هنگام بالمیل کردن  از لعاب نیز بوجود می اید .

 2- اسید بوریک ( BO₃H_{3 )}

اسید بوریک نیز همانند بوراکس عمل می کند و گاهی در لعاب های آستری بجای بوراکس استفاده می شود. از آنجایی که بعضی از نمک ها که تقریبا ساختمان مشابه با سدیم متا بورات دارند ودر هنگام بالمیل کردن لعاب از لعاب آستری جدا می شوند ،همراه با اسید بوریک عمل Setup  را بخوبی انجام می دهد و چون با یون های  OH^- خود ایجاد باند می کند نسبت به بوراکس تاثیر بهتری دارد ولی باید توجه داشت که مقدار اسید بوریک در فرمول آسیاب از 2/0 تا 4/0 درصد تجاوز نکند .

 3- سدیم نیتریت ( NaNO₂ )

سدیم نیتریت به مقدار 05/0 تا 2/0 % به عنوان غلیظ کننده و همچنین  بخاطر خاصیت ضد زنگ زدگی به لعاب آستری اضافه می شود . سدیم نیتریت سمی است

 4- پتاسیم کلراید ( KCl )

موثرترین عامل غلیظ کننده برای لعاب های رویه سفید تیتانی و سایر لعاب های رویه می باشد . مقدار مصرف 1/0تا 2/0 در صد می باشد .

 5- سدیم آلومینات  NaAlO₂ )  (

به طورکلی در لعاب های رویه سفید تیتانی و سایر لعالب های رویه به همراه پتاسیم کلراید  یا پتاس  ( K₂CO₃ ) استفاده می شود .این نمک در دوغاب لعاب با آب واکنش کرده و تشکیل سدیم هیدروکسید  ( NaOH ) و آلومینیم هیدروکسید  ( Al(OH)₃ ) خیلی ریز که در لعاب پراکنده شده است می کند . در حالیکه NaOH تولید شده تا اندازه ای باعث کم شدن غلظت لعاب می شود از طرف دیگر  Al(OH)₃باعث غلیظ شدن سوسپانسیون می گردد .  Al(OH)₃ همچنین به عنوان یک استحکام دهنده نیز عمل می کند و مقاومت لعاب را در حمل ونقل افزایش می دهد . مقدار مصرف این ماده 1/0تا 3/0 درصد می باشد .

 6- پتاس ( K₂CO₃ )

با وجود خاصیت قلیائیت اثر مفیدی بر غلیظ کردن لعاب دارد . از این ماده در لعاب های رویه بجای پتاسیم کلراید استفاده می کنند .هنگامیکه وجود یون های کلراید در لعاب زیان آور است و از پتاسیم کلراید باید اجتناب کرد . از این ماده استفاده می کنند . پتاس همیشه همراه با سدیم آلومینات استفاده می شود .

 7- سدیم سیلیکو فلوراید  (Na₂SiF₆ )

گاهی به میزان 2/0تا 4/0  در صد به عنوان غلیظ کننده در لعاب های رنگی استفاده می شود بخاطر آزاد کردن گاز های حاوی فلوئور در هنگام پخت لعاب میزان آن بایستی حداقل ممکن باشد .

 8- منیزیم کربنات ( MgCO₃ ) یا منیزیم بی کربنات  ( Mg(HCO₃) )

گاهی اوقات در لعاب های آستری به میزان 1/0 در صد به منظور ایجاد ساختمان حبابی در لعاب استفاده می شود .باید توجه  داشت که فقط منیزیم کربنات با دانه بندی خیلی نرم قابل استفاده می باشد زیرا درشت آن بعلت آزاد کردن گاز به صورت موضعی ایجاد عیب می کند .

 9- منیزیم کلراید ( MgCl₂, 6H₂O )

گاهی به منظور غلیظ کردن لعاب های ضد اسید مورد مصرف در دستگاههای شیمیایی استفاده می شود .

 10 – سیتریک اسید و سدیم پیرو فسفات

جهت کاهش غلظت ویا به عبارتی جهت روانسازی دوغاب لعاب استفاده می شود . علاوه بر آن باعث محکم شدن لعاب خشک شده بر روی قطعه می گردد .

 11- اوره

جهت از بین بردن عیب خطوط مویی در لعاب های رویه استفاده می شود . همچنین باعث افزایش شفافیت لعاب نیز می گردد . این ماده را در هنگام مصرف لعاب باید به دوغاب اضافه کرد

  افزودنی های نسوز :

مواد نسوز بسته به کاربرد لعاب به دلایل مختلف به فرمول آسیاب اظافه می شوند .کوارتز با دانه بندی زیر 200 مش معمول ترین آنها است ، اما گاهی اوقات اکسید آلومینیم کلسینه شده و فلدسپار در لعاب آستری می توانند استفاده شوند .در لعاب های آستری به منظور جلوگیری از سوختن لعاب کوارتز اضافه می کنند .

کوارتز افزودنی ، در لعاب حل شده  و باعث افزایش ویسکوزیته مذاب شده  و از حل شدن آهن در لعاب و اکسیداسیون اضافی آهن جلوگیری می کند .ماکزیمم تا 20 در صد به لعاب های آستری نرم جهت  زیاد کردن دامنه پخت می توان اضافه می کنند در لعاب های آستری ضد اسید و ضد قلیا جهت کاهش سوختگی و افزایش مقاومت لعاب در برابر خورندگی ماکزیمم تا 10 در صد می توان استفاده کرد .

 مقادیر کم کوارتز ( کمتر از 3% ) در لعاب های رویه جهت افزایش مقاومت اسیدی لعاب می تواند استفاده شود .بیش از این مقدار باعث مات شدن سطح لعاب می گردد .در لعاب های چدن می توان مقادیر بیشتری از کوارتز استفاده کرد زیرا در لعاب چدن براحتی حل شده و باعث افزایش زمان پخت می گردد .افزایش مقدار کوارتز در فرمول آسیاب باعث افزایش مقاومت لعاب در برابر خورندگی می شود .وظیفه دیگر کوارتز در لعاب های چدن افزایش مقاومت لعاب در برابر شوک حرارتی است که نیاز اساسی پنجره های چدنی روی صفحات اجاق می باشد . تمام لعاب ها با ید تحت تنش های فشاری باشند بخصوص هنگامیکه در معرض سرد وگرم شدن های سریع می باشند .

تحت فشار بودن لعاب به این معنا است که باید ضریب انبساط کم ودر نتیجه سیلیس بالایی داشته باشد .سیلیس بالا در لعاب باعث افزایش ویسکوزیته لعاب در هنگام پخت و کاهش Workability  که نیاز اساسی لعاب های چدن است می باشد. یک راه تکمیل کردن این مشکل استفاده از لعاب های با ویسکوزیته پایین و اضافه کردن کوارتز به فرمول آسیاب لعاب می باشد .در طی پخت مقادیر زیادی گاز از چدن خارج می شود و لعاب به اندازه کافی سیال هست که جای آنها را با واکنش های بی قاعده پر بکند  . در طی واکنش ها کوارتز وارد فاز شیشه شده و باداشتن ضریب انبساط پایین در هنگام سرد شدن ایجاد تنش فشاری زیادتری نسبت به لعاب اصلی به تنهایی می کند .

اکسید آلومینیم کلسینه شده ماده نسوزی است که گاهی به لعاب های آستر ی جهت افزایش مقاومت در برابر حرارت بالا اضافه می شود .همچنین به لعاب های آستری که پس از پخت لعاب رویه در معرض واکنش های ثانویه بوده و یا جوشش می کنند ( در اثر یکسان بودن شرایط درجه حرارت و زمان پخت لعاب رویه  و آستری ) می تواند استفاده شود.

فلدسپار در لعاب های آستری نیز به همین شکل عمل می کند ، اما بعلت دارا بودن فلاکس در ساختمان خود راحت تر در لعاب حل می شود .فلدسپار ها انواع مختلف هستند ولی بطور کلی دارای 60-70 % سیلیس و 15-20% آلومینا و  بقیه تا 100 سدیم و پتاسیم  هستند .

 رنگ ها :

فریت های قابل استفاده برای تهیه لعاب های رنگی به سه دسته عمده تقسیم می شوند  :

1 – فریت های خودرنگ

2 – فریت های سفید و نیمه اوپک

3 – فریت های ترانسپرانت و  نیمه ترانسپرانت

رنگ های خیلی تیره را با لعاب های ترانسپرانت و رنگهای روشن را با لعاب های سفید و نیمه اوپک می توان تهیه نمود

رنگ های مورد استفاده در ساخت لعاب های رنگی اکسید های فلز به تنهایی نیستند بلکه کمپلکس های آلومینو سیلیکاتهای فلزات می باشند که از کلسیناسیون مخلوط اکسید های فلزات انتقالی و آلومینا و سیلیس در درجه حرارت های بالا بین 1200 تا 1300 تشکیل می شوند .درجه حرارت و زمان پخت بر روی طیف رنگ می تواند تاثیر بگذارد و به طور کلی با بالا رفتن دمای کلسیناسیون رنگ پایدار تر می شود .

ساخت لعاب های رنگی به تجربه زیادی نیاز دارد ، زیرا قوانین کلی در این مورد وجود ندارد .متغیر هایی مثل ترکیب شیمیایی لعاب ، ترکیب شیمیایی رنگ و ترکیب چند نوع رنگ اضافه شده به فرمول آسیاب  و سایر مواد افزودنی به فرمول آسیاب و شرایط پخت قطعه بر روی طیف رنگ ایجاد شده تاثیر می گذارد .

میزان نرمی لعاب بر روی طیف رنگی بدست آمده نیز می تواند تاثیر گذارد . بنابراین برای بدست آوردن یک طیف ثابت عملیات بالمیل کردن لعاب باید به دقت انجام شود ، در غیر این صورت بچ به بچ لعاب از نظر طیف رنگی با یکدیگر متفاوت خواهند بود .هر چه لعاب بیشتر پودر گردد ، طیف رنگ بدست آمده تیره تر خواهد بود .

بعضی از رنگ ها مثل قرمز و مشکی به آتمسفر کوره خیلی حساس هستند و بعضی دیگر از رنگ ها زمان و درجه حرارت پخت لعاب برروی طیف رنگی تاثیر می گذارد .

ضخامت لعاب اعمال شده نیز عامل مهمی در لعاب های ترانسپرانت رنگی است .

میزان رنگ اضافه شده به بالمیل بستگی به شدت رنگ مورد نیاز و درجه اوپسیته لعاب  دارد  .

 آب :

آب اضافه شده به بالمیل باید عاری از مواد معلق و رسوبات باشد ، زیرا وجود آنها در لعاب باعث ایجاد عیب Dark Specks  و همچنین Blistering می گردد . در صورت نیاز باید آب را از فیلتر شنی عبور داده تا ذرات معلق آن گرفته شود . آب حاوی مقادیر زیادی نمک های محلول است مانند سولفات و کلراید و کربنات های سدیم و کلسیم و منیزیم  ، لذا مقدار این مینرال ها در آب بسیار مهم هستند .

بعضی اوقات آب مصرفی در زمان های مختلف از نظر نوع املاح محلول متغیر است ، لذا قبل از مصرف باید فرآوری شود. گاهی اوقات برای خارج کردن مواد جامد ، اضافه کردن مواد فلوکولانت وسپس فیلتراسیون لازم است . استفاده از سختی گیر بعلت جایگزین کردن سدیم با عناصر قلیایی خاکی مشکل زا است .استفاده از دو ستون رزین آنیونی و کاتیونی بعلت آنکه یون های H⁺   و^–OH را با کاتیون ها و آنیون های موجود در آب تعویض می کنند ، در نهایت آب بدون یون خواهیم داشت که خواص ثابتی را ایجاد می کند .

 مواد مقاوم کننده لعاب :

بعد از اسپری لعاب بر روی قطعه و خشک شدن لعاب ، قطعه جهت پخت به کوره باید هدایت شود . در هنگام حمل و نقل قطعه همیشه در معرض خطر آسیب دیدگی هستند  و تا قطعه پخت نشود آسیب دیدگی ظاهر نمی شود .

کلی و بنتونیت تا حد زیادی مقاومت لعاب را زیاد می کنند ، اما گاهی اوقات جهت جلوگیری از آسیب دیدگی لازم است که از مواد کمکی دیگری نیز استفاده شود .

ساده ترین وعملی ترین روش برای افزایش مقاومت لعاب استفاده از صمغ عربی به مقدار خیلی جزئی می باشد .

برای یک کاربرد معمولی حدود 1/0% از این ماده کافی می باشد .

ماجولیکا

ماجولیکا 

به طور کلی بدنه های ماجولیکااز سفال متراکم تر هستند ولی با این همه این فراورده ها نیز مانند سفال متخلخل ورنگی می باشند.بدنه این فراورده ها به طور کلی از رس ناخالص ونیز سیلیس و گدازآورها ی مناسب ساخته می شود. این بدنه ها همیشه دارای لعاب سفیدکدر قلع بوده و یا در مواردی به وسیله انگوب سفید و لعاب شفاف پوشانده شده اند در حقیقت این دو مورد صفت مشخصه این نوع فراورده ها هستند.
به طور کلی ایران زادگاه این فراورده ها و سفالگران ایرانی اولین سازندگان ظروف ماجولیکا در جهان بوده اند .عامل اصلی ساخت این فراورده ها تمایل سفالگران ایرانی به تقلید از ظروف چینی بود.(از حدود قرن هشتم میلادی) سفالگران ایرانی با استفاده اززسهای ناخالص (تنها رسهای قابل دسترس در آن دوران) قادر به ساخت چینی واصولاً فراورده های سفید نبودند.بنابراین تنها راه ممکن پوشاندن بدنه های رنگی به وسیله ماده سفید رنگی بود. این ماده سفید رنگ می توانست یا دوغاب سفید باشد ویا لعاب کدر سفید و در اینجا بود که استفاده از قلع جهت تهیه لعاب کدر سفید مطرح شد. بدین ترتیب سفالگران جهان اسلام آن روز ودر رأس آنها سفالگران ایرانی لعابهای سربی کدر قلع را در 500 سال پیش از میلاد مسیح(دراوایل دوره هخامنشی) به وسیله ایرانیان باستان مورد استفاده قرار می گرفت احیانمودند.در خلال قرون سوم تا هشتم هجری (قرن نهم تا دوازدهم میلادی) زیباترین نمونه های ماجولیکا در ایران ساخته میشده است.در قرن هشتم میلادی اعراب از تنگه جبل الطارق گذشته واسپانیا رانیز فتح نمودند.ارتباط فرهنگی عمیقی که با تسخیر اسپانیا بین اروپاییان و مسلمانان پیش آمد باعث گردید که جهان غرب بتواند بسیاری از رموز صنعت شرق و از جمله شیوه های ساخت ظروف ماجولیکا را بیاموزد. کلمه ماجولیکا از نام جزیره ی ماجورکا (Majorca) در اسپانیا گرفته شده است . در این جزیره مسلمان نشین در اوایل قرن پانزدهم ظروفی با لعاب کدر قلع ( مشهور به ماجولیکا) ساخته شده و به دیگر نقاط 
جهان صادر می گردید. 

مروري بر خواص و كاراكترهاي فيزيكي كاشي‌هاي پرسلانی

مروري بر خواص و كاراكترهاي فيزيكي كاشي‌هاي پرسلانی

مهندس امید هلاکویی

كاشي‌هاي پرسلاني خانواده پرمصرفي از محصولات سراميكي هستند كه به واسطه تنوع كاربري آن‌ها ، در زمره مهم‌ترين محصولات و تكنولوژي‌هاي توليد كاشي قرار مي‌گيرند. مقاله حاضر پيكان توجه خود را معطوف برخي عيوب عارض فرايند پخت، واكنش‌هاي حين پخت، فازهاي تشكيل دهنده و تغييرات پيروپلاستيك بدنه‌هاي پرسلان نموده است.

 

برسی عيوب

در سيکل‌های پخت سريع پرسلان لازم است تا به منظور حصول شفافيت بالای لعاب، دوغاب لعاب از زبره بسيار پائينی برخوردار باشد.

اين زبره پائين ممکن است به بروز عارضه خزش بيانجامد.

در اين شرائط به منظور ممانعت از بروز خزش استفاده از چسب‌هايی از قبيل کربوکسی متيل سلولز ضروری است. بازه مصرف چسب می‌بايست به نحوی انتخاب گردد که موجب افزايش بيش از حد ويسکوزيته دوغاب نگردد. 0/1 تا 0/3 درصد گستره مصرف مناسبی می‌باشد. دوغابی با ويسکوزيته بالا معمولاً موجب ايجاد سطوح چکشی و ديمپل زده بر روی سطح می‌گردد.

تاول يا Blister انبوهه‌ای از حباب‌ها هستند که معمولاً با بقايای کوارتز و کريستوباليت همراهند. علت بروز آن‌ها يا ماند نامکفی در بازه حرارتی 900 درجه (به منظور خروج کامل اجزاء آلی) و يا پخت بالا می‌باشد. اين نقصان رژيم حرارتی به‌واسطه عدم تناسب واکنش‌های Fe³⁺ و يا پيشرفت ديگر واکنش‌های گازی حادث گرديده و به بروز نوعی تخلخل ثانويه می‌انجامد.

مقاومت مکانيکی و شيميائی لعاب‌ها را می‌توان به کمک افزايش محتوای سيليس بهبود بخشيد، منتها اين عمل موجب کوتاه شدن بازه پخت می‌گردد.

عارضه خزش را می‌توان با استعانت از روش “استحكام سازی فيبری” و به کمک استفاده از مقادير کمی ولاستنايت در فرمول لعاب بهبود بخشيد.

واکنش‌های حين پخت

550 درجه: دی‌هيدروکسيلاسيون کائولينيت

572 درجه: تبديل آلفا کوارتز به بتا کوارتز

700 درجه: تشکيل Sanidine (ترکيبی از فلدسپارهای قليائی)

980 درجه: تبديل متاکائولن به ساختار اسپينل

990 درجه: مساعدت سيليس آمورف به تشکيل مذاب یوتکتيک.

1075 درجه: آغاز تشکيل مولايت ( اوليه )

1200 درجه: اشباع مذاب از سيليس. جوانه‌زنی کريستوباليت: فاز شيشه‌ای يا ذرات کوارتز

1200 درجه: رشد و نفوذ مولايت به درون بقايای فلدسپار

تشکيل مولايت

تشکيل مولايت اوليه:

تشکيل مولايت Epitaxial بر روی کائولينيت

حضور آشکار مولفه‌های رس‌گونه.

تشکيل مولايت ثانويه

مولايت اوليه نقش هسته اوليه واکنش را ايفا می‌نمايد.

ديفوزيون قليائي‌ها موجب به‌جای ماندن يک مذاب آلومينوسيليکات می‌گردد.

رشد و نفوذ مولايت Perismatic به درون بقايای فلدسپار

ناخالصي‌های موجود می‌توانند بر تشکيل مولايت اثر بگذارند.

تشکيل مولايت سوم:

تنها در پرسلان‌های حاوی آلومينا امکان تشکيل دارد.

آلومينا نقش يک پرکننده داخلی “حقيقی” را ايفا می‌نمايد.

حضور آلومينای انحلال يافته در مذاب

جوانه‌زنی و رشد مولايت در سطح تماس آلومينا

تشکيل فاز شيشه

آناليز کمی XRD:

Mullite	Quartz	Corundom	Glossy
15%	15%	3%	67%

 

 

ترکيب فاز شيشه

‌ای:

SiO2	Al2O3	CaO	MgO	K2O	Na2O
12.3	1.24	0.08	0.04	0.67	0.21

 

ارزيابی وضعيت فازها:

مولايت بين 1100 تا 1150 درجه تشکيل می‌شود.

بالای 1150 درجه سطح مولايت، ثابت باقی می‌ماند.

در زير 1000 درجه، کوارتز کاهش می‌يابد (یوتکتيک 990 درجه).

ثابت باقی ماندن مولايت بيانگر ثابت باقی ماندن آلومينا در فاز شيشه است.

کاهش ميزان کوارتز بيانگر خطی در دياگرام فاز از گوشه SiO₂ است.

چه عاملی تشکيل فاز مولايت را کنترل می

‌نمايد؟

آلومينا

مولايت اوليه از متاکائولن.

آلومينا از بقايای فلدسپار.

انحلال در فاز شيشه:

به‌واسطه حلاليت آلومينا محدود می‌شود.

معمولاً به کمک حرارت کنترل می‌گردد.

ناخالصي‌های موجود در مواد رسي‌ آلومينا را کاهش می‌دهند.

سطح مولايت توسط حلاليت آلومينا در فاز شيشه‌ای کنترل می‌گردد.

سطح آلومينا در فاز شيشه‌ای توسط سطح قليائي‌ها کنترل می‌شود.

نسبت R₂O :Al₂O₃ تقريباً ثابت است. بنابراين :

سطح سيليکا در فاز شيشه‌ای، وبه تبع آن سطح انحلال کوارتز به طور کامل توسط حرارت و زمان ماند در پيک حرارت (که به منظور اشباع فاز شيشه‌ای از سيليکا ضروری است) تعيين می‌گردند.

نقش کوارتز

کوارتز به عنوان تامين کننده سيليس مورد نياز فاز شيشه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. کوارتز هم‌چنین محدودکننده مقاومت کاشي‌های پرسلان نیز می‌باشد. هم‌چنین کوارتز مي‌تواند در ترکیب به کريستوباليت تبديل گردد.

اثر توزيع دانه‌بندی بر روی انحلال کوارتز:

غلظت کوارتز باقی مانده در بدنه پخته شده مستقل از سايز اوليه ذرات کوارتز است.

به هنگام اشباع مذاب شيشه‌اي از SiO₂ انحلال کوارتز متوقف می‌گردد.

کوارتز اضافی به شکل ذرات کوارتز گسسته باقی می‌ماند.

تغييرات پيروپلاستيک

چه عواملی باعث تغييرات پيروپلاستيک می گردند؟

فرض می‌شود که اجزاء تشکيل دهنده فاز شيشه‌ای سيستمی همگن را تشکيل داده باشند. اين فرض برای يک بدنه پخته شده پرسلان که سيکل مناسب پخت را پشت سر گذارده باشد صادق است، اما نمی‌تواند برای اولين مراحل پخت نيز صادق باشد.

اين نوسانات ترکيبی، منجر به تشکيل فازهای شيشه‌ای با ويسکوزيته‌های متفاوت می‌گردد.

در خلال پخت، ذرات فلدسپار شروع به ذوب نموده و مذاب یوتکتيکی را تشکيل می‌دهند که از آلکالي‌ها غنی و بنابراين ويسکوزيته کمی دارد.

در اين مرحله با افت ناگهانی ويسکوزيته، ناحيه فاز شيشه‌ای مواجهيم که که در درون يک ماتريس با ويسکوزيته بالاتر قرار دارد (بقايای رس‌ها و ذرات کوارتز). ناحيه شيشه‌ای با ويسکوزيته کم شروع به جريان يافتن می‌نمايد.

تغييرات پيروپلاستيک در چه بازه حرارتی به وقوع می پيوندند؟

مذاب‌های یوتکتيک در 990 درجه و در سيستم K₂O-Al₂O₃-SiO₂ تشکيل می‌شوند. کريستاليزاسيون مولايت ظاهرا در 1150 درجه تکميل می‌گردد. تغيير شکل‌های به‌وقوع پيوسته عمدتاً به اين بازه حرارتی منتسب مي‌گردند.

چه عواملی تغييرات پيروپلاستيک را کنترل می‌نمايند؟

ويسکوزيته سيستم:

و نه الزاما ويسکوزيته فاز شيشه‌ای.

مولايت ويسکوزيته سيستم را افزايش می‌دهد.

ميزان فاز شيشه تشکيل شده در خلال پخت بر روی تغییرات پیروپلاستیک تاثیر دارد و ميزان تشکيل اين فاز به سطح قليائي‌ها مربوط می‌گردد.

آلومينا ميزان تشکيل فاز شيشه را کاهش می‌دهد‌.

ويسکوزيته فاکتوری تابع حرارت است:

s=3he

مکانيسم تغييرات پيروپلاستيک

همگنی فاز شيشه توسط نرخ ديفوزيون قليائي‌ها تعيين می‌شود. فلدسپار و نفلين سيانايت منابع اوليه تامين قليائي‌ها هستند.

تغيير شکل‌های حاصل از تغييرات ويسکوزيته عاملی وابسته به زمان می‌باشد. سطح تغيير شکل‌ها با افزايش زمان افزايش می‌يابند.

سيستم تغيير شکل‌ها سيستمی ديناميک است که در آن نرخ ديفوزيون قليائي‌ها بر حسب زمان تغيير شکل، هر دو به نرخ گرمايش مرتبطند.

 

ارتباط Warping و Bloating با تغييرات پيروپلاستيک

Warping عبارت است از شيرينکيج ديفرانسيلی حاصل از فشردگی ناهمگن ذرات.

تنش‌های فشاری موجب تغيير شکل می‌گردند.

تنش‌های کششی موجب ترک خوردن می‌گردند.

Bloating درنتيجه انبساط حباب‌های گاز پديد می‌آيد.

اثر مشترک فشار گاز و ويسکوزيته فاز شيشه‌ای.

عارضه با تشکيل حفره‌های کروی آشکار می‌گردد.

معمولاً در يک مقياس گسترده و فراگير مشاهده می‌شود.

Bloating معمولاً درنتيجه گرمايش سريع بدنه به‌وجود می‌آيد. شيمی بدنه و نيز امکان رشد حباب‌ها در ناحيه‌ای که حاوی فاز شيشه‌ای با ويسکوزيته کمتر است از عوامل بروز عارضه‌اند.

ديگر عوامل موثر بر Bloating :

ويسکوزيته پائين فاز شيشه قادر به ايستادگی در برابر فشار درون حفره‌ها نيست. اگر فاز شيشه از Si اشباع شده باشد، لازم است تا ويسکوزيته بالا نگاه داشته شود. افزايش فاصله جدايش بين ذرات، زمان ديفوزيون لازم را افزايش مي‌دهد.

سيستم مجدداً به حالت هتروژن (ناهمگن) تبديل شده است

 

در طراحی فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی باید عوامل متعددی را در نظر داشت:

در طراحی فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی باید عوامل متعددی را در نظر داشت:

1- استحکام خام: طبق اظهار مهندسان و تکنسینهای شرکت SACMI بالاتر از ۶Kg/cm² باشد.

2- استحکام خشک: طبق اظهار مهندسان و تکنسینهای شرکت SACMI بالاتر از ۳۰Kg/cm² باشد. برای این منظور:

الف) حتی الامکان از بنتونیتها نباید استفاده شود یا درصد آن باید به زیر 5 درصد (منظور بنتونیت خالص) کاهش داده شود. بنتونیتها این معایب را در بدنه کاشی پرسلانی به وجود می آورند:

الف-1- میزان انقباض در هنگام خشک شدن و در نتیجه احتمال ترک خوردن بدنه را افزایش میدهند.

الف-2- بنتونیتها نفوذپذیری بدنه در مقابل نمکهای محلول (soluble salts) را کاهش میدهند. اعمال نمکهای محلول یکی از روشهای جالب دکوراسیون و ایجاد طرح در بدنه های پرسلانی است و در پستهای آتی به آن اشاره خواهد شد.

الف-3- به دلیل حضور اکسیدهای رنگی کننده مانند Fe₂O₃ باعث تیره شدن رنگ بدنه میشوند.

ب) از رسهای پلاستیک با پایه میکا و مسکویت استفاده شود (به کائولنهای اسمی ایرانی در پاراگرافهای بعدی مراجعه نمائید).

پ) میزان استفاده از مواد پلاستیک را به مقداری که مقادیر حدی استحکامهای خام و خشک تامین شوند، کاهش دهید (به اضافه 20-10 درصد برای اطمینان بیشتر به خصوص در مورد استحکام خشک؛ یعنی به جای حدهای 6-30 به 6/6-33 یا 6/6-36 برسید). شایان ذکر است که بالا بردن استحکام خام «معمولا» دشوارتر از افزایش استحکام خشک است.

* تذکر: با توجه به تجربیات به دست آمده در طراحی فرمولهای بدنه کاشی پرسلانی، مقادیر بیشتر از 5 و بیشتر از ۲۵Kg/cm² نیز (به ترتیب برای استحکام خام و استحکام خشک بدنه) میتوانند مورد قبول باشند. هر چند که بهتر است برای بدنه های پرسلان لعابدار و برای تحمل چاپهای متعدد اعمال شده بر آن، همان گستره بالاتر از ۳۰Kg/cm² در نظر گرفته شود.

3- انبساط پس از پرس: برای جلوگیری از بروز یا تشدید عیوبی مانند لب پریدگی و کنده شدن لبه ها و گوشه های کاشی، بهتر است علاوه بر بالابردن استحکام خام بدنه (که در این مورد بسیار کارساز است) با انتخاب مواد اولیه مناسب از بالا رفتن بیش از اندازه درصد انبساط پس از پرس ممانعت کرد. کائولنهای با درصد بالای کوارتز و بعضی از فلداسپاتها درصد انبساط پس از پرس را افزایش میدهند.

عامل اصلی به وجود آورنده انبساط پس از پرس، فشار هوای حبس شده بین گرانولهاست. در مرحله اول پرس، خروج کامل هوای موجود در لابلای گرانولها ممکن نیست و این هوا به مانند گرانولها تحت فشار قرار گرفته و فشرده میشود (مشابه هوای فشرده شده در کمپرسورها). با برداشته شدن فشار، این هوای فشرده شده سعی دارد تا از داخل بدنه فرار کند. در هنگام خروج، اگر مقاومت قطعه خام شکل گرفته کمتر از نیروی هوای خروجی باشد، قطعه ترک خواهد خورد یا متلاشی خواهد شد. اگر قطعه خام این نیرو را تاب بیاورد، ابعادی بزرگتر از ابعاد قالب پرس خواهد داشت که از آن به انبساط پس از پرس تعبیر میشود.

از دید بیشتر مهندسان، انبساط پس از پرس پائین معیاری از چسبندگی خوب ذرات به یکدیگر است. در هر صورت بهتر است این مشخصه به هیچ وجه از 8/0 درصد بیشتر نشود (حد متداول 7/0-55/0 درصد است).

4- جذب آب: در بدنه های کاشی پرسلانی لعابدار کمتر از 5/0 درصد و در بدنه های پرسلان تکنیکال و نمک محلول دو بازه کمتر از 3/0 درصد و یا کمتر از 1/0 درصد متداولند. بدیهی است که برای رسیدن به مقادیر کمتر جذب آب یا باید درصد فلداسپاتها را در فرمولاسیون بدنه افزایش داد، یا از فلداسپاتهای مرغوبتر (با درصدهای بالاتر اکسیدهای قلیائی Na₂O و K₂O) استفاده کرد یا دمای پخت را افزایش داد.

طبق مقاله ها و نوشته های منتشر شده از سوی شرکت SACMI، در صورتی که مقدار اکسیدهای MgO و CaO زیاد نباشد، بهتر است مقادیر Na₂O و K₂O به ترتیب 5/4 و 7/1 درصد (با نسبت Na₂O به K₂O برابر با 65/2) باشند. در واقع، با توجه به خاکهای ایرانی میتوان با نسبتهای 00/1 تا 00/2 (بیشتر 6/1-2/1) نیز به مقصود رسید.

شایان ذکر است که مقادیر Na₂O و K₂O را باید از تمام خاکها و مواد اولیه مصرفی محاسبه و جمع کرد نه فقط از فداسپاتها.

اولین قدمها در طراحی یک بدنه پرسلانی خوب، به دست آوردن مجموع کافی Na₂O+K₂O و نسبت بهینه Na₂O به K₂O با توجه به دیگر اکسیدهای موجود در ترکیب بدنه است. معمولا درصد بالای فلداسپات ترجیح داده میشود اما باید توجه داشت که هر چند بالا بردن میزان فلداسپاتها میتواند مزایائی چون کاهش دمای پخت بدنه، رسیدن به جذب آب نزدیک به صفر، بهبود درجه صیقلی بودن سطح پس از پولیش (بالا رفتن میزان جلا) و بهبود توسعه رنگ در بدنه های کاشی پرسلانی رنگی در هنگام پخت را به همراه داشته باشد اما باعث افزایش تردی بدنه، کاهش ثبات ابعادی در هنگام پخت، کاهش بازه دمائی پخت در کوره، کاهش مقاومت در برابر عوامل شیمیائی (به خصوص اسیدها) و کاهش استحکام پخت (در صورت استفاده بیش از حد از فلداسپات) خواهد شد.

مفید خواهد بود که نگاه یا مروری دوباره بر مبحث یوتکتیک (Eutectic) داشته باشید

مواد خام مورد استفاده در صنعت سرامیک-مقاله کامل

در این مقاله برخی از مواد اولیه ی مهم مورد استفاده در صنعت سرامیک را معرفی می کنیم. بدست آوردن مواد اولیه ی مناسب، اولین مرحله از تولید اجزای سرامیکی است. دو منبع عمده برای مواد خام وجود دارد. این دو منبع عبارتند از :
کانی های طبیعی (Naturally occurring Minerals)
کانی های مصنوعی (Synthetic Minerals)
در مورد مینرال های طبیعی ما توضیحاتی درمورد منشع، محل تمرکز منابع و مکان هایی که احتمال وجود آنها هست را توضیح می دهیم. همچنین فراوانی نسبی آنها را نیز بیان می کنیم. برای آنکه بتوان از منیرال های طبیعی استفاده کرد باید آنها را تغلیظ کرد. در اغلب موارد صنایع تغلیظ کننده در کنار منابع این مینرال ها پدید می آیند.
بیشتر این مینرال ها پیش از استفاده شدن باید تغییر حالت فیزیکی – شیمیایی دهند تا برای استفاده شدن مناسب شوند. به مجموعه ی این فرآیندها فرآوری می گویند . افراد شاغل در زمینه ی فرآوری با مطالعه ی مستمر می دانند که یک اکسید چگونه تشکیل گشته و چه ناخالصی هایی به همراه آن وجود دارد. البته آگاهی دقیق از ترکیب شیمیایی یک مینرال طبیعی بوسیله ی آزمایشات آنالیز انجام می شود. موادی که در طبیعت بوجود نمی آیند یا در طبیعت به میزان بسیار کمی وجود دارند را باید به صورت مصنوعی تهیه کرد. (ازاین رو اتلاق واژه ی مینرال به آنها صحیح نمی باشد). در ادامه ما به بیان فرآیندهای سنتز این مواد می پردازیم. کاربیدها، نیتریدها و بریدها مواد مصنوعی متداول مورد استفاده در صنعت سرامیک هستند. البته برخلاف متدوال بودن آنها، این مواد، موادی گران بها هستند و تولید شان بوسیله ی فرآیندهای خاص انجام می شود. برای اکثر مواد غیر اکسیدی، ناخالصی عمده ی مواد اولیه در تولید آنها هستند که به طور کامل واکنش نداده اند مانند آلومینیوم در نیترید آلومینیوم (AIN) یا سیلیسیم در نیترید سیلیسیم   در صنعت ساخت سرامیک های ویژه ، مواد خام مختلفی استفاده می شوند که اگر بخواهیم به آنها بپردازیم ، هر کدام یک مقاله را به خود اختصاص می دهند. در این مقاله ما سعی می کنیم گروه های اصلی مواد خام طبیعی و مصنوعی را معرف کنیم.

سنگ معدن ، مکافی و زمین شناسی
 

شکل 1 یک برش عرضی است که زمین را به صورت شماتیک نشان می دهد. زمین دارای شعاع متوسط 6370 کیلومتر است که این شعاع از سه لایه ی مجزا تشکیل شده است. لایه ی بیرونی زمین پوسته نامیده می شود.این لایه نسبت به دو لایه ی دیگر نازک تر است. صخامت آن از 20-60 کیلومتر متغیر است.

(به طور متوسط پوسته 30 کیلومتر صخامت دارد.) این پوسته ی زمین است که کانی های مفید برای بشر را در خود جای داده است.
پوسته ی قاره ای اصولا از سیلیکات های منیزیم ، آهن، آلومینیوم و کلسیم تشکیل شده است که به همراه این مواد، فلزات قلیایی، آلومینیوم وسیلیس آزاد وجود دارد. جدول 1 فراوانی عناصر عمده ی پوسته ی قاره ای را نشان می دهد. اگر به جدول توجه کنید متوجه می شوید که اکسیژن ، سیلیسیم و آلومینیوم با هم تقریبا %90 وزنی عناصر پوسته را تشکیل می دهند.

لایه ی زیر پوسته جبه نامیده می شود. این تصور وجود دارد که لایه ی ضخیم جبه از سیلیکات های منیزیم، سیلیکات آهن، آهن آزاد و سولفیدهای آهن تشکیل شده است. مینرال های موجود در جبه و هسته هم اکنون قابل دسترسی نیستند برای همین در مورد آنها بیشتر توضیح نمی دهیم. به هر حال زمین شناسان می توانند به توصیف سنگهایی بپردازند که از جبه و به صورت فرآیندهای طبیعی به سطح آمده اند. معدن منبعی از یک ماده ی معدنی است که ارزش استخراج داشته باشد. مثال هایی از معدن ها عبارتند از: هماتیت (سنگ معدن اصلی آهن)، ایلمنیت (سنگ معدن اصلی تیتانیم .البته علاوه بر تیتانیم این ماده آهن نیز دارد.) ، پیروفانیت نیز یکی از مواد معدنی تیتانیم دار است اما این ماده ی معدنی ماده ای بسیار کمیاب است.
تشکیل کانی ها
کانی ها جزء اصلی سنگ ها هستند که از بخش جامد و غیر آلی زمین بدست آمده اند. سنگ ها معمولا از یک کانی تشکیل نشده اند. در واقع آنها از تجمع دو یا چند کانی تشکیل شده اند. عموما زمین شناسان سنگ ها را به سه نوع تقسیم می کنند . که این سه نوع عبارتند از :
1)سنگ های آذرین (igneous)
2)سنگ های دگرگون (metamorphic)
3)سنگ های رسوبی (Sedimentry)

سنگ های آذرین
 

این مواد وقتی تشکیل می شوند که ماگما در نزدیکی پوسته و یا در خارج از پوسته و در سطح زمین سرد و جامد می شود. واژه ی آذرین (igneous) از واژه ی ignis که یک واژه ی لاتین است ، گرفته شده است. ignis به معنای آتش است. وسنگ های آذرین به معنای سنگ های بوجود آمده از آتش است. ماگما از عناصری چون سیلیس، آلومینیوم، اکسیژن، سدیم ، پتاسیم، کلسیم ، آهن و منیزیم غنی است. جدول 2 گستره ی ترکیب عناصر عمده ی موجود در سنگ های آذرین را نشان می دهد.

اینها عناصری هستند که وقتی با سیلیس ترکیب شوند، تشکیل سیلیکات می دهند. سیلیکات ها به تنهایی 90 درصد از سنگ های آذرین را تشکیل می دهند. تمام کانی های سیلیکاتی از گروه های سیلیکات تشکیل شده اند.طبقه بندی کانی های سیلیکاتی بر اساس نحوه ی ترکیب این گروه ها انجام می شود. ویژگی مینرال های بوجود آمده ازماگما به ترکیب شیمیایی و دمای ماگما بستگی دارد. نحوه ی کرستالیزاسیون کانی های سیلیکاتی اصلی بوسیله ی واکنش های زنجیره ای Bowen توصیف می گردد که در شکل 2 این واکنش ها را می ببیند. اولوین (Olivine) و فلوسپار کلسیم دار در دمای بالا تشکیل می شوند. و این امکان وجود دارد که در همان ابتدای تشکیل از مذاب جدا شوند. همین طور که دما کاهش می یابد، سایر کانی ها نیز از مذاب به جامد تبدیل می شوند. آخرین کانی هایی که کریستالین می شوند عبارتند از : فلدسپار پتاسیک، میکای موسکویتی (mic muscovite) و کوارتز. این مواد جزء اصلی گرانیت (granite) را تشکیل می دهند.

در پایان آب موجود در ماگما فلزات و گوگرد موجود در ماگما را در خود حل کرده و با نفوذش در ترک ها سبب تشکیل رگه هایی از سولفید در سنگ ها می شود.

سنگ های دگرگون
 

سنگ های دگرگون دارای ساختار دگرگون هستند که در آنها استحاله های شیمیایی رخ داده است. این تغییر دگردیسی یا دگرگونی نامیده می شود (metamorphism or metamorphosis) استحاله ی رخ داده در این سنگ ها به دلیل اعمال دما و فشار بالا بر سنگ بستر اولیه است. این فشار و دمای بالا در اعماق لایه های زمین پدید آمده است. این دگرگونی در حالت جامد رخ می دهد بدون آنکه ماده ی اولیه ذوب شود و نتیجه آن تشکیل کانی های جدید مانند کیانیت (kyanite)، استارولیت (Staurolite) ، سیلیمانیت (Sillimanite)، آندالوزیت (andalusite)، و گارنت (garnets) می شود . سایر کانی ها مانند درصد ناچیزی از سنگ های آذرین ممکن است در سنگ های دگرگون وجود داشته باشند. البته این نوع کانی ها لزوما به خاطر فشار و دمای بالای صفحات تشکیل نشده اند. و در نمونه ی سنگ اولیه وجود داشته اند. واژه ی دگرگون (metamorphic) واژه ای است که در اصل یونانی است و از دو واژه ی متا (mata) به معنای تغییر و مورفی (morphe) به معنای شکل تشکیل شده است.

سنگ های رسوبی
 

این نوع از سنگ ها هنگامی تشکیل می شوند که ذرات کوچک و یا کریستال های با خاصیت ته نشین شوندگی به همدیگر بچسبند . سنگ های رسوبی به سنگ های شیمایی(chemical) یا کلاسیک (clasic : جدا شونده) طبقه بندی شوند. سنگ های رسوبی کلاسیک هنگامی تشکیل می شوند که ذرات سنگ ریزه ی تولید شده بوسیله ی هوازدگی شیمیایی و فیزیکی بوسیله ی آب، یخ و باد به مکان های جدید منتقل شوند و به همدیگر بچسبند.
سنگ های رسوبی شیمیایی هنگامی تشکیل می شوند که یون هایی با قابلیت حل شوندگی بالا مانند یون های سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم، کلر، سولفات، کربنات و فسفات از سنگ های اولیه در آب حل شوند و رسوب دهی ثانویه در آنها اتفاق افتد. این مواد تشکیل لایه هایی در کف اقیانوس ها و دریاچه ها می دهند و در همان مکان به همدیگر می چسبند. ترکیب سنگ های رسوبی به موارد زیر بستگی دارد:
1)ترکیب شیمیایی منبع سنگ اولیه
2) مقاومت شیمیایی و مکانیکی هر جزء کانی
3)مسافت پیموده شده بوسیله ی مواد تشکیل دهنده سنگ رسوبی
کانی های پایدار مانند کوارتز معمولا جزء اصلی سنگ های رسوبی هستند و همچنین کانی های کمیاب (مانند گارنت، روتایل (rutile) و زیرکن) نیز در این سنگ ها دیده می شود.
اگر چه فلدسپار کانی با مقاومت پایین است اما این ماده به عنوان یکی از اجزای اصلی سنگ های رسوبی است. کانی های رسوبی شامل کربنات (مانند کلسیت ( Calcite) و دولومیت (Dolomite)، سولفات ها (مانند گیبسیت (gypsum) و آنهیدرایت (anhydrite) )، کلریدها، سیلیس کلسدونیک (Silica chalcedonic) هستند.

سه نوع سنگ توضیح داده شده در بالا در شکل 3 نشان داده شده اند. این شکل نشان دهنده چرخه ی سنگ هاست.

فرآوری
 

فرآوری فرآیندی است که اکثر مینرال ها پیش از استفاده شدن در تولید سرامیک ها از آن عبور می کنند. فرآوری فیزیکی شامل خردایش و آسیاب سنگ های درشت می شود. اندازه ی ذره ی ماده ی خام ممکن است بر روی مراحل بعد فرآیند تولید تاثیر بگذارد. یکی از مثال ها در این زمینه فرآوری آلومینا از بوکسیت است. این فرآیند شامل مراحل مختلف و فرآیند های شیمیایی است.
فرآوری شیمیایی شامل فرآیندهایی است که در آنها کانی های با ارزش از مواد باطله جدا می شوند. برای مثال در این فرآیندها بواسطه ی انحلال مواد در محلول های خاص و فیلتراسیون عمل فرآوری انجام می شود. فرآیند بایر که بوسیله ی آن آلومینا فرآوری می شود مثالی خوب از فرآوری شیمیایی است . در این فرآیند بوکسیت که شامل مواد ناخالصی فراوانی است تغلیظ و فرآوری می شود.
میزان خلوص مواد خام بر روی ترکیب محصول پایانی اثر می گذارد. برای بسیاری از بدنه های سرامیکی کنترل دقیق میزان ناخالصی ها ضروری می باشد . در این کاربردها مواد اولیه به صورت مصنوعی تهیه می شوند. علاوه بر این برخی از مواد سرامیکی به صورت طبیعی وجود ندارند و از این رو باید آنها را با روشهای شیمیایی بسازیم. سنتز مصنوعی پودر سرامیک ها نه تنها دارای مزیت خالص بودن است بلکه اجازه می دهد تا پودر های بسیار ریز با مرفولوژی بسیار خوب تولید شود.

وزن و مقیاس
 

درسیستم جهانی SI جرم دارای واحد کیلوگرم است. این واحد به خاطر برخی مسائل مورد توجه است. واحد کیلوگرم از پیشوند کیلو بعلاوه گرم پدید آمده است. کیلوگرم بوسیله ی وزن مرجع یک استوانه ی پلاتین – ایریدیم تعریف می شود. این رفرنس در مرکزی در فرانسه نگهداری می شود. برای بیان جرم موادی که در فرآیندهای تغلیظ و معدن کاری با آنها روبرو هستیم معمولا از واحد تن (metricton) استفاده می شود. هر تن هزار کیلوگرم یا یک مگاگرم است . مسئله گیج کننده در زمینه واحد تن وجود واحدهای خاص آمریکایی و انگلیسی برای تن است. که امروزه هنوز در این کشورها در حال استفاده شدن هستند. یک تن برابر o.984 تن انگلیسی است. همچنین یک تن برابر 1.103 تن آمریکایی است.
مسأله ی گیج کننده ی دیگری که وجود دارد این است که در انگلستان واحد آمریکایی تن در معادن سنگ های فلز دار (فلزی) استفاده می شود و این در حالی است که واحد انگلیسی تن در معادن ذغال سنگ استفاده می شود. ما از واحد معمولی تن (metric ton) استفاده می کنیم. البته این مسأله باید مورد توجه قرار گیرد که این واحدها در کارهای تقریبی زیاد متفاوت نیستند و به هم نزدیک اند. محاسبه ی میزان تمام کانی های تجاری دنیا آسان است. سازمان نظارت کننده ایالات متحده ی آمریکا (VSMS) در زمینه ی مواد معدنی هر ساله اطلاعات خود در زمینه ی مواد معدنی انتشار می دهد. این اطلاعات به صورت کتاب سال منتشر می شود. این سازمان تغییرات حاصل در زمینه ی تولید، ذخایر و... را در هر سال گزارش می دهد.

درادامه به بیان مواد معدنی مورد استفاده در صنعت سرامیک می پردازیم .سعی شده است تا منابع و ذخایر اصلی این مواد نیز ذکر شود.
سیلیس
سیلیس یک ماده ی معدنی مهم در صنعت سرامیک است. استفاده ی عمده از این ماده در صنعت شیشه سازی است (حدود 38% از تولید ایالات متحده ی آمریکا در صنعت شیشه سازی مصرف می شود. ) برای مثال حباب های لامپ های با نور سفید (bulbs incandescent lamp) از شیشه های سودالایم تولید می شود که تقریبا 70% از آنها سیلیس است. درصد سیلیس موجود در لامپ های رشته ای می تواند تا حدود %99.8 وزنی نیز برسد.
یکی از منابع عمده ی سیلیس ، ماسه سنگ است . ماسه سنگ صنعتی و ماسه ی سیلیسی دو واژه هستند که در صنعت سرامیک زیاد استفاده می شوند. این دو واژه به معنای ماسه سنگی است که در صد سیلیس موجود در آن ها بالا باشد. در برخی موارد درصد سیلیس برخی از این ماسه ها بیش از 99.5% است.
برطبق تعریف ASTM، ماسه سنگ ذرات سنگ است که به صورت گرانول هستند. این ذرات می توانند از میان الک مش 4 بگذارند.(4.75mm) و بر روی الک مش 200 (75mm) باقی می مانند. و باید از خردایش طبیعی یا مصنوعی سنگ پدید آمده باشند. (ماسه سنگ همچنین از فرآوری فیزیکی سنگ ها (بوسیله ی سنگ شکن) تولید می شوند.)
ماسه سنگ های تولیدی معمولا دارای ترکیب شیمیایی متنوعی هستند که این ترکیب به نوع سنگ مورد استفاده بستگی دارد. ایالات متحده ی آمریکا بزرگترین تولید کننده ی ماسه ی صنعتی در جهان است. ایالت های ویرجینیای غربی، کالیفرنیا، الینویز، پنسیلوانیا ، اوهایو و نیوجرسی 80% ماسه ی سیلیسی با کیفیت بالای مورد استفاده در ایالات متحده ی آمریکا را فراهم می کنند. در الینویز و میسوری عملا تمام سیلیکای مورد استفاده در ساخت شیشه از ماسه سنگ های st.peter بدست می آید. سایر ذخیره های با کیفیت ماسه سنگ نیز وجود دارد. مثلا یکی از این ذخایر oriskany است که در ویرجینیای غربی و پنسیلونیا وجود دارد. این ذخیره ها عموما به صورت تپه های شنی ساحلی یا به شکل لایه هایی 20-30 متری زیر لایه هایی از لجن، خاک رس و سنگ رست (shales) وجود دارند.
عموما استخراج سیلیس صنعتی یک شغل با فروش منطقه ای است . در واقع مراکز تولید عمدتا در کنار مراکز خرید واقع اند مگر آنکه کیفیت محصول تولیدی استثنائی باشد مثلا خواص اندازه ی ذرات یا شکل ذرات ویژه باشد. منطقه ی جغرافیایی فروش این محصول معمولا از 200 مایل فراتر نمی رود. این مسئله به دلیل هزینه ی بالای حمل و نقل این ماده و فراوانی معادن آن در سرتاسر دنیا است.
در سال های اخیر، مقررات محیط زیستی بر روی استخراج سنگ سیلیس بسته شده که علت آن مشکلات سلامتی است که بوسیله ی این محصول بوجود می آید.
کواتز مینرال عمده ی سیلیس ، جزء اصلی سنگ های آتشفشانی مانند گرانیت است. این ماده همچنین در بیشتر سنگ های دگرگون یافت می شود. بخش اصلی سنگ های دگرگون را ماسه سنگ تشکیل می دهد. همچنین رگه هایی با خلوص بالا از کوارتز نیز در این سنگ ها یافت می شود. کریستال های کوارتز با کیفیت نوری بالا واقعا کم یابند . اما روش هایی مناسب وجود دارد که می توان کریستال های کوارتز را رشد داد و آنها را به صورت تجاری تولید کرد. تولید سالانه ی سیلیس در ایالات متحده ی آمریکا تقریبا 30 مگاتن است که این مقدار 700 میلیون دلار ارزش دارد.
سیلیکات ها
فلدسپار
فلدسپارها یک گروه مینرالی بزرگ هستند واین تخمین زده شده است که بیش از 60 درصد پوسته ی زمین را تشکیل می دهند. (همانگونه که در جدول 1 دیده می شود) این گروه مینرالی در بسیاری از سنگ های رسوبی و تقریبا در تمام سنگ های آذرین و دگرگون یافت می شوند.

صنعت شیشه سازی بیشتر فلدسپارهای تولیدی را مصرف می کند. فلدسپار منبع اکسید آلومینوم است. این ماده خواص مکانیکی شیشه مانند مقاومت در برابر خراش و قابلیت مقاومت در برابر شک حرارتی آن را افزایش می دهد. فلدسپار همچنین در بدنه های سرامیک وایت ویر (whiteware) به عنوان فلاکس استفاده می شود. این ماده باعث ایجاد فاز شیشه ای در هنگام پخت بدنه می شود و استحکلام و حالت زجاجی (translucency) بدنه را افزایش می دهد.
کره ی جنوبی بزرگترین تولید کننده ی فلدسپار در جهان است. تولید سالانه ی فلدسپار در ایالات متحده ی آمریکا 800000 تن است که این میزان ارزشی برابر 45 میلیون دلار دارد. ایالات کالیفورنیا، کارولینای شمالی و کانوکتیکات بزرگترین تولید کنندگان فلدسپار هستند.
رویه ی اصلی در فرآیند استخراج و استفاده از فلدسپار شامل موارد زیر است:
1)سوراخ کاری و انفجار توده ی معدنی
2)انتقال سنگ معدن به آسیاب و خردایش آن (فرآوری فیزیکی)
3)جدا سازی مینرال ها به روش فلوتاسیون (این فرآیند بر اساس قابلیت ترشوندگی متفاوت مواد در محلول آبی اتفاق می افتد).
4)خشک کردن
5)آسیاب کردن تا رسیدن به اندازه ی ذره ی زیرمش 200 (75Mm) برای کاربردهای صنتعت سرامیک
درفرآیند فلوتاسیون هوا به داخل سوسپانسیونی از مینرال های خردایش یافته دمیده می شود. در این حالت در محلول کف تشکیل می شود. ذرات تر شده (ذرات آب دوست) در سوسپانسیون باقی می مانند در حالی که ذرات آب گریز جذب حباب های هوا شده که با جدا سازی کف ها می توان مینرال های مورد نظر را جدا سازی نمود. عوامل متنوعی مانند آمینو اسیدها (این مواد دارای وزن ملکولی بالایی هستند) را می توان برای افزایش قابلیت تر شوندگی نسبی مواد جامد در مخلوط ، استفاده کرد. این عوامل به طور گزینشی بر روی سطح مواد خاص مخلوط ، جذب می شوند. این فرآیند در مراحل زیر انجام می شود:
1)جدایش میکا
2)جدایش مینرال های آهن دار مخصوصا گارنت
3)جداسازی فلدسپار از مواد ته نشست شده مانند کوارتز
رس ها و کائولن
رس جزء عمده ی سرامیک های سنتی است. این مواد عموما سیلیکات های لایه ای با اندازه ی دانه ی زیر 2 میکرون هستند. هر لایه ی سیلیکاتی را می توان به عنوان یک کانی رسی تعریف کرد. شش نوع تجاری از رس ها وجود دارند. این انواع در جدول 2 به صورت لیست وار آورده شده است. این رس ها از لحاظ ترکیب، پلاستیسیته، رنگ و خواص پخت متفاوت اند.

هوازدگی مکانیکی و شیمیایی فلدسپارها در سنگ های آذرین و دگرگون شده باعث تشکیل کائولن می شود.(کائولن یک جزء کلیدی در خاک چینی است) . کائولن تشکیل شده می تواند در همان محل متلاشی گردد و یا ابتدا بوسیله ی آب یا باد به محل دیگری منتقل شود و در آنجا متلاشی گردد. ذخایر کائولن اولیه در محل سنگ اولیه وجود دارند. این نوع کائولن دارای مقادیر زیادی کوارتز و میکا است که در حین فرآیند هوا زدگی تشکیل گشته اند. ذخایر بزرگی از کائولن اولیه در جنوب شرقی انگلستان ، اکراین و چین یافت می شود.
کائولن های ثانویه، کائولن هایی هستند که به طور طبیعی از سنگ های اصلی شسته شده اند. و سپس در مکان های دیگر رسوب کرده اند. این مواد به طور طبیعی فرآوری گشته اند و دارای خلوص بیشتری هستند. ذخایر تجاری و اصلی کائولن ثانویه در ایالات متحده آمریکا 50 میلیون سال پیش تشکیل شده اند. این ذخایر به صورت کمربندی در خط ساحلی قدیمی ازشمال آلاباما تا کارولینای شمالی کشیده شده است

میکا
 

گروه میکا شامل 37 کانی می باشد . این کانی ها با نام فیلو سیلیکات ها (phyllosilicates) هستند که دارای ساختاری صفحه ای یا لایه ای هستند. واژه ی یونانی فیلون (phyllon) به معنای برگ است. برخی از کانی های میکا در جدول 1 آورده شده است. همچنین علاوه بر اسم آنها مکان های وجود منابع عمده ی آنها نیز آورده شده است. میکا ها همچنین بر اساس میکاهای واقعی (truemica) و ترد (brittle) نیز طبقه بندی می شوند. میکاهای واقعی که دارای کاتیون های تک ظرفیتی (مانند k^+ و〖Na〗^+ ) در میان لایه هایشان هستند، از خود خواص ورقه ورقه شده نشان می دهند. این مواد به آسانی به صفحات نازک تبدیل می شوند. در میکاهای ترد، بین لایه ها کاتیون های دو ظرفیتی (مانند 〖Ca〗^(2+) ) وجود دارد. پیوند این کاتیون ها و لایه ها قوی است. اگر چه این مواد نیز خاصیت ورقه شدن دارند اما نسبت به نوع واقعی ترد ترند. میکاهای ترد کانی های کمیابی هستند و استفاده از آنها زیاد نیست.

موسکویت (Muscovite) ، یک نوع میکا است که کاربرد عمده ای دارد. این میکا به خاطر خواص الکتریکی فوق العاده و فراوانی ، کاربردهای فراوانی یافته است.
فلوگوپیت (phlogopite) نوعی کانی است که در دمای بالا پایدار است؛ از این رو از آن در کاربردهایی استفاده می شود که در آنها نیاز به پایداری در دمای بالا و خواص الکتریکی مورد نیاز باشد. هردوی این کانی ها (موسکویت وفلوگوپیت) به صورت صفحه ای و آسیاب شده استفاده می شوند.

میکاها در سنگ های آذرین، رسوبی و دگرگون تشکیل می شوند.( این کانی ها در محیط های مختلف زمین شناسی تشکیل می شوند) . علت تشکیل این مواد در گسترده ی وسیعی از محیط های زمین شناسی پایداری گرمایی این مواد است. شکل 1 دیاگرام فشار – دما برای میکای موسکویتی است. در دمای بسیار بالا (بیشتر از)، این نوع میکا ناپایدار می شود و در حضور کوارتز تجزبه گشته و به فلدسپار پتاسیک و سیلیمانیت (sillimanite) تبدیل می شود.(طبق فرمول زیر):

سیلیمانیت فلدسپارتپاسیک کوارتز موسکوویت
موسکوویت در سنگ های دگرگون کم ارزش تشکیل می شود. در این مکان ها موسکوویت از پیروفیلیت تشکیل می شود. این فرآیند در کریستالیزاسیون اولیه ی کانی های آذرین مانند گرانیت ها و پگماتیت ها (Pegmatites) نیز رخ می دهد.
در سنگ های رسوبی مخصوصا آرنیت (arenites) نیز فرآیند تشکیل موسکویت اتفاق می افتد. موسکوویت در بسیاری از بخش های ایالات متحده ی آمریکا به صورت محدود وجود دارد.
بزرگترین تولید کننده ی میکا، روسیه است. این کشور یک سوم نیاز سالانه ی این ماده را تولید می کند. ایالات متحده ی آمریکا سالانه 75000 تن میکای ورقه ای و ذره ای تولید می کند. اگر چه ایالات متحده ی آمریکا از لحاظ تاریخی تولید کننده ی صفحات میکایی است ولی منابع داخلی این ماده به پایان رسیده و از این رو این کشور تنها به تولید میکای ورقه ای و ذره ای می پردازد.
مصرف عمده ی میکای آسیاب شده به عنوان پرکننده در اجزای اتصال دهنده ی دیواره های گچی (ژیپسی) است . استفاده از پر کننده های میکایی موجب تولید سطوح صاف می شود، کارایی را بهبود داده و از گسترش ترک جلوگیری می کند. از این مواد همچنین در رنگ ها، محصولات رابری قالب گیری مانند تایرها و خمیر دندان کاربرد دارند. از میکای فلس مانند به عنوان جایگزینی در لقمه ترمزها و صفحه کلاچ استفاده می شود.
هند بزرگترین تولید کننده ی میکای مورد استفاده در ساخت صفحات موسکوریتی (muscovite sheet meca) است. ماداگاسکار نیز بخش عمده ای از میکای مورد استفاده در ساخت صفحات فلوگوپیت را مهیا می کند. قیمت میکای صفحه ای از کمتر از یک دلار بر کیلوگرم برای کیفیت پایین تا 2000 دلار بر کیلوگرم برای نوع با کیفیت متغیر است. از نوع با کیفیت بالای میکای موسکویتی در ساخت دی الکتریک مورد استفاده در خازن ها استفاده می شود.

مولایت
 

مولایت در طبیعت به میزان فراوان وجود ندارد و باید به صورت مصنوعی ساخته شود. این ماده دارای خواص زیادی است که موجب شده تا این ماده برای کاربردهای دما بالا مناسب باشد. مولایت دارای ضریب انبساط حرارتی بسیار کوچکی است.(این مسأله باعث می شود که مولایت مقاومت به شک حرارتی خوبی داشته باشد). این ماده همچنین در دمای بالا مقاومت به خزش خوبی دارد و از همه مهمتر، مولایت به آسانی با شیشه ی مذاب یا سر باره ی فلزات مذاب واکنش نمی دهد و در اتمسفر های کوره ای خورنده پایدار است.
از این رو از این ماده در آستر کاری کوره و سایر کاربردهای دیرگداز در صنعت فولاد سازی و ذوب آهن و صنعت شیشه استفاده می شود.
از لحاظ تجاری مولایت به دو روش ساخته می شود:
1)زینته ینگ
2)فیوزینگ
مولایت زنیته شده ممکن است بوسیله ی حرارت دادن مخلوطی از کیانیت : ، بوکسیت و کائولن تولید شود. (کیانیت مینرالی است که به صورت طبیعی در سنگ های دگرگون یافت می شود.) این مخلوط (درنسبت های معین) در دماهای بالاتر از 1600c° زینته می شود. ماده ی زینته شده به این روش دارای 90-85% مولایت است . علاوه بر مولایت درصدی شیشه و کریستو بالیت (یکی از پلی فرم های وجود دارد . آفریقای جنوبی تولید کننده ی عمده ی کیانیت دنیاست این کشور سالانه 165000 تن کیانیت تولید می کند.
ایالات متحده ی آمرکیا دارای بزرگترین منابع کیانیت دنیاست. این منابع در منطقه ی کوه های آپلاچین (Applochian Mountains) و آیداهو (Idaho) قرار گرفته اند. آندالوزیت (Andalusite) وسیلیمانیت سایر مینرال های آلومینو سیلیکاتی هستند که مانند کیانیت می توان از آنها به عنوان ماده ی اولیه در تولید مولایت استفاده کرد.
در روش فیوزینگ مقداری آلومینا و کائولن به داخل کوره ی قوس الکتریکی ریخته می شود. پس از روشن شدن این کوره دما به بالاتر از 1750c° می رسد و از این رو می توان با این روش مولایت با خلوص بالاتر تولید کرد. مولایت تولیدی به روش فیوزینگ دارای بیش از 95% مولایت است که به همراه آن مخلوطی از آلومینا و شیشه وجود دارد.

اکسیدها
 

موادخام مورد استفاده در ساخت سرامیک های اکسیدی تقریبا همگی به وسیله ی فرآیندهای شیمیایی تولید می شوند. علت استفاده از فرآیندهای شیمیایی بدست آوردن خلوص شیمیایی بالا و تهیه ی پودرهای مناسب جهت ساخت اجزای سرامیکی است. اکسیدهای مهم مورد استفاده در صنعت سرامیک در جدول 2 آمده است.

آلومینا
 

اکسید آلومینیوم ( ، آلومینا ، کوراندوم) بیشترین ماده ی شیمیایی غیر آلی است که در صنعت سرامیک استفاده می شود. این اکسید از کانی بوکسیت (bauxite) و بوسیله ی فرآیند بایر (bayer Process) تولید می شود. بوکسیت مخلوطی از اکسید آلومینیوم هیدراته با اکسید آهن، سیلیس ، تیتا نیا (به عنوان ناخالصی) تشکیل شده است. این کانی از هوا زدگی و متلاشی شدن سنگ های آلومینیوم دار بوجود می آید که در اغلب موارد جنس سنگ ها از نوع آذرین است. این کانی در مناطق گرمسیری تشکیل می شود. مانند کائولن، بوکسیت نیز می تواند به صورت ذخایر اولیه و ثانویه باشد.
فرآیند بایر آلومینایی با خلوص اسمی 99.5% تولید می کند. آلومینا بر اساس کابردهایش در گریدهای مختلف تولید می شود. این گریدها از لحاظ اندازه و شکل کریستال ها و میزان ناخالصی متفاوت اند. ناخالصی اصلی آلومینا اکسید سدیم است. کریستال های آلومینا می توانند اندازه ی بین o.1 – 25 میکرون داشته باشد. شکل 2 کارخانه ی تولید آلومینا به روش بایر را نشان می دهد.

مراحل فرآیند بایر عبارتند از :

1) فرآوری فیزیکی
 

بوکسیت بدست آمده از معدن ابتدا آسیاب می شود. البته اندازه ی ذرات در این خردایش بسیار درشت است. (اندازه ی ذرات زیر یک میلیمتر است). فرآیند آسیاب کاری باعث افزایش مساحت سطح کل ذرات می شود که این مسأله موجب کاهش زمان فرآیند می شود. (کاهش زمان واکنش های شیمیایی درمراحل بعدی )

2) مرحله هضم
 

ذرات درشت بوکسیت بوسیله ی افزودن هیدروکسید سدیم (NaOH) به آب حل می شود. این فرآیند در دمای و در فشار کل O.5MPa اتفاق می افتد. همه ی آلومینای هیدراته ی موجود در بوکسیت حل می گردد و به صورت سدیم آلومینات در می آید.طبق فرمول زیر:

3) فیلتراسیون
 

ناخالصی های جامد موجود در محلول حاصله که عمدتا سیلیس ، تیتانیا و اکسید آهن هستند بوسیله ی فیلتراسیون جدا سازی می شوند.

4) رسوب دهی
 

پس از سرد کردن ، دانه های گیبسیت (آلومینای هیدراته ی طبیعی - به محلول سدیم آلومینات اضافه می شود. این مسأله موجب تشکیل فاز پایدار از هیدروکسید آلومینیوم در دمای پایین می شود. با دمش گاز به داخل محلول بوجود آمده ،فرآیند ایجاد رسوب تسریع می شود و عمل رسوب زایی ایجاد می شود.

5) شستشو
 

رسوبات بدست آمده سپس از فیلترعبور داده شده و شستشو می شوند تا میزان سدیم آن کاهش یابد.

6) کلسیناسیون
 

پودر حاصله در دمای بین 1100C∘ - 1200 کلسیناسیون می شود. در این فرآیند هیدروکسید به اکسید تبدیل می شود. واکنش در این مرحله به صورت زیر است:

در این مرحله آلومینای بدست آمده به شکل کلوخه ای است. این کلوخه ها از دانه های ریز با قطر 10-5 میکرون تشکیل شده اند.

7) آسیاب کردن
 

پودر حاصله در مرحله ی قبل آسیاب می شود تا اندازه ی ذرات و توزیع ذرات معین بدست آید. آلومینای تولیدی به این روش دارای بیش از 99.5% است. و همانگونه که قبلا گفتیم، ناخالصی عمده ی موجود در این ماده است. پودر حاصله ممکن است به میزان بسیار کم در حدود % 0.001 داشته باشد. این میزان از خلوص برای آلومینا برای بسیاری از کاربردها مناسب است. کنترل دقیق شرایط ته نشست شدن، شستشوی رسوبات و کنترل شرایط کلیناسیون و آسیا ب کردن می تواند موجب تشکیل آلومینایی با خلوص 99.99% شود. قیمت آلومینای کلسینه شده ی معمولی 0.60 دلار بر کیلوگرم است و این قیمت می تواند برای آلومینای کلسینه شده ی با خلوص بالاتر به 2.00 دلار بر کیلوگرم برسد. قیمت گرید متالورژیکی (مناسب برای تولید آلومینوم ) تقریبا ً 150 دلار برتن است.

جدول 3 ترکیب نمونه وار فرم های اصلی آلومینای کلسینه شده آورده شده است. حضور در برخی موارد غیر قابل قبول است. برای مثال ، یون سدیم در میدان الکتریکی تحرک پیدا می کند و باعث اتلاف خاصیت عایق کاری الکتریکی می شود. همچنین سدیم ، آلومینا تشکیل فاز می دهند. تشکیل این فاز باعث کاهش دانستیه، استحکام ، مقاومت به شک حرارتی و مقاومت به خوردگی محصول نهایی می شود. جدول 4 درصد مناسب برای کاربردهای مختلف آلومینای کلسینه شده (تولیدی به روش بایر ) را نشان می دهد.

استرالیا بزرگترین تولید کننده ی بوکسیت دنیاست. این کشور سالانه 60 مگا تن از این ماده تولید می کند.
منابع عمده ی بوکسیت در ایالات متحده ی آمریکا در آرکانزاس (Arkansas) وجود دارد. البته ذخایر کوچکتری نیز در جرجیا (Georgia) ، آلاباما (Alabama) و میسی سی پی(Missisippi) وجود دارد . معادن داخلی کمتر از 1% بوکسیت مورد نیاز ایالات متحده ی آمریکا را مهیا می کنند. از این رو ایالات متحده ی آمریکا یکی از واردکنندگان عمده ی بوکسیت دنیاست. این کشور سالانه 10 مگاتن بوکسیت وارد می کند.
تقریباً 95% از آلومینای استخراج شده در فرآیند تولید آلومینیوم استفاده می شود. بقیه ی آلومینای تولیدی در کاربردهای غیر فلزی مانند تولید آلومینای ویژه مصرف می شوند. و در واقع همین درصد کم برای ما مهم می باشد. زیرا بیشتر آن در صنایع سرامیک کاربرد دارد.

فرم با خلوص بالای آلومینا را می توان به طور مستقیم از فلز آلومینیوم تولید کرد. برای این کار چندین روش وجود دارد که در شکل 3 نشان داده شده است

* منیزیا
 

اکسید منیزیم(Mgo، منیزیا) به صورت طبیعی و در حالت کانی پیریکاز (periclase) تشکیل می شود. این کانی یک کانی دگرگون است که از تخریب دولومیت و دیگر کانی های منیزیادار تشکیل می شود. منابع پریکاز کمیاب است و ارزش اقتصادی ندارد. منابع اصلی منیزیا ، منیزیت وهیدرو کسید منیزیم است.
ذخایر بزرگ منیزیت در بسیاری از کشورها مانند چین و ترکیه و روسیه وجود دارد. منیزیت دارای ناخالصی های مختلفی مانند سیلیس، آهن، آلومینیوم ، منگنز، و کلسیم است که این ناخالصی ها معمولا ً به شکل کانی های متنوعی وجود دارند. مثلا برخی از این کانی ها عبارتند از: کوارتز، تالک، میکا مگنتایت (Magnetite). پس از استخراج سنگ معدن، باید عملیات فرآوری انجام شود. روش های فرآوری متنوع هستند مثلا خردایش ، دانه بندی، شستشو، جداسازی بوسیله ی آهنربا و ملوتاسیون برخی از این روش ها ست . پس از خالص سازی کربنات منیزیم ، این ماده کلسیناسیون می شود. دمای کلسینا سیون بین است. فرآیند کلسیناسیون موجب تولید دانه های بسیار ریز Mgo با خواص واکنشی بالا می شود. این محصول منیزیای سوز آور(caustic magnesia) نامیده می شود. نوع زینته شده یا پخته شده (dead- burned) منیزیا بوسیله ی کلسیناسیون منیزیم کربنات در دمای بالاتر از تولید می شود. در طی این فرآیند کریستال های واکنش پذیر رشد کرده و از این رو میزان واکنش پذیری آنها کاسته می شود.
منیزیا را همچنین می توان از آب دریا یا آب های شور با درصد پایین منیزیم تولید کرد. تقریبا 60% تولید ترکیبات منیزیمی در آمریکا از این منابع تامین می شود. آب دریا دارای در کیلوگرم است.
مهمترین فرآیند تولید Mgo از آب دریا بدین صورت است که هیدروکسید منیزیم از محلول نمک های مینزیم و بوسیله ی یک عامل بازی قوی رسوب می کند.(طبق واکنش زیر)

رسوبات شسته شده ، فیلتراسیون می شود و بوسیله ی فرآیند کلسیناسیون آب گیری می شود. روش دیگر تولید منیزیا بدست آوردن منیزیا از آب شور است. این فرآیند بر پایه ی تجزیه یرسوبات در دمایرسوبات اتفاق می افتد. (طبق واکنش زیر )

ظرفیت تولید سالانه ی منیزیا تقریبا 10 مگاتن در سال است. تقریبا 9 مگاتن از منیزیا از منابع طبیعی و تقریباً 1.5 مگاتن آن از آب دریاها و آب های شور بدست می آید. قیمت منیزیا در گسترده ی 150- 1200 دلار بر تن است. که این قیمت گذاری بر اساس خلوص آن انجام می شود.
کاربرد عمده ی منیزیا به عنوان دیرگدازهای مورد استفاده در آسترکاری کوره هاست. مقادیر بسیار کمی از منیزیا در تولید محلول خوراکی شیری رنگ (مخصوص درد معده) استفاده می شود. همچنین از منیزیا در ساخت سایر سرامیک ها مانند مواد اسپنیلی بدون کروم استفاده می شود. اسپینل بدون کروم در طبیعت در مقادیر قابل استفاده در صنعت وجود ندارد. اسپنیل را می توان بوسیله ی ذوب الکتریکی آلومینا و مینزیا تولید کرد.

* زیرکونیا
 

اکسید زیرکونیوم ، زیرکونیا) به طور عمده از زیرکن ) بدست می آید. زیرکن مینرالی است که در سنگ های آذرین مانند گرانیت ها و پگماتیت ها تشکیل می شود.
در برزیل و ماداگاسکار برای تولید زیرکن ، سنگ های آدرین پگماتیتی (pegmatates) را تجریه می کنند. همچنین زیرکن می تواند به عنوان جزئی از سنگ های دگرگون تشکیل شده باشد. در سواحل استرالیا، برزیل، هند و فلوریدا از زیرکن به صورت ذخایر موجود در ماسه های ساحلی وجود دارد که این ذخایر از نوع ذخایر ثانویه هستند. در این نوع از ذخایر که به صورت تجاری مورد استفاده قرار می گیرد، زیرکن به همراه مینرال های دیگر مانند المنتایت (ilmentite) ، روتایل (rutile) و مونازیت (monazite) تشکیل شده است.
برای تولید زیرکونیای خالص از زیرکن چندین روش تجاری وجود دارد. زیرکن در دمای بالاتر از به زیرکونیا و سیلیس تجزیه می شود. تزریق ماسه های زیرکنی به یک محیط پلاسما (در دمای بالاتر از 6000c° ) باعث تجزیه شدن زیرکن و ذوب شدن آن می شود. در هنگام انجماد مذاب پلاسمایی ، زیرکونیا به صورت ساختار دندریتی انجماد پیدا می کند. وبه صورت پوششی شیشه ای بر روی زیرکونیا تشکیل می شود. سیلیس موجود در این ساختار می تواند بوسیله ی شستشو با محلول سدیم هیدروکسید جوشان از بین برود. در این فرآیند مواد زائد شسته می شود و زیرکونیا بوسیله ی سانتریفیوژ جدا سازی می شود.
روش اصلی در تولید اکسید زیرکونیوم ذوب زیرکن در کوره ی قوس الکتریکی است. دمای این ذوب بین 2100c°- 2300 است با آنکه دمای این واکنش نسبت به پلاسما پایین تر است اما فرآیند تجزیه ی زیرکن اتفاق می افتد. اما در این حالت زیرکونیای جامد در سیلیس مذاب تولید می شود. خلوص تولیدی در این روش تقریبا 99% است.
یکی دیگر از منابع تأمین کننده ی زیرکونیا ، بادولیت (baddeleyite: مونوکلینک و ناخالص) است. البته این کانی از لحاظ تجاری اهمیت کمتری نسبت به زیرکن دارد . ذخایر بادولیت کم می باشد. همچنین این ذخایر به همراه آلودگی هایی مانند سیلیس ، اکسید آهن و تیتانیا وجود دارد. ذخایر با دولیت به صورت تجاری در برزیل و آفریقای جنوبی استخراج می شوند. همه ی منابع سنگ معدن زیرکونیوم دارای مقادیر متنوعی از هافینوم ( به طور نمونه وار 3 – 1.5%) هستند . به دلیل شبیه بودن ویژگی های شیمیایی این دو ماده ، فرآیند جداسازی آنها گران قیمت است. به همین دلیل اکثر گریدهای زیرکونیا بیش از %3wt هافینوم دارند.

* زینسیت
 

اکسید روی (ZnO) به صورت طبیعی در مینرال زینسیت Zincite))وجود دارد. اکسید روی خالص سفید رنگ است. کانی زینسیت به دلیل وجود منگنز( بیش از 10%) و مقادیر ناچیزFeo  قرمز رنگ است. منابع طبیعی زینسیت از لحاظ تجاری اهمیت ندارند. دو روش برای تولید اکسید روی وجود دارد:
1)اکسیداسیون فلز روی (در حالت بخار) با هوا
2)کاهش اسفا لاریت ( Sphalerite:zns) با کربن و CO اسفالاریت یکی از کانی های طبیعی و بسیار مهم از روی است. منابع عظیمی از این کانی در سنگ های آهکی دره ی میسی سی پی ، حوالی جوپلین (Joplin) وجود دارد .همچنین منابع عظیمی از این کانی در فرانسه ، مکزیک، اسپانیا ، سوئد و انگلستان وجود دارد.
مقادیر زیادی از اکسید روی تولید شده در صنعت تولید چسب و رابر استفاده می شود. از این اکسید همچنین در رنگ های لاتکس ، کاشی ها ، لعاب ها و صنعت پرسلان استفاده می شود.
این ماده همچنین یکی از مواد پر کاربرد در ساخت وریستور (Varistors) است.

* روتایل و آناتار
 

روتایل ، تیتانیا) یکی از اجزای تشکیل دهنده ی سنگ های آذرین مانند گرانیت و همچنین به عنوان یکی از مشتقات سنگ های دگرگون مانند گنیس (geneiss) است. این کانی به صورت سوزن های ریزی در نمک ها، میکای بیوتایتی (biotitemica) ، کوارتز و فلدسپار یافت می شود. از لحاظ اقتصادی ذخایر مهم این ماده در سنگ های آذرین ویرجینیا (Virginia) ،کانادا (Canada) و نوروی (Norway) یافت می شود. روتایل (rutile) همچنین یکی از اجزای مهم سنگ های ساحلی است که از فرسایش سنگ های دارای روتایل بوجود آمده اند. این سنگ های ساحلی در استرالیا، فلوریدا و هند وجود دارند.
تیتانیا همچنین از واکنش المنیت با اسید سولفوریک در دمای نیز تولید می شود. این واکنش به صورت زیر انجام می شود و تشکیل تیتانیل سولفات (Sulfate titanyl) می دهد:

تیتانیل سولفات در آب قابلیت حل شوندگی داشته و می توان بدین وسیله از ناخالصی های نامحلول در آب جداسازی شود. (این کار بوسیله ی فیلتراسیون انجام می شود.) هیدرولیز در دمای باعث تشکیل رسوبات هیدروکسید طبق واکنش زیر می شود.:

هیدروکسید تیتانیل بوسیله ی کلسیناسیون در دمای 1000c° به تیتانیا تبدیل می شود.

* غیر اکسیدی ها
 

اکثر سرامیک های غیر اکسیدی مهم در طبیعت وجود ندارند و بنابراین باید آنها را سنتز کرد. روش سنتز این مواد معمولا یکی از روش های زیر است:
1)ترکیب مستقیم فلز و نافلز در دمای بالا
2)کاهش اکسید با کربن در دمای بالا (کاهش کربوترمال) و واکنش متعاقب با نافلز در این بخش از مقاله نگاه مختصری به سرامیک های غیر اکسیدی مهم داریم. برای نشان دادن تنوع سرامیک های غیر اکسیدی ما مثال هایی از کاربیدها ، نیتریدها و بوریدها را آورده ایم. البته سرامیک های غیر اکسیدی دیگری نیز وجود دارند که آنها نیز مورد توجه هستند.
SiC: ساینده ، بخش های الکترونیکی با شرایط دشوار
TiC: یا تاقان ، ابزارهای برش،
AIN:قطعات الکترونیکی، بوته ذوب فلز
: توربین های گازی آینده و اجزای موتورهای دیزل
Zr B_2: بوته ی ذوب فلز و تیوپ های ترموول (tubes Thermowell)
WC: ساینده، ابزارهای برش
C (گرافیت): روانساز جامد
C(الماس) : ساینده

* سیلیسیم کاربید
 

سیلیسیم کاربید(SiC) بیشترین مصرف را در بین مواد سرامیکی غیر اکسیدی دارد. کاربرد عمده ی این ماده در صنعت ساینده است. علت استفاده از آن در صنعت ساینده سختی بالا (تنها الماس، نیترید بورکیوبیک و کاربیدبور سختی بالاتری از سیلیسیم کاربید دارند.) سیلیسیم کاربید در طبیعت تشکیل نمی شود و بنابراین باید آن را به صورت مصنوعی ساخت. این ماده به دو شکل کریستالی وجود دارد. فرم کیوبیک که به آن فاز B می گویند (B-SiC) و فرم هگزا گونال که به آن فاز می گویند.(-SiC). فرم در دمای بالاتر از تشکیل می شود و فرم B در گستره ی دمایی تشکیل می شود.
سیلیسیم کاربید به صورت تجاری بوسیله ی فرآیند آچسون (Acheson Process) تولید می شود. در این فرآیند مخلوطی از ماسه ی سیلیسی (99.5%.)، کک (carbon) تهیه شده و در طول بزرگی دپو می شود. سپس الکترودهای کربنی در داخل توده جا سازی می گردد. هر توده معمولا از 3000 تن ماده تشکیل شده است. گرم کردن کک باعث آزاد شدن انرژی کک می شود. که معمولا در دما در بخش هایی از توده به نیز می رسد. انرژی الکتریکی کل که در طی راه اندازی استاندارد یک توده (کوره) مصرف می شود حدود 2 میلیون کیلو وات ساعت (kwh) است که این میزان تقریبا برابر است با 7 تراژول (7TJ). میانگین توان ورودی به کوره در طی راه اندازی کوره حدود 9000-10000KW است. در دمای بالا کک با واکنش می دهد و Sic و CO(مونواکسید کربن ) تولید می کند:

عملیات حرارت دهی کوره ادامه می یابد تا واکنش به طور کامل انجام شود. زمان حرارت دهی از2- 20 روز طول می کشد .(بسته به بزرگی کوره و ترانسفورماتور). پس از سرد شدن کوره، توده شکسته می شود و پس از خردایش دانه بندی می شود. مرکز توده دارای کریستال های SiC هگزاگونال با خلوص بالاست که رنگ آنها سبز است. این کریستال ها برای کاربردهای الکتریکی مناسبند. خلوص SiC براساس رنگ کریستال ها قابل تشخیص است:
خلوص % 9908 : سبز کم رنگ
خلوص % 99: سبز پررنگ
خلوص % 98.5 : سیاه رنگ

گرداگرد مرکز توده یک بخش با خلوص پایین (بیش تر از %97.5) وجود دارد که برای کاربردهای ساینده مناسب است. لایه ی بیرونی دارای مخلوطی از SiC و واکنش نداده و کربن است که این لایه در فرآیند پخت بعدی استفاده می شود. شکل 1 مثال هایی از کریستال های SiC تولید بوسیله ی فرآیند آچسون است.

بزرگترین تولید کننده ی SiC جهان چین است .این کشور سالانه 450000 تن SiC تولید می کند. شکل 2 یک کارخانه ی تولید SiC را نشان می دهد. قیمت SiC تولیدی به روش آچسون بین 10- 40 دلار بر کیلوگرم است

تیتانیوم کاربید
 

تیتانیم کاربید (TiC) یکی دیگر از مواد سرامیکی غیر اکسیدی است که در طبیعت تشکیل نمی شود. این ماده نیز بوسیله ی کاهش کربوترمال یا بوسیله ی واکنش مستقیم بین عناصر تیتانیم و کربن تولید می شود. فرآیند تولید TiC نیز نیازمند دمای بالای تولید می باشد. دمای کربوراسیون بین است.

آلومینیوم نیترید
 

چندین روش صنعتی برای تولید AIN وجود دارد. درحال حاضر دو تا از این روش ها به صورتی صنعتی کار برد دارند. یکی از آنها نیتریداسیون مستقیم آلومینیوم است. که در زیر واکنش آن نشان داده شده است.

در دمای بالاتر از نقطه ذوب فلز تمام پودر به صورت مستقیم به نیترید تبدیل می شود. کنترل دقیق فرآیند بوسیله ی جلوگیری از انعقاد فلز در طی فرآیند نیتریداسیون انجام می شود.
کاهش آلومینا با استفاده از نیتروژن و یا آمونیاک درحضور کربن یکی دیگر از روش های تولید AIN است. (طبق واکنش زیر)

مخلوط آلومینا و کربن با اتمسفر دارای نیتروژن و در دمای بالاتر از واکنش می دهد. برای تبدیل کامل مواد به AIN فاکتورهایی مانند اندازه ی ذرات پودر و مخلوط نمودن مناسب مواد مهم می باشند. در دو روش تولید AIN، ناخالصی های اصلی اکسیژن (1.O% وزنی) و کربن (زیر O.O7%wt) هستند. سایر ناخالصی هایی که در این ماده وجود دارد عبارتند از: سیلیسیم، آهن، کلسیم. این ناخالصی ها به طور نمونه وار هر کدام در غلظت هایی زیر 50ppm وجود دارند. فروش جهانی AIN در حدود 200 تن در سال است. قیمت این ماده در گسترده 20- 180 دلار بر کیلوگرم است. این تفاوت قیمت به خاطر کیفیت و ویژگی های پودری AIN است.
در بسیاری از کاربردهایAIN نیاز است تا این ماده به صورت زیر لایه یا دیواره ی بوته باشد. این ماده یک عایق الکتریکی خوب است و رسانایی گرمایی بسیار بالایی دارد. (بهتر از آهن) این مسئله باعث شده تا از آن در بخش های الکترونیکی استفاده شود. بوته های آلومینیوم نیتریدی برای نگهداری مذاب فلزات استفاده می شود.

سیلیسیم نیترید
 

سیلیسیم نیترید () یکی دیگر از کانی های مصنوعی است. این ماده دارای دو فرم کریستالی است .فرم دما پایین آن است که این فرم از آن نسبت به فرم β بیشتر ترجیح داده می شود. (به عنوان ماده ی اولیه ) زیرا تغییرات فازی فرم βدر طی فرآیند زینترینگ موجب پدید آمدن تغییرات طولی در ساختار کریستالی می شود. چندین روش برای سنتز پودر وجود دارد که این روش ها شبیه به روش های تولید AIN است. این روش ها عبارتند از :
1)نیتریداسیون پودر سیلیسیم
2)کاهش کربوترمال سیلیس در گاز نیتروژن
3)واکنش در فاز گاز یا سیلان () با آمونیاک
بیشتر پودرهایی که به صورت تجاری در دسترس هستند از واکنش پودر سیلیسیم با نیتروژن در دمای تولید شده اند. (طبق واکنش زیر)

این پودر عموما مخلوطی از فاز و β است (که نسبت به β برابر 90 به 10 است.) در اغلب موارد برای تسریع واکنش و جلوگیری از تشکیل فاز β از پودر به عنوان جوانه زا استفاده می شود. پودر نیترید شده شامل ناخالصی هایی مانند آهن ، کلسیم و آلومینیوم است. که این ناخالصی ها از ابتدا در پودر سیلیسیم وجود داشته اند و یا در طی فرآیند آسیاب کردن ثانویه پدید آمده اند. پودر با خلوص بالا را می توان بوسیله ی کاهش کربوترمال در دمای بین تولید کرد.( طبق واکنش زیر)

اگر چه این فرآیند باعث تولید پودرهایی می شود که در آنها کربن و اکسیژن باقی مانده وجود دارد ولی پودر تولیدی دارای مساحت سطح بالایی است و درصد فاز نیز در این پودر بالاست.
پودرهای با خلوص بالا همچنین بوسیله ی واکنش در فاز بخار تولید می شود. که در زیر این واکنش ها آورده شده است:
〖
پودر تولیدی به روش بالا آمورف است. اما محصولاتی که تا دمای حرارت داده شوند.
تقریباً به طور کامل به فرم تبدیل می شود.
تولید جهانی، 500 تن در سال است. قیمت پودر این ماده از 30 – 150 دلار بر کیلوگرم قیمت دارد. که این قیمت به اندازه ی ذرات و کیفیت آن بستگی دارد.
سیلیسیم نیترید در دماهای بالا دارای استحکام بالایی است. این ماده دارای مقاومت به شک حرارتی ، مقاومت به خزش و مقاومت به اکسیداسیون بسیار خوبی در شرایط سخت است. از این رو این ماده برای ساخت قطعات توربین و موتورهای دیزل مناسب است.

زیرکونیوم دی بوراید
 

زیرکونیوم دی بوراید یک ماده ی مناسب برای ساخت بوته ی ذوب فلزات است. علت این مسئله مقاومت به خوردگی استثنائی این ماده است. این ماده همچنین در سلولهای هال – هرولت (Hall- Heroultcells) (فرآیند تولید آلومینیوم ) به عنوان کاتد و در فرآیند تصفیه ی فولاد به عنوان تیوپ های ترموول استفاده می شود.
فرآیندهای مختلفی برای تولید استفاده می شود. این فرآیند ها شبیه به روش های تولید کاربیدها و نیتریدهاست. به صورت صنعتی این ماده به روش واکنش مستقیم زیرکونیوم و بور تولید می شود.

همچنین از واکنش کربوترمال نیز می توان برای تولید استفاده کرد. که واکنش آن به شکل زیر است.

همه ی این واکنش ها باید در دمای بالا و تحت اتمسفر خنثی یا خلاء انجام شود. قیمت پودر بین 60- 100 دلار بر کیلوگرم است.

تنگستن کاربید
 

تنگستن کاربید یک ماده ی مقاوم در برابر سایش است. این ماده در فلز کاری، استخراج معدن و صنعت ساخت قطعات ماشین آلات و ساخت قالب کاربرد دارد. این ماده بوسیله ی کربوره کردن پودر تنگستن تولید می شود. ایالات متحده ی آمریکا سالانه 5500 تن WC مصرف می کند.

کربن
 

گرافیت یکی از فرم های سه گانه ی کربن است. فرم های کریستالی دیگر کربن عبارتند از : الماس و فولرن ها ، گرافیت به طور طبیعی در سنگ های دگرگون مانند مرمر (marble) وجود دارد. البته این ماده شباهت زیادی با سایر سرامیک های غیر اکسیدی ندارد.
گرافیت مورد استفاده در صنعت از منابع طبیعی استخراج می شوند. بزرگترین تولید کنندگان گرافیت دنیا، چین و هند هستند. تولید جهانی این ماده یک مگاتن در سال است. هم اکنون گرافیت در ایالات متحده ی آمریکا استخراح نمی شود. اگر چه این کشور سالانه 300000 تن گرافیت به شکل مصنوعی تولید می کند. که ارزش این تولید یک میلیارد دلار است.
چندین روش برای تولید گرافیت به صورت مصنوعی وجود دارد. بسیاری از این روش ها بدین گونه هستند که کربن های غیر گرافیتی در دمای بالاتر از گرما داده می شوند تا گرافیت تشکیل شود. برای مثال فرم بسیار خالص از این ماده بوسیله ی حرارت دادن مخلوط کلسینه شده ی کک نفتی و ذغال سنگ در دمای تولید می شود. دمای بالای این فرآیند باعث می شود تا اتم های کربن به صورت آرایش ورقه ای (ساختار گرافیتی) در آیند. گرافیت مصنوعی را همچنین می توان بوسیله ی رسوب از حالت فاز بخار هیدرو کربن ها در دماهای پایین (حدود ) تولید کرد.
بیشتر گرافیت مصنوعی که در ایالات متحده ی آمریکا تولید می شود، برای ساخت الکترودهای بسیار بزرگ استفاده می شود. این الکترودهای بزرگ در کوره های قوس الکتریکی استفاده می شوند. همچنین الکترودهای باطری نیز از این گرافیت ساخته می شود. کاربردهای عمده ی دیگر این ماده در روانسازی و فولاد سازی است.
استفاده های عمده از گرافیت طبیعی در صنعت دیرگداز (45%) ، لقمه ترمز (%20) است.
گرافیت طبیعی حدود 500 دلار بر تن قیمت دارد. در حالی که نوع مصنوعی آن قیمتی بالاتر از 2000 دلار بر تن دارد.
میزان الماس صنعتی تولید شده در ایالات متحده ی آمریکا بسیار کمتر از میزان تولید گرافیت مصنوعی است. تقریبا 300 میلیون قیراط الماس مصنوعی به صورت سالانه تولید می شود که کاربرد آن در ابزار آلات برش سنگ و مرمت آزاد راه ها و ساختمان هاست.
فولرن ها در سال 1985 کشف شدند. این در حالی است که نانو تیوپ های کربنی در سال 1991 کشف شدند. هر دو ماده ی اشاره شده هم اکنون به صورت تجاری در دسترس اند. البته این مواد هم اکنون گران قیمت هستند و کاربرد آنها به محصولات خاصی (مثلا افزودنی های مورد استفاده در پوشش های پلیمری ) محدود می شود

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها

مقدمه
 

در این مقاله در مورد سفال گری صحبت می کنیم. بسیاری از تکنیک هایی که امروزه برای شکل دهی سرامیک های پیشرفته استفاده می شود. بوسیله ی سفال گران ابداع و استفاده می شده است. اما امروزه اینگونه فرآیندها اصلاح شده است و برای شکل دهی مواد درکاربردهای با فناوری بالا و سرامیک های جدید استفاده می شود.

ما تنها می توانیم پودر خشک را شکل دهی کرده وآن را زنیتر کنیم. اما این مسئله مرسوم است که مقداری مایع به پودر اضافه می شود. و سپس فرآیند شکل دهی و پخت اتفاق می افتد. (دقیقا همانند استفاده کردن از آب در سفال گری). تغییر فرم های اتفاق افتاده در فرآیندشکل دهی باعث می شود تا مخلوط با استحکام پایین چسبنده شود و به بدنه ای محکم ومنسجم تبدیل شود.این بدنه را می توان به هندسه ی دلخواه در آورد. انتخاب عملیات شکل دهی برای یک محصول خاص به ابعاد و ثبات ابعادی محصول، ویژگی های زیرساختاری ، میزان قابلیت تکثیر شدن نمونه بوسیله ی آن، مسائل اقتصادی و نوع شکل بستگی دارد.

لغات
 

در صنعت شکل دهی سرامیک ها لغات خاصی وجود دارد. زیرا این صنعت یک هنر قدیمی است. سابقاً پودرهای اصلی در خلوص و اندازه ی ذرات مناسب تهیه می شد و بوسیله ی آنها می شد اشکال مد نظر را تهیه کرد. بسیاری از روش های شکل دهی برای محصولات سرامیکی مناسب هستند. این روش ها را می توان به سه گروه عمده طبقه بندی کرد:
1) فشرده سازی پودر: پرس خشک، پرس گرم، پرس ایزواستاتیک سرد و...
2) ریخته گری : بوسیله ی قالب و دوغاب سرامیکی
3) شکل دهی پلاستیک: اکستروژن ، قالب گیری تزریقی و... در این فرآیند از فشار برای شکل دهی بدنه ی خام سرامیکی استفاده می شود.

فشرده سازی پودر:
 

در این روش با فشردن پودر ماده ی سرامیکی ، قطعه تشکیل می شود. پودر ممکن است بوسیله ی فرآیند فشرده سازی خشک (بدون افزودن بایندر) ویا بوسیله ی افزودن مقدار اندکی از یک بایندر به قطعه تبدیل شود. فشار اعمالی نیز می تواند غیر محوری یا ایزواستاتیک باشد.انتخاب روش فشرده سازی (پرس کردن ) به شکل محصول نهایی بستگی دارد. ما می توانیم اشکال ساده را بوسیله ی اعمال فشار غیر محوری و قعطات پیچیده را بوسیله ی اعمال فشار ایزواستاتیک تولید کنیم.

سرامیک های ریخته گری شده
 

این نوع از سرامیک ها معمولا در دمای اتاق و بوسیله ی تهیه ی یک دو غاب حاوی ذرات پودر تهیه می شوند. لازم به ذکر است که این فرآیند شباهتی به فرآیند ریخته گری فلزی ندارد. دو غاب تهیه شده به داخل قالب ریخته شده و مایع آن بوسیله ی جداره ی قالب (دیفوزیون از جداره) خارج می شود. خروج مایع از قالب سبب پدید آمدن جسمی با استحکام مناسب در داخل قالب می شود. به این روش ریخته گری روش ریخته گری لغزشی (Slip Casting) می گویند. از این روش برای شکل دهی بسیاری از محصولات سرامیکی سنتی (مانند ظروف تزئینی) استفاده می شود. در سال های اخیر از این روش برای شکل دهی محصولات سرامیکی پیشرفته (مانند پرده ها ی توربین و روتور توربین گازی) استفاده می شود. برای تولید فیلم های ضخیم و صفحات از روش ریخته گری نواری (tape Casting) استفاده می شود.

شکل دهی پلاستیک
 

این روش بدین صورت است که به پودر سرامیکی به میزان مشخصی آب اضافه می شود . تا پودر خاصیت پلاستیک پیدا کند و بتوان آن را تحت فشار شکل دهی کرد. این روش ابتدائاً برای شکل دهی خاک رس استفاده می شده است که پس از آن با انجام اعمال اصلاحی بر روی آن برای شکل دهی مواد پلیمری نیز استفاده می شود. مایع مورد استفاده در سرامیک های سنتی بر پایه ی رس، آب است. برای سیستم های سرامیکی که بر پایه ی رس نیستند. مواد آلی نیز ممکن است به جای آب استفاده شوند. بایندرهای آلی معمولا از ترکیبات چند گانه ساخته شده اند تا بتوانند وسکوزیته ی مناسب را به سیستم سرامیکی بدهند و همچنین خصوصیات بعد از پخت خوبی داشته باشند.

جدول 1 روشهای اصلی موجود در سه گروه شکل دهی را نشان می دهد. که در هر مورد اشکالی را که می توانیم با این روش ها تولید کنیم نیز آورده شده است.
در ادامه برخی از واژه های مربوط به صنعت شکل دهی را بیان می کنیم.

بایندر (binder)
 

بایندر ترکیبی است که استفاده می شود تا پودر در کنار هم نگه داشته شود و بتوان پودر را شکل دهی کرد.

دوغاب (Slurry)
 

دوغاب سوسپانسیونی از ذرات سرامیکی دریک مایع است.

نرم کننده (plasticizer)
 

نوعی بایندر است که باعث می شود دوغاب نرم یا انعطاف پذیر شود. این افزودنی خواص رئولوژیکی دوغاب را بهبود می دهد.

نمونه ی خام (green)
 

قطعه ای سرامیکی است که هنوز پخت نشده است.

دوغاب لعاب (Slip)
 

مخلوطی سوسپانسیونی است که به صورت پوشش بر روی بدنه ی خام قرار می گیرد و پس از پخت بر روی بدنه تشکیل لعاب را می دهد.
برخی از روش های شکل دهی که در این مقاله به آنها می پردازیم، بدنه هایی سرامیکی تولید می کنند که فشردگی آنها تنها برای فرآیند ماشین کاری مناسب است (میزان استحکام آنها به حدی است که تنها بتوان آنها را ماشین کاری کرد.) به هر حال این بدنه ها کاملا متراکم نیستند و پیوند بین دانه ها در آنها ضعیف است.این حالت را خام بودن (green) می گویند.در واقع در این حالت، حالتی میان بدنه ی زنیتر شده ی با دانسیته ی بالا و پودر نرم است. روش های دیگری در شکل دهی سرامیک ها وجود دارد که در آنها با اعمال دمای بالا در حین شکل دهی بدنه های زنیتر شده با دانستیه ی بالا تولید می شود.

بایندر و نرم کننده ها
 

در اغلب موارد نیاز است تا به پودر سرامیکی مقداری بایندر اضافه کنیم. بایندر دو وظیفه دارد. در برخی روش های شکل دهی مانند اکستروژن، بایندر پلاستیسیته ی مورد نیاز برای شکل دهی را فراهم می کند. بایندر همچنین باعث می شد تا قطعه ی خام تولیدی پس از خشک شدن استحکام کافی را داشته باشد و در طی فرآیند ساخت و پخت دفورمه نشود. یکی از ویژگی های مهمی که بایندرها باید داشته باشند این است که بتوان بایندر را در طی فرایند پخت از بین برد و آن را از میان بدنه ی متراکم خارج کنیم، بدون آنکه بدنه معیوب شود. در اغلب موارد مواد پلیمری بایندرهای ایده آلی هستند.
در سفال گری اغلباً از آب به عنوان بایندر استفاده می شود. در این صنعت آب به میزان کافی به خاک افزوده می شود. تا گل حاصله پلاستیسیته ی مورد نیاز برای شکل دهی را بدست آورد. در واقع میزان آب در حدی است که نمونه در طی پخت ثبات خود را حفظ کند. برای بهبود خواص رئولوژیکی در اغلب موارد از نرم کننده استفاده می شود. در اصل افزودن نرم کننده به سوسپانسیون ها به صنعت سرامیک منحصر نیست و از آن در بسیاری از فرآیندهای پودری استفاده می شود. برخی اوقاف تفاوت میان نرم کننده و بایندر زیاد واضح نیست. بایندرها همچنین در فرآیندهای شکل دهی فلزات بوسیله ی پودر فلز نیز کاربرد دارند.

دوغاب
 

واژه ی دوغاب لعاب ( Slip) از لغتی انگلیسی آمده است که به معنای کرم (cream) است کرم سوسپانسیونی از ذرات شیر داخل مایع (آب) است که در فرآیند تولید پنیر بوجود می آید.
عموماً دوغاب لعاب شامل ذرات سرامیکی کوچک (زیر 10 میکرون ) است که در داخل یک محیط مایع معلق هستند. در سفال گری این مایع معمولا آب است. سوسپانسیون بوجود آمده می تواند حتی بیش از 60% حجمی ماده ی خشک داشته باشد. دی فلوکولانت ها (deflocculents) به دو غاب لعاب اضافه می شود تا محیط الکترویکی هر ذره را بهبود دهد. این مسئله موجب می شود ذرات همدیگر را دفع کنند.

دی فلوکولانت
 

دی فلوکولاسیون فرآیندی است که بوسیله ی آن توده های به هم چسبیده ی ذرات سرامیکی موجود در مایع متلاشی شده و به ذرات تبدیل می شوند. از این رو در فلوکولانت یک افزودنی است که این فرآیند را انجام می دهد. به عبارت دیگر دی فلوکولاسیون مخالف دلمه شدن (coagulation) است.

کلوئید
 

کلوئید عموما به عنوان هر ماده ای تعریف می شود که دارای ذرات مادی است که از محلول های معمولی بزرگ تر اما بسیار ریزتر از آن هستند که بدون بزرگنمایی نوری قابل دیدن باشند.
(تقریبا 10-1nm میکرون) . کلوئیدها می توانند به روش های مختلف به یکدیگر پیوند دهند . سیستم های کلوئیدی می توانند چندین شکل داشته باشند. فرضی که ما با آن روبرو هستیم بدین صورت است که یک ماده در دیگری پراکنده شده است. حرکت براوونی یکی از پدیده هایی است که در این مخلوط ها بوجود می آید. دوغاب یک کلوئید است. ما می توانیم خواص دوغاب را بوسیله ی افزودن فلوکولانت و یا دی فلوکولانت تغییر دهیم.

دوغاب
 

ذرات رس در مایع به صورت سوسپانسیون در می آیند.( این مایع در مورد سفال ، آب است) . همین طور که مقدار آب دوغاب کاهش می یابد، میزان صلبیت آن افزایش می یابد. لعاب های مورد استفاده در سفال گری دارای عملکردی شبیه به رس در مایع هستند (البته میزان آب لعاب بیشتر است). گل کوزه گری از یک دوغاب اولیه تولید می شود. این دوغاب از رس های طبیعی تولید شده است. دوغاب به طور مکرر فیلتر می شود تا ماده ای هموژن و با قابلیت ثبات بالا پدید آید. سپس قطعاتی از گل بوسیله ی تبخیر رطوبت از کلوئید بوجود می آید. محصول پایانی به مرحله ی اکستروژن می رود و سپس در بسته بندی های خاص قرار می گیرد تا رطوبت باقی مانده در آن از بین نرود

پرس خشک
 

پرس خشک (Dry Pressing) فرآیندی است مناسب برای شکل دهی اشکال ساده ی جامد و دارای سه مرحله است:

پرکردن قالب
 

فشرده سازی مواد
خارج کردن قطعه ی پرس شده
درشکل 1 دیاگرامی شماتیک از فرآیند پرس خشک دو طرف (double-action dry- Pressing Process) نشان داده شده است. در پرس خشک دو طرفه بخش بالا و پایینی قالب متحرک هستند و عمل فشرده سازی را انجام می دهند. هنگامی که بخش پایینی قالب در حالت پایه قرار دارد ، فضایی بوجود می آید که این فضا بوسیله ی پودر پر می شود. در فرآیند پرس خشک مخلوط پودر می تواند بین 5-0 درصد وزنی از یک بایندر داشته باشد.

(در واقع واژه ی خشک بدین معنا نیست که درصد بایندر صفراست). وقتی قالب با شیوه ی هنرمندانه ای بوسیله ی پودر پر می شود، بخش بالایی قالب پایین می آید و پودر را فشرده می کند. (میزان فشرده سازی معین است). در طی فرایند فشرده سازی ذرات پودر باید به صورت مناسب جریان پیدا کنند تا قالب به طور مناسب پر شود. در فرآیند پرس خشک توزیع ذرات بین 200-20 میکرون ترجیح داده می شود. وجود درصد بالایی از ذرات ریز باعث پدید آمدن مشکلاتی در جریان یافتن ذرات می شود. و همچنین باعث می شود ذرات پودر به قالب ها بچسبند. فشار مورد استفاده در فرآیند پرس خشک ممکن است تا 300 مگاپاسگال نیز برسد. فشار اعمال شده در این فرآیند به نوع ماده و نوع پرس بستگی دارد و معمولا برای ماکزیمم کردن دانسیته ی جسم پرس شده از فشارهای بالا استفاده می شود. پس از مرحله ی فشرده سازی پودر بخش های بالا و پایینی قالب به سمت بالا حرکت می کنند تا اینکه بخش پایینی قالب با سطح بالایی کاست قالب هم ارتفاع شود. سپس بخش بالایی قالب به طور کامل از سطح جدا می شود و از روی کاست قالب جدا می شود. توده ی پرس شده سپس از قالب جدا می شو د و بخش پایینی قالب به سمت پایین حرکت می کند و برای فرایند پرس بعدی آماده می شود. فرآیند پرس خشک بسیار ساده است و سرمایه ی مورد نیاز برای ادوات آن نیز پایین است. از این رو از این فرآیند به طور فراوان در شکل دهی سرامیک ها استفاده می شود. سرعت تولید در این به اندازه و شکل قطعات و نوع پرس مورد استفاده بستگی دارد. سرعت تولید برای قطعات پهن مانند دیرگدازها و یا اجزای پیچیده مانند چرخ های ساینده 15-1 قطعه در دقیقه است. در مورد قطعات ساده تر یا کوچکتر مانند سیل رینگ ها (sealrings) و نازل ها ، سرعت تولید می تواند بیش از چند صد قطعه بر دقیقه باشد. قطعات مسطح کوچک مانند عایق ها ، کریرهای تراشه ای (chip Carriers) یا وسایل برش، سرعت تولید می تواند چند هزار قطعه بر دقیقه باشد.

پرس گرم
 

فرایند پرس می تواند در دمای بالا انجام شود. این فرآیند پرس گرم (hot Pressing) نامیده می شود. قالب مورد استفاده در این فرآیند بسیار شبیه به قالبی است که برای فرآیند پرس خشک استفاده می شود تفاوت اصلی این نوع قالب در این است که قالب مورد استفاده در فرآیند پرس گرم در داخل یک کوره با دمای بالا قرار دارد. (شکل 2) در طی فرآیند پرس گرم ، پودر سرامیک ممکن است در طی فرایند پرس زنیتر هم شود و این زنیتر شدن سبب تشکیل یک جزء با دانسیته ی بالا می شود.

در ادامه به بیان برخی از مزیت های این فرآیند می پردازیم:
1)نیاز نیست پودر مورد استفاده در این فرآیند از نوع خیلی مرغوب باشد.
2)تخلخل های بزرگی که بوسیله مخلوط شدن نامناسب پدید می آیند به آسانی از بین می روند.
3)ما می توانیم بدنه ای با دانسیته ی مناسب را در دمای پایین تر از دمای زنیترینگ متداول پدید آوریم. ( در واقع این دما تقریباً نصف دمای ذوب مواد است)
4)در طی فرآیند افزایش دانسیته بوسیله ی پرس گرم، رشد افراطی دانه ها یاری کریستالیزاسیون ثانویه رخ نمی دهد.
5)بوسیله ی فرایند پرس گرم می توان مواد با پیوندهای کوالانس مانند را شکل دهی کرد.
عیب اصلی فرایند پرس گرم این است که قالب های مورد استفاده در این فرآیند گران بها هستند و دوام زیادی ندارند زیرا فرآیند پرس گرم در دمای بالا انجام می شود.
فلزات به ندرت در دماهای بالاتر از 1000C° به عنوان قالب استفاده می شوند.علت این امر این است که در دمای بالاتر از 1000C° اکثر آنها نرم شده و موجب اعوجاج قالب می شوند. آلیاژهای ویژه که بیشتر آنها بر پایه ی مولیبدن (Mo) هستند، می توانند در دمای بالاتر از 1000C° و فشار 80MPa استفاده شوند. سرامیک هایی مانند رامی توان به عنوان ماده ی مورد استفاده درساخت قالب استفاده کرد و از آنها در دماهای بالاتر از 1400C° و فشار حدود 80MPa استفاده کرد.گرافیت یکی از پر استفاده ترین مواد در ساخت قالب هاست که می توان از قالب های ساخته شده از آن در دماهای بالاتر از 2200C° و فشارهای بین 10MPa استفاده کرد. مشکلی که وجود دارد این است که استفاده از قالب های گرافیتی نیازمند بوجود آوردن محیط احیایی درطی فرایند پرس کردن است.
به هر حال گرافیت دارای خواص بسیاری است که باعث می شود این ماده برای ساخت قالب مناسب باشد:
گرافیت به آسانی ماشین کاری می شود. (البته گرد وغبار آن اگر تنفس شود سمی است مانندگرد و غبار ذغال سنگ)
گرافیت ارزان قیمت است
استحکام آن با افزایش دما افزایش می یابد.
دارای مقاومت به خزش خوبی است
دارای رسانایی گرمایی استثنائی است
ضریب انبساط گرمایی آن نسبتا ً پایین است.
فرایند پرس گرم مانند پرس خشک به ساخت اشکال ساده مانند صفحات پهن، آجرها ، استوانه ها محدود می شود. ساخت قطعات پیچیده و یا اشکال بزرگ با روش پرس گرم مشکل است و در اغلب موارد امکان ساخت وجود ندارد. پرس گرم به طور گسترده در آزمایشگاههای تحقیقاتی (برای ساخت اجزای سرامیکی با خلوص و دانسیته ی بالا) استفاده می شود. اگر چه از پرس های گرم به طور گسترده در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی دولتی استفاده می شود. اما به دلیل قیمت بالای فرایند و میزان تولید پایین ، این تکنیک دارای محدودیت است.
در واقع برای تولید هر قطعه ای فرآیند شکل دهی جایگزین پرس گرم وجود دارد که هزینه ی تولید آن پایین تر است. به هر حال در بازار برخی از قطعات سرامیکی وجود دارد که به روش پرس گرم تولید شده اند. در این قطعات نیاز است تا اندازه ی دانه ها کوچک باشد، دانسیته بالا باشد (تخلخل کم باشد) و یا میزان خلوص پایین است. مثال هایی از این محصولات در جدول 2 آورده شده است.

فرآیند پرس ایزواستاتیک با استفاده از اعمال فشار هیدرواستاتیک به پودر بوسیله ی یک ظرف انعطاف پذیر انجام می شود. مزیت اعمال فشار در همه ی جهات این است که فشرده گی پودر در جاهای مختلف یکسان است و می توان بوسیله ی این فرآیند اشکال پیچیده را تولید کرد.فرآیند پرس ایزواستاتیک می تواند با اعمال گرما یا بدون اعمال گرما انجام شود.

پرس ایزواستاتیک سرد
 

درکاربردهای متنوعی از پرس ایزواستاتیک سرد (Cold Isostatic Press ) استفاده می شود. که به طور محفف به آن CIP می گویند. دراینجا ما تنها به بیان مسائل اساسی درمورد این نوع فرآیند شکل دهی می پردازیم شکل 3 فرآیند پرس ایزواستاتیک سرد است که به اصطلاح به آن CIP ، وت – بگ (Wet – bag – CIP) می گویند.

در این فرآیند پودر به داخل یک کیسه ی رابری قرار داده می شود و دهانه ی کیسه بوسیله ی یک درپوش فلزی بسته می شود. کیسه ی دهانه بسته در داخل یک اتاقک با دمای بالا قرار می گیرد. که این اتاقک با مایع (معمولا یک مخلوط روغن و آب با قابلیت انحلال درهم) پر شده است. در این اتاقک به صورت هیدرواستاتیک بر پودر فشار وارد می شود. فشار اعمالی می تواند از 20MPa تا یک گیلاپاسکال متغیر باشد که فشار اعمالی بستگی به کاربرد و نوع پرس دارد. در واحدهای تولیدی معمولا از فشارهای بیش از 400 استفاده می شود. هنگامی که فرآیند پرس کردن اتمام یابد، فشار اعمالی به آهستگی برداشته می شود و اجزای پرس کنار می روند. سپس جزء پرس شده از قالب جدا می شود.
مزایای فرآیند وت – بگ عبارتند است از:
گستره ی وسیع اشکال و اندازه هایی که می توان بوسیله ی آن تولید کرد.
دانسیته ی یکنواخت محصول پرس شده
قیمت پایین ادوات مورد نیاز در این روش
معایب این روش عبارتست از :
شکل دهی وکنترل ابعاد ضعیف است (مخصوصا برای اشیاء پیچیده)
محصول تولیدی در اغلب موارد نیازمند ماشین کاری پیش از پخت است.
زمان سیکل تولید طولانی است (به طور نمونه این زمان بین 60-5دقیقه است). از این روسرعت تولید قطعه با این روش پایین است.
یک پرس ایزواستاتیک وت –بگ که برای تولید نمونه های آزمایشگاهی و اجزای با حجم کوچک استفاده می شود ، ممکن است دارای قطر داخلی 150 میلی متر وعمق 460mm باشد.پرس های وت – بگ بزرک ممکن است دارای قطر حفره ای بزرگتر از 1.8 متر و طولی بزرگتر از 3.7 متر باشند.
دیاگرام شماتیک یک قالب برای فرایند درای – بگ (dry-bag CIP) در شکل 4 نشان داده شده است.

تمایز اصلی میان درای – بگ CIP با روش قبلی در این است که قالب رابری در فرآیند درای – بگ بخش داخلی پرس محسوب می شود و مایع با فشار بالا از میان اتاقک به قالب اعمال فشار می کند. پس از فرآیند پرس، قطعه پرس شده بدون بهم خوردن قالب جدا می شود. از این رو پرس درای – بگ می تواند به سهولت به صورت اتوماتیک کار کند. واحدهای تمام خودکار از این نوع پرس ها وجود دارند و در طی 20 سال گذشته محصولات سرامیکی را با حجم بالا تولید می کنند. سرعت تولید در این سیستم ها بیشتر از 1 دقیقه بر ثانیه است و به صورت تجاری درآمده اند. در سال های متمادی است که از CIP دارای بگ برای پرس کردن بخش عایق شمع اتومبیل استفاده می شود. مراحل این فرآیند در شکل 5 نشان داده شده است.

پرس ایزواستاتیک گرم
 

پرس ایزواستاتیک گرم (hot Isostatic Press) که به طور اختصار به آن HIP می گویند، به صورتی کا ر میکند که در یک زمان هم حرارت و هم فشار برای پرس کردن استفاده می شود. در این فرآیند یک کوره در داخل یک جداره ی با فشار بالا ساخته شده است و اشیاء در داخل کوره پرس می شوند. شکل 1 وسایل یک HIP را نشان می دهد.

در این فرآیند دما می تواند بیشتر از 2000C° باشد و فشار نیز در گسترده ی 30-100MPa است. در فرایند HIP یک گاز برای ایجاد فشار استفاده می شود. برخلاف CIP که در آن از یک مایع استفاده می شود. متداوالترین گاز مورد استفاده در HIP، آرگن است البته گازهای اکسید کننده و فعال نیز در این فرآیند استفاده می شود. توجه داشته باشید که جداره ی با فشار بالا در داخل کوره قرار ندارد.
دو نوع HIP وجود دارد:
محفظه ای (ENCAPSULATED) : که از یک محفظه ی با قابلیت دفورمه شدن استفاده می کند.
بدون محفظه (Not encapsulated) : دراین روش ابتدا شکل دهی و زنیترینگ انجام می شود و سپس فرآیند پرس ایزواستاتیک گرم انجام می شود.
درروش اصلی HIP ، پودر سرامیک در داخل یک بخش فلزی انعطاف پذیر قرار می گیرد و این بخش با قابلیت تغییر فرم سپس حرارت داده شده و فشرده می شود. این روش سپس برای پودرهای با اندازه ی ذرات کوچک، اصلاح شد. در این فرآیند فشرده سازی پودر مانند فرآیندهای دیگر پرس کردن مانند پرس خشک و یا قالب گیری تزریقی انجام می شود. قطعه ی فشرده شده ی پخت شده سپس در داخل یک پوشش شیشه ای کپسوله می شود که این بخش شیشه ای پس از فرآیند HIP جدا می شود. (مانند شکل 2)

در نوع دوم فرآیند کپسوله کردن انجام نمی شود. دراین روش ابتدا پودر با یک روش شکل دهی دیگر مانند پرس خشک یا قالب گیری تزریقی شکل دهی می شود و سپس در دمای نسبتا ً بالا زنیتر می شود. فرایند زنیترینگ در یک کوره انجام می شود و هدف از این زنیترینگ از بین بردن تخلخل های سطحی نمونه است. بسته شدن تخلخل های سطحی باعث می شود که در HIP متعاقب، گاز بداخل این تخلخل ها (قطعه) نفود نکنند. مراحل این فرآیند که برخی اوقات به آن HIP زنیتر – پلاس (HIP -Sinter –plus)می گویند. در شکل 3 نشان داده شده است.

امروزه فرایند پرس گرم ایزواستاتیک برای بسیاری از اجزای سرامیک ها مانند سرمته های بر پایه ی آلومینا و نازل های سیلیسیم نیتریدی مورد استفاده درصفحاد سولفورزدایی گازی، استفاده می شود. مزیت های فرآیند HIP باعث شده است تا استفاده از آن در فرآیندهای شکل دهی سرامیک های ساختاری مانند بیشتر شود.
سرامیک های غیر اکسیدی را می توان به وسیله ی این فرآیندبه قطعات با دانسیته ی بالا تبدیل کرد . مزیت دیگر بدنه های تولیدی به این روش اندازه ی دانه ی کوچک و عدم نیاز به اضافه کردن افزودنی هاست. دانستیه ی بالا و اندازه ی دانه ی کوچک باعث تولید قطعاتی با دانسیته ی بالا و ریزدانه می شود. عیب این روش قیمت بالای آن است.

روش ریخته گری دوغابی
 

در این روش دوغاب به داخل یک قالب ریخته می شود. (معمولا قالب از جنس گچ قالب گیری است). قالب مورد استفاده به روش ریخته گری تولید شده است و به نحوه ای طراحی شده است که قطعه ی سرامیکی بوجود آمده از آن دارای شکل واندازه ی مورد نظر است. به دلیل اینکه ذرات پودر داخل دوغاب بسیار ریزند و همچنین به خاطرمساحت سطح بالا و وجود بارهای الکترواستاتیک ، ذرات در داخل دوغاب ته نشین نمی شوند. الکترو شیمی دوغاب واقعاً پیچیده است.
سیلیکات سدیم به دوغاب افزوده می شود تا از لخته شدن جلوگیری شود. پس از ریخته شدن دوغاب به داخل قالب گچی، آب دوغاب جذب قالب شده و از سوراخ های بسیار ریز آن خارج می شود و یک لایه ی سرامیکی بر روی جداره ی قالب پدید می آید. هنگامی که ضخامت این لایه به حد مطلوب رسید، دوغاب اضافی از داخل قالب خارج می شود و اجازه داده می شود تا لایه ی سرامیکی خشک شود.این مراحل در شکل 4 نشان داده شده است.

این نوع از ریخته گری دوغابی که متداوالترین روش از آن است ، همچنین ریخته گری به روش آب کشی (Casting drain) نامیده می شود.
ریخته گری دوغابی روش کم هزینه برای تولید قطعات پیچیده است و در صنعت سفالگری سنتی روش مقبولی درتولید کوزه، قوری و مجسمه است.اجزای بزرگی مانند لگن دستشوئی و سایر بدنه های بهداشتی نیز بوسیله ی ریخته گری دوغابی تولید می شوند. علاوه بر تولید بدنه ها ی توخالی از ریخته گری دوغابی برای ساخت قطعات توپر بهره برده می شود. در ریخته گری توپر دوغاب به طور مداوم به قالب تزریق می شود. تا سرانجام قطعه ی مورد نظر به طور کامل بوجود آید.
ریخته گری دوغابی همچنین در ساخت برخی از سرامیک های ساختاری و فنی استفاده می شود. این روش روشی استاندارد درتولید بوته های ذوب فلز ساخته شده از آلومینا است و به صورت موفقیت آمیز برای ساخت اجزای سرامیکی ساختاری با اشکال پیچیده مانند روتورهای توربین گازی استفاده می شود.

اکستروژن
 

فرآیند اکستروژن (extrusion) بدین صورت است که یک قطعه از جسمی با قابلیت تغییر فرم از میان روزنه ی یک قالب عبور می کند(مانند خروج خمیر دندان از تیوپ آن) . از این فرآیند درتولید بسیاری از اجزای سرامیکی که دارای سطح مقطع یکسان و طول بزرگی هستند. استفاده می شود. مثلا در ساخت استوانه های سرامیکی از این روش استفاده می شود.(شکل 5)

گل با خواص رئولوژی مناسب برای فرآیند اکستروژن را می توان با افزودن میزان مناسب آب به خاک پدید آورد.مواد غیر رسی مانند با مایعات چسبناک مانند پلی وینسیل الکل (PVA ) یا متیل سلولز و آب مخلوط می شوند تا جرمی پلاستیک پدید آورند. جدول 1 لیستی از بدنه های تولید شده بوسیله ی اکستروژن آورده شده است.

فرآیند اکسترود کردن پلیمرها از دهه ی 1860 تاکنون استفاده می شود. دراصل این فرایند ابتدا برای شکل دهی رابر طبیعی استفاده می شده است. یک پرس اکستروژن شبیه به پرسی که در شکل 6 نشان داده شده است وسیله ای استاندارد برای سفال گران است.

اکستروژن همچنین در تولید حفاظ های آلومینایی مورد استفاده در لامپ های بخار سدیم استفاده می شود. (این لامپ ها در وسایل کنترل کننده ی نشر اتوماتیک (derices automotive emission- Control) استفاده می شود.) پایه های کاتالیست بخاطر پدید آوردن مساحت زیاد ساخته می شوند. این بخش ها می توانند در هر سانتی متر مربع صدها سلول باز داشته باشند. برای تولید این اشکال پودر سرامیک کوئوردیریتی با رزین پلی پوریتان با قابلیت سفت شدن هیدرولیک مخلوط می شود. مخلوط حاصله به داخل یک حمام آب اکسترود می شود. سرعت اکسترود شدن بستگی به زمان گیرش پلی یوریتان دارد.این سرعت معمولا دو میلی متر بر ثانیه است. شکل حاصله سپس پخته می شود وسرامیک نهایی پدید می آید.

قالب گیری تزریقی
 

قالب گیری تزریقی یکی دیگر از فنونی است که به طور گسترده در شکل دهی پلیمرهای ترموپلاست استفاده می شود. پلیمرهای ترموپلاست این خاصیت را دارند که هنگام گرم شدن نرم می شوند و هنگامی که سرد می شوند. محکم می شوند. یک چنین رویه ای می تواند برای دفعات فراوان تکرار شود. اگر پودر سرامیکی با یک پلیمر ترموپلاست مخلوط شود، می توان از آن در شکل دهی اجزای سرامیکی استفاده کرد. هنگامی که فرآیند قالب گیری تزریقی برای مخلوط پودر سرامیک و پلیمر انجام شود، پلیمر به عنوان بایندر در نظر گرفته می شود. پودر سرامیک اضافه شده به بایندر معمولا با تعدادی ماده ی آلی دیگر مخلوط می شود تا خواص رئولوژی آن بهبود یابد. جدول 23.4 افزودنی هایی که برای شکل دهی SiCبوسیله ی قالب گیری تزریقی استفاده می شوند را نشان داده است. تقریبا 40 درصد حجمی مخلوط را بخش آلی تشکیل می دهد.
توده ی پلاستیک بوجود آمده از مخلوط پلیمر وسرامیک ابتدا حرارت داده می شود تا نرم شود.

سپس با فشار به داخل قالب ( مانند شکل 7) فرستاده می شود. مخلوط حرارت داده شده سیالیت بالایی دارد(این تفاوت میان این نوع قالب گیری با روش اکستروژن است). اجازه داده می شود تا مخلوط در داخل قالب سرد شود. سرد شدن مخلوط باعث سخت شدن پلیمر می شود. بخاطر آنکه حجم بالایی از مواد آلی در این مخلوط وجود دارد، شرینکیج اتفاق افتاده در طی زنیترینگ اجزای تولیدی بوسیله ی قالب گیری تزریقی بالاست. به طور نمونه وار این شرینکیج بین %20-15 است از این رو کنترل دقیق ابعاد قطعات تولیدی مشکل است. به هر حال اشکال پیچیده ی تولیدی به این روش در طی فرایند زنیترینگ به میزان کمی اعوحاج پیدا می کنند.
قالب گیری تزریقی برای تولید اجزای سرامیکی با شکل پیچیده استفاده می شود. علت آن این است که زمان سیکل تولید در این روش کم است و از این رو این فرآیند می تواند حجم زیادی تولید داشته باشد. محدودیت اصلی این روش این است که قیمت ابزار آلات اولیه ی این فرایند بسیار بالاست.مثلاً قالب مورد استفاده در ساخت پره های توربین بیش از 10000 دلار قیمت دارد. همچنین قالب مورد استفاده در ساخت روتور توربین ممکن است 100000 دلار قیمت داشته باشد .البته این قالب ها به خاطر عدم مواجهه با دمای بالا، طول عمر بالایی دارند.
منبع انگلیسی مقاله : Caramic Materials/C.Barry Carter.M.GrantNorton

پرسلان

واژه ي پرسلان به محدوده ي وسيعي از محصولات سراميک گفته مي شود که دماي پخت بالايي دارند. علت پخت پرسلان ها در دماي بالا اين است که مي خواهيم ماهيت زجاجي ( شيشه اي ) در پرسلان پديد آيد. و همچنين خواصي چون پشت نمايي ( translucence ) و تخلخل کم را بدست آوريم.
از ميان همه ي محوصلات پرسلاني، محصولات آشناتر عبارتند از:
1) چيني آلات غذاخوري
2) پرسلان هاي تزئيني (شکل 1)
3) دندانهاي مصنوعي پرسلاني ( dental crowns )
4) عايق هاي الکتريکي ( electrical insulators )
5) چيني آلات بهداشتي

معمولاً پرسلان هاي سفيد و غير سفيد به دو صورت لعاب دار و بدون لعاب توليد مي شوند. هنگامي که بيسکويت (بدنه) در دماي بالايي پخته مي شود، و تخلخل آن به صفر مي رسد، ديگر نيازي به لعاب کاري نبوده و نوع بدون لعاب پرسلان ها توليد مي شود.

اگر چه واژه ي پرسلان و چيني معمولاً معادل تصور مي شود ولي اين دو واژه يکي نيستند. اين دو نوع سراميک در دو خاصيت يکسانند يکي آنکه هر دو حالت زجاجي (vitreous) دارند و تخلخل بسيار پاييني دارند و ديگري اينکه هر دو اين سراميک ها را مي توان با و يا بدون لعاب توليد و استفاده کرد. به هر حال چيني يک پرسلان است که جزء پرسلان هاي نرم طبقه بندي مي گردد. اين پرسلان داراي بدنه اي نازک مي باشد و نرم است به صورتي که به راحتي آن را مي توان با يک سوهان بريد. در حالي که پرسلان ها را اينگونه نمي توان بريد. اين امر به خاطر اين است که پرسلان هاي واقعي در دماي بالاتري نسبت به چيني ها پخت مي شوند. در واقع پرسلان هاي واقعي در دماي 1454 درجه سلسيوس پخت مي شوند، در حالي که چيني ها در دماي 1204 درجه سلسيوس. همانگونه که گفتيم پرسلان ها سخت تر هستند از اين رو پرسلان ها را در کاربردهاي صنعتي و پزشکي استفاده مي کنند در حالي که کاربرد چيني آلات تنها در بخش هاي خانگي و استفاده هاي تزئيني است. علاوه بر اين، در حالي که پرسلان ها همواره داراي پشت نمايي (translucent) هستند. ولي ظروف چيني غيرشفاف (opaque) هستند.

تاريخچه

امروزه ما حضور چيني آلات را در بسياري از جاها احساس مي کنيم اين بدنه هاي سراميکي که طنين خاصي در هنگام ضربه زدن به آنها ايجاد مي شود، در همه ي جاهاي زندگي روزمره ديده مي شوند. در وسايل غذاخوري (table wares)،؛ لوله هاي فاضلاب و حتي کاشي هاي سفينه فضايي، پرسلان ها وجود دارد. با گذشت زمان اين مسئله فراموش شده است که براي روزگاري دراز، پرسلان يک ماده ي کمياب بوده است. و وسايل پرسلاني به عنوان يک گنجينه تلقي مي شده است. در آن زمان پرسلان تنها در کشورهاي آسيايي توليد مي شد.
توسعه ي پرسلان در کشور چين در سال 600 ميلادي اتفاق اتفاد. اين شاهکار حرفه اي، نتيجه اي از ترکيب قابليت پخت کوره ها در دماي بالا (1250 تا 1400 درجه سلسيوس) با کشف خاک کائولن (نوعي ماده ي رسي) و سنگ پرسلاني (porcelain stone) بود. در قرن سيزدهم با مخلوط شدن سنگ و خاک رس، دوام قطعات پرسلاني توليدي و نرمي آنها بيشتر شد. و با اين مسئله توليد پرسلان به مرحله اي بالاتر صعود کرد. کِندي (kendi) يا رگ آبي (water vessel) يکي از پرسلان هاي اوليه است که در سونگ جنوبي وجود دارد و جزء پرسلان هاي سلسله ي کوئينگ باي (dynasty qingbai) بوده است. اين پرسلان از سنگ چيني و رس ساخته شده است.
با يک نوآوري در جينگزن (jingdenzhen) و توليد مخلوطي از کائولن با سنگ پرسلاني به همراه کوارتز و ميکا، قطعات سراميکي پديد آمد، که يک پرسلان واقعي توليد کرد و بواسطه ي همين امر جينگزن را به پايتخت پرسلان دنيا تبديل کرد. محصولات توليد شده در جينگزن خواصي چون سختي (hardness)، نفوذ ناپذيري (impermeability)، سفيدي (whiteness)، پشت نمايي (translu cence) و زيبايي لعاب را با هم دارند. پرسلان هاي توليدي در کشور چين داراي نقش کليدي در جهان است. زيرا اين کشور توليد کننده ي عمده ي اين محصولات در جهان است. و به همين خاطر مي تواند بر کيفيت اين محصول تأثير داشته باشد.
پرسلان نيز مانند ابريشم و ادويه جات داراي داستاني پيچيده است. اين ماده بايد مسير طولاني جاده ي ابريشم را مي پيمود تا به اروپا برسد. پرسلان مانند يک گنجينه مورد احترام بود و به عنوان يک هديه ي گران بها براي ملکه تلقي مي شد. بسياري در آن زمان معتقد بودند که پرسلان جسمي جادويي است. البته اين اعتقاد نيز وجود داشته که اگر پرسلان در معرض سَم قرار گيرد رنگ خود را از دست مي دهد و مي شکند. هنگامي که در سال 1499 واسکوداگاما (Vascoda Gama) يک سياح پرتقالي از سفر خود بازگشت نمونه هايي از پرسلان با خود به همراه داشت در واقع او در سفر خود يک راه آبي جديد کشف کرده بود که موجب بيشتر شدن رونق تجارت مي شد. تجارت دريايي يک تجارت ايمن بود و مشکلات و خطرات سفرهاي زميني را نداشت. (پرسلان يک جسم شکننده است و حمل آن با وسايل حمل و نقل زميني در گذشته مشکل بود). با گسترش راه هاي دريايي و پيشرفت تکنولوژي دريانوردي در قرن 17 اُم کشتي هاي جديد توانستند مقدار بيشتري پرسلن را به اروپا برسانند.
پرسلان هاي لعاب دار درخشان در ابتداي قرن 17 اُم بوسيله ي ژاپن توليد شد و پس از آن اجسام پرسلاني آبي، سفيد و توليدات شب نما بوسيله ي کشور چين وارد بازار شد. اين مسائل باعث شد تا تاجرهاي اروپايي علاقه مند به واردات اين محصولات بشوند. در خانه ي اشراف و تاجران پرسلان اتاقي بود که از کف تا سقف آن پر بود از پرسلان هاي زيبا و اين مسئله در بين بسياري از اشراف مرسوم شده بود. بشقاب هاي پرسلاني آبي ـ سفيد با نقوش اژدهاي خشمگين يکي از پرسلان هايي بود که در اين اتاق ها يافت مي شود. به اتاق هاي مخصوص پرسلان، اتاق پرسلان گفته مي شد.
اتاق پرسلان به حدي مورد توجه قرار گرفت که گروهي از پادشاهان مانند آگوستوس استرونگ (Augustus the Strong) منتخب نژاد ساکسون ها و پادشاه لهستاني کاخ خود را با پرسلان تزئين کرد. اين پادشاه لهستاني کلکسيوني از پرسلان داشت که بيش از 20/000 قطعه پرسلان از کشورهاي چين و ژاپن در آن قرار داشت. به خاطر مسائل اقتصادي و سياسي ورود پرسلان ها از چين و ژاپن، اروپايي ها بر آن شدند که بودجه ي تحقيقاتي براي توليد داخلي پرسلان تصويب کنند. با همکاري گروهي از محققين مانند Ehrenfried walther و Johann Friedrich Bottger يک فرمول براي توليد پرسلان در اروپا ابداع شد. اين پرسلان ابتدايي که از مرمر سفيد ساخته مي شد. امروزه با نام Bottger porcelain معروفند. سرانجام، فرمولاسيون پرسلان واقعي پيدا شد اين فرمولاسيون امروزه نيز استفاده مي شود و پرسلان هاي ساخته شده از آن به نام پرسلان هاي سخت (hard-paste porcelain) معروفند. اين پرسلان ها مخلوطي از کائولن و يک سنگ پرسلاني فلدسپاتيک هستند. در دهه ي دوم قرن 18 اُم، هزار سال پس از آنکه پرسلان ها اولين بدنه ي پرسلاني سفيد، نازک و ترانسپارنت را ساختند، اروپايي ها اولين کارخانه ي توليد پرسلان هاي واقعي را در ميسن آلمان (Meisen - Germany) افتتاح کردند. پرسلان توليد توسط اين کارخانه به طلاي سفيد (white gold) معروف است.
عصر پرسلان در اروپا در قرن هجدهم با ديدار پادشاهان، ملکه ها و نمايندگان از کارخانه ي توليد پرسلان در آلمان شروع شد. که حس وطن خواهي، موجب افزايش تقاضاي خريد از اين کارخانه را به همراه داشت. اگرچه اگوستوس استرانگ با اعمال تدابيري توانست راز ساختن پرسلان را مدتي مخفي کند. ولي با ازدواج دختر بزرگ آگوستوس با پادشاه ناپولي (بخشي از ايتالياي کنوني) يک کارخانه ي توليد پرسلان در سال 1743 در ناپولي ساخته شد که بعدها صنعت پرسلان در کل اروپا گسترش يافت. اين گسترش به حدي است که امروزه روش هاي توليد علمي پرسلان بر طبق روش هاي اروپايي تعريف مي گردد.

انواع پرسلان ها

1) پرسلان هاي سخت (hard-paste porcelain)

اين پرسلان ها محصول کارخانه ي ميسن (Meissen Factory) بودند. در واقع کارخانه ي ميسن در ابتداي قرن 18 اُم از اين پرسلان ها توليد مي کرد. اين پرسلان ها داراي فرمولاسيون زير هستند. در واقع در اين پرسلان ها از کائولن، کوارتز و سنگ مرمر سفيد استفاده مي شود. خمير توليدي از مواد اوليه در دماي حدود 1350 درجه ي سانتيگراد پخت مي شود و حاصل اين کار توليد پرسلاني است که سختي و استحکام بالايي دارد. بعدها ترکيب پرسلان هاي سخت توليدي در شرکت ميسن تغيير کرد و سنگ مرمر سفيد با فلدسپات جايگزين شد. فلدسپات هاي موادي گداز آورند و موجب کاهش دماي پخت مي شوند. از اين رو اين جايگزيني موجب کاهش دماي مورد نياز پخت مي شود. کائولن، فلوسپار، کوارتز (و يا ديگر فرم هاي سيليس) اجزاي اصلي اين پرسلان هاي سخت توليد در اروپا به شمار مي رود.

2) پرسلان هاي نرم (soft paste porcelain)

اطلاعات تاريخي مربوط به اين پرسلان ها به دوره اي باز مي گردد که کوزه گران اروپايي در پي پيداکردن راه کاري براي توليد پرسلاني شبيه به پرسلان هاي توليدي در شرق بودند.
آنها با مخلوط کردن و آسياب کردن خاک چيني (chinaclay)، شيشه يا خمير شيشه (Frit)، تالک و آهک موفق به توليد پرسلان نرم شدند. البته اين پرسلان امروزه داراي اجزاي ديگري نيز هست به خاطر نداشتن استحکام مناسب و دفرمه شدن قطعات پرسلاني توليد اين فرمولاسيون و همچنين تغيير شکل آنها در کوره، توليد پرسلان ها با اين فرمول صرفه ي اقتصادي نداشت.
فرمول پرسلانهاي نرم بعدها اصلاح شد و اين فرمول جديد بر پايه ي کائولن، کوارتز، فلوسپات، نفلين سيانين و ديگر سنگ هاي فلوسپاتيک پايه گذاري شد. اين فرمول از لحاظ مباحث فني فوق العاده بود و استفاده از آن رونق گرفت.

3) پرسلان هاي استخواني (Bone china porcelain)

اين پرسلان ابتدا در کشور انگلستان توليد شد. در واقع توليد اين پرسلان به خاطر مسائل رقابتي با پرسلان هاي وارداتي به کشور انگلستان بود ولي بعدها اين چيني به طور گسترده در تمام جهان توليد شد.
انگليسي ها با مخلوط کردن خاکستر استخوان حيوانات با خاک رس، فلوسپار و کوارتز پرسلان هاي استخواني را توليد کردند. اگرچه دماي پخت پرسلان هاي استخواني از دماي پخت پرسلان هاي واقعي کمتر است ولي خاکستر استخوان باعث مي شود اين پرسلان پشت نمايي خوبي داشته باشد. به دليل آنکه پرسلان هاي استخواني نسبت به پرسلان هاي واقعي آسان تر توليد مي شوند. و مقاومت آنها در مقابل لب پرشدن بيشتر است. و همچنين اين پرسلان ها محکم ترند، اين نوع پرسلان متداولترين نوع پرسلان مصرفي در ايالات متحده ي آمريکا و انگليس است. البته مصرف کنندگان اروپايي بيشتر علاقه مند به استفاده از پرسلان هاي واقعي اند.

مواد خام

مواد اوليه اصلي براي تهيه ي پرسلان ها خاک هاي رسي، فلدسپار يا فلينت و سيليس هستند. همه ي اين اجزا در ابعاد بسيار ريز هستند. براي توليد انواع مختلف پرسلان، استاد کاران اين رشته مواد خام را با هم مخلوط مي کنند تا خواص متنوعي بدست آورند. در واقع خواص حاصله به دو نوع تقسيم مي شود. يکي خواصي که موجب بدست آمدن يک بيسکويت (بدنه خام) مناسب شود و ديگري خواصي که باعث بدست آمدن يک بدنه ي مناسب پس از پخت مي شود.
اگر چه ترکيب خاک هاي رسي با توجه به مکان استخراجشان متنوع است، براي توليد پرسلان، مواد اوليه ي خام مانند خاک رس، فلدسپار و سيليس ابتدا خردايش مي يابند. آسياب ها و سنگ شکن هاي مورد استفاده در اين صنعت عبارتند از:
1) سنگ شکن هاي فکي (Jaw crushers)
2) آسياب هاي چکشي (hammer mills)
3) آسياب هاي گلوله اي (ball mills)
پس از آنکه مواد خردايش و اندازه ي دانه هاي آنها به يک سايز مشخص رسيد، مخلوط مواد اوليه به يکي از چهار فرآيند شکل دهي زير فرستاده مي شود:
1) شکل دهي پلاستيک نرم (Soft plastic forming)
2) شکل دهي پلاستيک سخت (Stiff plastic forming)
3) شکل دهي بوسيله ي پرس (Pressing)
4) ريخته گري دوغابي (Casting)
انتخاب روش شکل دهي به نوع محصول توليد بستگي دارد. پس از شکل دهي، قطعه وارد مرحله ي پخت بيسکويت مي شود. در مرحله ي پخت بيسکويت قطعه زينترينگ کامل نمي شود تنها به حالتي در مي آيد که بتوان بر روي آن لعاب اعمال کنيم. پرسلان ها ترکيبي از شيشه ي با تخلخل پايين و خاک رس هستند. در واقع اين ترکيب اين خاصيت را ايجاد مي کند که پرسلان بتواند در شرايط پخت دفرمه نشود. همچنين استفاده از رس اين فايده را دارد که شکل دهي نمونه آسان مي شود. خاک هاي رسي اصلي که براي توليد پرسلان استفاده مي شوند عبارتند از خاک چيني و بال کِلي. اين خاک ها اکثراً از کائولينيت) يک آلومينوسيليکات هيدراته) تشکيل شده اند.
فلدسپار و فيلينت مورد استفاده در بدنه ها و مخلوط هاي پرسلاني به عنوان فلاکس عمل مي کنند. (فلدسپار يک مينرال است که عمدتاً از آلومينوسيليکات درست شده است) (فلينت يک نوع کوارتز است که بسيار سخت است). فلاکس ها باعث کاهش دماي تشکيل فاز شيشه اي مايع مي شوند. در واقع فلاکس ها دماي ذوب فاز شيشه اي را به بين 1000 تا 1300 درجه سلسيوس کاهش داده و باعث مي شوند تا فاز شيشه اي مايع تشکيل گردد و دانه هاي جامد بدنه را به يکديگر بچسباند.
سيليس ترکيبي از اکسيژن و سيلسيم است. اکسيژن و سيليس دو عنصر فراوان پوسته ي زمين محسوب مي شوند. شيشه (سيليس) به حالت هاي مختلف در طبيعت يافت مي شود. مثلاً کوارتز نوعي سيليس است که داراي ساختار کريستالي است. سيليس آمورف که حالتي اپک دارد در عرف با نام شيشه شناخته مي شود. حالت ناخالص سيليس سنگ ريزه هاي ماسه اي است که در سطح زمين پراکنده اند. سيليکا (سيليس) معمولي ترين پر کننده اي است که در بدنه هاي سراميک از آن استفاده مي شود. اين ماده باعث ايجاد سهولت در شکل دهي و پخت قطعه مي گردد. و همچنين خواص قطعه ي توليدي را نيز بهبود مي دهد.
پرسلان ها همچنين داراي مقادير آلومينا و تالک نيز مي باشند. آلومينا ترکيبي از اکسيژن و آلومينيوم است.

روش هاي توليد پرسلان ها

همانگونه که گفتيم اروپاييان کساني هستند که 1000 سال پس از چينيان اولين کارخانه ي توليد پرسلان ها را تأسيس کردند. در اين بخش قصد داريم به معرفي دو روش توليدي پرسلان بپردازيم. در واقع روش هاي مورد بحث ما دو نوع اند. که آنها عبارتند از :
1) روش توليد پرسلان ها به شيوه ي آلماني
2) روش توليد پرسلان هابه شيوه ي انگليسي
انتخاب نوع روش توليدي پرسلان به عوامل مختلفي بستگي دارد. و با توجه به عوامل زير تعيين مي گردد:
1) کيفيت مد نظر ما
2) کيفيت و خلوص مواد اوليه
3) آب مصرفي در فرآيند توليد
4) صرفه اقتصادي
5) و...

روش توليد پرسلان به شيوه ي آلماني

در اين روش سيليس و فلدسپار با ده درصد کائولن به داخل بال ميل ريخته مي شود و به طور کامل سايش مي يابد. روش سايش در اين روش به صورت ترساب مي باشد پس از خردايش کامل دوغاب تخليه مي شود. و باقيمانده ي کائولن مورد نياز نيز به دوغاب اضافه مي گردد. براي اينکه رشته هاي کائولن باز گردد، دوغاب در داخل هم زن هاي هشت وجهي هم زده مي شود. تعداد دور اين همزن ها 200 تا 300 دور بر دقيقه است. پس از حل شدن کامل کائولن در دوغاب مرحله ي گذر از الک شروع مي شود. در اين مرحله دوغاب از الک هاي مش 140 يا 170 عبور مي کنند تا ذرات با اندازه ي درشت جداسازي گردد.
علاوه بر سيستم الک از سيستم فيلتر مغناطيسي نيز براي جداسازي آهن فلزي از دوغاب استفاده مي شود. دوغاب گذشته از سيستم الک و فيلتر مغناطيسي به داخل مخازن ذخيره سازي فرستاده مي شوند. اين مخازن مجهز به سيستم همزن با دور بسيار پايين (در حدود 12 دور بر دقيقه) هستند. علت استفاده از اين همزن ها جلوگيري از رسوب کردن دوغاب است. دوغاب حاصله در مرحله ي بعد به داخل فيلتر پرس فرستاده مي شود در فيلترپرس آب دوغاب گرفته مي شود حاصل اين کار توليد شدن يک گل نسبتاً فشرده است که به نام گل فيلترپرس معروف است.

بعد از عمليات فيلترپرس عمليات اکستروژن مي باشد در اين عمليات گل فيلترپرس در دستگاه اکسترودر وارد مي شود. اين دستگاه که شبيه به دستگاه چرخ گوشت است، گل را به صورت استوانه هايي متراکم در مي آورد. علت استفاده از اکسترودر عبارت است از:
1) اين عمل باعث ورز دادن گل مي شود که هر چه گل بيشتر ورز داده شود، پلاستيته اش بيشتر مي شود.
2) خروج حباب هاي هواي باقي مانده در گل
3) از بين رفتن تنش هاي بوجود آمده در گل (شکل 1 و 2)

 

گل بوجود آمده پس از عبور از دستگاه اکسترودر به صورت استوانه اي است که اين گل هموژن به دو صورت مصرف مي شود. که اين دو روش عبارتند از:
1) شکل دهي پلاستيک
2) ريخته گري دوغابي
در روش شکل دهي پلاستيک قطعات بزرگ استوانه اي به قطعات کوچکتر بريده مي شوند و در دستگاه جيگرنيگ و جولي شکل دهي مي شوند. براي مثال اکثر ظروف چيني مانند بشقاب و کاسه به اين روش توليد مي شوند.
در روش ريخته گري دوغابي گل بدست آمده در مرحله ي قبل بوسيله ي هم زن هاي بسيار قوي به صورت دوغاب درمي آيد. پس از تنظيم خواص اساسي دوغاب بدست آمده مانند ويسکوزيته، دانسيته و... دوغاب به بخش ريخته گري دوغابي فرستاده مي شود.
پس از شکل گيري، نمونه ها به داخل بخش پخت مقدماتي بيسکويت مي روند لعاب مي خورد و پخت کامل مي شود. البته اين شماتيک کلي است و برخي از بخش ها بيان نشده است. مثلاً بخش هاي روتوش و مونتاژ به خاطر مشترک بودن در دو روش بيان نشده است.

روش توليد پرسلان به شيوه ي انگليسي

تفاوت عمده اين روش با روش آلماني اين است که دوغاب در همان ابتدا ساخته مي شود و فرآيند هم زدن همان ابتدا صورت مي گيرد و مرحله ي فيلترپرس نيز حذف شده است.
در واقع در اين روش فلدسپار و سيليس به همراه ده درصد کائولن، روانساز و آب به داخل با اميل شارژ مي شود. و پس از سايش مناسب، کائولن باقيمانده به دوغاب اضافه مي شود. در اين روش نيز از همزن هاي سرعت بالا استفاده مي شود تا کائولن به آساني باز شود. پس از عبور دوغاب از سيستم الک و فيلتر مغناطيسي، دوغاب به بخش مخزن انتقال داده مي شود اين مخزن نيز به سيستم همزن با دور پايين مجهز است. دوغاب ذخيره شده بررسي مي گردد و خصوصياتش تعيين مي گردد و به بخش ريخته گري دوغابي منتقل مي گردد. در روش انگليسي شکل دهي فقط از طريق ريخته گري دوغابي صورت مي گيرد. و شکل دهي پلاستيک (فيلترپرس و اکسترودر) حذف مي گردد. مزيت اين روش هزينه ي کمتر است زيرا بخش هاي فيلترپرس و اکسترودر بخش هايي هزينه بر و وقت گيرند.
روش انگليسي زماني مطرح مي شود که مواد اوليه مورد استفاده مشکلي براي ساخت دوغاب پايدار ايجاد نکنند البته اين روش ضايعات زيادي دارد. که اين ضايعات را معمولاً بازيافت مي کنند. و تقريباً 20 درصد از دوغاب موجود در مخزن اصلي از دوغاب هاي بازيافتي از ضايعات است.

مسائل تأثيرگذار بر خواص دوغاب

توليد دوغاب يکي از مراحل مهم در ريخته گري دوغابي است. يک دوغاب نامناسب ممکن است پروسه ي توليد را مختل کند. از اين رو پس از توليد دوغاب بايد برخي از خواص آن بررسي و تنظيم گردد. مثلا ويسکوزيته و وزن ليتر دوغاب بايد معين باشد. ويسکوزيته ي مناسب براي مواد سراميکي معمولاً با زمان عبور تعريف مي شود اين زمان براي بدنه هاي چيني صد تا صدوبيست ثانيه و براي چيني آلات بهداشتي 90 ثانيه مي باشد.

روش هاي اندازه گيري ويسکوزيته:

1) ويسکوزيمتر ريزشي
در اين روش زمان ريزش دوغاب از يک ظرف محاسبه مي گردد. در اين ظرف دوغاب از سوراخ ته ظرف خارج مي گردد.
2) ويسکوزيمتر چرخشي
در اين روش مقدار مقاومت سيال در برابر حرکت چرخشي يک آونگ در داخل آن، محاسبه مي گردد. يکي ديگر از عوامل مؤثر در ريخته گري دوغابي وزن ليتر دوغاب است. در واقع وزن ليتر دوغاب نشان دهنده ي نسبت جامد به آب است. هر چه مقدار جامد نسبت به آب بيشتر باشد وزن ليتر دوغاب نيز بيشتر مي شود. وزن ليتر دوغاب در واقع وزن يک ليتر دوغاب است. وزن ليتر مطلوب براي چيني آلات بهداشتي 1800-1750 گرم بر ليتر و براي چيني آلات مظروف 1700-1650 گرم بر ليتر است.
بايد خواص دوغاب به گونه اي ثابت شود که دوغاب با داشتن وزن ليتر بالا داري ويسکوزيته ي پايين نيز باشد. که براي اين کار از مواد افزودني مانند پراکنده سازها و روانسازها استفاده مي کنيم.
تيکسوتروپي يکي ديگر از مسائلي است که در مورد دوغاب مطرح مي شود. تيکسوتروپي افزايش ويسکوزيته دوغاب با گذشت زمان است. در واقع دوغاب بايد زمان تيکس شدن مشخصي داشته باشد. اگر اين زمان کم باشد دوغاب بدون پر کردن زواياي قالب خود را مي گيرد. و شکل حاصله بدرستي تشکيل نمي شود.

عوامل مؤثر بر تيکسوتروپي

1) نوع ماده اي اوليه: برخي از مواد اوليه تيکسوتروپي را افزايش مي دهند. مثلاً بالکلي و نبتونيت.
2) نسبت آب به جامد: هر چه اين نسبت بيشتر باشد تيکسوتروپي زيادتر مي شود.
3) نسبت مواد پلاستيکي: هر چه ميزان مواد پلاستيک بيشتر باشد تيکسوپروپي بيشتر مي شود.
4) اندازه ذرات: هر چه اندازه ذرات ريزتر باشند تيکسوتروپي بيشتر است مثلاً بالکلي از کائولين ريزتر است لذا بالکلي تأثير بيشتري بر تيکسوتروپي دارد.

لعاب در پرسلان ها

همانگونه که گفته شد بدنه هاي پرسلاني به دو صورت مصرف مي شوند گروهي لعاب مي خورند و گروهي بدون اعمال لعاب مصرف مي شوند. بدنه هايي که لعاب مي خورند بايد يک ويژگي داشته باشند و آن اينست که قبل از لعاب خوردن در دماي حدود 900 درجه پخت بيسکويت شده باشند. اين پخت موجب عدم دفورمگي قطعه در حين لعاب زني مي گردد. و همچنين لعاب چسبندگي مناسبي با سطح قطعه پيدا مي کند. نکته ي ديگر در مورد لعاب زني اين است که قطعاتي که مي خواهيم لعاب بزنيم بايد داراي سطحي تميز باشند و بر روي آنها گرد و غبار تشکيل نشده باشد. در زير روش هاي مختلف اعمال لعاب را مي بينيد:
1) روش غوطه وري
در اين روش قطعه به داخل حمامي از لعاب فرو برده مي شود اين روش داراي دو حالت دستي و مکانيزه است.
2) روش آبشاري
در اين روش لعاب بر روي قطعه پاشيده مي شود
3) روش پاششي
در اين روش که بسيار شبيه به روش آبشاري است لعاب بر روي قطعه اسپري مي شود.
4) استفاده از قلم مو
اين روش براي چيني هاي تزئيني کاربرد دارد. در اين روش لعاب با قلم مو بر روي بدنه اعمال مي شود.

روتوش و مونتاژکاري در پرسلان ها

پرسلان ها معمولاً شکلي پيچيده دارند. قطعات پيچيده ي پرسلاني مخصوصاً چيني آلات را نمي توانيم به صورت يک پارچه توليد کنيم. از اين رو برخي از قطعات پيچيده ي چيني آلات نياز به مونتاژ کاري دارند. مونتاژکاري به چسباندن قطعات کوچکتر براي توليد يک قطعه ي پيچيده بزرگتر گفته مي شود. مثلاً دسته ي فنجان و يا دسته ي قوري را بايد ابتدا به صورت جداگانه توليد و سپس مونتاژ کنيم.
روتوش به تميزکردن سطح ظروف توليد و برداشتن ضايعات مضر گفته مي شود. در واقع در حين عمليات شکل دهي معمولاً ضايعاتي بر روي بدنه باقي مي ماند. که بايد آنها را در طي عمليات روتوش جداسازي نمود.
يکي ديگر از علل روتوش کاري برداشتن لايه ي گچ تشکيل شده بر روي بدنه هاست. به خاطر اينکه بدنه هاي توليدي در بخش شکل دهي بر روي قالب هاي گچي تشکيل مي شوند لذا ممکن است که لايه اي از گچ بر روي قطعات باقي مانده باشد. اين لايه ي گچ پس از پخت بيسکويت مشکلات زيادي براي بدنه به وجود مي آورد.
روتوش و مونتاژ کاري به عنوان يک بخش مهم در هر کاخانه ي توليد بدنه ي سراميک مطرح است. نکاتي که در مورد اين دو بخش بايد به آنها توجه شود عبارتند از:
1) زمان مناسب براي انجام اين کارها پس از فرآيند شکل دهي و رفتن نمونه ها به داخل خشک کن هاي اوليه است.
2) روتوش و مونتاژکاري بايد پس از نقطه ي لدرهارد قطعه انجام شود.
3) رطوبت قطعه بايد پيش از مرحله ي روتوش و مونتاژ کاري يکنواخت و هموژن بشود.
4) در بخش مونتاژکاري بايد قطعات مونتاژ شده رطوبت يکساني داشته باشند.
5) وجود هواي محبوس شده در بخش هاي مختلف مونتاژ شده موجب ايجاد ترک در قطعه مي شود.
6) بخش روتوش و مونتاژ کاري بخش بسيار مهمي است و مي تواند در کيفيت پرسلان توليدي اثري فوق العاده داشته باشد.
7) و...
منابع :
1- Guide to the Porclain Room/Seattle Art Museum
2- www.Madehow.com

پرسلان

واژه ي پرسلان به محدوده ي وسيعي از محصولات سراميک گفته مي شود که دماي پخت بالايي دارند. علت پخت پرسلان ها در دماي بالا اين است که مي خواهيم ماهيت زجاجي ( شيشه اي ) در پرسلان پديد آيد. و همچنين خواصي چون پشت نمايي ( translucence ) و تخلخل کم را بدست آوريم.
از ميان همه ي محوصلات پرسلاني، محصولات آشناتر عبارتند از:
1) چيني آلات غذاخوري
2) پرسلان هاي تزئيني (شکل 1)
3) دندانهاي مصنوعي پرسلاني ( dental crowns )
4) عايق هاي الکتريکي ( electrical insulators )
5) چيني آلات بهداشتي

معمولاً پرسلان هاي سفيد و غير سفيد به دو صورت لعاب دار و بدون لعاب توليد مي شوند. هنگامي که بيسکويت (بدنه) در دماي بالايي پخته مي شود، و تخلخل آن به صفر مي رسد، ديگر نيازي به لعاب کاري نبوده و نوع بدون لعاب پرسلان ها توليد مي شود.

اگر چه واژه ي پرسلان و چيني معمولاً معادل تصور مي شود ولي اين دو واژه يکي نيستند. اين دو نوع سراميک در دو خاصيت يکسانند يکي آنکه هر دو حالت زجاجي (vitreous) دارند و تخلخل بسيار پاييني دارند و ديگري اينکه هر دو اين سراميک ها را مي توان با و يا بدون لعاب توليد و استفاده کرد. به هر حال چيني يک پرسلان است که جزء پرسلان هاي نرم طبقه بندي مي گردد. اين پرسلان داراي بدنه اي نازک مي باشد و نرم است به صورتي که به راحتي آن را مي توان با يک سوهان بريد. در حالي که پرسلان ها را اينگونه نمي توان بريد. اين امر به خاطر اين است که پرسلان هاي واقعي در دماي بالاتري نسبت به چيني ها پخت مي شوند. در واقع پرسلان هاي واقعي در دماي 1454 درجه سلسيوس پخت مي شوند، در حالي که چيني ها در دماي 1204 درجه سلسيوس. همانگونه که گفتيم پرسلان ها سخت تر هستند از اين رو پرسلان ها را در کاربردهاي صنعتي و پزشکي استفاده مي کنند در حالي که کاربرد چيني آلات تنها در بخش هاي خانگي و استفاده هاي تزئيني است. علاوه بر اين، در حالي که پرسلان ها همواره داراي پشت نمايي (translucent) هستند. ولي ظروف چيني غيرشفاف (opaque) هستند.

تاريخچه

امروزه ما حضور چيني آلات را در بسياري از جاها احساس مي کنيم اين بدنه هاي سراميکي که طنين خاصي در هنگام ضربه زدن به آنها ايجاد مي شود، در همه ي جاهاي زندگي روزمره ديده مي شوند. در وسايل غذاخوري (table wares)،؛ لوله هاي فاضلاب و حتي کاشي هاي سفينه فضايي، پرسلان ها وجود دارد. با گذشت زمان اين مسئله فراموش شده است که براي روزگاري دراز، پرسلان يک ماده ي کمياب بوده است. و وسايل پرسلاني به عنوان يک گنجينه تلقي مي شده است. در آن زمان پرسلان تنها در کشورهاي آسيايي توليد مي شد.
توسعه ي پرسلان در کشور چين در سال 600 ميلادي اتفاق اتفاد. اين شاهکار حرفه اي، نتيجه اي از ترکيب قابليت پخت کوره ها در دماي بالا (1250 تا 1400 درجه سلسيوس) با کشف خاک کائولن (نوعي ماده ي رسي) و سنگ پرسلاني (porcelain stone) بود. در قرن سيزدهم با مخلوط شدن سنگ و خاک رس، دوام قطعات پرسلاني توليدي و نرمي آنها بيشتر شد. و با اين مسئله توليد پرسلان به مرحله اي بالاتر صعود کرد. کِندي (kendi) يا رگ آبي (water vessel) يکي از پرسلان هاي اوليه است که در سونگ جنوبي وجود دارد و جزء پرسلان هاي سلسله ي کوئينگ باي (dynasty qingbai) بوده است. اين پرسلان از سنگ چيني و رس ساخته شده است.
با يک نوآوري در جينگزن (jingdenzhen) و توليد مخلوطي از کائولن با سنگ پرسلاني به همراه کوارتز و ميکا، قطعات سراميکي پديد آمد، که يک پرسلان واقعي توليد کرد و بواسطه ي همين امر جينگزن را به پايتخت پرسلان دنيا تبديل کرد. محصولات توليد شده در جينگزن خواصي چون سختي (hardness)، نفوذ ناپذيري (impermeability)، سفيدي (whiteness)، پشت نمايي (translu cence) و زيبايي لعاب را با هم دارند. پرسلان هاي توليدي در کشور چين داراي نقش کليدي در جهان است. زيرا اين کشور توليد کننده ي عمده ي اين محصولات در جهان است. و به همين خاطر مي تواند بر کيفيت اين محصول تأثير داشته باشد.
پرسلان نيز مانند ابريشم و ادويه جات داراي داستاني پيچيده است. اين ماده بايد مسير طولاني جاده ي ابريشم را مي پيمود تا به اروپا برسد. پرسلان مانند يک گنجينه مورد احترام بود و به عنوان يک هديه ي گران بها براي ملکه تلقي مي شد. بسياري در آن زمان معتقد بودند که پرسلان جسمي جادويي است. البته اين اعتقاد نيز وجود داشته که اگر پرسلان در معرض سَم قرار گيرد رنگ خود را از دست مي دهد و مي شکند. هنگامي که در سال 1499 واسکوداگاما (Vascoda Gama) يک سياح پرتقالي از سفر خود بازگشت نمونه هايي از پرسلان با خود به همراه داشت در واقع او در سفر خود يک راه آبي جديد کشف کرده بود که موجب بيشتر شدن رونق تجارت مي شد. تجارت دريايي يک تجارت ايمن بود و مشکلات و خطرات سفرهاي زميني را نداشت. (پرسلان يک جسم شکننده است و حمل آن با وسايل حمل و نقل زميني در گذشته مشکل بود). با گسترش راه هاي دريايي و پيشرفت تکنولوژي دريانوردي در قرن 17 اُم کشتي هاي جديد توانستند مقدار بيشتري پرسلن را به اروپا برسانند.
پرسلان هاي لعاب دار درخشان در ابتداي قرن 17 اُم بوسيله ي ژاپن توليد شد و پس از آن اجسام پرسلاني آبي، سفيد و توليدات شب نما بوسيله ي کشور چين وارد بازار شد. اين مسائل باعث شد تا تاجرهاي اروپايي علاقه مند به واردات اين محصولات بشوند. در خانه ي اشراف و تاجران پرسلان اتاقي بود که از کف تا سقف آن پر بود از پرسلان هاي زيبا و اين مسئله در بين بسياري از اشراف مرسوم شده بود. بشقاب هاي پرسلاني آبي ـ سفيد با نقوش اژدهاي خشمگين يکي از پرسلان هايي بود که در اين اتاق ها يافت مي شود. به اتاق هاي مخصوص پرسلان، اتاق پرسلان گفته مي شد.
اتاق پرسلان به حدي مورد توجه قرار گرفت که گروهي از پادشاهان مانند آگوستوس استرونگ (Augustus the Strong) منتخب نژاد ساکسون ها و پادشاه لهستاني کاخ خود را با پرسلان تزئين کرد. اين پادشاه لهستاني کلکسيوني از پرسلان داشت که بيش از 20/000 قطعه پرسلان از کشورهاي چين و ژاپن در آن قرار داشت. به خاطر مسائل اقتصادي و سياسي ورود پرسلان ها از چين و ژاپن، اروپايي ها بر آن شدند که بودجه ي تحقيقاتي براي توليد داخلي پرسلان تصويب کنند. با همکاري گروهي از محققين مانند Ehrenfried walther و Johann Friedrich Bottger يک فرمول براي توليد پرسلان در اروپا ابداع شد. اين پرسلان ابتدايي که از مرمر سفيد ساخته مي شد. امروزه با نام Bottger porcelain معروفند. سرانجام، فرمولاسيون پرسلان واقعي پيدا شد اين فرمولاسيون امروزه نيز استفاده مي شود و پرسلان هاي ساخته شده از آن به نام پرسلان هاي سخت (hard-paste porcelain) معروفند. اين پرسلان ها مخلوطي از کائولن و يک سنگ پرسلاني فلدسپاتيک هستند. در دهه ي دوم قرن 18 اُم، هزار سال پس از آنکه پرسلان ها اولين بدنه ي پرسلاني سفيد، نازک و ترانسپارنت را ساختند، اروپايي ها اولين کارخانه ي توليد پرسلان هاي واقعي را در ميسن آلمان (Meisen - Germany) افتتاح کردند. پرسلان توليد توسط اين کارخانه به طلاي سفيد (white gold) معروف است.
عصر پرسلان در اروپا در قرن هجدهم با ديدار پادشاهان، ملکه ها و نمايندگان از کارخانه ي توليد پرسلان در آلمان شروع شد. که حس وطن خواهي، موجب افزايش تقاضاي خريد از اين کارخانه را به همراه داشت. اگرچه اگوستوس استرانگ با اعمال تدابيري توانست راز ساختن پرسلان را مدتي مخفي کند. ولي با ازدواج دختر بزرگ آگوستوس با پادشاه ناپولي (بخشي از ايتالياي کنوني) يک کارخانه ي توليد پرسلان در سال 1743 در ناپولي ساخته شد که بعدها صنعت پرسلان در کل اروپا گسترش يافت. اين گسترش به حدي است که امروزه روش هاي توليد علمي پرسلان بر طبق روش هاي اروپايي تعريف مي گردد.

انواع پرسلان ها

1) پرسلان هاي سخت (hard-paste porcelain)

اين پرسلان ها محصول کارخانه ي ميسن (Meissen Factory) بودند. در واقع کارخانه ي ميسن در ابتداي قرن 18 اُم از اين پرسلان ها توليد مي کرد. اين پرسلان ها داراي فرمولاسيون زير هستند. در واقع در اين پرسلان ها از کائولن، کوارتز و سنگ مرمر سفيد استفاده مي شود. خمير توليدي از مواد اوليه در دماي حدود 1350 درجه ي سانتيگراد پخت مي شود و حاصل اين کار توليد پرسلاني است که سختي و استحکام بالايي دارد. بعدها ترکيب پرسلان هاي سخت توليدي در شرکت ميسن تغيير کرد و سنگ مرمر سفيد با فلدسپات جايگزين شد. فلدسپات هاي موادي گداز آورند و موجب کاهش دماي پخت مي شوند. از اين رو اين جايگزيني موجب کاهش دماي مورد نياز پخت مي شود. کائولن، فلوسپار، کوارتز (و يا ديگر فرم هاي سيليس) اجزاي اصلي اين پرسلان هاي سخت توليد در اروپا به شمار مي رود.

2) پرسلان هاي نرم (soft paste porcelain)

اطلاعات تاريخي مربوط به اين پرسلان ها به دوره اي باز مي گردد که کوزه گران اروپايي در پي پيداکردن راه کاري براي توليد پرسلاني شبيه به پرسلان هاي توليدي در شرق بودند.
آنها با مخلوط کردن و آسياب کردن خاک چيني (chinaclay)، شيشه يا خمير شيشه (Frit)، تالک و آهک موفق به توليد پرسلان نرم شدند. البته اين پرسلان امروزه داراي اجزاي ديگري نيز هست به خاطر نداشتن استحکام مناسب و دفرمه شدن قطعات پرسلاني توليد اين فرمولاسيون و همچنين تغيير شکل آنها در کوره، توليد پرسلان ها با اين فرمول صرفه ي اقتصادي نداشت.
فرمول پرسلانهاي نرم بعدها اصلاح شد و اين فرمول جديد بر پايه ي کائولن، کوارتز، فلوسپات، نفلين سيانين و ديگر سنگ هاي فلوسپاتيک پايه گذاري شد. اين فرمول از لحاظ مباحث فني فوق العاده بود و استفاده از آن رونق گرفت.

3) پرسلان هاي استخواني (Bone china porcelain)

اين پرسلان ابتدا در کشور انگلستان توليد شد. در واقع توليد اين پرسلان به خاطر مسائل رقابتي با پرسلان هاي وارداتي به کشور انگلستان بود ولي بعدها اين چيني به طور گسترده در تمام جهان توليد شد.
انگليسي ها با مخلوط کردن خاکستر استخوان حيوانات با خاک رس، فلوسپار و کوارتز پرسلان هاي استخواني را توليد کردند. اگرچه دماي پخت پرسلان هاي استخواني از دماي پخت پرسلان هاي واقعي کمتر است ولي خاکستر استخوان باعث مي شود اين پرسلان پشت نمايي خوبي داشته باشد. به دليل آنکه پرسلان هاي استخواني نسبت به پرسلان هاي واقعي آسان تر توليد مي شوند. و مقاومت آنها در مقابل لب پرشدن بيشتر است. و همچنين اين پرسلان ها محکم ترند، اين نوع پرسلان متداولترين نوع پرسلان مصرفي در ايالات متحده ي آمريکا و انگليس است. البته مصرف کنندگان اروپايي بيشتر علاقه مند به استفاده از پرسلان هاي واقعي اند.

مواد خام

مواد اوليه اصلي براي تهيه ي پرسلان ها خاک هاي رسي، فلدسپار يا فلينت و سيليس هستند. همه ي اين اجزا در ابعاد بسيار ريز هستند. براي توليد انواع مختلف پرسلان، استاد کاران اين رشته مواد خام را با هم مخلوط مي کنند تا خواص متنوعي بدست آورند. در واقع خواص حاصله به دو نوع تقسيم مي شود. يکي خواصي که موجب بدست آمدن يک بيسکويت (بدنه خام) مناسب شود و ديگري خواصي که باعث بدست آمدن يک بدنه ي مناسب پس از پخت مي شود.
اگر چه ترکيب خاک هاي رسي با توجه به مکان استخراجشان متنوع است، براي توليد پرسلان، مواد اوليه ي خام مانند خاک رس، فلدسپار و سيليس ابتدا خردايش مي يابند. آسياب ها و سنگ شکن هاي مورد استفاده در اين صنعت عبارتند از:
1) سنگ شکن هاي فکي (Jaw crushers)
2) آسياب هاي چکشي (hammer mills)
3) آسياب هاي گلوله اي (ball mills)
پس از آنکه مواد خردايش و اندازه ي دانه هاي آنها به يک سايز مشخص رسيد، مخلوط مواد اوليه به يکي از چهار فرآيند شکل دهي زير فرستاده مي شود:
1) شکل دهي پلاستيک نرم (Soft plastic forming)
2) شکل دهي پلاستيک سخت (Stiff plastic forming)
3) شکل دهي بوسيله ي پرس (Pressing)
4) ريخته گري دوغابي (Casting)
انتخاب روش شکل دهي به نوع محصول توليد بستگي دارد. پس از شکل دهي، قطعه وارد مرحله ي پخت بيسکويت مي شود. در مرحله ي پخت بيسکويت قطعه زينترينگ کامل نمي شود تنها به حالتي در مي آيد که بتوان بر روي آن لعاب اعمال کنيم. پرسلان ها ترکيبي از شيشه ي با تخلخل پايين و خاک رس هستند. در واقع اين ترکيب اين خاصيت را ايجاد مي کند که پرسلان بتواند در شرايط پخت دفرمه نشود. همچنين استفاده از رس اين فايده را دارد که شکل دهي نمونه آسان مي شود. خاک هاي رسي اصلي که براي توليد پرسلان استفاده مي شوند عبارتند از خاک چيني و بال کِلي. اين خاک ها اکثراً از کائولينيت) يک آلومينوسيليکات هيدراته) تشکيل شده اند.
فلدسپار و فيلينت مورد استفاده در بدنه ها و مخلوط هاي پرسلاني به عنوان فلاکس عمل مي کنند. (فلدسپار يک مينرال است که عمدتاً از آلومينوسيليکات درست شده است) (فلينت يک نوع کوارتز است که بسيار سخت است). فلاکس ها باعث کاهش دماي تشکيل فاز شيشه اي مايع مي شوند. در واقع فلاکس ها دماي ذوب فاز شيشه اي را به بين 1000 تا 1300 درجه سلسيوس کاهش داده و باعث مي شوند تا فاز شيشه اي مايع تشکيل گردد و دانه هاي جامد بدنه را به يکديگر بچسباند.
سيليس ترکيبي از اکسيژن و سيلسيم است. اکسيژن و سيليس دو عنصر فراوان پوسته ي زمين محسوب مي شوند. شيشه (سيليس) به حالت هاي مختلف در طبيعت يافت مي شود. مثلاً کوارتز نوعي سيليس است که داراي ساختار کريستالي است. سيليس آمورف که حالتي اپک دارد در عرف با نام شيشه شناخته مي شود. حالت ناخالص سيليس سنگ ريزه هاي ماسه اي است که در سطح زمين پراکنده اند. سيليکا (سيليس) معمولي ترين پر کننده اي است که در بدنه هاي سراميک از آن استفاده مي شود. اين ماده باعث ايجاد سهولت در شکل دهي و پخت قطعه مي گردد. و همچنين خواص قطعه ي توليدي را نيز بهبود مي دهد.
پرسلان ها همچنين داراي مقادير آلومينا و تالک نيز مي باشند. آلومينا ترکيبي از اکسيژن و آلومينيوم است.

روش هاي توليد پرسلان ها

همانگونه که گفتيم اروپاييان کساني هستند که 1000 سال پس از چينيان اولين کارخانه ي توليد پرسلان ها را تأسيس کردند. در اين بخش قصد داريم به معرفي دو روش توليدي پرسلان بپردازيم. در واقع روش هاي مورد بحث ما دو نوع اند. که آنها عبارتند از :
1) روش توليد پرسلان ها به شيوه ي آلماني
2) روش توليد پرسلان هابه شيوه ي انگليسي
انتخاب نوع روش توليدي پرسلان به عوامل مختلفي بستگي دارد. و با توجه به عوامل زير تعيين مي گردد:
1) کيفيت مد نظر ما
2) کيفيت و خلوص مواد اوليه
3) آب مصرفي در فرآيند توليد
4) صرفه اقتصادي
5) و...

روش توليد پرسلان به شيوه ي آلماني

در اين روش سيليس و فلدسپار با ده درصد کائولن به داخل بال ميل ريخته مي شود و به طور کامل سايش مي يابد. روش سايش در اين روش به صورت ترساب مي باشد پس از خردايش کامل دوغاب تخليه مي شود. و باقيمانده ي کائولن مورد نياز نيز به دوغاب اضافه مي گردد. براي اينکه رشته هاي کائولن باز گردد، دوغاب در داخل هم زن هاي هشت وجهي هم زده مي شود. تعداد دور اين همزن ها 200 تا 300 دور بر دقيقه است. پس از حل شدن کامل کائولن در دوغاب مرحله ي گذر از الک شروع مي شود. در اين مرحله دوغاب از الک هاي مش 140 يا 170 عبور مي کنند تا ذرات با اندازه ي درشت جداسازي گردد.
علاوه بر سيستم الک از سيستم فيلتر مغناطيسي نيز براي جداسازي آهن فلزي از دوغاب استفاده مي شود. دوغاب گذشته از سيستم الک و فيلتر مغناطيسي به داخل مخازن ذخيره سازي فرستاده مي شوند. اين مخازن مجهز به سيستم همزن با دور بسيار پايين (در حدود 12 دور بر دقيقه) هستند. علت استفاده از اين همزن ها جلوگيري از رسوب کردن دوغاب است. دوغاب حاصله در مرحله ي بعد به داخل فيلتر پرس فرستاده مي شود در فيلترپرس آب دوغاب گرفته مي شود حاصل اين کار توليد شدن يک گل نسبتاً فشرده است که به نام گل فيلترپرس معروف است.

بعد از عمليات فيلترپرس عمليات اکستروژن مي باشد در اين عمليات گل فيلترپرس در دستگاه اکسترودر وارد مي شود. اين دستگاه که شبيه به دستگاه چرخ گوشت است، گل را به صورت استوانه هايي متراکم در مي آورد. علت استفاده از اکسترودر عبارت است از:
1) اين عمل باعث ورز دادن گل مي شود که هر چه گل بيشتر ورز داده شود، پلاستيته اش بيشتر مي شود.
2) خروج حباب هاي هواي باقي مانده در گل
3) از بين رفتن تنش هاي بوجود آمده در گل (شکل 1 و 2)

 

گل بوجود آمده پس از عبور از دستگاه اکسترودر به صورت استوانه اي است که اين گل هموژن به دو صورت مصرف مي شود. که اين دو روش عبارتند از:
1) شکل دهي پلاستيک
2) ريخته گري دوغابي
در روش شکل دهي پلاستيک قطعات بزرگ استوانه اي به قطعات کوچکتر بريده مي شوند و در دستگاه جيگرنيگ و جولي شکل دهي مي شوند. براي مثال اکثر ظروف چيني مانند بشقاب و کاسه به اين روش توليد مي شوند.
در روش ريخته گري دوغابي گل بدست آمده در مرحله ي قبل بوسيله ي هم زن هاي بسيار قوي به صورت دوغاب درمي آيد. پس از تنظيم خواص اساسي دوغاب بدست آمده مانند ويسکوزيته، دانسيته و... دوغاب به بخش ريخته گري دوغابي فرستاده مي شود.
پس از شکل گيري، نمونه ها به داخل بخش پخت مقدماتي بيسکويت مي روند لعاب مي خورد و پخت کامل مي شود. البته اين شماتيک کلي است و برخي از بخش ها بيان نشده است. مثلاً بخش هاي روتوش و مونتاژ به خاطر مشترک بودن در دو روش بيان نشده است.

روش توليد پرسلان به شيوه ي انگليسي

تفاوت عمده اين روش با روش آلماني اين است که دوغاب در همان ابتدا ساخته مي شود و فرآيند هم زدن همان ابتدا صورت مي گيرد و مرحله ي فيلترپرس نيز حذف شده است.
در واقع در اين روش فلدسپار و سيليس به همراه ده درصد کائولن، روانساز و آب به داخل با اميل شارژ مي شود. و پس از سايش مناسب، کائولن باقيمانده به دوغاب اضافه مي شود. در اين روش نيز از همزن هاي سرعت بالا استفاده مي شود تا کائولن به آساني باز شود. پس از عبور دوغاب از سيستم الک و فيلتر مغناطيسي، دوغاب به بخش مخزن انتقال داده مي شود اين مخزن نيز به سيستم همزن با دور پايين مجهز است. دوغاب ذخيره شده بررسي مي گردد و خصوصياتش تعيين مي گردد و به بخش ريخته گري دوغابي منتقل مي گردد. در روش انگليسي شکل دهي فقط از طريق ريخته گري دوغابي صورت مي گيرد. و شکل دهي پلاستيک (فيلترپرس و اکسترودر) حذف مي گردد. مزيت اين روش هزينه ي کمتر است زيرا بخش هاي فيلترپرس و اکسترودر بخش هايي هزينه بر و وقت گيرند.
روش انگليسي زماني مطرح مي شود که مواد اوليه مورد استفاده مشکلي براي ساخت دوغاب پايدار ايجاد نکنند البته اين روش ضايعات زيادي دارد. که اين ضايعات را معمولاً بازيافت مي کنند. و تقريباً 20 درصد از دوغاب موجود در مخزن اصلي از دوغاب هاي بازيافتي از ضايعات است.

مسائل تأثيرگذار بر خواص دوغاب

توليد دوغاب يکي از مراحل مهم در ريخته گري دوغابي است. يک دوغاب نامناسب ممکن است پروسه ي توليد را مختل کند. از اين رو پس از توليد دوغاب بايد برخي از خواص آن بررسي و تنظيم گردد. مثلا ويسکوزيته و وزن ليتر دوغاب بايد معين باشد. ويسکوزيته ي مناسب براي مواد سراميکي معمولاً با زمان عبور تعريف مي شود اين زمان براي بدنه هاي چيني صد تا صدوبيست ثانيه و براي چيني آلات بهداشتي 90 ثانيه مي باشد.

روش هاي اندازه گيري ويسکوزيته:

1) ويسکوزيمتر ريزشي
در اين روش زمان ريزش دوغاب از يک ظرف محاسبه مي گردد. در اين ظرف دوغاب از سوراخ ته ظرف خارج مي گردد.
2) ويسکوزيمتر چرخشي
در اين روش مقدار مقاومت سيال در برابر حرکت چرخشي يک آونگ در داخل آن، محاسبه مي گردد. يکي ديگر از عوامل مؤثر در ريخته گري دوغابي وزن ليتر دوغاب است. در واقع وزن ليتر دوغاب نشان دهنده ي نسبت جامد به آب است. هر چه مقدار جامد نسبت به آب بيشتر باشد وزن ليتر دوغاب نيز بيشتر مي شود. وزن ليتر دوغاب در واقع وزن يک ليتر دوغاب است. وزن ليتر مطلوب براي چيني آلات بهداشتي 1800-1750 گرم بر ليتر و براي چيني آلات مظروف 1700-1650 گرم بر ليتر است.
بايد خواص دوغاب به گونه اي ثابت شود که دوغاب با داشتن وزن ليتر بالا داري ويسکوزيته ي پايين نيز باشد. که براي اين کار از مواد افزودني مانند پراکنده سازها و روانسازها استفاده مي کنيم.
تيکسوتروپي يکي ديگر از مسائلي است که در مورد دوغاب مطرح مي شود. تيکسوتروپي افزايش ويسکوزيته دوغاب با گذشت زمان است. در واقع دوغاب بايد زمان تيکس شدن مشخصي داشته باشد. اگر اين زمان کم باشد دوغاب بدون پر کردن زواياي قالب خود را مي گيرد. و شکل حاصله بدرستي تشکيل نمي شود.

عوامل مؤثر بر تيکسوتروپي

1) نوع ماده اي اوليه: برخي از مواد اوليه تيکسوتروپي را افزايش مي دهند. مثلاً بالکلي و نبتونيت.
2) نسبت آب به جامد: هر چه اين نسبت بيشتر باشد تيکسوتروپي زيادتر مي شود.
3) نسبت مواد پلاستيکي: هر چه ميزان مواد پلاستيک بيشتر باشد تيکسوپروپي بيشتر مي شود.
4) اندازه ذرات: هر چه اندازه ذرات ريزتر باشند تيکسوتروپي بيشتر است مثلاً بالکلي از کائولين ريزتر است لذا بالکلي تأثير بيشتري بر تيکسوتروپي دارد.

لعاب در پرسلان ها

همانگونه که گفته شد بدنه هاي پرسلاني به دو صورت مصرف مي شوند گروهي لعاب مي خورند و گروهي بدون اعمال لعاب مصرف مي شوند. بدنه هايي که لعاب مي خورند بايد يک ويژگي داشته باشند و آن اينست که قبل از لعاب خوردن در دماي حدود 900 درجه پخت بيسکويت شده باشند. اين پخت موجب عدم دفورمگي قطعه در حين لعاب زني مي گردد. و همچنين لعاب چسبندگي مناسبي با سطح قطعه پيدا مي کند. نکته ي ديگر در مورد لعاب زني اين است که قطعاتي که مي خواهيم لعاب بزنيم بايد داراي سطحي تميز باشند و بر روي آنها گرد و غبار تشکيل نشده باشد. در زير روش هاي مختلف اعمال لعاب را مي بينيد:
1) روش غوطه وري
در اين روش قطعه به داخل حمامي از لعاب فرو برده مي شود اين روش داراي دو حالت دستي و مکانيزه است.
2) روش آبشاري
در اين روش لعاب بر روي قطعه پاشيده مي شود
3) روش پاششي
در اين روش که بسيار شبيه به روش آبشاري است لعاب بر روي قطعه اسپري مي شود.
4) استفاده از قلم مو
اين روش براي چيني هاي تزئيني کاربرد دارد. در اين روش لعاب با قلم مو بر روي بدنه اعمال مي شود.

روتوش و مونتاژکاري در پرسلان ها

پرسلان ها معمولاً شکلي پيچيده دارند. قطعات پيچيده ي پرسلاني مخصوصاً چيني آلات را نمي توانيم به صورت يک پارچه توليد کنيم. از اين رو برخي از قطعات پيچيده ي چيني آلات نياز به مونتاژ کاري دارند. مونتاژکاري به چسباندن قطعات کوچکتر براي توليد يک قطعه ي پيچيده بزرگتر گفته مي شود. مثلاً دسته ي فنجان و يا دسته ي قوري را بايد ابتدا به صورت جداگانه توليد و سپس مونتاژ کنيم.
روتوش به تميزکردن سطح ظروف توليد و برداشتن ضايعات مضر گفته مي شود. در واقع در حين عمليات شکل دهي معمولاً ضايعاتي بر روي بدنه باقي مي ماند. که بايد آنها را در طي عمليات روتوش جداسازي نمود.
يکي ديگر از علل روتوش کاري برداشتن لايه ي گچ تشکيل شده بر روي بدنه هاست. به خاطر اينکه بدنه هاي توليدي در بخش شکل دهي بر روي قالب هاي گچي تشکيل مي شوند لذا ممکن است که لايه اي از گچ بر روي قطعات باقي مانده باشد. اين لايه ي گچ پس از پخت بيسکويت مشکلات زيادي براي بدنه به وجود مي آورد.
روتوش و مونتاژ کاري به عنوان يک بخش مهم در هر کاخانه ي توليد بدنه ي سراميک مطرح است. نکاتي که در مورد اين دو بخش بايد به آنها توجه شود عبارتند از:
1) زمان مناسب براي انجام اين کارها پس از فرآيند شکل دهي و رفتن نمونه ها به داخل خشک کن هاي اوليه است.
2) روتوش و مونتاژکاري بايد پس از نقطه ي لدرهارد قطعه انجام شود.
3) رطوبت قطعه بايد پيش از مرحله ي روتوش و مونتاژ کاري يکنواخت و هموژن بشود.
4) در بخش مونتاژکاري بايد قطعات مونتاژ شده رطوبت يکساني داشته باشند.
5) وجود هواي محبوس شده در بخش هاي مختلف مونتاژ شده موجب ايجاد ترک در قطعه مي شود.
6) بخش روتوش و مونتاژ کاري بخش بسيار مهمي است و مي تواند در کيفيت پرسلان توليدي اثري فوق العاده داشته باشد.
7) و...
منابع :
1- Guide to the Porclain Room/Seattle Art Museum
2- www.Madehow.com

آزمون روان سازي-براي يک بدنة سراميکي

آزمون روان سازي

 براي يک بدنة سراميکي

 نوشته: ابوالفضل گروئی

هدف از اين آزمون، رسم نمودار روان سازي دوغاب يک بدنة سراميکي است. براي اين منظور بايد در بچهاي حداقل 200 گرمي (و با خاکهاي خشک) و با درصد ثابت و مشخص آب و حتي الامکان در يک فست ميل (يا وسايل ديگر توليد دوغاب) که خشک باشند، به مدت کافي عمل سايش براي رسيدن به دانه بندي مناسب دوغاب (زبره) صورت پذيرد.

 ◄ فوت و فن 1- به اندازة باري که مي خواهيد آسيا کنيد، گلولة سايا در فست ميل بريزيد. بهتر است نسبتِ بين گلوله هاي بزرگ و کوچک را ثابت نگه داريد؛ مثلاً 60 درصد وزني گلولة بزرگ و 40 درصد وزني گلولة کوچک. براي نمونه، دويست گرم خاک يا فرمول بدنه نياز به دستکم دويست گرم گلولة آلومينائي (آلوبايتي يا سيليسي و غيره) دارد که 120 گرم آن سايز بزرگ و 80 گرم آن سايز کوچک باشد (پيشنهاد).

 ◄ فوت و فن 2- فست ميل را به همراه گلوله هاي آن به طور کامل خشک کنيد. خشک کردن با فشار باد (هواي فشرده) سريع و آسان است و باعث داغ شدن فست ميل نخواهد شد.

 

 

نمونه ای از جارميل و جارميل گردان برای تهيه دوغاب سراميکي.

 

نخستين بارگيري را با بدنة شاهد (مرجع) انجام دهيد. سعي کنيد درصد آب دوغاب در کمترين مقدار خود باشد؛ به طوري که شرايط دوغاب به ويژه براي اندازه گيري ويسکوزيته مناسب باشد. بنابراين، تا زمان سايش و درصد مناسب آب را به صورت تجربي به دست آوريد، ممکن است لازم باشد تا دوغاب به دست آمده از چند بارگيري نخست را به دور بريزيد.

 

مشخصه هاي نوعي براي شروع کار روان سازي «بدنة ديوار» با يک فست ميل يک ليتري اينها هستند: درصد آب برابر با 41 (حدود 130 سي سي آب) و زمان سايش 12 تا 16 دقيقه (که بستگي به زبرة مناسب و سرعت فست ميل گردان دارد).

 

توجه کنيد که بايد دقيقاً مشابه خط توليد رفتار کنيد: همان درصد (از روان ساز و آب) و همان نوع روان ساز که در توليد استفاده مي شود به عنوان مرجع (شاهد) شما تلقي مي شود و فرمولي را که براي روان سازي همين دوغاب به دست مي آوريد، بايد بتواند ويسکوزيته اي برابر يا پائين تر از ويسکوزيتة دوغاب مرجع به دست دهد. براي بدنه هاي کاشي کف يا پرسلاني ممکن است درصد آب لازم کمتر باشد (مثلاً 38 درصد و 120 سي سي آب براي بچ 200 گرمي).

  اندازه گيري ويسکوزيته يا از طريق دستگاههاي ويسکوزيمتر (با حرکت چرخشي) انجام مي پذيرد و يا از فورد-کاپ با قطر نازل 4 يا 8 ميلي متري استفاده مي شود. معمولاً دستگاههاي الکترونيکي ويسکوزيته را به صورت مطلق نشان مي دهند (بر اساس واحدهاي پويز يا سانتي پويز) و دستگاههاي دستي بر اساس زمان ريزش حجم مشخصي از دوغاب (معمولاً صد سي سي). براي اين که بتوان مقايسه اي بين زمان ريزش دوغاب و ويسکوزيتة مناسب داشت، ويسکوزيتة ريزشي را به صورت انگلر (Engler, Ế) بيان مي کنند. انگلر حاصل تقسيم زمان ريزش حجم صد سي سي از دوغاب به زمان ريزش همين حجم از سيال ديگر (مانند آب) است.

 

 

 

 

وقتي درصد آب و زمان سايشِ مناسب تعيين شد، منحني روان سازي را رسم مي کنيم.

 

متاسيليکات سديم غليظ (به شکل محلول آبي) را خيلي از شرکتهاي سازنده به صورت آماده به شرکتهاي مصرف کننده ارسال مي کنند. بايد در همان ظرفي که آب را توزين مي کنيد، با استفاده از يک وسيلة مناسب که بتوانيد سيليکات سديم را به صورت قطره اي به ظرف آب اضافه کنيد (مثلاً يک ميخ بزرگ)، مقدار مشخصي از آن را بيفزائيد. يک منحني نوعي مي تواند با گامهاي 15/0 درصدي که از 65/0 درصد آغاز شود، ترسيم گردد (مثلاً 65/0، 80/0، 95/0 درصد؛ بالاتر يا کمتر). اين درصد بر مبناي خاک خشک است. مثلاً 95/0 درصد سيليکات سديم در يک بچ 200 گرمي 90/1 گرم خواهد بود. اندکي خطاي توزين به دلي ماهيت قطره اي ريخته شدن روان ساز به داخل ظرفِ آب وجود خواهد داشت که بايد سعي شود به حداقل برسد.

 

 

 

 

 

برگرفته از سايت http://www.ceramicindustry.com

 

اگر در درصد مصرفِ بالاتر روان ساز، ويسکوزيتة دوغاب افزايش نشان داد، بايد درصد را کم کنيد. به هر حال، به گونه اي بايد درصدها را تنظيم کرد که يک منحني با مينيمم نسبي (که نقطة اُپتيمم يا بهينة درصد روان ساز را نشان مي دهد) رسم گردد (مانند شکل بالا).

اثر میزان زبره دوغاب بدنه بر خواص پخت کاشی کف

در این پژوهش مختصر سعی شد تا اثر اندازه ذرات دوغاب بر خواص پخت بدنه های کف مورد بررسی قرار گیرد. زبره (residue) عبارت است از درصد جامد مانده روی الک نسبت به وزن خشک. هر چه مقدار زبره کمتر باشد، نشان دهنده ریزتر بودن اندازه ذرات دوغاب است.

فرمولاسیونی از بدنه کف با چهار نوع ماده اولیه (فلداسپار، رس، بنتونیت و کائولن) مطابق جدول 1 طراحی شد.

 

Kaolin	Bentonite	Clay-3	Clay-2	Clay-1	Feldspar	Code
10	12	15	19	19	25	%wt

 

دو بچ (batch) از فرمولاسیون بالا به مدت 13 و 23 دقیقه در فست میل (آسیای سریع آزمایشگاهی) با حدود 39 درصد آب سایش داده شدند. زبره ها به ترتیب 95/7 و 04/1 درصد بودند. سپس دوغاب بدنه در خشک کن خشک گردید و در هاون با 6 درصد رطوبت به صورت گرانول درآمد. شکل دهی بدنه ها با استفاده از پرس آزمایشگاهی در فشارهای اولیه و نهائی 50 و 300 bar انجام شد. بدنه ها با ابعاد 5 در 100 در 50 میلیمتر به صورت تک محوری شکل دهی و در خشک کن آزمایشگاهی به طور کامل خشک شدند. بدنه ها پس از اندازه گیریهای خواص حالت خام و خشک در کوره رولری پخت سریع در دمای 1148 و سیکل 68 دقیقه پخت داده شدند و خواص پخت آنها بررسی گردید. خواص بدنه های بررسی شده در جدول 2 نشان داده شده است.

 

23	13	Milling time (min.)
1.04	7.95	Residue over 63 microns sieve (%)
0.63	0.62	Expansion after pressing (%)
58.8	53.9	Dried strength (Kg/cm^2)
6.96	5.83	Fired shrinkage (%)
414.1	322.7	Fired strength (Kg/cm^2)
3.46	5.37	Water absorption (%)

 

همان طور که از جدول 2 دیده می شود، بیشترین تاثیر کاهش زبره بر انقباض پخت، جذب آب و استحکام پخت بدنه هاست.

* نتیجه گیری و بحث

با ریزتر شدن اندازه ذرات، سطح ویژه پودر افزایش می یابد و در نتیجه نیروی محرکه بیشتری جهت پیشرفت فرآیند زینترینگ بدنه ها فراهم می گردد. پودرهای با سطح ویژه بالا تمایل زیادی دارند تا انرژی سطحی خود را با تشکیل نقاط تماس ذره به ذره (و دانه به دانه) و در نتیجه کاهش مرزدانه ها و کاهش سطح ویژه کم کنند. بدنه های با ذرات ریزتر در دمای پائین تری فاز خمیری تشکیل می دهند و میزان فاز مذاب آنها در دمای نهائی پخت بیشتر از بدنه های با زبره بالاست. مذاب تشکیل شده، ذرات را به یکدیگر اتصال می دهد و پیوستگی ذره به ذره را بهبود می بخشد. با پیشرفت فرآیند زینترینگ، تخلخلها به تدریج پر می شوند. وقتی مذاب بیشتری در سیستم حضور داشته باشد، حذف تخلخلها و دستیابی به تراکم نهائی در طول مدت پخت با سهولت بیشتری انجام می شود.

 

 

              تصویر بالا از سایت ESRF گرفته شده و مربوط به زینترینگ پودرهای فلزی است.

 

 

با توجه به موارد ذکر شده، پس از پخت بدنه ها اتصال ذره به ذره در بدنه های با توزیع اندازه ذره ریزتر بهتر از بدنه های درشت دانه است و باعث افزایش استحکام پخت می شود. از سوی دیگر، به دلیل بالاتر بودن میزان فاز مذاب حاضر در بدنه های ریزدانه پر شدن تخلخلها توسط فاز مذاب در دمای نهائی با سهولت بیشتری انجام می پذیرد و جذب آب کاهش بیشتری می یابد. افزایش میزان انقباض پخت بدنه ها نیز به دلیل وجود نیروی محرکه بیشتر (سطح ویژه بالاتر) و تمایل بیشتر برای کاهش انرژی سطحی در پودرهای ریزدانه تر است.

 

مراجع برای مطالعه بیشتر:

۱- ویکیپدیا

۲- رشد دانه در سرامیکهای باریم - استرانسیم - تیتانات

3- ESRF 

 

 

* توضیح:

1- با خواندن این متن می توانید با دانستن این که جذب آب بدنه های کاشی پرسلانی، کف و دیوار به ترتیب در گستره کمتر از 5/0، کمتر از 6 و بالاتر از 15 درصد هستند، دلیل پائین بودن زبره بدنه های کاشی پرسلانی (کمتر از یک درصد) را نسبت به بدنه های کاشی کف و دیوار (بیشتر از 4 درصد) بیان کنید.

2- متنی را که خواندید، تحقیق اولیه یکی از همکاران جهت آشنائی با مشخصه های اثرگذار بر فرآیند پخت بدنه ها در دومین ماه شروع به کار ایشان بود.

اندازه گيري پرت حرارتي دولوميت و خاکهاي کربناتي - 1

اندازه گيري پرت حرارتي دولوميت و خاکهاي کربناتي - 1

روشي غير مستقيم براي اندازه گيري پرت حرارتي دولوميت و خاکهاي کربناتي

 

بخش نخست – آشنائي با مسأله، تعريف ها و روش تهية نمونه

 دولوميت يک کربنات مضاعـف کلسيم و منيزيـم است و فرمول آن را مي توان به شکل (Ca , Mg)(CO₃)₂ يـا CaCO₃∙MgCO₃ نشان داد. ماده اي غير پـلاستيک است و نمي توان با روشهاي متداول آن را پـرس کرد.

علاوه بر آناليز شيميائي، روش هائي چون اندازه گيري ميزان کربنات با استفاده از اثر اسيد کلريدريک  (HCl)، استفاده از دستگاه کربنات سنج پيزارلي (کلسيمتر يا Pizzarelli) و نيز اندازه گيري ميزان پرت حرارتي (L.O.I) براي تعيين ميزان خلوص اين مادة اوليه استفاده مي شوند. 

 

            

 

         بوتة ديرگداز در پوش دار براي اندازه گيري ميزان پرت حرارتي (L.O.I)

در کارخانه هاي کاشي ديوار معمولاً از دستگاه پيزارلي يا روش پرت حرارتي استفاده مي شود. در روش پرت حرارتي، به بوتة ديرگداز و کوره اي تا دماي دست کم ˚C ۱۰۰۰-۱۱۰۰ نياز است. اگر قرار باشد پرت حرارتي دولوميت از طريق کوره هاي صنعتي اندازه گيري شود، بايد اين مادة اوليه غير شکل پذير را به صورت يک بدنة سراميکي و معمولاً از طريق پرس شکل دهي کرد. استـفاده از چسب هاي آلي مانند CMC و PVA چندان راهگشا نيست؛ چرا که اين ماده از پلاستيسيتة بسيار پائيني برخوردار است و تقريباً فاقد پلاستيسيته مي باشد.

روشي که در زير ارائه مي شود، مي تواند نياز هر کارخانة مواد اوليه يا کاشي سازي را براي اندازه گيري ميزان پرت حرارتي دولوميت برآورده سازد. اساس اين روش، مبتـني بر وجود رابطة خطي در «پرت حرارتي» براي ترکيب مواد اوليه است. اين رابطة خطي را به صورت زير مي توان نشان داد: 

                           

           

 

که در آن X_i کسر جرمي جزء i ام در ترکيب و  (% L.O.I.)_i پرت حرارتي جزء i ام است.

ابتدا مادة پلاستيک مناسبي (بنتونيت يا رس) را در نسبت هاي 10-90، 15-85 يا 20-80 به دولوميت بـيفزائيد. هم مادة پلاستيک و هم دولوميت بايد کاملاً خشک شده باشند. هر چه نسبت بنتونيت در اين ترکيب بالاتر باشد، دقت و حساسيت آزمايش بالاتر خواهد بود. معمولاً نسبت 15 رس + 85 دولوميت جوابگو خواهد بود.

بسته به سختي و درشت دانه بودن مواد اوليه، زمان سايش مناسب و ميزان آب لازم براي تهية دوغابي با ويسکوزيتة مناسب را در آسياي آزمايشگاهي (فست ميل) انتخاب کنيد. دوغاب به دست آمده را پس از خشک کردن با 5 تا 6 درصد رطوبت و با استفاده از الک آزمايشگاهي (براي نمونه، 18 مش) در هاون چيني گرانول کنيد.

مقدار بچ مواد اوليه بايد به اندازه اي باشد که دست کم دو نمونه براي شکلدهي (پرس) به دست آيد. يک نمونه از بنتونيت يا رس را نيز به صورت تک خاک (100 درصد) شکلدهي کنيد

طراحی فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی

در طراحی فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی باید عوامل متعددی را در نظر داشت:
1- استحکام خام: طبق اظهار مهندسان و تکنسینهای شرکت SACMI بالاتر از ۶Kg/cm2 باشد.
2- استحکام خشک: طبق اظهار مهندسان و تکنسینهای شرکت SACMI بالاتر از ۳۰Kg/cm2 باشد. برای این منظور:
الف) حتی الامکان از بنتونیتها نباید استفاده شود یا درصد آن باید به زیر 5 درصد (منظور بنتونیت خالص) کاهش داده شود. بنتونیتها این معایب را در بدنه کاشی پرسلانی به وجود می آورند:
الف-1- میزان انقباض در هنگام خشک شدن و در نتیجه احتمال ترک خوردن بدنه را افزایش میدهند.
الف-2- بنتونیتها نفوذپذیری بدنه در مقابل نمکهای محلول (soluble salts) را کاهش میدهند. اعمال نمکهای محلول یکی از روشهای جالب دکوراسیون و ایجاد طرح در بدنه های پرسلانی است و در پستهای آتی به آن اشاره خواهد شد.
الف-3- به دلیل حضور اکسیدهای رنگی کننده مانند Fe2O3 باعث تیره شدن رنگ بدنه میشوند.
ب) از رسهای پلاستیک با پایه میکا و مسکویت استفاده شود (به کائولنهای اسمی ایرانی در پاراگرافهای بعدی مراجعه نمائید).
پ) میزان استفاده از مواد پلاستیک را به مقداری که مقادیر حدی استحکامهای خام و خشک تامین شوند، کاهش دهید (به اضافه 20-10 درصد برای اطمینان بیشتر به خصوص در مورد استحکام خشک؛ یعنی به جای حدهای 6-30 به 6/6-33 یا 6/6-36 برسید). شایان ذکر است که بالا بردن استحکام خام «معمولا» دشوارتر از افزایش استحکام خشک است.
 * تذکر: با توجه به تجربیات به دست آمده در طراحی فرمولهای بدنه کاشی پرسلانی، مقادیر بیشتر از 5 و بیشتر از ۲۵Kg/cm2 نیز (به ترتیب برای استحکام خام و استحکام خشک بدنه) میتوانند مورد قبول باشند. هر چند که بهتر است برای بدنه های پرسلان لعابدار و برای تحمل چاپهای متعدد اعمال شده بر آن، همان گستره بالاتر از ۳۰Kg/cm2 در نظر گرفته شود.
 3- انبساط پس از پرس: برای جلوگیری از بروز یا تشدید عیوبی مانند لب پریدگی و کنده شدن لبه ها و گوشه های کاشی، بهتر است علاوه بر بالابردن استحکام خام بدنه (که در این مورد بسیار کارساز است) با انتخاب مواد اولیه مناسب از بالا رفتن بیش از اندازه درصد انبساط پس از پرس ممانعت کرد. کائولنهای با درصد بالای کوارتز و بعضی از فلداسپاتها درصد انبساط پس از پرس را افزایش میدهند.
عامل اصلی به وجود آورنده انبساط پس از پرس، فشار هوای حبس شده بین گرانولهاست. در مرحله اول پرس، خروج کامل هوای موجود در لابلای گرانولها ممکن نیست و این هوا به مانند گرانولها تحت فشار قرار گرفته و فشرده میشود (مشابه هوای فشرده شده در کمپرسورها). با برداشته شدن فشار، این هوای فشرده شده سعی دارد تا از داخل بدنه فرار کند. در هنگام خروج، اگر مقاومت قطعه خام شکل گرفته کمتر از نیروی هوای خروجی باشد، قطعه ترک خواهد خورد یا متلاشی خواهد شد. اگر قطعه خام این نیرو را تاب بیاورد، ابعادی بزرگتر از ابعاد قالب پرس خواهد داشت که از آن به انبساط پس از پرس تعبیر میشود.
از دید بیشتر مهندسان، انبساط پس از پرس پائین معیاری از چسبندگی خوب ذرات به یکدیگر است. در هر صورت بهتر است این مشخصه به هیچ وجه از 8/0 درصد بیشتر نشود (حد متداول 7/0-55/0 درصد است).
4- جذب آب: در بدنه های کاشی پرسلانی لعابدار کمتر از 5/0 درصد و در بدنه های پرسلان تکنیکال و نمک محلول دو بازه کمتر از 3/0 درصد و یا کمتر از 1/0 درصد متداولند. بدیهی است که برای رسیدن به مقادیر کمتر جذب آب یا باید درصد فلداسپاتها را در فرمولاسیون بدنه افزایش داد، یا از فلداسپاتهای مرغوبتر (با درصدهای بالاتر اکسیدهای قلیائی Na2O و K2O) استفاده کرد یا دمای پخت را افزایش داد.
طبق مقاله ها و نوشته های منتشر شده از سوی شرکت SACMI، در صورتی که مقدار اکسیدهای MgO و CaO زیاد نباشد، بهتر است مقادیر Na2O و K2O به ترتیب 5/4 و 7/1 درصد (با نسبت Na2O به K2O برابر با 65/2) باشند. در واقع، با توجه به خاکهای ایرانی میتوان با نسبتهای 00/1 تا 00/2 (بیشتر 6/1-2/1) نیز به مقصود رسید.
شایان ذکر است که مقادیر Na2O و K2O را باید از تمام خاکها و مواد اولیه مصرفی محاسبه و جمع کرد نه فقط از فداسپاتها.
اولین قدمها در طراحی یک بدنه پرسلانی خوب، به دست آوردن مجموع کافی Na2O+K2O و نسبت بهینه Na2O به K2O با توجه به دیگر اکسیدهای موجود در ترکیب بدنه است. معمولا درصد بالای فلداسپات ترجیح داده میشود اما باید توجه داشت که هر چند بالا بردن میزان فلداسپاتها میتواند مزایائی چون کاهش دمای پخت بدنه، رسیدن به جذب آب نزدیک به صفر، بهبود درجه صیقلی بودن سطح پس از پولیش (بالا رفتن میزان جلا) و بهبود توسعه رنگ در بدنه های کاشی پرسلانی رنگی در هنگام پخت را به همراه داشته باشد اما باعث افزایش تردی بدنه، کاهش ثبات ابعادی در هنگام پخت، کاهش بازه دمائی پخت در کوره، کاهش مقاومت در برابر عوامل شیمیائی (به خصوص اسیدها) و کاهش استحکام پخت (در صورت استفاده بیش از حد از فلداسپات) خواهد شد.
مفید خواهد بود که نگاه یا مروری دوباره بر مبحث یوتکتیک (Eutectic) داشته باشید.
- استحکام پخت: استاندارد مقدار بیشتر از ۲۲۵Kg/cm2  را تعریف کرده است اما در مقیاس صنعتی، مقادیر بالای 350 تا حدود ۶۰۰Kg/cm2 نیز دیده می شوند. برای داشتن مقدار بالای استحکام پخت، باید مقدار مناسبی از کائولن (و فلداسپار برای تراکم بیشتر در هنگام پخت) در بدنه استفاده کرد. درصد کائولنهای «اسمی» ایرانی در در فرمول بدنه تا 40 درصد نیز می تواند باشد؛ اما مقدار واقعی کانی «کائولینیت» بهتر است از 20 درصد بـیشتر نباشد.

 

کائولن های ایرانی مخلوطی از کوارتز، کائولینیت، کانیهای میکائی و غیره هستند و میتوان از لفظ کائولن اسمی در مورد آنها استـفاده کرد. در بعضی موارد، این «کائولن»ها استحکام خشکی تا ۵۰Kg/cm2  نیز دارند که می دانیم کانی کائولینیت نمی تواند این مقدار پلاستیسیته را از خود نشان دهد.

حضور مقادیر بیش از حد کائولن در فرمول بدنه مشکلاتی را مانند:

5-1- بالا رفتن میزان جذب آب؛

5-2- افزایش تردی بدنه به دلیل حضور مقدار بالای فاز بلوری مولایت که خود مسائلی از قبیل:

5-2-1- مستعد شدن برای کندگی ناحیه ای و لب پریدگی در هنگام پولیش محصولات بدون لعاب و

5-2-2- افزایش بیش از حد سختی سطح که باعث بالا رفتن میزان مصرف لقمه های سایای پولیش و افزایش فشار وارد بر آنها می شود و مصرف انرژی زیاد و استهلاک تسمه belt متحرک در خط پولیش را نیز به دنبال دارد.

5-3- در صورت بالا بودن بیش از اندازه مقدار کائولینیت فرمول بدنه و بالا رفتن مقدار فاز مولایت در هنگام پخت، در هم قفل شدگی (inter locking) بلورهای سوزنی مولایت میتواند موجب تشکیل ریز ترک های واقعی در مرز دانه ها شود. این خود باعث کاهش استحکام پخت بدنه خواهد شد.

 

بلورهای سوزنی مولایت در نمونه کائولن حرارت داده شده در˚۱۲۴۰C.

* تذکر: برای درک بهتر این پدیده میتوان فرمولی با درصد بالای کائولن را از دماهای نسبتا پائین (برای نمونه از 1180 تا 1220 یا ˚۱۲۴۰C) در بازه های ˚20C پخت داد و استحکام پخت و سایر خواص پخت آنرا بررسی کرد. شایان ذکر است که کاهش استحکام پخت بدنه ها با افزایش دمای پخت (از حد مجاز آن) نیز دیده می شود و دلیل آن ناپایداری و تجزیه مولایت ثانویه سوزنی شکل است.

5-4- افزایش دمای پخت بدنه به دلیل حضور مقادیر بالای کانی دیرگداز کائولینیت.

به هر حال، نقش مهم کائولن ها در افزایش سفیدی بدنه، استحکام پخت، ثبات ابعادی و کنترل (کاهش) انقباض در حین پخت را نمی توان نادیده گرفت.

6- پرت حرارتی (L.O.I): به صورت درصد کاهش وزن بدنه پخته نسبت به وزن همان بدنه در حالت خشک بعد از پخت آن تعریف می شود. نشان دهنده میزان مواد فرار (آب مولکولی، مواد آلی، کربنات ها، سولفات ها و غیره) در بدنه است. شاید بتوان گفت برای محصولات بدون لعاب تعریف سقـفی برای پرت حرارتی مشکل باشد؛ اما از آنجا که فشار ویژه پرس جهت شکل دهی بدنه بالاست و به همین دلیل نیز فشردگی بدنه خام زیاد است، در صورت بالا بودن مواد فرار در بدنه، سوختن و خروج آنها در هنگام پخت به سختی انجام خواهد شد و احتمال بروز عیب مغز سیاه (black core) به شدت بالا می رود. این عیب را در صورت وجود می توان با شکستن کاشی و با نگاه به مقطع شکست به آسانی دید.

به طور معمول بهتر است درصد پرت حرارتی کمتر از 4 (معمولا 5/3-5/2) باشد. برخی از انواع بالکلی ها به دلیل وجود مواد آلی بسیار در آنها نقش پر رنگی در بروز این عیب در بدنه های کاشی پرسلانی دارند و بهتر است مقدار آنها را تا حد ممکن (بهینه از نظر تأمین خواص مورد نظر) پائین آورد.

* تذکر: میزان استعداد فرمول بدنه در نشان دادن عیب مغز سیاه را می توان با پرس کردن گرانول بدنه تحت فشار ویژه بالا (تا 600Kg/cm2) و در ضخامت زیاد، پخت و سپس شکستن آن بررسی کرد.

7- دانسیته بالک خشک: معـیاری است از میزان تراکم بدنه در هنگام شکل دهی آن. برای اندازه گیری دانسـیـته بالک از روش غوطـه وری در جیـوه استـفاده می شود. برای این مـنـظور، جرم خـشک بـدنه در هوا (m1) و جرم غوطه وری آن وقتی به طور کامل در جیوه فرو رفته است (m2) اندازه گیری می شود. سپس، دانسیته بالک خشک از رابطه

DBULK, Dried = × 13.54  m2 /  m1

به دست می آید که در آن 54/13 دانسیته جیوه (بر حسب gr/cm3) است.

فشارهای پرس استـانـداردی که برای شکـل دهی بدنـه های کاشی پـرسـلانـی به کار میروند، می توانند دانـسیته های بالک خشک در گستره 00/2-95/1 gr/cm3 ایجاد  کنند.

بهترین بدنه های پرسلانی (مانند بدنه های شرکت Toda gres) دارای دانسیته بالک خشک بـیشـتر از9/1 gr/cm3 هستـند و در شرکت های ایرانی این عدد معمولا بیشتر از 8/1 gr/cm3 است.

برای افزایش این مشخصه باید از مواد پلاستیکی نظیر بالکلی ها در میزان مناسب و برای بهبود چسبندگی و سیلان ذرات در حین پرس استفاده کرد. دانسیته بالک خشک بالا می تواند نشان دهنده استحکام خام و خشک (نسبتا) بالا نیز باشد، هر چند عکس آن همیشه صادق نیست

8- دانسیته بالک پخت: در هنگام پخت با پر شدن تخلخلهای مابین ذرات توسط فاز مذاب، دانسیته بدنه افزایش و جذب آب کاهش می یابد. شاید بتوان حد نهائی دانسیته بالک پخت بدنه کاشی پرسلانی را حدود gr/cm3 ۲/۴۰-۲/۴۵  تعریف کرد. در صورتی که بدنه های مورد بررسی، بدنه های زیرکن دار (مانند بدنه های کاشی پرسلانی وایت و سوپروایت – white and super-white porcelain tile bodies) باشند، این مقدار بسته به میزان زیرکن (یا سیلیکات زیرکنیم ZrSiO4) به کار رفته در فرمول بدنه به بیشتر از gr/cm3  ۲/۴۲ نیز میرسد (زیرکن دانسیته تئوری نزدیک به gr/cm3  ۴/۶۷  دارد).
 
در صورتی که نمودار دمای پخت در مقابل دانسیته بالک پخت را رسم کنیم، از دماهای پائین تا گستره دمائی بهینه پخت دانسیته بالک افزایش می یابد. با افزایش بیشتر دمای پخت، افتی را در دانسیته بالک پخت شاهد خواهیم بود.  دلیل آن در بعضی منابع، تجزیه اکسید آهن سه ظرفیتی به اکسیژن و اکسید آهن دو ظرفیتی قید شده است که اکسیژن آزاد شده طبق واکنش زیر باعث ایجاد تخلخلهای بسته در داخل بدنه و کاهش دانسیته بالک پخت می شود.
Fe2O3  → 2FeO + 1/2 O2
 
احتمالا حضور اکسیدهای دیگر در فرمولاسیون بدنه (به عنوان کاتالیزور واکنش) همراه با دمای بالای پخت علت بروز این پدیده هـستـند.
از آن جا که رسیدن به گـستره مطلوب جذب آب از اهداف اولـیه طراحی فرمول بـدنه کاشی پرسلانی محسوب می شود، دانـسیته بالک پـخت مطـلوب نیز تا حد زیـادی برآورده می شود. تـنها مسئـله ای که در اینجا مطرح می گردد کاهش میزان تخلخل های بسته (تخلخل های موجود در داخل بدنه که به سطح آزاد بدنه راه ندارند) است که می توانند با وجود مطلوب بودن جذب آب بدنه، مقادیر مطلوب دانسیته بالک پخت را نشان ندهند. در این حالت، یعنی در صورتی که جذب آب بدنه در گستره مناسب خود قرار داشته باشد اما دانسیته بالک آن پائین تر از حد مطلوب باشد، بیان گر حضور درصد قابل توجه تخلخل های بسته در داخل بدنه است.
بالا بودن میزان تخلخل های بسته دست کم سه مشکل اساسی ایجاد می کند:
8-1- به دلیل کم کردن سطح مقطع تحمل کننده بار، استحکام پخت را کاهش می دهد.
8-2- به هنگام پرداخت (پولیش-polishing) ایجاد سطحی ناصاف می کند و میزان جلای سطح (یا به اصطلاح فنی متداول، لوکس- lux) را کاهش می دهد. در واقع حالتی شبیه به سنگ پا ایجاد می شود که با وجود صاف بودن نسبی سطح، میزان جلا و صیقلی بودن سطح پائین می آید.
8-3- تخلخل های بسته ای که در هنگام عمل پولیش شکسته شده اند، در واقع به تخلخل باز تبدیل می شوند و به عنوان عواملی برای افزایش جذب آب بدنه و کاهش مقاومت در برابر لکه پذیری مطرح می گردند.
 
 واکس اعمال شده بر سطح کاشی پرسلانی پولیش شده در راحتی تمیز شدن سطوح تاثیر بسیار زیادی دارد.
راه های پیشنهاد شده متداول برای کاهش میزان تخلخل های بسته بدنه عبارتند از:
بالا بردن میزان بالکلی تا حد امکان، وارد کردن بیشترین میزان ممکن از فلداسپارها در فرمول بدنه و انتخاب نسبت بهینه فلداسپات های سدیک و پتاسیک، عدم استفاده از مواد اولیه تخلخل زا مانند دولومیت و کربنات ها (که در بعضی از بدنه های پرسلانی و به ویژه وایت و سوپروایت ولو در درصدهای پائین ممکن است مورد استفاده قرار گیرند)، انتخاب فشار ویژه شکل دهی بالا و بهینه و به کار گیری منحنی پخت مناسب در کوره.
* تذکر یک: حداقل میزان جلا و صیقلی بودن سطح پولیش شده کاشی پرسلانی بدون لعاب باید 70 باشد. به عبارت دیگر باید دست کم 70 درصد نور فرودی از دستگاه جلاسنج به سمت آشکارساز آن بازتابیده شود.
* تذکر دو: بدون استفاده از موادی به نام «واکس - wax» و اعمال آنها بر سطح پولیش شده کاشی پرسلانی نمیتوان مقاومت نسبتا کامل در برابر عوامل لکه گذار را انتظار داشت، اما با به حداقل رساندن میزان تخلخلهای بسته میتوان به بالاترین رده مقاومت در برابر عوامل لکه گذار در استاندارد نزدیک شد.
* توجه: استفاده از مطالب این وبلاگ با ذکر کامل منبع مجاز است.

8- دانسیته بالک پخت: در هنگام پخت با پر شدن تخلخلهای مابین ذرات توسط فاز مذاب، دانسیته بدنه افزایش و جذب آب کاهش می یابد. شاید بتوان حد نهائی دانسیته بالک پخت بدنه کاشی پرسلانی را حدود gr/cm3 ۲/۴۰-۲/۴۵  تعریف کرد. در صورتی که بدنه های مورد بررسی، بدنه های زیرکن دار (مانند بدنه های کاشی پرسلانی وایت و سوپروایت – white and super-white porcelain tile bodies) باشند، این مقدار بسته به میزان زیرکن (یا سیلیکات زیرکنیم ZrSiO4) به کار رفته در فرمول بدنه به بیشتر از gr/cm3  ۲/۴۲ نیز میرسد (زیرکن دانسیته تئوری نزدیک به gr/cm3  ۴/۶۷  دارد).

در صورتی که نمودار دمای پخت در مقابل دانسیته بالک پخت را رسم کنیم، از دماهای پائین تا گستره دمائی بهینه پخت دانسیته بالک افزایش می یابد. با افزایش بیشتر دمای پخت، افتی را در دانسیته بالک پخت شاهد خواهیم بود.  دلیل آن در بعضی منابع، تجزیه اکسید آهن سه ظرفیتی به اکسیژن و اکسید آهن دو ظرفیتی قید شده است که اکسیژن آزاد شده طبق واکنش زیر باعث ایجاد تخلخلهای بسته در داخل بدنه و کاهش دانسیته بالک پخت می شود.

Fe2O3  → 2FeO + 1/2 O2

 

احتمالا حضور اکسیدهای دیگر در فرمولاسیون بدنه (به عنوان کاتالیزور واکنش) همراه با دمای بالای پخت علت بروز این پدیده هـستـند.

از آن جا که رسیدن به گـستره مطلوب جذب آب از اهداف اولـیه طراحی فرمول بـدنه کاشی پرسلانی محسوب می شود، دانـسیته بالک پـخت مطـلوب نیز تا حد زیـادی برآورده می شود. تـنها مسئـله ای که در اینجا مطرح می گردد کاهش میزان تخلخل های بسته (تخلخل های موجود در داخل بدنه که به سطح آزاد بدنه راه ندارند) است که می توانند با وجود مطلوب بودن جذب آب بدنه، مقادیر مطلوب دانسیته بالک پخت را نشان ندهند. در این حالت، یعنی در صورتی که جذب آب بدنه در گستره مناسب خود قرار داشته باشد اما دانسیته بالک آن پائین تر از حد مطلوب باشد، بیان گر حضور درصد قابل توجه تخلخل های بسته در داخل بدنه است.

بالا بودن میزان تخلخل های بسته دست کم سه مشکل اساسی ایجاد می کند:

8-1- به دلیل کم کردن سطح مقطع تحمل کننده بار، استحکام پخت را کاهش می دهد.

8-2- به هنگام پرداخت (پولیش-polishing) ایجاد سطحی ناصاف می کند و میزان جلای سطح (یا به اصطلاح فنی متداول، لوکس- lux) را کاهش می دهد. در واقع حالتی شبیه به سنگ پا ایجاد می شود که با وجود صاف بودن نسبی سطح، میزان جلا و صیقلی بودن سطح پائین می آید.

8-3- تخلخل های بسته ای که در هنگام عمل پولیش شکسته شده اند، در واقع به تخلخل باز تبدیل می شوند و به عنوان عواملی برای افزایش جذب آب بدنه و کاهش مقاومت در برابر لکه پذیری مطرح می گردند.

 

 

 واکس اعمال شده بر سطح کاشی پرسلانی پولیش شده در راحتی تمیز شدن سطوح تاثیر بسیار زیادی دارد.

راه های پیشنهاد شده متداول برای کاهش میزان تخلخل های بسته بدنه عبارتند از:

بالا بردن میزان بالکلی تا حد امکان، وارد کردن بیشترین میزان ممکن از فلداسپارها در فرمول بدنه و انتخاب نسبت بهینه فلداسپات های سدیک و پتاسیک، عدم استفاده از مواد اولیه تخلخل زا مانند دولومیت و کربنات ها (که در بعضی از بدنه های پرسلانی و به ویژه وایت و سوپروایت ولو در درصدهای پائین ممکن است مورد استفاده قرار گیرند)، انتخاب فشار ویژه شکل دهی بالا و بهینه و به کار گیری منحنی پخت مناسب در کوره.

* تذکر یک: حداقل میزان جلا و صیقلی بودن سطح پولیش شده کاشی پرسلانی بدون لعاب باید 70 باشد. به عبارت دیگر باید دست کم 70 درصد نور فرودی از دستگاه جلاسنج به سمت آشکارساز آن بازتابیده شود.

* تذکر دو: بدون استفاده از موادی به نام «واکس - wax» و اعمال آنها بر سطح پولیش شده کاشی پرسلانی نمیتوان مقاومت نسبتا کامل در برابر عوامل لکه گذار را انتظار داشت، اما با به حداقل رساندن میزان تخلخلهای بسته میتوان به بالاترین رده مقاومت در برابر عوامل لکه گذار در استاندارد نزدیک شد.

فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی - قسمت نخست

فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی - قسمت نخست
در طراحی فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی باید عوامل متعددی را در نظر داشت:

1- استحکام خام: طبق اظهار مهندسان و تکنسینهای شرکت SACMI بالاتر از ۶Kg/cm2 باشد.

2- استحکام خشک: طبق اظهار مهندسان و تکنسینهای شرکت SACMI بالاتر از ۳۰Kg/cm2 باشد. برای این منظور:

الف) حتی الامکان از بنتونیتها نباید استفاده شود یا درصد آن باید به زیر 5 درصد (منظور بنتونیت خالص) کاهش داده شود. بنتونیتها این معایب را در بدنه کاشی پرسلانی به وجود می آورند:

الف-1- میزان انقباض در هنگام خشک شدن و در نتیجه احتمال ترک خوردن بدنه را افزایش میدهند.

الف-2- بنتونیتها نفوذپذیری بدنه در مقابل نمکهای محلول (soluble salts) را کاهش میدهند. اعمال نمکهای محلول یکی از روشهای جالب دکوراسیون و ایجاد طرح در بدنه های پرسلانی است و در پستهای آتی به آن اشاره خواهد شد.

الف-3- به دلیل حضور اکسیدهای رنگی کننده مانند Fe2O3 باعث تیره شدن رنگ بدنه میشوند.

ب) از رسهای پلاستیک با پایه میکا و مسکویت استفاده شود (به کائولنهای اسمی ایرانی در پاراگرافهای بعدی مراجعه نمائید).

پ) میزان استفاده از مواد پلاستیک را به مقداری که مقادیر حدی استحکامهای خام و خشک تامین شوند، کاهش دهید (به اضافه 20-10 درصد برای اطمینان بیشتر به خصوص در مورد استحکام خشک؛ یعنی به جای حدهای 6-30 به 6/6-33 یا 6/6-36 برسید). شایان ذکر است که بالا بردن استحکام خام «معمولا» دشوارتر از افزایش استحکام خشک است.

 * تذکر: با توجه به تجربیات به دست آمده در طراحی فرمولهای بدنه کاشی پرسلانی، مقادیر بیشتر از 5 و بیشتر از ۲۵Kg/cm2 نیز (به ترتیب برای استحکام خام و استحکام خشک بدنه) میتوانند مورد قبول باشند. هر چند که بهتر است برای بدنه های پرسلان لعابدار و برای تحمل چاپهای متعدد اعمال شده بر آن، همان گستره بالاتر از ۳۰Kg/cm2 در نظر گرفته شود.

 3- انبساط پس از پرس: برای جلوگیری از بروز یا تشدید عیوبی مانند لب پریدگی و کنده شدن لبه ها و گوشه های کاشی، بهتر است علاوه بر بالابردن استحکام خام بدنه (که در این مورد بسیار کارساز است) با انتخاب مواد اولیه مناسب از بالا رفتن بیش از اندازه درصد انبساط پس از پرس ممانعت کرد. کائولنهای با درصد بالای کوارتز و بعضی از فلداسپاتها درصد انبساط پس از پرس را افزایش میدهند.

عامل اصلی به وجود آورنده انبساط پس از پرس، فشار هوای حبس شده بین گرانولهاست. در مرحله اول پرس، خروج کامل هوای موجود در لابلای گرانولها ممکن نیست و این هوا به مانند گرانولها تحت فشار قرار گرفته و فشرده میشود (مشابه هوای فشرده شده در کمپرسورها). با برداشته شدن فشار، این هوای فشرده شده سعی دارد تا از داخل بدنه فرار کند. در هنگام خروج، اگر مقاومت قطعه خام شکل گرفته کمتر از نیروی هوای خروجی باشد، قطعه ترک خواهد خورد یا متلاشی خواهد شد. اگر قطعه خام این نیرو را تاب بیاورد، ابعادی بزرگتر از ابعاد قالب پرس خواهد داشت که از آن به انبساط پس از پرس تعبیر میشود.

از دید بیشتر مهندسان، انبساط پس از پرس پائین معیاری از چسبندگی خوب ذرات به یکدیگر است. در هر صورت بهتر است این مشخصه به هیچ وجه از 8/0 درصد بیشتر نشود (حد متداول 7/0-55/0 درصد است).

4- جذب آب: در بدنه های کاشی پرسلانی لعابدار کمتر از 5/0 درصد و در بدنه های پرسلان تکنیکال و نمک محلول دو بازه کمتر از 3/0 درصد و یا کمتر از 1/0 درصد متداولند. بدیهی است که برای رسیدن به مقادیر کمتر جذب آب یا باید درصد فلداسپاتها را در فرمولاسیون بدنه افزایش داد، یا از فلداسپاتهای مرغوبتر (با درصدهای بالاتر اکسیدهای قلیائی Na2O و K2O) استفاده کرد یا دمای پخت را افزایش داد.

طبق مقاله ها و نوشته های منتشر شده از سوی شرکت SACMI، در صورتی که مقدار اکسیدهای MgO و CaO زیاد نباشد، بهتر است مقادیر Na2O و K2O به ترتیب 5/4 و 7/1 درصد (با نسبت Na2O به K2O برابر با 65/2) باشند. در واقع، با توجه به خاکهای ایرانی میتوان با نسبتهای 00/1 تا 00/2 (بیشتر 6/1-2/1) نیز به مقصود رسید.

شایان ذکر است که مقادیر Na2O و K2O را باید از تمام خاکها و مواد اولیه مصرفی محاسبه و جمع کرد نه فقط از فداسپاتها.

اولین قدمها در طراحی یک بدنه پرسلانی خوب، به دست آوردن مجموع کافی Na2O+K2O و نسبت بهینه Na2O به K2O با توجه به دیگر اکسیدهای موجود در ترکیب بدنه است. معمولا درصد بالای فلداسپات ترجیح داده میشود اما باید توجه داشت که هر چند بالا بردن میزان فلداسپاتها میتواند مزایائی چون کاهش دمای پخت بدنه، رسیدن به جذب آب نزدیک به صفر، بهبود درجه صیقلی بودن سطح پس از پولیش (بالا رفتن میزان جلا) و بهبود توسعه رنگ در بدنه های کاشی پرسلانی رنگی در هنگام پخت را به همراه داشته باشد اما باعث افزایش تردی بدنه، کاهش ثبات ابعادی در هنگام پخت، کاهش بازه دمائی پخت در کوره، کاهش مقاومت در برابر عوامل شیمیائی (به خصوص اسیدها) و کاهش استحکام پخت (در صورت استفاده بیش از حد از فلداسپات) خواهد شد.

مفید خواهد بود که نگاه یا مروری دوباره بر مبحث یوتکتیک (Eutectic) داشته باشید.

فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی - قسمت دوم

فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی - قسمت دوم

5- استحکام پخت: استاندارد مقدار بیشتر از ۲۲۵Kg/cm²  را تعریف کرده است اما در مقیاس صنعتی، مقادیر بالای 350 تا حدود ۶۰۰Kg/cm² نیز دیده می شوند. برای داشتن مقدار بالای استحکام پخت، باید مقدار مناسبی از کائولن (و فلداسپار برای تراکم بیشتر در هنگام پخت) در بدنه استفاده کرد. درصد کائولنهای «اسمی» ایرانی در در فرمول بدنه تا 40 درصد نیز می تواند باشد؛ اما مقدار واقعی کانی «کائولینیت» بهتر است از 20 درصد بـیشتر نباشد.

 

کائولن های ایرانی مخلوطی از کوارتز، کائولینیت، کانیهای میکائی و غیره هستند و میتوان از لفظ کائولن اسمی در مورد آنها استـفاده کرد. در بعضی موارد، این «کائولن»ها استحکام خشکی تا ۵۰Kg/cm²  نیز دارند که می دانیم کانی کائولینیت نمی تواند این مقدار پلاستیسیته را از خود نشان دهد.

حضور مقادیر بیش از حد کائولن در فرمول بدنه مشکلاتی را مانند:

5-1- بالا رفتن میزان جذب آب؛

5-2- افزایش تردی بدنه به دلیل حضور مقدار بالای فاز بلوری مولایت که خود مسائلی از قبیل:

5-2-1- مستعد شدن برای کندگی ناحیه ای و لب پریدگی در هنگام پولیش محصولات بدون لعاب و

5-2-2- افزایش بیش از حد سختی سطح که باعث بالا رفتن میزان مصرف لقمه های سایای پولیش و افزایش فشار وارد بر آنها می شود و مصرف انرژی زیاد و استهلاک تسمه belt متحرک در خط پولیش را نیز به دنبال دارد.

5-3- در صورت بالا بودن بیش از اندازه مقدار کائولینیت فرمول بدنه و بالا رفتن مقدار فاز مولایت در هنگام پخت، در هم قفل شدگی (inter locking) بلورهای سوزنی مولایت میتواند موجب تشکیل ریز ترک های واقعی در مرز دانه ها شود. این خود باعث کاهش استحکام پخت بدنه خواهد شد.

بلورهای سوزنی مولایت در نمونه کائولن حرارت داده شده در˚۱۲۴۰C.

* تذکر: برای درک بهتر این پدیده میتوان فرمولی با درصد بالای کائولن را از دماهای نسبتا پائین (برای نمونه از 1180 تا 1220 یا ˚۱۲۴۰C) در بازه های ˚20C پخت داد و استحکام پخت و سایر خواص پخت آنرا بررسی کرد. شایان ذکر است که کاهش استحکام پخت بدنه ها با افزایش دمای پخت (از حد مجاز آن) نیز دیده می شود و دلیل آن ناپایداری و تجزیه مولایت ثانویه سوزنی شکل است.

5-4- افزایش دمای پخت بدنه به دلیل حضور مقادیر بالای کانی دیرگداز کائولینیت.

به هر حال، نقش مهم کائولن ها در افزایش سفیدی بدنه، استحکام پخت، ثبات ابعادی و کنترل (کاهش) انقباض در حین پخت را نمی توان نادیده گرفت.

6- پرت حرارتی (L.O.I): به صورت درصد کاهش وزن بدنه پخته نسبت به وزن همان بدنه در حالت خشک بعد از پخت آن تعریف می شود. نشان دهنده میزان مواد فرار (آب مولکولی، مواد آلی، کربنات ها، سولفات ها و غیره) در بدنه است. شاید بتوان گفت برای محصولات بدون لعاب تعریف سقـفی برای پرت حرارتی مشکل باشد؛ اما از آنجا که فشار ویژه پرس جهت شکل دهی بدنه بالاست و به همین دلیل نیز فشردگی بدنه خام زیاد است، در صورت بالا بودن مواد فرار در بدنه، سوختن و خروج آنها در هنگام پخت به سختی انجام خواهد شد و احتمال بروز عیب مغز سیاه (black core) به شدت بالا می رود. این عیب را در صورت وجود می توان با شکستن کاشی و با نگاه به مقطع شکست به آسانی دید.

به طور معمول بهتر است درصد پرت حرارتی کمتر از 4 (معمولا 5/3-5/2) باشد. برخی از انواع بالکلی ها به دلیل وجود مواد آلی بسیار در آنها نقش پر رنگی در بروز این عیب در بدنه های کاشی پرسلانی دارند و بهتر است مقدار آنها را تا حد ممکن (بهینه از نظر تأمین خواص مورد نظر) پائین آورد.

* تذکر: میزان استعداد فرمول بدنه در نشان دادن عیب مغز سیاه را می توان با پرس کردن گرانول بدنه تحت فشار ویژه بالا (تا 600Kg/cm²) و در ضخامت زیاد، پخت و سپس شکستن آن بررسی کرد.

7- دانسیته بالک خشک: معـیاری است از میزان تراکم بدنه در هنگام شکل دهی آن. برای اندازه گیری دانسـیـته بالک از روش غوطـه وری در جیـوه استـفاده می شود. برای این مـنـظور، جرم خـشک بـدنه در هوا (m₁) و جرم غوطه وری آن وقتی به طور کامل در جیوه فرو رفته است (m₂) اندازه گیری می شود. سپس، دانسیته بالک خشک از رابطه

D_BULK, Dried = × 13.54  m₂ /  m₁

به دست می آید که در آن 54/13 دانسیته جیوه (بر حسب gr/cm³) است.

فشارهای پرس استـانـداردی که برای شکـل دهی بدنـه های کاشی پـرسـلانـی به کار میروند، می توانند دانـسیته های بالک خشک در گستره 00/2-95/1 gr/cm³ ایجاد  کنند.

بهترین بدنه های پرسلانی (مانند بدنه های شرکت Toda gres) دارای دانسیته بالک خشک بـیشـتر از9/1 gr/cm³ هستـند و در شرکت های ایرانی این عدد معمولا بیشتر از 8/1 gr/cm³ است.

برای افزایش این مشخصه باید از مواد پلاستیکی نظیر بالکلی ها در میزان مناسب و برای بهبود چسبندگی و سیلان ذرات در حین پرس استفاده کرد. دانسیته بالک خشک بالا می تواند نشان دهنده استحکام خام و خشک (نسبتا) بالا نیز باشد، هر چند عکس آن همیشه صادق نیست.

فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی - قسمت سوم

فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی - قسمت سوم
8- دانسیته بالک پخت: در هنگام پخت با پر شدن تخلخلهای مابین ذرات توسط فاز مذاب، دانسیته بدنه افزایش و جذب آب کاهش می یابد. شاید بتوان حد نهائی دانسیته بالک پخت بدنه کاشی پرسلانی را حدود gr/cm3 ۲/۴۰-۲/۴۵  تعریف کرد. در صورتی که بدنه های مورد بررسی، بدنه های زیرکن دار (مانند بدنه های کاشی پرسلانی وایت و سوپروایت – white and super-white porcelain tile bodies) باشند، این مقدار بسته به میزان زیرکن (یا سیلیکات زیرکنیم ZrSiO4) به کار رفته در فرمول بدنه به بیشتر از gr/cm3  ۲/۴۲ نیز میرسد (زیرکن دانسیته تئوری نزدیک به gr/cm3  ۴/۶۷  دارد).

 

در صورتی که نمودار دمای پخت در مقابل دانسیته بالک پخت را رسم کنیم، از دماهای پائین تا گستره دمائی بهینه پخت دانسیته بالک افزایش می یابد. با افزایش بیشتر دمای پخت، افتی را در دانسیته بالک پخت شاهد خواهیم بود.  دلیل آن در بعضی منابع، تجزیه اکسید آهن سه ظرفیتی به اکسیژن و اکسید آهن دو ظرفیتی قید شده است که اکسیژن آزاد شده طبق واکنش زیر باعث ایجاد تخلخلهای بسته در داخل بدنه و کاهش دانسیته بالک پخت می شود.

Fe2O3  → 2FeO + 1/2 O2

 

احتمالا حضور اکسیدهای دیگر در فرمولاسیون بدنه (به عنوان کاتالیزور واکنش) همراه با دمای بالای پخت علت بروز این پدیده هـستـند.

از آن جا که رسیدن به گـستره مطلوب جذب آب از اهداف اولـیه طراحی فرمول بـدنه کاشی پرسلانی محسوب می شود، دانـسیته بالک پـخت مطـلوب نیز تا حد زیـادی برآورده می شود. تـنها مسئـله ای که در اینجا مطرح می گردد کاهش میزان تخلخل های بسته (تخلخل های موجود در داخل بدنه که به سطح آزاد بدنه راه ندارند) است که می توانند با وجود مطلوب بودن جذب آب بدنه، مقادیر مطلوب دانسیته بالک پخت را نشان ندهند. در این حالت، یعنی در صورتی که جذب آب بدنه در گستره مناسب خود قرار داشته باشد اما دانسیته بالک آن پائین تر از حد مطلوب باشد، بیان گر حضور درصد قابل توجه تخلخل های بسته در داخل بدنه است.

بالا بودن میزان تخلخل های بسته دست کم سه مشکل اساسی ایجاد می کند:

8-1- به دلیل کم کردن سطح مقطع تحمل کننده بار، استحکام پخت را کاهش می دهد.

8-2- به هنگام پرداخت (پولیش-polishing) ایجاد سطحی ناصاف می کند و میزان جلای سطح (یا به اصطلاح فنی متداول، لوکس- lux) را کاهش می دهد. در واقع حالتی شبیه به سنگ پا ایجاد می شود که با وجود صاف بودن نسبی سطح، میزان جلا و صیقلی بودن سطح پائین می آید.

8-3- تخلخل های بسته ای که در هنگام عمل پولیش شکسته شده اند، در واقع به تخلخل باز تبدیل می شوند و به عنوان عواملی برای افزایش جذب آب بدنه و کاهش مقاومت در برابر لکه پذیری مطرح می گردند.

 

 واکس اعمال شده بر سطح کاشی پرسلانی پولیش شده در راحتی تمیز شدن سطوح تاثیر بسیار زیادی دارد.

راه های پیشنهاد شده متداول برای کاهش میزان تخلخل های بسته بدنه عبارتند از:

بالا بردن میزان بالکلی تا حد امکان، وارد کردن بیشترین میزان ممکن از فلداسپارها در فرمول بدنه و انتخاب نسبت بهینه فلداسپات های سدیک و پتاسیک، عدم استفاده از مواد اولیه تخلخل زا مانند دولومیت و کربنات ها (که در بعضی از بدنه های پرسلانی و به ویژه وایت و سوپروایت ولو در درصدهای پائین ممکن است مورد استفاده قرار گیرند)، انتخاب فشار ویژه شکل دهی بالا و بهینه و به کار گیری منحنی پخت مناسب در کوره.

* تذکر یک: حداقل میزان جلا و صیقلی بودن سطح پولیش شده کاشی پرسلانی بدون لعاب باید 70 باشد. به عبارت دیگر باید دست کم 70 درصد نور فرودی از دستگاه جلاسنج به سمت آشکارساز آن بازتابیده شود.

* تذکر دو: بدون استفاده از موادی به نام «واکس - wax» و اعمال آنها بر سطح پولیش شده کاشی پرسلانی نمیتوان مقاومت نسبتا کامل در برابر عوامل لکه گذار را انتظار داشت، اما با به حداقل رساندن میزان تخلخلهای بسته میتوان به بالاترین رده مقاومت در برابر عوامل لکه گذار در استاندارد نزدیک شد.

فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی - قسمت سوم

فرمولاسیون بدنه کاشی پرسلانی - قسمت سوم
8- دانسیته بالک پخت: در هنگام پخت با پر شدن تخلخلهای مابین ذرات توسط فاز مذاب، دانسیته بدنه افزایش و جذب آب کاهش می یابد. شاید بتوان حد نهائی دانسیته بالک پخت بدنه کاشی پرسلانی را حدود gr/cm3 ۲/۴۰-۲/۴۵  تعریف کرد. در صورتی که بدنه های مورد بررسی، بدنه های زیرکن دار (مانند بدنه های کاشی پرسلانی وایت و سوپروایت – white and super-white porcelain tile bodies) باشند، این مقدار بسته به میزان زیرکن (یا سیلیکات زیرکنیم ZrSiO4) به کار رفته در فرمول بدنه به بیشتر از gr/cm3  ۲/۴۲ نیز میرسد (زیرکن دانسیته تئوری نزدیک به gr/cm3  ۴/۶۷  دارد).

 

در صورتی که نمودار دمای پخت در مقابل دانسیته بالک پخت را رسم کنیم، از دماهای پائین تا گستره دمائی بهینه پخت دانسیته بالک افزایش می یابد. با افزایش بیشتر دمای پخت، افتی را در دانسیته بالک پخت شاهد خواهیم بود.  دلیل آن در بعضی منابع، تجزیه اکسید آهن سه ظرفیتی به اکسیژن و اکسید آهن دو ظرفیتی قید شده است که اکسیژن آزاد شده طبق واکنش زیر باعث ایجاد تخلخلهای بسته در داخل بدنه و کاهش دانسیته بالک پخت می شود.

Fe2O3  → 2FeO + 1/2 O2

 

احتمالا حضور اکسیدهای دیگر در فرمولاسیون بدنه (به عنوان کاتالیزور واکنش) همراه با دمای بالای پخت علت بروز این پدیده هـستـند.

از آن جا که رسیدن به گـستره مطلوب جذب آب از اهداف اولـیه طراحی فرمول بـدنه کاشی پرسلانی محسوب می شود، دانـسیته بالک پـخت مطـلوب نیز تا حد زیـادی برآورده می شود. تـنها مسئـله ای که در اینجا مطرح می گردد کاهش میزان تخلخل های بسته (تخلخل های موجود در داخل بدنه که به سطح آزاد بدنه راه ندارند) است که می توانند با وجود مطلوب بودن جذب آب بدنه، مقادیر مطلوب دانسیته بالک پخت را نشان ندهند. در این حالت، یعنی در صورتی که جذب آب بدنه در گستره مناسب خود قرار داشته باشد اما دانسیته بالک آن پائین تر از حد مطلوب باشد، بیان گر حضور درصد قابل توجه تخلخل های بسته در داخل بدنه است.

بالا بودن میزان تخلخل های بسته دست کم سه مشکل اساسی ایجاد می کند:

8-1- به دلیل کم کردن سطح مقطع تحمل کننده بار، استحکام پخت را کاهش می دهد.

8-2- به هنگام پرداخت (پولیش-polishing) ایجاد سطحی ناصاف می کند و میزان جلای سطح (یا به اصطلاح فنی متداول، لوکس- lux) را کاهش می دهد. در واقع حالتی شبیه به سنگ پا ایجاد می شود که با وجود صاف بودن نسبی سطح، میزان جلا و صیقلی بودن سطح پائین می آید.

8-3- تخلخل های بسته ای که در هنگام عمل پولیش شکسته شده اند، در واقع به تخلخل باز تبدیل می شوند و به عنوان عواملی برای افزایش جذب آب بدنه و کاهش مقاومت در برابر لکه پذیری مطرح می گردند.

 

 واکس اعمال شده بر سطح کاشی پرسلانی پولیش شده در راحتی تمیز شدن سطوح تاثیر بسیار زیادی دارد.

راه های پیشنهاد شده متداول برای کاهش میزان تخلخل های بسته بدنه عبارتند از:

بالا بردن میزان بالکلی تا حد امکان، وارد کردن بیشترین میزان ممکن از فلداسپارها در فرمول بدنه و انتخاب نسبت بهینه فلداسپات های سدیک و پتاسیک، عدم استفاده از مواد اولیه تخلخل زا مانند دولومیت و کربنات ها (که در بعضی از بدنه های پرسلانی و به ویژه وایت و سوپروایت ولو در درصدهای پائین ممکن است مورد استفاده قرار گیرند)، انتخاب فشار ویژه شکل دهی بالا و بهینه و به کار گیری منحنی پخت مناسب در کوره.

* تذکر یک: حداقل میزان جلا و صیقلی بودن سطح پولیش شده کاشی پرسلانی بدون لعاب باید 70 باشد. به عبارت دیگر باید دست کم 70 درصد نور فرودی از دستگاه جلاسنج به سمت آشکارساز آن بازتابیده شود.

* تذکر دو: بدون استفاده از موادی به نام «واکس - wax» و اعمال آنها بر سطح پولیش شده کاشی پرسلانی نمیتوان مقاومت نسبتا کامل در برابر عوامل لکه گذار را انتظار داشت، اما با به حداقل رساندن میزان تخلخلهای بسته میتوان به بالاترین رده مقاومت در برابر عوامل لکه گذار در استاندارد نزدیک شد.

Kaolins

کائولنها (Kaolins)

نام کائولن از شهر کوچک Kao-ling (به معنای تپه بلند) در چین آمده است، جائیکه اولین نمونه از این ماده استخراج شد. فرمول کائولینیت Al₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O است. کائولن توده ای متراکم از مواد خاکی و میکروکریستالی با سختی یک، وزن مخصوص 6/2 و جلای کمی مرواریدی. کائولن حاصل دگرگونی مواد آلومینیوم سیلیسی (فلداسپارها، پلاژیوکلاز، فلداسپاتوئید) سازنده سنگها در عمق محصول است.

به طور خیلی خلاصه منشأ این ذخایر، دگرگونی فلداسپارهای صخره ای بلوری است که منجر به خروج همزمان عنصرهای قلیائی (سدیم و پتاسیم) میشود. در موارد نادری که کائولن نزدیک به خالص تشکیل میگردد (معمولاً از رگه های فلداسپاتی)، سفید شیری است، پلاستیسیته پائین و سطحی چرب دارد که وقتی لمس شود لایه نازک سفید رنگ پایداری روی پوست بر جای میگذارد.

تصویری از کانی کائولینیت نسبتاْ خالص.

معمولاً ذخایر کائولینیتی مخلوطهایی از کائولینیت، کوارتز (مقاوم در برابر پدیده های دگرگونی و تغییر شکل) و فلداسپارها (اثرهایی از تجمع ناقص و عمل دگرگونی) هستند، اما اکسیدهای آهن (علت اصلی رنگدار شدن ماده) و میکاها نیز باید در نظر گرفته شوند.

عموماً ذخایر کائولن منشأ اولیه دارند. این بدان معناست که آنها در همان جایی هستند که صخره های منبع وجود دارند و بنابراین حمل نمیشوند. حال آنکه ذخایر ثانویه آنهایی هستند که جابجا شدن و ته نشینی دوباره در یک محیط آبی (معمولاً استخری) را از سر میگذرانند.

استفاده از کائولن در سرامیک به حدود ده درصد تولید جهانی محدود میشود، حال آنکه به عنوان ماده سفید کننده و پُر کننده به صورت گسترده در صنعت کاغذ سازی به مصرف میرسد.

صنعت سرامیک از مواد خالص استفاده نمیکند بلکه مخلوطی از کانیهائی را که دو خانواده بزرگ از فرآورده ها را میسازند، مصرف میکند:

بالکلی (ballclay) و خاک چینی (china clay).

تفاوت بالکلی و خاک چینی

بالکلی محتوای کائولن کمتر با حضور واضحتر کانیهای میکائی و کوارتز دارد. در مقابل، فرآورده های خاک چینی مقدار بالاتر کائولینیت (90-80 درصد) و مقدار اندکی از کانیهای میکائی دارند و در عمل به مواد کائولینیتی خالص نزدیک هستند.

2-1- کائولینیت در بدنه های سرامیکی

 در هنگام انجام مراحل پرس و پخت، واکنشهای فرآورده های بالکلی و خاک چینی با هم متفاوت است که میتوان آنها را به صورت زیر جمع بندی کرد:

بالکلی

در هنگام پرس کردن به صورت معمولی انبساط می یابند؛

در فرآورده ناپخته، هم خام و هم خشک مقادیر استحکام خمشی عالی دارند و بنابراین نشان دهنده میزان بالای پلاستیسیته است؛

نمونه های پخته شده در ۱۰۲۰ ˚C انقباض محدود 2-0 درصد و سطح تخلخل ظاهری 20-18 درصد دارند؛

با در نظر گرفتن میزان «ناخالصی»های حاضر که فرآیند زینترینگ را آسان میکند، نمونه های پخته شده در ۱۰۲۰ ˚C سظوح بالای مقاومت مکانیکی (از 50 تا ۱۵۰ Kg/cm² ) خواهند داشت.

ضریب انبساط گرمائی در ۱۰۲۰ ˚C در گستره ای از ۱۷۰-۱۲۰ ضرب در ده به توان منهای ۷ بر درجه سلسیوس قرار دارد.

خاک چینی

انبساط پس از پرس بالائی دارند؛

ماده ناپخته، هم خام و هم خشک مقاومت مکانیکی ضعیفی دارد؛

در هنگام خشک شدن انبساط زیادی دارد؛

هنگام پخت در ۱۰۲۰˚C  انقباض ابعادی مشاهده نمیشود و به جای آن انبساط اندک با مقادیر جذب آب بالا (30-25 درصد)، مقاومت مکانیکی پائین در محصولات پخته (Kg/cm² ۳۰-۶۰) و ضریب انبساط گرمائی کم  ۱۴۰-۱۱۰ ضرب در ده به توان منهای ۷ بر درجه سلسیوس خواهیم داشت.

بنابراین با ماده بسیار دیرگدازی سر و کار داریم که در خالصترین شکل خاک چینی میتواند در گستره 15-10 درصد در بدنه های استون ور پرسلانی به کار رود.

2-2- کائولینیت در بدنه های استون ور پرسلانی

قبلاً ذکر شد که کائولینیت یا خاک چینی در بدنه های استون ور پرسلانی با سطح محتوایی که از 10 تا 15 درصد تغییر میکند، استفاده میشود؛ اما نقش و کارکرد حقیقی آن در بدنه پرسلان چیست؟

علاوه بر ایجاد سفیدی معین در توده، کائولینیت حامل اصلی آلومینیوم اکسید یا آلومینا (Al₂O₃) است که در مرحله شیشه ای شدن بدنه تعادل واکنش را تنظیم میکند. در واقع، آلومینا میتواند همراه با عناصر قلیائی گدازآور سهمی در تشکیل فاز شیشه ای از نوع سیلیسی-آلومینائی داشته باشد. از سوی دیگر، در طول فرآیند پخت فاز مولایت (3Al₂O₃∙2SiO₂) را تشکیل میدهد که با ساختار سوزن مانندی که دارد، به عنوان «استخوان بندی» برای فرآورده های حاصل عمل میکند و بنابراین در افزایش استحکام مکانیکی سهیم میشود.

کانیهای رسی

 تعریف کانیهای رسی

از نظر زمین شناسی، ارایه تعریف ساده و دقیق از کانیهای رسی مشکل است اما این نوع کانیها را به طور کلی میتوان سیلیکاتهایی با ساختار لایه ای دانست که منشأ ثانویه دارند. منظور از رسیهای ثانویه، رسهایی هستند که از تأثیر عوامل فرساینده محیطی یا هوازدگی سنگهای اولیه (یا آتشفشانی مانند گرانیتها و بازالتها) تشکیل شده اند. . .

* توجه داشته باشید که در این دسته بندی، کانیهایی چون میکا، تالک، کلریت و سرپنتین نیز قرار میگیرند که در اصل کانی رسی محسوب نمیشوند.

 

این تصویری از کوارتز است اما واحدهای تکرارشونده SiO₄)^-4) را هم نشان میدهد. واحدساختاری بار خالص ۴- دارد، اما کوارتز در نتیجه به اشتراک گذاشتن O بار خالص صفر است.

چهار وجهی SiO4)^-4)

واحد سازنده سیلیکاتهای لایه ای است. با اتصال سه اتم اکسیژن هر چهار وجهی به واحدهای مشابه، ساختمان پیوسته ورقه ای تشکیل میشود که میتواند به طور نامحدود در جهات مختلف صفحه امتداد یابد. یک اکسیژن باقیمانده از هر چهار وجهی نیز (که باردار یا سیر نشده است) باید برای رسیدن به حالت خنثائی الکتریکی در شبکه با کاتیونهای خارجی پیوند برقرار کند.

 

شمای چهار وجهی SiO4)^-4).

هشت وجهی آلومینیوم Al(OH)₆^-3.

در بیشتر چنین ساختمانهایی، واحدهای سیلیسی به شکل حلقه های شش ضلعی (هگزاگونال) به گونه ای آرایش پیدا میکنند که هر واحد SiO₄)^-4) در صفحه هگزاگونال از طریق یک اکسیژن با واحدهای دیگر اتصال یابد. زاویه پیوند Si-O-Si میتواند تغییر کند و شکلهای مختلفی از ساختمانهای حلقه ای را به وجود آورد، اما در بیشتر موارد زاویه پیوندی Si-O-Si در حدود '34˚141 باقی میماند.

ورقه چهار وجهی.

ورقه هشت وجهی.

مقایسه چهار وجهی سیلیسی و هشت وجهی آلومینیوم.

با توجه به وجود یک اکسیژن سیر نشده در هر چهار وجهی SiO₄)^-4) و برای خنثی شدن بارهای الکتریکی سیلیکاتهای لایه ای، یک لایه از ساختمان هیدراکسیدی با یک لایه از ساختمان تشکیل شده از چهار وجهیهای سیلیسی پیوند برقرار میکند. دو نوع ساختمانی که میتوانند با ساختمانی از یک لایه تشکیل شده از چهار وجهیهای SiO₄)^-4) پیوندهای شیمیایی برقرار کنند، هیدراکسیدهای عناصر دو و سه ظرفیتی (مانند منیزیم و آلومینیوم) هستند. در هر دو حالت، کاتیونها با واحدهای آنیونی عدد هم آرایی (عدد کوئوردیناسیون، coordination number) شش (6) دارند. این نوع کاتیونها، یونهای هیدراکسیدی مانند بروسیت و گیبسیت هستند.

چپ) ساختمان کانی رسی دو لایه ای ۱:۱ (یک لایه چهار وجهی و یک لایه هشت وجهی)؛

راست) ساختمان کانی رسی سه لایه ای ۲:۱ (تشکیل شده از دو لایه چهار وجهی که نسبت به هم وارونه اند و یک لایه هشت وجهی در بین آنها).

ساختمان سیلیکاتی لایه ای با ایجاد پیوندهای کووالانسی یا یونی میتواند به طور نامحدود در دو بعد گسترش یابد؛ اما رشد چنین ساختمانی در جهت عمود بر صفحه قاعده چهار وجهیهای سیلیسی امکانپذیر نیست. به جای آن، در بالای لایه هیدراکسیدی، لایه دیگری از واحدهای SiO₄)^-4) میتواند به صورت وارونه وجود داشته باشد. پیدایش این لایه های جدید ناشی از پیوندهای کووالانسی یا یونی نیست. با چنین آرایشی لایه ها میتوانند گسترش یابند و شکلهای متنوعی از کانیهای سیلیکاتی لایه های را ایجاد نمایند. دو گروه اصلی سیلیکاتهای لایه ای عبارتند از:

سیلیکاتهای دو لایه: یک لایه صفحه ای سیلیکاتی با یک لایه هیدراکسیدی اتصال یافته است.

ساختار لایه کائولینیت.

صفحات کریستالوگرافی در بلور کائولینیت. خط چین، صفحه محوری نوری را نشان میدهد.

سیلیکاتهای دولایه با کاتیون سه ظرفیتی. تنها کاتیون در این نوع کانیها، کاتیون آلومینیوم (Al⁺³) است. هر کاتیون آلومینیوم در یک لایه به سه واحد هیدراکسیدی و در لایه دیگر به دو اکسیژن و یک واحد هیدراکسیلی متصل شده اند. شبکه از طریق پیوند ضعیف هیدروژنی در امتداد محور c کریستالوگرافی گسترش می یابد و کریستالهای صفحه ای شکل (پولک مانند) تشکیل میشوند.

به دلیل وجود آرایشهای فضائی مختلف در شکل گیری سیلیکاتها، کانیهای کائولینیتی گوناگونی نیز وجود دارند که ترکیب شیمیائی تمام آنها Al₂Si₂O₅(OH)₄ است ولی خواص متفاوتی دارند. کانیهای کائولینیت، ناکریت، دیکیت، هالویزیت و لیوزیت واجد چنین ویژگی ساختمانی هستند.

کائولینیت به عنوان یک سیلیکات دو لایه.

سیلیکاتهای دولایه با کاتیون دو ظرفیتی. کاتیونهای منیزیم و آهن II (بیشتر یون منیزیم) میتوانند در ساختمانهای سیلیکاتی دو لایه ای شرکت کنند. عدد هم آرائی کاتیونها در این حالت هشت (8) است و برای رسیدن به خنثائی الکتریکی در شبکه، هر سه مکان هشت وجهی روی یک حلقه هگزاگونال سیلیسی قرار میگیرند. از چنین ساختمانهای منیزیمی میتوان «آنتی گوریت» با فرمول Mg₃Si₂O(OH)₄ را نام برد. تفاوتهای میان کانیهای دیگر این گروه به احتمال زیاد ناشی از جایگزینی یون دو ظرفیتی آهن با منیزیم و یا ناشی از ماهیت لایه قرار گرفته بر روی لایه سیلیسی باشد.

اثر ظرفیت کاتیون بر ساختار سیلیکاتهای دولایه. در سیلیکاتهای دو لایه با کاتیون دو ظرفیتی هر سه مکان هشت وجهی روی یک حلقه هگزاگونال قرار میگیرند و در نتیجه سریهای «تری اکتاهدرال» یا «سه هشت وجهی» را به وجود می آورند. اما در سیلیکاتهای دو لایه با کاتیون سه ظرفیتی آلومینیوم (مانند کائولینیت) هر دو هشت وجهی روی یک حلقه هگزاگونال سیلیسی قرار میگیرند و در نتیجه کانیهای سری «دی اکتاهدرال» یا «دو هشت وجهی» را میسازد.

سیلیکاتهای سه لایه ای: لایه سیلیسی دیگری به شکل وارونه بر روی لایه هیدراکسیدی ایجاد میشود. به عبارت دیگر، ساختاری از یک لایه واحدهای سیلیسی، یک لایه هیدراکسیدی و یک لایه دیگر سیلیسی تشکیل میگردد.

نمائی از ساختمان سه لایه تالک (Mg₃Si₄O₁₀.(OH)₂).

ساختار « مونت موریلونیت » که در آن کاتیونهای قابل تعویض با کره های قرمز رنگ مشخص شده اند.

ساختار "مونت موریلونیت" به عنوان یک کانی رسی سه لایه ای.

 

کلمه "اسمکتایت smectite" برای توصیف خانواده ای از کانیهای رسی فیلوسیلیکاتی (phyllosilicate) منبسط شونده که دو لایه چهار وجهی سیلیسی و یک لایه هشت وجهی آلومینیوم دارند به کار میرود. در اینجا، محل استقرار کاتیونهای قابل تعویض (کره های سبز) را در مکانهای هیدروکسیل به روشنی میتوان دید.

مینرال

سنگها و خاکها مجموعه ای از کانی (مینرال) ها هستند. یک مینرال معین، ترکیب شیمیائی مشخصی دارد و اگر درصد مینرال تشکیل دهنده یک خاک از 50 بیشتر باشد، به نام آن مینرال خوانده میشود. در مواردی که درصد مینرال اصلی به دلیل تعدد آنها از 50 کمتر باشد، خاک نام مینرال اصلی را به خود میگیرد. برای نمونه، اگر درصد مینرال کائولینیت (Al₂O₃•2SiO₂•2H₂O) در یک ماده اولیه بالا باشد، به عنوان کائولینیت (کائولن) شناخته میشود. به ندرت بیشتر از ده نوع مینرال در سنگها میتوان یافت و تعداد مینرالهای موجود در یک سنگ منفرد بسیار کمتر از این مقدار است.

نکته بسیار مهم در مورد تمام مواد اولیه «طبیعی» آن است که تمام آنها در مقادیر کم یا زیاد دارای اکسیدهای رنگی کننده (coloring oxides) مانند Fe₂O₃ و TiO₂ هستند که در بعضی از کاربردها (مانند صنایع چینی مظروف و کاشی پرسلانی) کنترل دقیق مقادیر این اکسیدها جهت رسیدن به کیفیت مورد انتظار محصول نهائی اهمیت دارد.

نسبتهای کمی بین اجزای سازنده مختلف به طبیعت کانی شناسی (مینرالوژیکی) رُسها، دانه بندی (گرانولومتری) ذرات رس و در نهایت به نسبت آنها در مقایسه با مینرالهای گدازآور (fusing) بستگی دارد

ويژگيها، روشهاي توليد و فرمولاسيون بدنه

ويژگيها، روشهاي توليد و فرمولاسيون بدنه

 بخش نخست: تعاريف، ويژگيها و استانداردها

 خلاصه اي از فصل نهم کتاب «فناوري کاربردي سراميک»

 جلد اول، انتشارات شرکت SACMI ايتاليا

 Applied Ceramic Technology

 Vol. 1, © 2002 SACMI Imola, ISBN 88-88108-48-3

 Chapter IX, Wall tiles, pp. 255-266.

 ترجمه: ابوالفضل گِروِئي

 

 

کاشي ديوار: بر مبناي استانداردهاي فعلي ISO 13006، کاشيهاي متخلخل ديواري در گروه BIII با جذب آب بالاي 10 درصد قرار ميگيرند.

 

ويژگيهاي کاشي ديوار:

 

- پايداري ابعادي بالا در هنگام پخت با انقباض نزديک به صفر (کمتر از يک درصد)؛

- تخلخل بين 13 تا 18 درصد (بر اساس درصدِ آبِ جذب شده بيان ميشود)؛

- مدول گسيختگي (MOR) بين 200 و Kg/cm² ۲۵۰ .

 

 

اين خواص تنها نشانگر هستند و براي طبقه بندي محصول از ديدگاه تجاري و دامنة کاربرد آن به ما کمک ميکند. در جدول يک ويژگيهاي فني مهم کاشيهاي ديواري متخلخل طبق استانداردهاي ISO درج شده اند:

 

مقدار واقعي محصولات بازار	بيشينة استاندارد- مقدار بيان شده	استاندارد	مشخصة فيزيکي
18 - 13 درصد	بيشتر از 10 و کمتر از 20 درصد کمينه 9 درصد	ISO 10545.3	جذب آب
بيشتر از N/mm^2 20	N/mm^2 15 - 12	ISO 10545.4	مدول گسيختگي (MOR)
75 - 65	آزمون در دسترس است.	ISO 10545.8	ضريب انبساط گرمائي (×10^-6 1/deg)
کمتر از mm/mt ۰/۰۶	آزمون در دسترس است.	ISO 10545.10	انبساط رطوبتي
دست کم ردة GB	دست کم ردة GB	ISO 10545.13	مقاومت در برابر مواد شيميائي خانگي
توليد کننده آن را بيان ميکند.	آزمون در دسترس است.	ISO 10545.13	مقاومت در برابر اسيدها و بازها
دست کم ردة 3	دست کم ردة 3	ISO 10545.14	مقاومت در برابر لکه پذيري
توليد کننده آن را بيان ميکند.	آزمون در دسترس است.	ISO 10545.15	رهايش سرب و کادميم
توليد کننده آن را بيان ميکند.	آزمون در دسترس است.	ISO 10545.17	ضريب اصطکاک

 

جدول يک - ويژگيهاي فني مهم کاشيهاي ديواري متخلخل طبق استانداردهاي ISO.

 

٭ ٭ ٭ 

مواد اوليه براي بدنه ها

 

جنبه هاي کلي: در سالهاي گذشته ترکيب کاشي ديوار به طور قابل ملاحظه اي مورد بازنگري قرار گرفته است که بيشتر براي تطبيق با سيکلهاي پخت سريع است؛ جائي که بدنه و لعاب با يکديگر پخت ميشوند. در بدنه هاي تک پخت (منوپروزا monoporosa) ممکن است بين گاززدائي مواد اولية مشخص در بيسکوئيت و شيشة مذاب تداخل ايجاد شود و اين امر منجر به بروز نقصهاي سطحي روي لعاب ميشود.

 

عوامل کليدي در ارزيابي ترکيبهاي بدنه -از آنهائي که براي پخت متداول مناسبند تا دو پخت سريع و در نهايت تک پخت متخلخل- عبارتند از:

- کاهش درصد مواد رسي؛

- ورود درصدهاي بالاتر پُر کننده ها (filler) و مواد اولية مکمل (فلداسپارها، شنهاي فلداسپاتي feldspathic sands، کوارتز)؛

- محدود کردن کانيهائي که فازهاي گازي در دماهاي پخت بالا از خود خارج ميکنند (کلسيت و/يا دولوميت)، به ويژه در منوپروزا.

 

در منوپروزا ترجيح داده ميشود تا از مواد اوليه اي با درجة بالاي خلوص و توزيع اندازة ذرة ريز استفاده شود. فرآورده هاي تزئين شدة نهائي ديوار بايد درجة بالاي پايداري ابعادي داشته باشند. تشکيل ترکيبهاي بلوري مانند ولاستونيت، گلنيت Gehlenite، آنورتيت و دايوپسايد نه تنها پايداري ابعادي را تضمين ميکند، بلکه جنبه هاي ديگري چون انبساط مرطوب و ضريب انبساط را نيز تثبيت مينمايند. 

ويژگيها، روشهاي توليد و فرمولاسيون بدنه

ويژگيها، روشهاي توليد و فرمولاسيون بدنه

 بخش نخست: تعاريف، ويژگيها و استانداردها

 خلاصه اي از فصل نهم کتاب «فناوري کاربردي سراميک»

 جلد اول، انتشارات شرکت SACMI ايتاليا

 Applied Ceramic Technology

 Vol. 1, © 2002 SACMI Imola, ISBN 88-88108-48-3

 Chapter IX, Wall tiles, pp. 255-266.

 ترجمه: ابوالفضل گِروِئي

 

 

کاشي ديوار: بر مبناي استانداردهاي فعلي ISO 13006، کاشيهاي متخلخل ديواري در گروه BIII با جذب آب بالاي 10 درصد قرار ميگيرند.

 

ويژگيهاي کاشي ديوار:

 

- پايداري ابعادي بالا در هنگام پخت با انقباض نزديک به صفر (کمتر از يک درصد)؛

- تخلخل بين 13 تا 18 درصد (بر اساس درصدِ آبِ جذب شده بيان ميشود)؛

- مدول گسيختگي (MOR) بين 200 و Kg/cm² ۲۵۰ .

 

 

اين خواص تنها نشانگر هستند و براي طبقه بندي محصول از ديدگاه تجاري و دامنة کاربرد آن به ما کمک ميکند. در جدول يک ويژگيهاي فني مهم کاشيهاي ديواري متخلخل طبق استانداردهاي ISO درج شده اند:

 

مقدار واقعي محصولات بازار	بيشينة استاندارد- مقدار بيان شده	استاندارد	مشخصة فيزيکي
18 - 13 درصد	بيشتر از 10 و کمتر از 20 درصد کمينه 9 درصد	ISO 10545.3	جذب آب
بيشتر از N/mm^2 20	N/mm^2 15 - 12	ISO 10545.4	مدول گسيختگي (MOR)
75 - 65	آزمون در دسترس است.	ISO 10545.8	ضريب انبساط گرمائي (×10^-6 1/deg)
کمتر از mm/mt ۰/۰۶	آزمون در دسترس است.	ISO 10545.10	انبساط رطوبتي
دست کم ردة GB	دست کم ردة GB	ISO 10545.13	مقاومت در برابر مواد شيميائي خانگي
توليد کننده آن را بيان ميکند.	آزمون در دسترس است.	ISO 10545.13	مقاومت در برابر اسيدها و بازها
دست کم ردة 3	دست کم ردة 3	ISO 10545.14	مقاومت در برابر لکه پذيري
توليد کننده آن را بيان ميکند.	آزمون در دسترس است.	ISO 10545.15	رهايش سرب و کادميم
توليد کننده آن را بيان ميکند.	آزمون در دسترس است.	ISO 10545.17	ضريب اصطکاک

 

جدول يک - ويژگيهاي فني مهم کاشيهاي ديواري متخلخل طبق استانداردهاي ISO.

 

٭ ٭ ٭ 

مواد اوليه براي بدنه ها

 

جنبه هاي کلي: در سالهاي گذشته ترکيب کاشي ديوار به طور قابل ملاحظه اي مورد بازنگري قرار گرفته است که بيشتر براي تطبيق با سيکلهاي پخت سريع است؛ جائي که بدنه و لعاب با يکديگر پخت ميشوند. در بدنه هاي تک پخت (منوپروزا monoporosa) ممکن است بين گاززدائي مواد اولية مشخص در بيسکوئيت و شيشة مذاب تداخل ايجاد شود و اين امر منجر به بروز نقصهاي سطحي روي لعاب ميشود.

 

عوامل کليدي در ارزيابي ترکيبهاي بدنه -از آنهائي که براي پخت متداول مناسبند تا دو پخت سريع و در نهايت تک پخت متخلخل- عبارتند از:

- کاهش درصد مواد رسي؛

- ورود درصدهاي بالاتر پُر کننده ها (filler) و مواد اولية مکمل (فلداسپارها، شنهاي فلداسپاتي feldspathic sands، کوارتز)؛

- محدود کردن کانيهائي که فازهاي گازي در دماهاي پخت بالا از خود خارج ميکنند (کلسيت و/يا دولوميت)، به ويژه در منوپروزا.

 

در منوپروزا ترجيح داده ميشود تا از مواد اوليه اي با درجة بالاي خلوص و توزيع اندازة ذرة ريز استفاده شود. فرآورده هاي تزئين شدة نهائي ديوار بايد درجة بالاي پايداري ابعادي داشته باشند. تشکيل ترکيبهاي بلوري مانند ولاستونيت، گلنيت Gehlenite، آنورتيت و دايوپسايد نه تنها پايداري ابعادي را تضمين ميکند، بلکه جنبه هاي ديگري چون انبساط مرطوب و ضريب انبساط را نيز تثبيت مينمايند. 

مشخصه هاي مواد اوليه براي بدنه ها:

مشخصه هاي مواد اوليه براي بدنه ها: بر اساس دسته بنديهاي تجاري، کاشيهاي ديواري ميتوانند به دو دستة «قرمز» و «سفيد» تقسيم شوند. در هر دو مورد مواد اوليه شامل دو نوع اصلي ميشود: «مواد رسي» و «مواد مکمل» (شامل فلداسپاتها، feldspathic sands، کوارتزها، کلسيتها).

 

ترکيب بدنه: همان گونه که قبلاً بيان شد، کاشيهاي ديواري ميتوانند با فرآيند تک پخت يا دو پخت و هميشه با استفاده از سيکلهاي سريع به دست آيند. به علاوه، ترکيب بدنه ميتواند جهت توليد فرآورده هاي سفيد پخت و قرمز پخت تغيير يابد. بدنة قرمز در اساس از رسهاي کربناتي بسيار متنوع با مقدار بالاي آهن تشکيل ميگردد. ترکيبهاي ديگر ممکن است feldspathic sands، فلداسپار، کوارتزيتها و -اگر ضروري باشد- کلسيت و/يا دولوميتها را نيز شامل شود.

 

در بدنه هاي سفيد پخت مخلوطهائي از رسهاي با رنگ پخت روشن، کلسيت، feldspathic sands و کوارتز مورد استفاده قرار ميگيرد (جدول دو).

 

مهمترين اختلاف بين ترکيبهاي سفيد و قرمز در مقدار و نوعِ رس مصرفي است (Quantity and Typology)؛ حال آن که بيشترين اختلاف درصدي بين بدنه هاي دو پخت و تک پخت آن است که بدنه هاي دو پخت ميتوانند درصدهاي بالاي کلسيت و/يا دولوميت داشته باشند (حتي به اندازة 18–15 درصد) و در موارد خاصي مواد اوليه با درجة خلوص به نسبت کمتر ممکن است به کار روند (جدول سه).

 

بدنة قرمز دو پخت سريع	بدنة قرمز	بدنة سفيد	مادة اوليه
─	─	40-30	بالکليها
─	─	30-20	خاک چيني
─	20-15	15-10	feldspathic sands
─	10-5	10-5	فلداسپار
─	─	10-5	کوارتز
─	─	10-7	کلسيت
80-70	60-50	─	رسهاي کربناتي
20-10	20-10	─	رسهاي قابل شيشه اي شدن
10-5	─	─	شاموت

جدول دو – ترکيبهاي ممکن براي بدنه هاي تک پخت متخلخل (قرمز و سفيد) و بدنه هاي دو پخت.

 

دو پخت Double fired (Bicottura)	منوپروزا Monoporosa	منوپروزاي قرمز Red monoporosa	منوپروزا Monoporosa	Body type
				Oxide
66-60	70-60	66-55	65-61	SiO2
14-11	17-12	19-15	14-12	Al2O3
1-5/0	8/0-5/0	1-7/0	2/1-0	TiO2
5-5/1	2/1-5/0	5-3	2/1-5/0	Fe2O3
10-5	8-5/5	8-8/0	8-7	CaO
3-3/0	5/0-3/0	8/0-5/0	5/1-1	MgO
3-2/1	5/3-2	5/2-5/1	2-5/0	K2O
2-2/0	6/0-2/0	5-9/0	5/0-0	Na2O
13-8	11-7	13-4	12-10	P.F. پرت حرارتي

 

جدول سه – ترکيبهاي مختلف بدنه براي تک پخت متخلخل و دو پخت سريع قرمز و سفيد (طبق SACMI).

 

ويژگيهاي فرآورده: ترکيبهائي که در هنگام پخت تشکيل ميشوند بر ويژگيهاي نهائي يک کاشي ديواري سراميکي بسيار اثر گذارند. اين ترکيبها بر اثرِ واکنش پذيري اکسيدهاي کلسيم و منيزيم (که به ترتيب از تخريب شبکه هاي کلسيت و/يا دولوميت در هنگام پخت به وجود مي آيند) تشکيل ميگردند. اين ترکيبهاي جديد عبارتند از گلنيت، دايوپسايد، آنورتيت و ولاستونيت. ويژگيهائي چون استحکام خمشي، ضريب انبساط، انبساط رطوبتي و موارد ديگر به مقدار و چگونگي (کميت و کيفيت) اين ترکيبها بستگي دارد.

ويژگيها، روشهاي توليد و فرمولاسيون بدنه

 بخش دوم: مواد اولية مصرفی، انواع بدنه و ترکيبهاي آنها

 خلاصه اي از فصل نهم کتاب «فناوري کاربردي سراميک»

 جلد اول، انتشارات شرکت SACMI ايتاليا

 Applied Ceramic Technology

 Vol. 1, © 2002 SACMI Imola, ISBN 88-88108-48-3

 Chapter IX, Wall tiles, pp. 255-266.

 ترجمه: ابوالفضل گِروِئي

همه چيز در باره بال‌كلي ها

همه چيز در باره بال‌كلي ها

كلمه بال كلي روزانه توسط تعداد زيادي از مردم در اقصي نقاط دنيا مورد استفاده قرار ميگيرد بدون آنكه اغلب آنها بدانند كه دقيقاً از چه چيزي صحبت مي‌كنند، بال‌كلي يك كاني فوق‌العاده كم‌ياب است كه در نقاط معدودي از جهان يافت مي‌گردد. بال‌كلي بخش ضروري بيشتر بدنه‌هاي سفالي و سراميكي مي‌باشد. اين ماده به آساني غالب‌گيري شده و پس از پخت در حرارت بالا به رنگ سفيد يا نزديك به سفيد در مي‌آيد و از اين رو به درستي مي‌توان بال‌كلي‌ها را از جمله رس‌هاي مفيد در صنايع سراميك ناميد. تاريخچه نام‌گذاري بال‌كلي‌ها به روش‌هاي ابتدايي برداشت و استخراج آنها از معدن (اولين بار در انگلستان) باز مي‌گردد، به اين شكل كه در ابتدا از ابزارهاي دستي ويژه‌اي جهت استخراج اين مواد استفاده مي‌گرديد كه آنها را در اشكال مكعبي شكل ناهموار و با ابعادي حدود 30 سانتيمتر برداشت مي‌نمود، اما به علت انتقال، جابجايي و ذخيره‌سازي اين قطعات مكعب شكل، به تدريج گوشه‌ها و زواياي آنها ضربه خورده و گرد مي‌شدند و به شكل توپ در مي‌آمدند و از اين رو به نام بال‌كلي (رس توپي) شناخته مي‌شوند.
تصوير هوايي از رخنمون شرقي حوزه بووي (Bovey Basin)
تركيب شيميايي: بال‌كلي نوعي رس، همانند كائولن مي‌باشد و تفاوت آن با كائولن در داشتن پلاستيسيته بالا و مقاومت كمتر در برابر حرارت است. اما در تركيب شيميايي بال‌كلي و كائولن تفاوت چنداني ديده نمي‌شود و تنها در نسبت و ميزان سيليس شركت‌كننده در تركيب داراي اختلاف مي‌باشند. تركيب عمومي بال‌كلي‌ها غالباً شامل 20 تا 80 درصد كائولينيت، 10 تا 25 درصد ميكا و 6 تا 65 درصد سيليس (كوارتز) مي‌باشد. به‌علاوه كاني‌هاي فرعي ديگر و برخي مواد كربناته كه داراي منشاء گياهي مي‌باشند در تركيب آنها حضور دارند. البته در منابع مختلف تركيبات ديگري نيز براي آنها ذكر گرديده كه داراي تفاوت‌هاي اندك مي‌باشند مثلاً مقدار كائولينيت را بين 20 تا 95 درصد، كوارتز 10 تا 70 درصد، ايليت و كلريت 5 تا 45 درصد ذكر كرده و مواد آلي، مونت‌موريونيت‌ها، تركيبات آهني، اكسيد تيتان و نمك‌هاي محلول را از جمله ناخالصي‌هاي آن در نظر گرفته‌اند. بايد توجه داشت كه گستره دامنه تغيير در تركيب شيميايي و كاني‌شناسي و نيز در اندازه رس‌هاي سازنده تركيب، به مشخصات و ويژگي‌هاي متفاوت و منحصر به فرد رگه‌هاي رسي نازك شكل گرفته در داخل يك پهنه رسوبي بستگي دارد.
منشاء و نحوه شكل‌گيري: بال‌كلي يك رس رسوبي مي‌باشد كه داراي منشاء طبيعي بوده و نيز به عنوان يك رس ثانويه شناخته مي‌شود، اين بدان معناست كه عوامل هوازدگي طبيعي باعث انتقال آن از محل و منشاء اوليه خود كه از آن سرچشمه گرفته است گرديده‌اند، رنگ طبيعي آن مي‌تواند از زرد كم رنگ تا مشكي متغير باشد كه اين تغير رنگ به حضور ساير كاني‌هاي موجود در آن و ساير موادي كه با آن رسوب كرده‌اند، بستگي دارد. اين ماده عموماً با درصدي از ماسه و رسوبات كربن دار (ليگنيت) همراه مي‌باشد، به‌طور مثال برخي از لايه‌ها به‌طور عمده از ماسه‌هاي كوارتزي ساخته شده‌اند و برخي واحدها تقريباً به‌طور كامل ليگنيتي هستند، اما اكثر لايه‌هاي سازنده بال‌كلي‌ها مشتمل بر تركيبي از كاني‌هاي رسي ريز دانه (به ويژه كائولينيت) به همراه تركيب متغيري از رسوبات سيليس و كربن‌دار مي‌باشند. عاملي كه باعث تغير در نسبت عناصر تشكيل‌دهنده آن مي‌شود، به محتوي مواد ورودي به رودخانه و هر محيط رسوبگذاري كه رسوبات در آنجا ته‌نشست مي‌يابند بستگي دارد، در حقيقت محتوي رسوبات و كاني‌هاي رسي موجود در آنها به‌طور عمده به سنگ منشاءهايي كه از آنها ايجاد گرديده‌اند وابسته است. تحقيقات نشان مي‌دهد كه هوازدگي عميق و طولاني مدت سنگهاي منشاء، تقريباً تمام اكسيدهاي آهن موجود در آن را از بين مي‌برد، اين اكسيد‌ها در واقع عامل اصلي رنگ‌هاي زرد، قهوه‌اي و يا قرمز در نهشته‌هاي رسي شكل گرفته در حوضه رسوبي محسوب مي‌گردند. از رس‌هاي رنگي شكل گرفته حاصل از اين اكسيد‌ها عموماً براي ساخت آجرهاي ساختماني، لوله‌هاي فاضلاب و سفال‌هاي رنگي استفاده مي‌شود ولي در صنايع سراميك‌هاي سفيد كاربرد ندارند. در مناطقي كه زمين هاي بالادست و ارتفاعات يك حوضه رسوبي، از سنگهایی با منشاء گرانيتي هستند و منابع و ذخاير رسي از هوازدگي عميق آنها شكل گرفته است، بال‌كلي‌هاي حاصل از آنها خصوصياتي شبيه به كائولينيت‌ها خواهند داشت، يعني داراي ذرات درشت و نه چندان پلاستيك اما داراي رنگ پخت سفيد مي‌باشند، ولي چنانچه منشاء كاني‌هاي رسي، آلتراسيون سنگ‌هاي ديگري به غير از گرانيت‌ها باشد، رس‌هاي شكل گرفته اغلب داراي قطعات سازنده كوچكتري بوده و خصوصيات پلاستيسيته بالا دارند اما در عوض داراي رنگ پخت تيره‌تر (زرد تا كرم) مي‌باشند. به‌طور كلي براي تشكيل و نگهداري ذخيره‌هاي رسوبي بال‌كلي، به يك سري شرايط زمين‌شناسي كم‌ياب احتياج مي‌باشد: اين شرايط شامل: الف – سنگ منشاء‌هايي كه به لحاظ ميزان كائولينيت غني بوده و عمدتاً كم‌ترين ميزان انواع اكسيد آهن را دارا مي‌باشند. ب- فرسايش اين سنگ‌ها و حمل آنها به داخل مانداب‌ها و يا حوضه‌هاي آب شور يا شيرين و ادامه فرسايش تا قطعات سازنده بسيار ريز‌دانه گردند. ج- فرسايش محدود و كم دامنه بعدي و يا دفن عميق رسوبات حاصل از مرحله قبل در نهايت سبب ايجاد واحدهاي بال‌كلي مي‌گردد.
انواع خصوصيات بال‌كلي‌ها: بال‌كلي‌ها مي‌توانند داراي خصوصيات متفاوتي باشند، اين گروه از كاني‌هاي رسي را مي‌توان به دو بخش عمده تقسيم نمود: 1- رس‌هاي با رنگ پخت نسبتاً روشن كه اغلب شامل درصد قابل توجهي از عنصر كربن در تركيب خود مي‌باشند، به اين دسته از رس‌ها، رس‌هاي آبي (تيره يا روشن) گفته مي‌شود (بستگي به رنگ پس از پخت آن دارد) و بخش عمده بال كلي‌ها از اين گروه هستند. 2- رس‌هاي با رنگ پخت سفيدتر اما با خصوصيات پلاستيك كمتر كه به لحاظ محتوايي مقدار اندكي كربن داشته و يا فاقد آن هستند و در عوض داراي درصد قابل توجهي از ماسه‌هاي كوارتزي كوچك مي‌باشند. اين نوع رس‌ها اغلب به عنوان رس‌هاي شكسته شناخته مي‌شوند زيرا دانه‌هاي كوارتز با خصوصيات غيرچسبنده باعث ايجاد ترك و شكستگي سريع در آنها مي‌شوند. برخي از انواع بال‌كلي‌ها داراي خاصيت سياليت هستند كه اين ويژگي آنها را در غالب‌گيري قطعات سراميكي بزرگ نظير قطعات سرويس‌هاي بهداشتي ارزشمند مي‌نمايد (در واقع باعث افزایش سیالات دو غاب‌های ریخته‌گری مي‌شوند يعني اگر بخواهيم بدون اینکه آب اضافه کنیم دوغاب را سیال کنیم به اين ترکیب بال‌کلی اضافه می‌کنیم).

خاک و سنگ نسوز

خاک و سنگ نسوز

خاک نسوز چسبنده

بال کلی مورد مصرف در صنایع دیرگداز شاموتی و آلومینائی
Blend-10	ARB-S	ARB-30	ARB-10	ARF

 

Code:  ARF

L.O.I	CaO	K2O	Na2O	TiO2	Fe2O3	Al2O3	SiO2
13	0.35	0.4	0.26	<5	<2	>38.5	39-40

***

Code:  ARB-10

L.O.I	SO3	CaO	K2O	Na2O	TiO2	Fe2O3	Al2O3	SiO2
<18	<0.85	<0.5	<1.5	<0.5	<1.5	<1.5	24-25	51-52

***

Code:  ARB-30

L.O.I	SO3	CaO	K2O	Na2O	TiO2	Fe2O3	Al2O3	SiO2
<30	<1	0.5	2	0.5	1	1	26	38

***

Code:  ARB-S

L.O.I	SO3	CaO	K2O	Na2O	TiO2	Fe2O3	Al2O3	SiO2
12.23	0.1	<0.5	2.01	0.62	---	1.31	24.91	56.36

***

Code:  Blend-10  (Fire clay binder)

L.O.I	CaO	K2O	Na2O	TiO2	Fe2O3	Al2O3	SiO2
14	0.5	1.2	0.5	1.45	<2	>24	57

 

عوامل موثر بر عيب مغزه سیاه........قسمت اول

عوامل موثر بر عيب مغزه سیاه........قسمت اول

هر چه بدنه تيره پخت تر مي شود رنگ black core تيره تر خواهد شد. هر چه رنگ پس از پخت قرمزتر باشد اگر قطعه معيوب به عيب black core شود، اين عيب بيشتر است. اين عيب نزديك لبه ها و گوشه ها مي افتد و وقتي حادتر مي شود، از گوشه ها تا لبه ها است و هنگاميكه بيشتر از اين حاد مي شود، به طرف وسط كاشي مي رود.

عوامل موثر برایجاد و تشديد عيب black core

1- اتمسفر كوره:

در صورتيكه به هر دليل ، اتمسفر كوره احيايي باشد؛ تغيير نسبت سوخت به هوا ، بالا رفتن فشار سوخت ، تغيير عدد اكتان سوخت در مورد سوختهاي گازي ( عدد اكتان نشان دهنده اين است كه چند CH4 به هم چسبيده اند و نشانگر ارزش سوخت است و اينكه سوخت چه مقدار براي ايجاد انرژي به اكسيژن نياز دارد.) عيب black core تشديد خواهد شد.

2- مكش اگزوز:

اگر فشار داخل كوره بالا رود، تنظيم مشعلها ممكن است بهم بخورد و اين بهم خوردن مي تواند منجر به اتمسفر احيايي در كوره شود و در نتيجه عيب black core پيش آيد.

3- مواد آلي سنگين بدنه :

بعضي از خاكهاي محتوي مقداري مواد آلي سنگين هستند كه اين مواد آلي سنگين اولاً ممكن است دماي تجزيه و سوختشان بالاتر باشد و ثانياً هنگاميكه مي سوزند چون داخل بدنه اند اگر اكسيژن به آنها نرسد، ممكن است به شكل دوده در آيند. به هر حال اين داستان به دماهاي بالاتري مي رسد و سوختن دوده ، داخل قطعه را احيايي مي كند و در نتيجه داخل قطعه كه احيايي شده سياه مي شود.

اگر مواد آلي كه عامل احيا كننده هستند منشاء بدنه داشته باشند يعني در داخل خاكهاي بدنه موجود باشند، در صورت اكسيدي بودن اتمسفر كوره، ابتدا مواد آلي متعلق به سطح قطعه مي سوزند و سپس بايد اكسيژن به داخل و مغز قطعه نفوذ كند تا بتواند در مغز قطعه مواد آلي را بسوزاند. به همين جهت است كه مي بينيم اگر مغز سياه پيش مي آيد در قشر مياني و ضخامت قطعه پيش مي آيد. چرا؟

جواب: زيرا به قشر مياني اكسيژن نرسيده و احيا شده است.

كاشي هاي ديواري، استحكام كمتر از كاشي هاي كف دارند. اگر دركاشي ديواري، قطعه در محيط احيايي قرار بگيرد، دوده زدگي دروني قطعه، بطور بسيار زياد و چشمگيري، استحكام قطعه را كاهش مي دهد. به نحويكه تقريباً استحكام كاشي هاي ديوار كه معيوب به عيب black core هستند به كمتر از حداقل قابل مصرف تقليل پيدا مي كنند. علت چيست؟

كربن و دوده و گرافيت، از تركنندگي جلوگيري مي كنند باعث مي شوند ذرات نتوانند به يكديگر اتصال كافي داشته باشند و فاز مذابي كه ايجاد مي شود نمي تواند ذرات را خوب تر كند. در نتيجه پس از پخت، ذرات به خوبي به يكديگر نچسبيده و استحكام ناكافي خواهيم داشت.

4-اثر Permibility يا نفوذ پذيري قطعه يا بدنه:

هر چه نفوذپذيري قطعه بيشتر باشد، اكسيژن به داخل قطعه مي رسد، داخل قطعه بهتر اكسيد مي شود و احتمال بروز عيب black core كمتر مي شود.

5- اثر ميزان كربناتهاي بدنه:

با افزايش ميزان كربناتها در بدنه، به دو علت عيب black core كاهش مي يابد اولاً حضور كربنات در بدنه، منجر به ايجاد تخلخل و افزايش نفوذپذيري مي شود، در نتيجه عيب black core كاهش مي يابد. ثانياً كربناتها حين تجزيه، هنگام خروج CO2 باعث مي شوند كه بقاياي احتراق ناقص مثل CO از داخل قطعه به خارج رانده شود و از آنجايي كه دماي تجزية كربناتها قبل از انسداد كامل تخلخلهاي باز آغاز مي شود و هنوز راه خروج وجود دارد، تجزية خود كربنات، منجر به بادكردگي موضعي نمي شود.

 

6- اثر فشار پرس..............

عوامل موثر بر عيب مغزه سیاه........قسمت دوم

عوامل موثر بر عيب مغزه سیاه........قسمت دوم

 

6- اثر فشار پرس:

هر چه فشار پرس بيشتر باشد، بدنه متراكم تر شده نفوذپذيري بدنه كمتر و عيب black core افزايش مي يابد. اگر در كاشي كف باشدبادكردگي خواهيم داشت. اگر در بدنه آهن نداشته باشيم، باز مي توانيم بادكردگي داشته باشيم؟

خير. اصلاً نداريم

اگر در بدنه آهن نداشته باشيم باز مي توانيم black core داشته باشيم؟

اگر آهن صفر باشد، black core نداريم اما اگر مثل بدنه هاي چيني 4/0 الي 5/0 آهن داشته باشيم، در كناره ها و داخل رنگ سياه ايجاد مي شود.

7- اثر بخار آب:

اتمسفر كوره را احيايي مي كند. چون يك احيا كننده قوي تر از C و  CO2داريمH+

H2O وارد اتمسفر كوره شده و يونيزه شده و منجر به بروز black core مي شود و يكي از عواملي است كه شديداً اثر مي كند.

H+ كه مي تواند ناشي از يونيزه شدن بخار آب باشد، بصورت يك عامل احياكنندة بسيار قوي عمل كرده و منجر به عيب black core مي شود.

8- لعاب و چاپ:

در صورتيكه لعاب زود ذوب باشد و يا چاپ اعمالي بر روي لعاب زود ذوب باشد( كه زود ذوبي را اكثراً در مورد چاپ رولعابي داريم) بواسطه كاهش نفوذپذيري بدنه و انسداد زودرس تخلخلها، عيب black core و همچنين بادكردگي تشديد مي شود. درصد black core با نوع چاپ اعمالي تغيير پذير خواهد بود.

9- MnO2 :

در اكسيد منگنز، جزء اكسيد هاي ريلكس است. فقط MnO2 چنين خاصيتي دارد كه در كنار FeO قرار مي گيرد و FeO را به Fe2O3 تبديل مي كند يعني MnO2 با بالا رفتن دما، به Mn2O3 و MnO تبديل و اكسيژن خود را در اختيار بدنه قرار مي دهد و از بروز black core تا حدي جلوگيري مي كند. در صورت تمايل به افزودن دي اكسيد منگنز به بدنه، مقدار %2 توصيه مي شود. دي اكسيد معروف ايران معدن سلفچگان قم است.

10- دانه بندي:

هر چه بالميل بيشتر كار كند و Particle size ريزتر شود، نفوذپذيري بدنه كمتر مي شود و عيب black core بيشتر مي شود. به همين سياق مي توانيم بگوييم، مصرف بيشتر خاكهاي ريزدانه در بدنه مي تواند منجر به افزايش احتمال بروز عيب black core در محصول گردد.

11- سيكل پخت در گرمايش:

در صورتيكه سرعت افزايش دما در سيكل گرمايش پخت بالا باشد، فرصت سوختن مواد ألي بيشتر خواهى بود و گاهاً ديده مي شود مدت زمان پيش پخت(در سيكل گرمايش) در رژيم پخت بر بروز اين عيب موثر است.

12- پنتومتري:

گاهاً فشار پرس بالا نمي رود، اما يكنواختي فشردگي محصول بهم مي خورد به نحويكه بعضي نقاط متراكم تر و بعضي از مواضع بدنه ، تراكم كمتري دارند و در نتيجه مواضع متراكم تر، استعداد بيشتري نسبت به بروز اين عيب خواهند داشت.

بیسکوییت در صنعت سرامیک چیست؟

بیسکوییت در صنعت سرامیک چیست؟

در كارخانه هاي با سيستم تك پخت به چه چيزي بيسكويت اطلاق مي شود؟

قطعات خاكي كه قبل از اعمال لعاب و چاپ از خشك كن خارج مي شوند، بيسكويت گفته مي شود كه اگر ضايعات اين نوع بيسكويت به بدنه افزوده شود، انقباض حين خشك شدن كم نمي شود زيرا رس پخته شده است.

معمولا كاشي لعابدار را به عنوان ضايعات بيسكويت استفاده نمي كنند با اينكه مصرف اينگونه ضايعات در بدنه بسيار بسيار خوب است.چرا؟

زيرا سايش آن در بالميل مشكل است. اما اگر بتوان آنرا وارد فرمول كرد بسيار مفيد خواهد بود. همچنين سنگ شكن كردن كاشي ديواري لعابدار با كاشي كف لعابدار متفاوت بوده و سهل تر مي باشد. اگر چنانچه بخواهيم ضايعات اينگونه را وارد بدنه نمائيم، بهتر است آنرا به كدام بدنه اضافه نمائيم؟

بهتر است اين ضايعات وارد كاشي كف آن هم در ابعاد بزرگش شود. چرا كه اين نوع از بدنه هاي كف، استحكام خام و خشكشان نسبتاً كم است و افزودن ضايعات مي تواند سبب كاهش انقباض حين خشك شدن شده و همچنين شوك پذيري بدنه را افزايش دهد. دماي پخت كاشي كف به اندازه اي نيست كه مولاليت ثانويه(3Al2O3.2SiO2 ) بتواند در آن تشكيل شود.

 

بدنه هاي دو پخت استون ور قرمزپخت

بدنه هاي دو پخت استون ور قرمزپخت

از اين نوع روش توليد در گذشته يعني قبل از حدود سال 60 براي توليد بدنه هاي كاشي كف استفاده مي كردند. در حال حاضر اين روش توليد به كلي در ايران منسوخ شده و مشابه با اين روش عمدتاً در دو منطقه براي توليد كاشي كف با سيستم كارگاهي مورد استفاده قرار مي گيرد.

اولاً اين بدنه ها شامل رسهاي پلاستيك هستند لذا در خشك شدن اين بدنه ها دچار مشكل مي باشند. ميزان اكسيد آهن موجود در اين بدنه ها بين 6 الي 7 درصد است  و ميزانK2O+ Na2O  برابر %5 و CaO +MgO  آن نيز خيلي كم است.

دانه بندي موادي كه براي توليد اين بدنه ها مورد استفاده قرار مي گيرند بين 300-200 ميكرون است.

 براي كاهش ضايعات ناشي از خشك شدن در كنار رس مي توانيم از مواد غير پلاستيك علي الخصوص سيليس و فلدسپات استفاده كنيم. اين بدنه ها را هنگام آسياب كردن، ترساب نمي كنند بلكه بصورت خشك ساب مي كنند. دانه بندي پس از خشك ساب بين 300-200 ميكرون است. در مقايسه با دانه بندي دوغاب ساير كاشي ها زبره ساير كاشي ها حداكثر %8 بود يعني بيش از %90 زير 63 ميكرون.

دانه بندي اين بدنه ها فوق العاده درشت تر انتخاب مي شود زيرا پلاستيسيته اين بدنه ها خيلي بالاست، اگر ريزدانه شوند در اثر ريزدانگي حين خشك شدن ضايعات افزايش پيدا مي كند. علاوه بر اينكه اگر زياد ريزدانه شوند Permibility كم و از آنجا كه ميزان آهن اين بدنه ها زياد است احتمال بروز عيب black core زياد خواهد شد.

اين بدنه ها را ابتدا پخت بيسكويت مي كنند پس از پخت بيسكويت، جذب آب آنها كمتر از %6 خواهد بود و سپس روي بدنه بيسكويت شده لعاب اعمال شده و سپس پخت لعابي صورت مي پذيرد.

                   

برای اطلااعات بیشتر در مورد مغزه سیاه یا  Black Core به مطلبی با عنوان عوامل موثر بر عيب مغزه سیاه مراجعه کنید.

طرح Sparek با استفاده از قالبهاي راستيك:

 

طرح Sparek با استفاده از قالبهاي راستيك:

در صورتيكه بر سطح پانچ قالبها طرحهاي برجسته وجود داشته باشد اين طرحهاي برجسته بر سطح محصول به صورت فرورفتگي خواهد بود. از اين تكنيك در توليد كاشي هاي پرسلاني و يا گرانيتي استفاده مي كنند.

 از جمله موارديكه در توليد اين نوع محصول براي افزايش زيبايي بكار برده مي شود، استفاده از لعاب خشك است. لعاب خشك مي تواند رنگي ترانسپارت و يا سفيد (اپك) باشد. در واقع لعابهاي خشك فريت دانه بندي شده هستند كه مي توانيم آنها را بر سطح محصول بريزيم.

براي اولين بار در ايران، كاشي مرجان اصفهان از اين تكنيك استفاده كرد.

لعابهاي خشك رنگي در تركيب batch اوليه، هنگام تهيه مذاب فريت حاوي عوامل رنگزا هستند.

نحوه اعمال لعاب خشك:

قبل از كابين اعمال لعاب خشك، سطح بدنه را باد مي زنند تا گرد و غبار زدوده شود. سپس لعاب خشك بر سطح بدنه ريخته شده و پس از آن سطح بدنه جاروب مي شود لذا لعاب خشك در مواضع فرورفتة بدنه باقي مي ماند و از سطح مسطح كاشي جاروب مي شود. پس ار جاروب بر سطح محصول چسب اسپري مي شود (محلول P.V.A ) تا لعاب خشك در حالت خام و پيش از پخت بر سطح بدنه ثابت شود. لعاب خشك نبايد اصولاً هيچگاه زياد ريز دانه باشد

مواردي در مورد روانسازها

مواردي در مورد روانسازها

در شركت هاي كاشي و سراميك بر اساس يك سري فاكتورها و عوامل روانساز را انتخاب مي كنند.

معيار هاي انتخاب روانسازها :

 1-قيمت 2-اثر 3-پايداري

calgon يا هگزا متا فسفات سديم اثر قويتري نسبت سيليكات سديم دارد اما دو عيب عدم پايداري و قيمت بالاتري نسبت به سيليكات سديم باعث استفاده كمتر آن در صنعت ميشود از جمله روانسازها به تركيبات (سيترات ، استات، كربنات، فسفات سديم ).

اگر بدنه اي با پلاستيسيته كم و ميزان محافظ كلو ئيدي كم داشته باشيم دفلوكو لانت اصلي سيليكات سديم است كه با هيدروليز ذرات كلوئيدي زياد بوجود مي آيد اگر بدنه با پلاستي سيته (بالكلي زياد بدنه)و ميزان محافظ كلوئيدي بالا داشته باشيم ديگر به ذرات كلوئيدي ناشي از سيليكات سديم نيازي نيست ومي توان از كربنات سديم استفاده كرد در عمل معمولاً نسبتي از كربنات سديم سيليكات سديم بكار مي برندبهترين نتيجه (كمترين ويسكوزيته )وقتي اتفاق مي افتد كه اول كربنات سديم و بعد سيليكات سديم استفاده شود و ويسكوزيته بالا وقتي است كه هردو روانساز با هم استفاده شوند . رقيق ترين دوغاب وقتي داريم كه نسبت كربنات كلسيم به سيليكات سديم 3به4 باشد(4/3).ولي اينهم متاثر از ماهيت كلوئيدهاي مختلف ,مقدار و اجزاي بدنه , ترتيب اضافه كردن روانساز ها است.

علّت صعود منحني روانسازي:

هر چه مقدار روانسازها بيشتر ميشود ويسكوزيته دو غاب كمتر ميشود به عبارتي ميتوان مقدار آب مصرفي دوغاب را براي رسيدن يك ويسكوزيته خاص كمتر است .تداخل ابر دو ذره باعث صعود منحني فوق ميشود .پتانسيل زتا ناشي از ذخيره بار است هرچه پتانسيل زتا بيشتر باشد دو غاب روانسازتراست.

روانسازي يا دفلوكوله ذرات غير رسي

در دوغاب هاي رسي با افزايش PH حالت رواني افزايش مي يابد حالت اسيدي باعث بسته شدن دو غاب ميشود .دوغاب هاي رسي حاوي MG وCA اگر اين مقدار زياد باشد حالت اسيدي به دوغاب مي دهد براي دوغابهاي اكسيدي قضيه فرق دارد به ماهيت ذرات .سطح ويژه انها و وجود ذرات كلوئيدي وPH بستگي دارد.

خواص رئولوژيكي بستگي به عوامل زير دارد:1-مينرالهاي موجود 2-توزيع اندازه ذره 3-سطح ويژه4-اصلاح كننده كلوئيدي 5-PH                                                                                                      

هر اكسيدي داراي PH خاصي است كه در ان سطح ذره مثبت يا منفي و يا خنثي ميشود سوسيانسيون مواد غير پلاستيك مثل اكسيدها و نيتراتها اغلب با اسيدها(عمدتاًHCL )دفلوكوله ميشود. روي سطح هر ذره غير اكسيدي يك لايه نازك از اكسيد همان ماده تشكيل ميشود براي Disperes (روان كردن –پخش كردن) در دوغاب كردن ذرات غير اكسيدي معمولاًبا تغيير phلايه سطحي اكسيدي را تحت تاثير قرار ميدهد .