دانلود مقاله کاشی و سرامیک

مقدمه سفالگری از جمله باستانی ترین هنر های بشری و در واقع سرمنشاء هنرتولید کاشی و سرامیک که نخستین آثار این هنر در ایران به حدود 10هزار سال قبل از میلاد می رسد که به صورت گل نپخته بوده و آثار اولینکوره های پخت سفال به حدود 6000 سال قبل از میلاد بر می گردد .کاشی وسرامیک از محصولات عمده خاک رس و سفال می باشند کاشی های سرامیکی سطوح مکان های بهداشتی در داخل منازل و همچنین بیماریستانهای را به صورت فراگیر در بر می گیرند امروزه به علت تنوع طرح و اندازه از آنها در سایر فضاهای عمومی و خصوصی استفاده می کنند و به علت تنوع در مقاوت لعاب در محیط های شیمیایی مختلف و فضاهایی مانند کارخانجات دارای محیط شیمیایی و یا آزمایشگاه ها ، کاشی تنها مصالح مورد مصرف می باشد .

سرامیک ها ممکن است لعاب دار و یا بدون لعاب باشند .

لعاب کاشی ها در انوع مختلف در دسترس هستند لعاب مات ، نیمه براق ، براق ، سفید یا رنگی وگلدار ، همچنین خشت کاشی نیز در ابعاد ، اشکال متنوع دارای سطحی صاف یا بر جسته ، زبر یا طرحدار می باشد که بر حسب مورد ومحل مصرف انتخاب می شوند .

خشک کاشی را که به آن بسیکوئیت می گویند به کمک لعاب مورد نظر اندود می کنند و این لعاب به صورت گرد مخلوط شده در آب به صورت معلق ( سوسپانسیون ) می باشد اندود می کنند .خشت آماده شده وارد کوره پیش پخت و سپس کوره اصلی می شود و پس از پخت درجه بندی و بسته بندی می گردد .

درجه بندی کاشی ها بر اساس کیفیت آن ، در ابعاد خشمک و لعاب کاری تعیین می گردد .

کاشی باید دارای لبه های قائم ، ابعاد دقیق و لعاب یکنواخت و بدون پریدگی و خال باشد کاشی های لعابی با ضخامت 4 تا 12 میلیمتر بر حسب مکان مورد مصرف تهیه می گردند .

نوعی از این کاشی ها که سطح زبر تری دارند منحصرا برای کف استفاده می شوند سرامیک های موزائیکی نیز نوعی از سرامیک ها هستند که از قطعاتی با شکل هندسی و کوچک که به صورت شبکه ای بر روی ورقه ای از کاغذ گراف مخصوص در کنار هم قرار گرفته اند ، تشکیل می شوند .

این سرامیک ها روی بستری از ملات قرار می گیرند و پس از گرفتن ملات ، روی آن را با آب خیس می کنند تا کاغذ آن جدا شود وسپس با دوغاب دور آنها را پر می کنند .

به طور کلی در مورد کاشی و سرامیک باید مندرجات استاندارد شماره 25 ایران رعایت شود .

بخش اول کاشی کاشی کاشی به قطعه سنگی مصنوعی گفته می‌شود که طول و عرض آن مختلف بوده و ضخامت آن چند میلیمتر است، و یک روی آن دارای سطحی شیشه‌ای بوده و کاملاّ صاف و صیقلی می‌باشد.کاشی محصولات سفالین و سرامیکی است که در ساختمان کاربرد و اهمیت ویژه‌ای دارد مانند حمام‌ها، توالت‌ها، آشپزخانه‌ها و آب ریزگاه‌های عمومی و غیره[۱].

کاشی برای تزئینات داخل و خارج ساختمان و همچنین برای بهداشت و عایق رطوبت به کار می‌رود.

مواد تشکیل‌ دهنده یک قطعه کاشی از دو قسمت تشکیل شده‌است: ۱- قطعه سفالی که قسمت اصلی و استخوان‌بندی کاشی را تشکیل می‌دهد.

۲- لعاب روی آن که ماده‌ای است شیشه‌ای و قسمت رویی آن را تشکیل می‌دهد.

یکی از مهم‌ترین عوامل در صنعت کاشی سازی آن است که این دو ماده را طوری انتخاب کنند که ضریب انبساط آنها مساوی باشد.

تعریف لعاب: لعاب درنتیجه ذوب کردن مخلوطی ازسیلیکات ها دردمای مختلف به وجودمی آید.

اتمهای بعضی ازاین موادمذاب که گرانروی آنها نسبتا زیادبوده،یعنی اصطکاک داخلی آنهاشدیداست،درحین انجمادنمی تواند مجددا نظم کامل بگیرند،بطوریکه امکان تشکیل جوانه بلور نمی یابند ودراین صورت همان حالت شیشه ای (بی شکل) خودراحفظ می کنند.تفاوت بین بلور ها وشیشه ها،درچگونگی تشکیل شبکه فضایی آنهاست.یونهای موادبلوری،تشکیل شبکه فضایی منظم بلوری می دهد،درصورتیکه در شیشه (لعاب) این یونها نظم کافی حاصل نمی کندودرنتیجه شبکه ای نامنظم تشکیل می دهد.

لعاب پوشش شیشه ای است که به منظورایجادویژگیهایی ازقبیل:زیبایی،نفوذپذیری دربرابررطوبت و….

درسطح بدنه های سرامیکی ومورداستفاده قرارمی گیرد.لعابها دارای ویژگیهای مهم زیرمی باشند.

1- لعابهادرمقابل موادشیمیایی باPH اسیدی وقلیایی مقاوم هستند.

2- وجودلعاب،مقاومت به خراشیدگی سرامیکها راافزایش می دهد.

3- لعابها،مقاومت گرمایی نسبتا مناسبی دارند.

فریت فریت بخش بزرگی ازهرسری مخلوط لعاب راتشکیل می دهد.فریت معمولا یک ترکیب سرامیکی است که پس ازذوب،سردشده وبه تکه های شیشه ای تبدیل می گردد.

لعاب فریت شده بهترازلعاب خام قابل استفاده است و درنتیجه با دقت بیشتری می شودآن رابرای ظروف طراحی کرد.چون لعاب فریت شده،مقدارزیادی ازگازهای نامطلوبی که بعضی ازمواداولیه درموقع پخت آزاد می کند،بوسیله پیش ازذوب خارج کرده است،ایجادحباب نکرده وبرروی بیسکویت سرامیک،ناصافی ایجاد نمی کند.همچنین عمل فریت کردن باعث کاهش انقباض لعاب درهنگام خشک شدن می شود.

تولید لعاب فریت معمولا به دوروش رایج انجام می شود: 1- Batching.

2- Continuous.

درروش نخست مواداولیه درداخل کوره دوارریخته وباحرارت معادل 1500درجه سانتیگراد طی چهارساعت ذوب می شود.درطی این زمان کوره هرچندمرتبه خلاف ویا جهت عقربه های ساعت چرخیده می شود تاعمل اختلاط به خوبی صورت گیردمجرای ورودی وخروجی یکی بوده وموادمذاب ازهمان مجرای ورودی مواداولیه تخلیه می شود.

این کوره ها نیازبه کنترل چندانی ندارند.مهمترین فاکتورکنترل کننده دراین کوره ها،دما می باشد.که توسط دوربین پیرومترصورت می گیرد.

درروش پیوسته،باتوجه به اهمیت کوره،کلیه فرآیندهای تولیدازمرحله انبارومواداولیه درسیلوتا تولیدنهایی بصورت تمام اتوماتیک انجام شد.می توان ازاتاق کنترل،کلیه فرآیندها رادرنظرگرفت.

خصوصیت این کوره ها،جریان مداوم وپیوسته مواداولیه طبق وزن لازم وخروج مداوم مذاب ازاین کوره می باشد.درنتیجه نیازتجهیزات وکنترلهایی داریم که بتواند چنین فرآیندی راهدایت ومهیا نماید.

به طورکلی می توان این روش ساخت رابه 4مرحله تقسیم نمود: الف – انبارمواداولیه ب- مخلوط کردن و آماده فرمول فریت (میکسر).

ج- گداخت مواداولیه برای تولیدفریت(کوره ذوب).

د- خنک کردن مذاب وبسته بندی.

الف) انبارمواداولیه درچنین کارخانه ای انباررامی توان دونوع درنظرگرفت.

الف- انبارطولانی مدت: برای نگهداری مواداولیه بیش ازیک ماه می باشد.

ب- انبارموقت: سیلوها که برای نگهداری مواداولیه درهنگام فرآیندپخت مورداستفاده قرارمی گیرد.

دراین بخش،هدف انتقال مواداولیه به سیلوها،ابتدای خط تولید فریت می باشد.مواداولیه ای که وارد کارخانه می شودمی توانندبصورت فله یابسته بندی انبارشوند،ولیکن رطوبت نسبی انبارمواداولیه نباید از5/0% تجاوزکند.موادفله ای نیازبه عملیات خاصی قبل ازانتقال ندارد،ولی موادداخل بسته بندی کیسه بایدخارج شوند.این کارمی توانددستی ویاتوسط ماشین مخصوص صورت گیرد.

سیستم انتقال به داخل سیلوها معمولا توسط هوای فشرده انجام می شود.همچنین قبل ازورود مواداولیه به سیلوها می توان،غربالهای خاصی راجهت کنترل بهتردانه بندی مواداولیه درنظرگرفت.

سیلوها انباره های ذخیره مواداولیه جامدمی باشندکه فلزی می باشند.هرسیلو می تواندشامل تجهیزات همزن الکترومکانیکی،(auger)، دریچه های تخلیه مکانیکی ونیوماتیکی نازل خروجی هوا وابزارآلات دقیق وابسته نظیرسطح سنج(Level gage)باشد.ظرفیت سیلوها باید طوری انتخاب شودکه جریان یکنواخت مواداولیه دچاراختلال نشودوروندتولیددچارنقص نگردد.معمولا ظرفیت سیلوهارا2برابر ظرفیت تولیدی روزانه درنظرمی گیرند.

انواع مختلف آزمایشهای لعاب: تنشهای به وجود آمده دربدنه ولعاب دلیل وعیب اصلی برای پیدایش ترک وبریدگی لعاب است.بخشی ازنقص هادرموقع پخت یاسردشدن قطعات وقسمت دیگرآن درطی زمان وپس ازانبارکردن یابعدازاینکه بدست مصرف کننده می رسدخودرا ظاهرمی کند.

بطورکلی برای پیش گیری ازنقص ها یا تشخیص نوع عیب های به وجودآمده بایدآزمایشهایی برروی موادخام ایجادبگیردکه درزیرمهمترین آنها به طوراختصارآورده می شود.

تشخیص نوع ترک: قدیمی ترین روش تشخیص نوع تنش،محاسبه تعدادواندازه ترک های بوجودآمده درسطح بدنه است.ترک های ریز مشبک (توری شکل) که درموقع سردشدن یا بعدا به وجود می آینددلیل تنش زیادی مابین بدنه ولعاب است وآنها به علت انقباض شدید لعاب تولید می شوند.یعنی دراین حالت انبساط حرارتی لعاب به مراتب بزرگتر ازانبساط حرارتی بدنه است.

ترک های موئینی که به دلیل تنس کمتری به وجودمی آید(اغلب بعد از گذشت یک روز) اغلب ترک های بزرگتری هستندوتشکیل یک توریا شبکه غیریکنواختی درسطح می دهد.

اگرانبساط حرارتی لعاب خیلی کم باشد،لعاب به صورت تکه یا پوسته های کوچکی ازروی بدنه می جهد،به ویژه ازلبه های قطعات.ازروش تنش گیری به موقع می توان تا اندازه ای ازپیش آمد این نقص ها ممانعت به عمل آورد.بعضی ازاین روشها عبارتنداز:ضربه زدن به لعاب با وسیله سختی،خراش دادن لعاب وبالاخره حرارت دادن وسپس سردکردن سریع لعاب.

برای پیشگیری ازتولیدترک میتوان مقداری درحدود5الی 12 درصدکوارتزبه لعاب اضافه کردودرصورت احتیاج بیشتر به این ماده بایدزگر لعاب راتغییر دادبه طوری که انبساط حرارتی کمتری به دست آید.

شوک حرارتی(سریع سردکردن): برای تعیین مقاومت لعاب وبدنه درمقابل تغییرات دما،قطعه لعابکاری وپخته شده رادردمای معینی حرارت داده وسپس آن رادرآب سرد20درجه فرومی برند.دمای گرم کردن قطعات فوق از100درجه سانتیگرادشروع وهردفعه پس ازفروبردن آن درآب10درجه به دمای کوره افزوده می شود.اگرنمونه تا120درجه سانتیگرادرابدون ترک خوردن تحمل کند،دراین صورت میتوان گفت که این لعاب تا 8روز پس ازپخت بدون ترک مقاومت خواهدکرد.اگرتا150درجه سانتیگرادراتحمل کرداین لعاب 3تا4ماه بدون ترک است وهمچنین تحمل آن تا160درجه سانتیگرادبرابرمی شودبا15ماه مقاومت نمونه درمقابل ترک وتحمل 180درجه سانتیگراد2تا3سال وبالاخره تحمل 200درجه سانتیگراد،این لعاب بطورکلی درمقابل تشکیل وتولید برای همیشه مقاوم است.

این آزمایش رامیتوان براحتی درهردستگاه خشک کن موجود درآزمایشگاه انجام داد.آبی که نمونه رادرآن فرومی برندبه علت گرم شدن بهتراست پس ازانجام هرچندآزمایش کنترل کرد،به طوریکه در20درجه سانتیگرادثابت نگهداشته شود.

ترک های بسیارریز ونازکی که توسط چشم بخوبی مشاهده نمی شوند،با فروبردن نمونه درمحمول رنگ،ترک ها بخوبی رویت می شوند.

آزمایش حلقه تنش برای اندازه گیری تنش واختلاف تقریبی مقدارآن دربدنه ولعاب طبق شرایط معمولی صنعتی می توان به ترتیب زیرعمل کرد: ازموادبدنه حلقه هایی به قطر5سانتیمترتهیه می شود.ازیک حلقه درحدودنیم تایک سانتی مترآن خارج می کند.

این حلقه ها پس ازلعاب کاری (لعاب موردنظربرای همین بدنه) درکوره پخت می شوند.اگرلعاب انبساط حرارتی کمتری ازبدنه (حلقه) داشته باشد،بنابراین دهانه حلقه قدری بسته وحلقه تنگتر می شود.

درصورتیکه لعاب تمایل به ترک خوری داشته باشد حلقه بازترمی شود.

دیلاتومتری: امروزه برای اندازه گیری انبساط حرارتی موادوقطعات اماده ازدستگاه دیلانومتر استفاده می شود.این دستگاه تابعیت تغییرات طول نمونه رانسبت به دماهای مختلف نشان یا ثبت می کند.برای نمونه جهت اندازه گیری انبساط حرارتی بستگی به نوع دیلانومتر متفاوت است.اغلب ازبدنه یا لعاب به طورمجزانمونه تهیه می شود.برای تهیه نمونه ازلعاب ابتدا آنراذوب ودرقالبی می ریزند،پس ازانجمادابعادموردنظرتوسط اره الماسه بریده ومجددا جهت تنش گیری حرارت داده میشود.

انبساط حرارتی لعاب وبدنه به طورمجزا اندازه گیری وسپس بایکدیگر مقایسه می شوند.

لعاب بایدتحت مقدارکمتری تنش فشاری برروی بدنه بنشیندتاتشکیل ترک ندهد.

البته میتوان با اضافه کردن موادی به موادبدنه انبساط حرارتی آنرا قدری افزایش دادکه لعاب برروی بدنه تحت تنش فشاری کافی قرارگیرد.

اندازه گیری انبساط حرارتی اجسام فقط تانقطه تبدیل آن کافی است زیراازاین دما به بعدلعاب به فازمایع تبدیل می شود.

تشکیل ترک معمولا درزمان انجمادلعاب ازنقطه تبدیل به پایین انجام می گیرد.دراین محدوده حرارتی بایدلعاب زیرتنش فشاری قرارگیردیعنی لعاب بایددارای ضریب انبساط حرارتی کمتری نسبت به بدنه باشد.امروزه درکلیه کارخانجات تولیدلعاب وسرامیک ازاین دستگاه با اهمیت استفاده فراوانی می شود.

روشها وآزمایشهای گوناگون دیگری برای اندازه گیری تنش لعاب وبدنه وجود داردکه دراینجا بدلیل کم اهمیت بودن آن،آورده نمی شود.

تورم بدنه وترک لعاب: تاکنون ازنقصهای به ویژه تولید ترک وجلوگیری ازآنها صحبت شدکه تااندازه ای مشخص ومعلوم بوده اند.عیب دیگری وجودداردکه نتیجه آن همچنین تشکیل وتولیدترک درلعاب است ودرباره این نقص هنوزمجهولاتی وجود دارد.این عیب تورم بدنه است که هفته ها یا ماهها بعدازانبارکردن یا درحین کاربردقطعات ظاهر می شودوموجب ترک خوردن لعاب می گردد.امروزه به این نتیجه رسیده اندکه تورم بدنه سرامیکی درمدت زمانهای بسیارطولانی دراثرجذب رطوبت محیط است.

اجسام سرامیکی لعابکاری رپخته شده به علت داشتن تخلخل یاحفره های مختلف دیگری مانندسوراخهای نیش سوزنی یامحل پایه وتکیه گاههایامواضع بدون لعاب وغیره که اجتناب ناپذیرنیزهستند،رطوبت محیط رابه خودجذب وشروع به تورم می کنند.تورم بدنه براثرجذب رطوبت محیط،به همان اندازه انبساط حرارتی مسئول تولیدترک درلعاب است.برای اندازه گیری ومحاسبه مقدارتورم ازدستگاهی به نام اتوکلاو استفاده می شود.توسط این دستگاه با فشاربخارزیادبه طورمصنوعی درقطعات سرامیکی تورم ایجاد می شود.بدون کاربرداین دستگاه،کنترل دائمی تورم بدنه پخته شده درصنعت بسیاروقت گیروغیرممکن به نظرمی رسد.این آزمایش بسیاردقیق است،به طوری که آزمایش تورم توسط این دستگاه ومشاهدات سالیانه تورم بدنه های پخته شده به حالت عادی هردوبرابرومطابقت دارند.

برای اینکه بتوان بیشترین تورم رابدست آورد(تقریبا90درصد) بایدبابدنه 100ساعت زیرفشار2/0 آتمسفرقرارگیرد،البته همین مقدارتورم رامیتوان با5آتوفشاروبه مدت 4ساعت بدست آورد وجسم رادمقابل تورم آزمایش کرد.

تورم بدنه بستگی به دمای پخت داردوهرچه آن بیشترگردداحتمال تشکیل تورم کمتراست.تورم همچنین به نوع موادبدنه بستگی دارد.

افزایش مقدارکوارتزدرموادبدنه تورم راقدری کاهش می دهد.برعکس فلدسپات اثرزیادی برروی ازدیاد تورم ودر نتیجه ترک های موئین دارد به ویژه دردماهای بالاتر.آهک اثرزیادی برروی تورم دارد به ویژه تاثیربیشترمی شود،اگرمقداری کوارتز تواما همراه آن بوده ومقدارفلدسپات آن کم باشد،دردمای بالایSK 5a حتی با محتوی بودن مقداری فلدسپات تورم به شدت کاهش دارد.کائولن برروی متورم شدن بدنه بی اثراست.کربنات باریم اثربسیارنامطلوبی برروی متورم شدن موادبدنه داردوتاثیرآن به مراتب بیشترازکربنات کلسیم است.

مقداربسیارکمی دیوپسیداثرزیادی برروی تورم زدایی مواددارد.دیوپسید تشکیل شده ازسیلیکات کلسیم منیزیم(2SIO2،Mgo،Cao).

آزمایش سختی لعاب: ساده ترین روش اندازه گیری سختی لعاب خراش سختی،طبق موس است که باچسم سخت تری(چاقو) برروی لعاب خراشی داده وسختی آن بطورتجربی با جدول سختی