لعاب سرامیک

  لعاب سرامیک | لعاب قشر نازک شیشه‌ای یا شیشه مانندی است که (در فرآیند لعابکاری) بر سطوح بعضی اجسام سرامیکی پوشش داده می‌شود. ماده تشکیل دهنده لعاب را که پودر بسیار نرمی است به وسیله‌ای روی جسم موردنظر لعابکاری می‌کنند و سپس می‌پزند لعاب، تمام سطح جسم سرامیکی را کاملاً به صورت یک پوشش نازک می‌پوشاند. لعاب همیشه در دمای کمتری نسبت به بدنه‌های سرامیکی، به حالت خمیری و مذاب در می‌آید، یعنی نقطه خمیری پایین‌تری دارد.

لعابکاری جسم سرامیکی موجب تراکم، سختی، صیقلی و رنگی بودن آن می‌شود و آن را در مقابل بعضی از عوامل شیمیایی مستحکم و پایدار می‌سازد.

لعاب، اجسام سرامیکی متخلخل را کاملاً متراکم و از نفوذ مایعات و گازها به داخل بافت آنها جلوگیری می‌کند و در نتیجه از تأثیر خوردگی و عوامل نامساعد دیگر بر آنها می‌کاهد.

تقسیم بندی لعابها

امروزه تقسیم بندی لعابها بر مبنای تشکیل شیمیایی یا نوع تولید آن صورت می‌گیرد.

تقسیم بندی بر اساس ترکیب شیمیایی:

۱ـ لعابهای سربی

الف ـ لعاب بدون بور

الف۱ـ لعاب سربی ساده

الف۲ـ لعاب سربی مخلوط

ب ـ لعاب محتوی برات

۲ـ لعابهای بدون سرب

الف ـ لعابهای براتی

ب ـ لعابهای بدون بور

ب۱ـ لعاب با مقدار قلیایی زیاد (لعابهای قلیایی)

ب۲ـ لعاب با مقدار کم قلیایی (لعابهای پرسلان)

تقسیم بندی لعاب بر اساس انواع تولیدها:

۱ـ لعابهای خام

۲ـ لعابهای فریتی

۳ـ لعابهای تبخیری

لعابکاری:

برای لعابکاری بدنه های سرامیکی روشهای متعددی وجود دارد که مهم‌ترین آنها عبارتند از:

۱ـ ریختن لعاب بر روی بدنه سرامیکی.

۲ـ فرو بردن بدنه سرامیکی در دوغ‌آب لعاب.

۳ـ‌‌ لعابکاری با فشار هوا (پاشیدن دوغ‌آب لعاب توسط پیستوله).

۴ـ پراندن لعاب توسط نیروی گریز از مرکز که در این حالت لعاب به صورت ذرات بسیار ریزی تبدیل و در فضا پخش می‌شود که بدنه های سرامیکی را در این فضا قرار داده و لعابکاری می‌شوند.

روشهای لعابکاری دیگری از ترکیب این چهار طریق لعابکاری فوق جهت لعابکاری وجود دارد که در اینجا آورده نمی‌شود.

لعاب در لعابکاری به روشهای ریختن و فرو بردن باید دارای وزن مخصوصی در حدود ۳۰/۱ الی ۵۵/۱ گرم بر سانتیمتر مکعب باشد (۳۰ـ۵۰ B´e) وزن مخصوص لعابهایی که توسط روش پاشیدن لعابکاری می‌شوند در همین حدود فرق دارند.

لعابهای غلیظ برای لعابکاری به طریق پاشیدن نامناسب است و سطوح ناهمواری بر روی بدنه سرامیکی بوجود می‌آورد که موجب لوله و یا پوسته‌ای شدن لعاب می‌شود.

دمای بدنه در ضخامت قشر لعاب مؤثر است.به ویژه برای روشهای لعابکاری به طریق ۱ و ۲ بدنه های فشرده عمل مکندگی و جذب لعاب کمتری دارند، بنابراین باید لعاب غلیظتر تنظیم شود . تخلخل بدنه‌های سرامیکی با پخت اولیه باید درحد مناسبی باشد که عمل مکندگی و جذب لعاب آنها به حد کافی باشد. جذب آب بدنه‌های از جنس سرامیک سفید پخت باید تقریباً ۱۰ تا ۱۵ درصد و برای کاشی در حدود ۶ الی ۱۰ درصد باشد.

برای بهبود لعابکاری بدنه‌های سرامیکی، مقداری از آب همراه دوغ‌آب لعاب توسط تخلخل بدنه مکیده وجذب می‌شود، بنابراین تمام این قدرت مکندگی بدنه را نباید کلاً جهت لعاب کاری بهره‌برداری کرد .اگر تمام قدرت مکندگی بدنه به وسیله آب لعاب جذیب شده بهره‌برداری شود یعنی بدنه از آب اشباع شود بعداً لعاب از روی سطح لعابکاری شده شره کرده و میریزد یا پس از پخت دراین مواضع بدون لعاب باقی میماند (حالت کچلی). ازچهار روش لعابکاری فوق، روشهای زیر به ترتیب، مقدار آب بیشتری همراه خود به بدنه می‌بخشد:

۱ـ فرو بردن

۲ـ ریختن لعاب

۳ـ پراندن توسط نیروی گریز از مرکز

۴ـ لعابکاری با فشار هوا

بنابراین، روش لعابکاری به طریق فرو بردن مقدار بیشتری و در روش پاشیدن توسط فشار هوا کمترین آب را همراه خود در حین لعابکاری به بدنه سرامیکی می‌دهد. بدنه‌هایی که خاصیت مکندگی آنها نسبتاً کم است توسط گرم‌کردن، حالت مکندگی آنها را افزایش می‌دهند.

برای نقاشی و تزئین‌ کردن بدنه‌های سرامیکی بعضی از نقاط بدنه را که مایل به لعابکاری نیستند و باید عاری از لعاب باشند با مواد پلاستیکی مانند لاتکس، به وسیله قلم‌مو آن منطقه را پوشش و سپس بدنه را لعابکاری می‌کنند. پس از خشک شدن لعاب می‌توان به راحتی آن پوسته پلاستیکی را از بدنه جدا کرد و در زیر این پوسته پلاستیکی لعاب نفوذ نکرده و بدنه در این منطقه عاری از لعاب می‌ماند. برعکس مواقعی جهت تزئین بدنه سرامیکی از رنگهای متفاوت و زمینه‌های مختلف استفاده می‌شود، لذا رنگ را با محلول پارافین گرم مخلوط کرده و بر روی بدنه می‌کشند (نقاشی می‌کنند) و پس از انجماد پارافین تمام بدنه لعابکاری می‌شود. در مواضعی که رنگ مخلوط با پارافین نقاشی شده، لعاب دومی یا زمینه را به خود جذب نمی‌کند و در نتیجه به راحتی می‌توان دو یا چند رنگ را به بدنه بدین طریق لعابکاری کرد.

به تازگی لعابکاری قطعات سرامیکی از روش لعابکاری به طریق الکترواستاتیکی نیز استفاده می‌شود که این روش از بعضی از مزایای مطلوبی برخوردار است. در این روش بین الکترود قطب منفی و الکترود قطب مثبت متصل به قطعه سرامیکی موردنظر، جهت لعابکاری، جریان برق فشار قوی برقرار می‌شود. ذرات دوغ‌آب لعاب را به وسیله هوای پرس شده به این حوضه وارد می‌کند. ذرات لعاب، از خطوط حوضه تشکیل شده در این حوضه الکتریکی پیروی کرده و به طرف جسم سرامیکی حرکت می‌کند. در این روش لعابکاری، بدنه سرامیکی در تمام جهات لعابکاری شده و به همین سبب دارای اهمیت زیادی برای اجسام سرامیکی با شکل ظاهری پیچیده است، مانند سرامیکی طبی.

مهمترین مزیت‌های لعابکاری سرامیکها به روش الکترواستاتیکی عبارتند از:

۱ـ لعابکاری سه بعدی

۲ـ لعابکاری با ضخامت قشر یکنواخت

۳ـ عدم تشکیل جدایش در حین لعابکاری

۴ـ اتلاف بسیار کم لعاب

۵ـ لعابکاری در زمان کوتاه برای اجسام بزرگ

لعابکاری خام

اخیراً در صنعت سرامیک نرم (ظریف) سعی می‌شود قطعات را فقط یک پخت تولید کنند، یعنی بدنه‌های سرامیکی که در ابتدا پخت اولیه داده و سپس بعد از لعابکاری پخت نهایی یا صاف انجام می‌گرفته است، این پخت ابتدایی را حذف و فقط توسط یک پخت عمل پخت قطعه و لعاب تواماً انجام می‌گیرد. در این صورت یک عمل پخت حذف و صرفه‌جویی می‌شود. برای بعضی از قطعات سرامیکی مانند تولید لوله‌های فاضل آب که از سرامیک خشن تولید می‌شوند، این روش لعابکاری خام، جدید نیست و تاکنون نیز انجام شده است.

به منظور لعابکاری خام باید بدنه دارای استحکام خشک نسبتاً بیشتری باشد که در اثر فروبردن این قطعات در لعاب یا عملیات دیگر، سست نشوند. در این روش لعابکاری، مواد بدنه سرامیکی باید قابلیت تورم کمتری نسبت به روشهای دیگر داشته باشد. قطعات سرامیکی که هنوز کاملاًخشک نشده و فقط ظاهراً سطح خارجی آنها خشک شده، یعنی در داخل قطعه هنوز مرطوب است، این قطعات دارای تنش زیادی هستند که به محض شروع عملیات لعابکاری بر روی آن امکان ترک خوردن یا تشکیل نقایص دیگری می‌باشد.

با اضافه و مخلوط کردن پودر پخته شده بدنه، به مواد متورم شونده، می‌توان از ترک خوردن آنها تا حد زیادی جلوگیری کرد. در صنعت، لعابهای محتوی خاک رس پلاستیکی (قابلیت تورم خوب) برای لعابکاری خام مناسبترند، زیرا آب همراه این نوع لعابها به کندی به بدنه نفوذ می‌کند. محتوی بودن بیش از حد خاک رس در این گونه لعاب موجب بسته شدن حفره‌های ریز و در نتیجه لوله‌های موئین بدنه می‌شود که از نفوذ آب همراه لعاب به داخل بدنه جلوگیری به عمل می‌آورد و در این صورت تولید آبله کرده و تشکیل حفره‌های هوا در روی سطح بدنه وجود دارد.

تنها اشکالی که در این نوع لعابکاری خام به وجود می‌آید شکستن بدنه‌های خام به دلیل سست شدن آنها است. البته می‌توان به منظور اجتناب از نقص فوق، استحکام خشک قطعات را با اضافه کردن بعضی از مواد تا اندازه‌ای افزایش داد مانند:

۱ـ اضافه کردن مقداری آب شیشه به مواد تا اندازه‌ای که اثری بر روی قابلیت ریختن، دوغ‌آب مواد بدنه، نگذارد.

۲ـ اضافه کردن مقدار کمی بنتونیت به مواد.

۳ـ اضافه کردن خاکهای رس مختلف مانند کائولن ـ شیفر و غیره

۴ـ اضافه کردن مواد آلی مانند تولوز و آلگینات. این مواد استحکام خشک را افزایش داده ولی از تورم مجدد آن در طی زمان نمی‌توان جلوگیری کرد.

برای لعابکاری خام باید بدنه سرامیکی کاملاً خشک باشد. اگر بدنه در حین لعابکاری ترک خورد باید لعاب پلاستیکی را به حد کافی با آب رقیق کرد. به مواد بدنه باید مواد تقلیل دهنده‌ یا مواد غیر پلاستیکی اضافه کرد. به منظور بهتر کردن خواص لعابهای محتوی فریت زیاد باید مقداری مواد پلاستیکی به آن اضافه کرد.

یکی از مسائل مهم در لعابکاری خام زمان لعابکاری بر روی بدنه است. اگر زمان فرو بردن و نگه‌ داشتن بدنه در لعاب زیاد باشد مقدار بیشتری آب به خود جذب کرده، به طوری که قابلیت مکندگی بدنه کاملاً به اتمام رسیده (اشباع شده) و آب اضافی موجود در بدنه موجب نرم شدن بدنه و بنابراین تغییر شکل آن می‌شود.

زمان لعابکاری زیاد سبب عیوب زیر می‌شود:

۱ـ به سختی خشک شدن لعاب از سطح بدنه و سُر خوردن لعاب از روی آن.

۲ـ تشکیل آبله و ترک پس از خشک شدن.

۳ـ تاب خوردن و شکستن بدنه خام.

فرمول کلی برای تعیین زمان لعابکاری و تنظیم غلظت صحیح و مناسب لعاب وجود ندارد، بلکه باید با کمی تجربه حدود آنها را مشخص و بدست آورد.

ترجیح داده می‌شود قطعات بزرگ میان تهی را ابتدا از داخل لعابکاری کرده و پس از گذشت چند ساعتی خشک شدن، سطوح خارجی آن را لعابکاری کنند. جهت لعابکاری خام از لعابهایی که بیش از چهار پنجم مواد محتوی آن فریت شده باشد نامناسب است و احتمالاً اشکالات به وجود می‌آورد.

اگر در بدنه انقباض بیشتری نسبت به لعاب داشته باشد، لعاب از روی بدنه خام شروع به ریختن می‌کند. بنابراین باید انقباض لعاب را افزایش داد. با اضافه کردن مواد خام پلاستیکی بیشتر به لعاب، حالت ریختن فوق پیش‌گیری می‌شود. بنتونیت (۵/۱ درصد) از ریختن لعاب نیز ممانعت به عمل می‌آورد.

قواعد کلی برای تهیه فریت

برای تهیه لعاب اغلب مقداری فریت مورد استفاده است. مواد لعاب را موقعی فریت می‌کنند که خواسته باشند مواد حل شونده در آب را به سیلیکاتهای غیر محلول تبدیل یامواد سمی را به مواد غیر سمی تبدیل کنند. در موقع محاسبه مواد خام جهت تهیه فریت باید حتماً مقدار آب متبلور را در نظر گرفته و حساب کرد.

کربنات سدیم کلسینه شده، به ویژه در محیط مرطوب، مقدار زیادی آب به خود جذب و تشکیل هیدرات می‌دهد، بنا بر این توصیه می‌شود از ذخیره و انبار کردن مقدار زیاد این مواد صرفنظر کرده یا بهتر است کربنات سدیم متبلور (Na2CO3. 10H2O) که پایداری نسبتاً بیشتری دارد مورد استفاده قرار گیرد.

براکس در مقابل آب و رطوبت محیط حساس است و باید در ظروف کاملاً آبندی شده نگه‌داری شود.

تمام فریت‌ها باید محتوی کوارتز باشند و نسبت مقدار بازها به کوارتز، از حداقل یک به یک و حداکثر از ۱ به ۳ تجاوز نکند.

به فریت‌های قلیایی باید نسبت به هر یک مول قلیایی حداقل ۵/۲ مول کوارتز اضافه شود، در غیر این صورت پس از فریت‌شدن مقداری از قلیایی‌ها به شدت در آب حل می‌شود.

به منظور ممانعت کامل از حلالیت قلیایی‌ها نباید بیش از نصف مقدار مواد بازی ، از قلیایی تشکیل شده باشد.

در سمت بازها به جز مواد قلیایی باید اغلب مقداری اکسید کلسیم و اکسید سرب وجود داشته باشد که در موقع فریت کردن، سیلیکاتهای غیر محلول تشکیل شود.

اگر به فریتی خواسته باشند اسید بوریک اضافه کنند، نسبت B2O3 بهSiO2 نباید کمتر از ۱ به ۲ باشد.

در فریتها‌یی که غیر از مواد PbO و SiO2 و اسید بوریک مواد دیگری مانند K2O وجود دارد، می توان نسبت B2O3به SiO2 را از ۱ به ۵/۱-۱ تغییر داد. در موقع فریت کردن مواد محتوی اسید بوریک، باید حتماً مقدار فراریت اسید بوریک توسط بخار آب تشکیل شده را در نظرگرفت.

برای تولید فریت‌های قلیایی خالص جهت کارهای مخصوص می توان در طرف بازها در فرمول زگر غیر از مواد قلیایی مقداری اکسید کلسیم اضافه کرد. این اکسید به رنگفریت تأثیری نمی گذارد ولی اثرات مناسبی بر روی لعاب دارد.

اضافه کردن مقدار بسیار کمی Al2O3 ، تا اندازه‌ای که رنگ را تغییر ندهد مفید است.

به منظور اجتناب و پیش‌گیری از تبخیر بیش از حد سرب در فریت سیلیکات سرب خالص، توصیه می شود به مقدار بسیار کمی Al2O3 به مواد لعاب اضافه کنند.