مواد سراميکي و شيشه

[almaas]

درك مفهوم انبساط حرارتي در لعاب هاي سراميكي (4)


روش هاي مناسب سازي لعاب ها (جهت اتصال مناسب لعاب و بدنه)
ديلاتومتري
اگر از ابزاري هم چون ديلاتومتر استفاده مي نماييد، مي توانيد در مورد پديده انبساط حرارتي ديد وسيع تري داشته باشيد. اين ابزار، وسيله اي استاندارد براي اندازه گيري ضريب انبساط حرارتي نمونه هاي كوچك از دماي اتاق تا دماي مورد نظر براي لعاب و يا براي بدنه است. اين وسيله متشكل از يك كوره كوچك است كه در آن يك ميله كوچك ساخته شده از بدنه و يا لعاب حرارت مي بيند. ميله در درون يك لوله ديرگداز به همراه يك ميله حساس به مقدار حركت قرار داده شده است. (نمونه دستگاه هاي جديد با نور ليزر كار مي كند). تغييرات طول با توجه به ميزان ثابت افزايش دما از دماي اتاق تا دماي نرم شوندگي لعاب ثبت شده و به شكل منحني ديلاتومتري نشان داده مي شود.
منحني افزايش دماي ديلاتومتري را به صورت معكوس درنظر بگيريد: در سرمايش، شيشه ذوب شده در نقطه نرم شوندگي تبديل به جامد مي شود. از اينجاست كه بدنه قابليت انتقال تنش ها را به شيشه به دست مي آورد. مجموع انبساط حرارتي براساس درصد افزايش طول ميله در همين دما محاسبه مي شود. به دليل اينكه لعاب ها دماهاي پخت متفاوتي دارند، استاندارد مفيد و سودمندي تهيه شده است: مجموع انبساط را بر عدد درجه دماهايي كه براي توليد محصول گرفته مي شود تقسيم كنيد (در هنگامي كه منحني اغلب به صورت خطي است اين محدوده قابل قبول است). به اين ترتيب مي توان تغييرات طول را برحسب دما (درجه سانتيگراد) محاسبه نمود. براي نمونه هاي سراميكي محدوده دسيمال (6-10) مورد استفاده قرار مي گيرد. به اين ترتيب انبساط 7 در حقيقت 6-10 × 7 (برحسب اينچ بر درجه سانتيگراد و يا سانتيمتر بر درجه سانتيگراد به صورت اختياري).
همانگونه كه توضيح داديم، يك لعاب ايده آل مي بايست ضريب انبساط، كمتري نسبت به بدنه داشته باشد تا لعاب مقداري تحت تنش فشاري قرار بگيرد و بنابراين متخصصين مي بايست متغيرهاي منحني ديلاتومتري را طوري درنظر بگيرند كه مسير منحني لعاب كمي پايين تر از بدنه باشد. اما سئوال اين است كه چه ميزان پاين تر از بدنه؟ اين مقدار بستگي به نوع لعاب لعاب و بدنه اي دارد كه در شركت هاي مختلف مورد مصرف قرار مي گيرد تا لعاب مناسبي توليد شود.

[almaas]

درك مفهوم انبساط حرارتي در لعاب هاي سراميكي (5)
نكته جالب توجه اين است كه اگرچه ديلاتومتري يك ديد ترسيمي از تاريخچه انبساط حرارتي لعاب و بدنه ارائه مي نمايد، اما متخصصين هنوز به دنبال راه حلي براي درك بهتر رابطه بين منحني بدنه و لعاب مي گردند. اما اين كار را چگونه انجام مي دهند؟

روش هاي ديگر آزمايش
آنها مي بايست قطعات را تحت تنش هاي حرارتي زياد و آزمايش هاي مكانيكي قرار دهند تا بتوانند به راه حلي براي كاهش ترك برسند. متخصصين به مرور زمان و براثر تجربه و ثبت نتايج آزمون هاي مختلف به دانشي در مورد نسبت بين لعاب و بدنه دست يافتند اما پس از اينكه دستگاه ديلاتومتري عرضه شد، به وسيله منحني ديلاتومتري و بدون نياز به انجام آزمون هاي ديگر اين كار صورت مي گرفت.
تست هاي صنعتي مربوط به مناسب سازي لعاب براي اعمال بر روي بدنه آنقدرها هم پيچيده نيست. آزمايش اسيد [براي بررسي مقاومت شيميايي] [و هم چنين اتوكلاو و شوك حرارتي] براي بررسي نقش تنش در پيوند بين لعاب و بدنه، تا چه حد معتبر است؟ به عنوان مثال، نمونه هاي چندتايي از بدنه هاي لعابدار به طور مكرر در معرض بخار در اتمسفر و فشارهاي بالا، حرارت ديدن در هوا و يا آب جوش و سپس سرد كردن سريع در آب سرد قرار مي گيرند. بنابراين لازم است كه استانداردي براي اين منظور درنظر گرفته شود به طوري كه مطمئن شويم قطعات، به صورت كامل در هرسيكل حرارت ديده اند و سرد شده اند و نتايج به طور صحيح ثبت شده اند. متخصصين مي بايست اين قابليت را داشته باشند كه نتايج آزمون ها را به نتايج مورد نظر در سيستم مربوط سازند. در بدنه هاي با جذب آب [بالا]، بسيار مهم است كه بدانيم انبساط بدنه همراه با جذب آب اتفاق مي افتد. در آزمايش بالا فاكتور مهم قرار گرفتن به مدت زمان طولاني در معرض گرما و هم چنين سردشدن تمام و كمال قطعه است. (حتي عده اي قطعات را در فريزر و در زير دماي يخ زدگي آب قرار مي دهند). عده اي استاندارد را به صورت سيكل پنج دقيقه اي آب سرد – آب گرم قرار داده اند.
آزمايش دوم اندازه گيري استحكام پخت است. براي اين كار يك نمونه ميله اي از نمونه لعاب زده و پخته شده و سپس در دستگاهي كه نيروي شكسته شدن قطعه را محاسبه مي كند شكسته مي شود. سپس ميانگين استحكام بدنه هاي لعابدار با بدنه هاي بدون لعاب مورد مقايسه قرار مي گيرد. در اين روش شما مي توانيد استحكام تغيير يافته براثر تغيير فرمولاسيون و تغيير انبساط لعاب را مقايسه نماييد. بايد قطعه مورد نظر استحكام بالايي داشته باشد و لعاب نيز تحت تنش فشاري خيلي زيادي قرار نگيرد. در اين حالت شما ممكن است در بيرون كوره به استحكام هاي بالايي دست پيدا نماييد، اما ممكن است پس از مدت زمان طولاني مصرف شرايط به كلي تغيير كند.

[almaas]

درك مفهوم انبساط حرارتي در لعاب هاي سراميكي (6)


استفاده از محاسبات براي مناسب سازي لعاب
ممكن است منطقي به نظر برسد كه ما انبساط حرارتي تمام موادي را كه در در لعاب خود مورد استفاده قرار داده ايم را محاسبه و سپس جمع كرده و بسته به درصد استفاده آنها در لعاب، انبساط حرارتي لعاب محاسبه شود. اما اين روش زياد صحيح نيست. مشكل محاسبه انبساط لعاب از مواد اوليه، اين است كه در مورد اوليه، اعداد و ارقام موجود، مربوط به ساختار كريستالي و مينرالوژيكي ماده است (يا شايد بهتر است بنويسيم مربوط به ذرات ماده است) و مربوط به شيمي ماده نمي باشد. يك مثال كلاسيك در اين مورد كربن است. گرافيت يك ماده نرم است كه به عنوان روانساز به كار مي رود و الماس سخت ترين ماده اي است كه در جهان وجود دارد. هردور اين مواد يك فرمول شيمايي دارند، اما ساختار مينرالوژيكي متفاوت دارند. در صنعت سراميك مثال كلاسيك پودر سيليس است. اين ماده انبساط حرارتي بسيار زيادي دارد و مي توان گفت بيشترين ميزان انبساط حرارتي را دارد. سيليكاي فيوز شده (سيليكايي كه ذوب شده باشد و سريعاً قبل از اينكه كريستاليزه شده باشد، سرد شده باشد) ميزان انبساط حرارتي بسيار كمي دارد و جزء مواد سراميكي اي محسوب مي شود كه كمترين ميزان انبساط حرارتي را دارد. [اين درحالي است كه هردو از SiO2 تشكيل شده اند].
چگونه چنين چيزي ممكن است؟
جواب اين است كه كوارتز شكل كريستالي دارد و اين در حالي است كه سيليكاي فيوز شده شيشه است و اين درحالي است كه ماهيت شيميايي هردو كاملاً يكسان است. اين موارد ذكر شده را مي توان تقريباً براي تمام مواد كريستالي ديگر نيز تكرارپذير دانست. حال به علت اينكه اغلب مواد، مخلوطي از مينرال هاي مختلف هستند و حتي ممكن است مخلوطي از انواع مختلفي از يك نوع مينرال باشند.
لعاب پخته شده در حقيقت ماهيت شيشه اي دارد و به صورت كريستالي نيست [مگر به صورت دلخواه و براي ايجاد افكت كريستاليزه شود]. بنابراين ميزان انبساط آن به صورت تئوريك برابر است با مجموع انبساط اكسيدهايي كه آن را تشكيل داده اند. هر ماده اي يك يا چند اكسيد را به تركيب قطعه مورد نظر وارد مي كند و حتي ممكن است يك اكسيد توسط چند ماده تامين شود [به عنوان مثال SiO2 مي تواند توسط سيليس، فلدسپار و يا ... اضافه شود]. بنابراين محاسبه انبساط لعاب از طريق درصد اكسيدها عملي است (البته مي بايست در اين مورد احتياط كرد كه بعداً توضيح داده خواهد شد). انبساط هركدام از اكسيدها (ميزان انبساط اكسيدهاي سراميكي، به خصوص انواع معروف آنها، كاملاً شناخته شده و مشخص است) و محاسبه انبساط لعاب از طريق فرمول آن ممكن است.
براي اينكه به نتايج موثرتر و قابل قبول تري برسيم مي بايست محدوديت هاي اين روش را بدانيم. نخست اينكه، نمي توان به طور دقيق و درست ضريب انبساط حرارتي را محاسبه نمود. تكنيك هاي رياضي مختلفي ايجاد شده است كه نتايج خوبي ارائه مي كند ولي هنوز يك روش عمومي كه در همه جا كاربرد داشته باشد وجود ندارد. به ياد داشته باشيد كه ديلاتومترها نيز مشكلات مخصوص به خود را دارند و لعاب بر روي يك قطعه ممكن است انبساط حرارتي مشابه براي نمونه آزمايشي را نشان ندهند (در هنگام تنوع نتايج).
روش افزودني محاسبه انبساط، رايج بوده و كاملاً قابل انجام است. هم چنين تفاوت بين انبساط هاي اكسيدها آنقدر زياد است كه قطعآً محاسبات جهت دار خواهد بود. با اين وجود به ياد داشته باشيد كه: محاسبات نسبي بوده و مقدار انبساط حرارتي به دست آمده قطعي نمي باشد. اما سئوالي در اينجا مطرح مي گردد اين است كه آيا اين نتايج همان اعدادي هستند كه ما به آنها نياز داريم؟ يعني اگر لعابي داراي ترك بود، مي بايست ضريب انبساط حرارتي آن را كاهش دهيم. آيا ما به اعداد قطعي نياز داريم تا ضريب انبساط حرارتي لعاب و رس را نمايش دهيم؟ پاسخ اين سئوال منفي است و به همين دليل انبساط حرارتي محاسبه شده كاملاً موثر عمل مي كند و اكسيدهايي كه موجب كاهش و يا افزايش آن مي شوند كاملاً شناخته شده اند. اين حالت مشابه اين موضوع است كه شما با وسيله نقليه اي رانندگي مي كنيد كه كيلومتر شمار آن خراب است و شما سرعت خود را براساس رفت و آمدهاي اطراف خود مورد سنجش قرار دهيد. دختر بچه ها معمولاً زير سرعت مجاز و پسرهاي نوجوان تمايل به رانندگي بيشتر از سرعت مجاز دارند. راه هاي مختلف نيز نشابه بدنه هاي مختلف رسي است.
حالا يك سئوال ديگر: شما براي حل مشكل ترك مي بايست انبساط را به چه ميزان تعديل كنيد؟ اگر لعاب شما خيلي زود و بعد از اينكه از كوره پخت بيرون آمد ترك خورد، نشانگر وجود مشكلات بزرگ و نه سطحي در لعاب است. بنابراين اگر ميزان انبساط لعاب ترك خورده در اين شرايط 5/7 است بايد سعي كنيد كه آن را به 7 برسانيد. بعد از آزمايش تنش، حالا مي توانيد آن را كاهش و يا افزايش دهيد.

[almaas]

درك مفهوم انبساط حرارتي در لعاب هاي سراميكي (7)


اهداف انبساط محاسبه شده براي بدنه هاي رسي
افرادي كه مدت زيادي با بدنه هاي رسي كار كرده باشند مي توانند متوجه شوند كه آيا بدنه و يا لعاب جديدي كه مي خواهند مورد مصرف قرار دهند، ترك مي خورد يا نه. به ياد داشته باشيد كه به هرحال محاسبات نسبي بوده و به شرايط سيستم بستگي دارد به طوري كه لعاب مات دولوميتي ممكن است نياز به محاسبه انبساط 7 براي مچ شدن بر روي بدنه داشته باشد و اين در حالي است در اين حالت بلور Zinc Lithia به مقدار زياد ايجاد نمي شود.
يك مثال براي لعاب ابريشمي مات كه در مخروط 10 پخت مي شود براي درك بيشتر مفهوم آورده مي شود:
ماده اوليه مقدار
Cluster Feldspar 33.0
Dolomite 23.0
EPK Kaolin 22.0
Silica 22.0
آناليز فرمولي و درصدي:
درصد فرمول اكسيد
33/8 41/0 CaO
90/5 41/0 MgO
97/3 12/0 K2O
16/1 05/0 Na2O
23/0 0 Fe2O3
09/0 0 TiO2
05/0 0 P2O5
25/16 44/0 Al2O3
02/64 98/2 SiO2
Cost/Kg = 0.23 و Ratio= 6.70 و Expan=6.45
شركتي كه از اين نوع لعاب استفاده مي كند آن را براي استفاده در بدنه هاي قهوه اي رنگ حاوي آهن كه در محيط احيايي و مخروط 10 مناسب ارزيابي كرده است. اين لعاب نه تنها ترك نمي خورد بلكه مي تواند استحكام بدنه را نيز افزايش دهد. اين موضوع اهميت دارد به دليل اينكه اين قبيل بدنه ها معمولاً از نظر استحكام ضعيف عمل مي كنند. (مشخصه بدنه هاي حاوي آهن معمولاً رنگ هاي گرم آنهاست و معمولاً زجاجي شدن در اين بدنه ها كم است). اگر لعاب بر روي بدنه مچ نباشد مي تواند استحكام را كاهش دهد اما اگر لعاب بر روي بدنه بهخوبي جفت و جور شود مي تواند استحكام را افزايش دهد. محصولات توليدي اين كارخانه نسبت به محصولات مشابه كه از بدنه هاي رسي محكم تر استفاده مي كردند ولي لعاب آن بدنه ها به خوبي بر روي بدنه جفت و جور نمي شد، بادوام تر است.
اگر لعابي خوب عمل نمود، انبساط محاسبه شده هر لعاب ديگري كه در آن از همان مواد و يا مواد مشابه استفاده شده است مي تواند مورد مقايسه قرار گرفته تا بتوان نتيجه گيري قابل قبولي در اين مورد انجام شود.
اگرچه متخصصين كارخانجاتي كه مجهز به ديلاتومتري هستند، مي توانند بين آزمون هاي تنش حرارتي، استحكام براي هماهنگي و اتصال مناسب لعاب بر روي بدنه و انبساط اندازه گيري شده واقعي ارتباط برقرار كنند و اعداد محاسبه شده را به دست آورند. اما اين روش با جود اينكه كاملاً دقيق نيست اما انعطاف پذيري بيشتري داشته و مي توان پيش بيني نمود كه محصولات بدون اينكه نياز به پخت نمونه ها داشته باشد و اندازه گيري شوند، چه خصوصياتي خواهند داشت.

[almaas]

درك مفهوم انبساط حرارتي در لعاب هاي سراميكي (8)

انبساط چگونه محاسبه مي شود؟
نشان داده شده است كه انبساط حرارتي اغلب يك خصوصيت افزاينده است. اين به اين معني است كه دانستن ميزان انبساط اكسيدهاي تشكيل دهنده لعاب مي تواند اين امكان را فراهم سازد كه بتوانيم انبساط لعاب را با يك محاسبه ساده تعيين نماييم. معادله انبساط لعاب هاي محاسبه شده (G) برابر است با:
G=Ea × Pa + Eb × Pb + Ec × Pc etc
كه در اين فرمول a، b و c اكسيدهاي مورد استفاده در لعاب، E ميزان انبساط اجزاء و P نيز درصد هر اكسيد در لعاب است. به عنوان مثال اگر لعابي شامل 50 درصد اكسيد aبا انبساط 5 و 50 درصد اكسيد b با انبساط 10 باشد ميزان انبساط از رابطه زير محاسبه مي شود:
0.50 × 5) + (0.50 × 10) = 7.5)
به ياد داشته باشيد كه اين روش، يك روش تقريبي براي محاسبه لعاب است به طوري كه فاكتورهاي ديگر به خصوص برهم كنش بين تركيب هاي اكسيدهاي مختلف نيز تاثيرگذار است. مشكلي كه در اينجا وجود دارد اين است كه ميزان انبساط حرارتي كه از منابع مختلف براي مواد گزارش مي شود نيز مي تواند متفاوت باشد و يا ممكن است واحد آن متفاوت باشد، براساس فرمول مولي باشد و يا آناليز درصدي. بنابراين تهيه ميانگين از داده ها نيز ممكن است با مشكل مواجه شود. به طور نسبي مي توان اينطور نتيجه گيري كرد كه در حدود 90 درصد در لعاب ها Na2O و K2O موجب افزايش انبساط حرارتي، CaO متعادل كننده و MgO، Al2O3، SiO2و B2O3 ضريب انبساط را كاهش مي دهند. البته بي قاعدگي هايي نيز وجود دارند و مي بايست شكل هاي انبساط محاسبه شده با مقدار انبساط فيزيكي مورد مقايسه قرار بگيرد. معمولاً اين بي قاعدگي ها به هنگام استفاده از فريت و مخصوصاً فريت هاي حاوي بور و ليتيم با ميزان بالا اتفاق مي افتد

[almaas]

درك مفهوم انبساط حرارتي در لعاب هاي سراميكي (9)

صنايع شيشه هاي هنري و سازندگان فريت
براي هنرمندان شيشه گر نيز موضوع انبساط حرارتي اهميت زيادي دارد، زيرا آنها مي خواهند قطعات خود را كه معمولاً ضخيم نيز هستند را در مدت زمان چند دقيقه به جاي سرد كردن در چند ساعت، سرد كنند. شيشه هاي مورد استفاده آنان معمولاً در چندين رنگ و هم چنين فرمول هاي شيميايي متفاوت به يكديگر متصل مي شوند. بنابراين مي بايست هنگامي كه سرد مي شوند ضريب انبساط مناسب و هماهنگي داشته باشند تا ترك نخورد. به عنوان مثال در شيشه هاي سودا يا كربنات سديم ميزان انبساط 7-10×90 است. تنش ها معمولاً براثر سرد و گرم كردن نمونه ها بر روي قطعه ايجاد مي شود و در نتيجه قطعه مورد نظر ترك مي خورد.
معمولاً هنگامي كه از شركتي فريت خريداري مي كنيد مي بايست اعداد مربوط به انبساط را نيز بگيريد. ممكن است اين محاسبات به وسيله ديلاتومتر و يا محاسبه تهيه شده باشد. شركت Ferro محاسبات خود را برحسب درجه سانتيگراد بيان مي كند و به صورت COE×10-6 نمايش مي دهد. پس از اينكه انبساط حرارتي لعاب و يا فريت در آزمايشگاه محاسبه شد، انبساط حرارتي در دماي بين 0 تا 450 درجه سانتيگراد و با استفاده از سرعت گرمايش سه درجه سانتيگراد بر دقيقه مدنظر قرار مي گيرد.

[almaas]

بازرسي كاشي ها براي بررسي عيوب ساختاري
صنعت کاشی و سرامیک، صنعت نوپایی است که امروزه نوآوری های زیادی در زمینه های مختلف تولید آن و اتوماسیون در آن صورت گرفته است. تقریباً می توان گفت که در تمامی مراحل تولید آن نوآوری های تکنیکی زیادی انجام شده است، مگر در قسمت نهایی تولید آن که هنوز به صورت دستی است و بازدید چشمی سطح برای جداکردن کاشی ها، درجه بندی آنها و مرجوع کردن طرح های معیوب ضروری است. این مقاله به بررسی مشکلاتی که عیوب به وجود می آورند و اشکالات طرح در بازرسی اتوماتیک پرداخته و روش هایی را که برای مشخص ساختن عیوب در کاشی های ساده و طرح دار بررسی می نماید.
در این تحقیق به بررسی مشکلات بازرسی چشمی، آنالیز و مشخصاتی می پردازد که توجیه اقتصادی داشته و به راحتی قابل استفاده باشد:
- اتوماسیون روش کهنه رایج و روش بازرسی دستی مبتنی بر ادراکات ذهنی
- کاهش نیاز به حضور انسان در محیط های آلوده و ناسالم
- بازرسی بهتر و در عین حال باهزینه کمتر
- همگنی و یکسانی بیشتر در درجه بندی های مختلف محصولات
- افزایش عملکرد محصولات و رفع تنگناهای شرایط تولید
افزایش های اخیر ایجاد شده در تولید کاشی و سرامیک این حقیقت را مشخص می سازد که چاره ای جز انجام اتوماسیون در کنترل نهایی محصولات وجود ندارد. Finney [1] تحقیقاتی را بر روی بازرسی ظروف سرامیکی رومیزی انجام داده است. ایشان به بررسی یک نوع از عیوب تنها به وسیله آنالیز شدت تصاویر هیستوگرام (Histogram) پرداخت. هیستوگرام نموداري ميله اي است كه بر اساس فراواني داده ها در دسته هايي رسم مي شود و به كمك آن مي توان داده ها را تشريح كرد و نمايش‌ طرز انتشار، فواصل‌ و ارتفاع‌ سلول‌ ها از هم‌ را بررسی نمود. در این مقاله عیوب مختلف، روش ها و تکنیک های بررسی آنها بررسی می گردد. محدوده روش ها شامل Pin-hole های کوچک و ترک برای کاشی های صاف، برپایه قرار دادن فیلترهای خطی جداگانه و برای کاشی های طرح دار، براساس توزیع Wigner و حضور تناوبی فاصله طرح ها و طبق الگوریتم عیوب رنگی طرح چه به صورت شدت رنگ غیرمعمول و خصوصیات ساختاری کاشی های طرح دار است

[miloo12000]

سلام دوست عزیز.راستش من دنباله یه پروژه میگردم در مورد ساخت شیشه های سودالایم با افزودنیه اکسید بیسموت , خیلی ممنون میشم اگه بهم کمک کنی.با تشکر.