مقاله مراحل فازي تشكيل لعاب در خلال فرآيند پخت

[shadmehrbaz 24,772]

لعاب استعمال شده بر روي بدنه ها مطابق با مراحل ذيل تبديلات فازي خود را در خلال سيكل پخت طي مينمايد :

 

- تشكيل سيليكاتها

 

- تشكيل فاز شيشه اي

 

- فاز تصفيه

 

 

 

فلدسپارها در تركيب لعاب ، قليائيها را بعنوان تغيير دهنده هاي شبكه ، آلومين را بعنوان واسطه تثبيت سازي ، و SiO2 را بعنوان شيشه ساز و به شكلي نامحلول وارد سيستم مي نمايند . در طي اولين فاز ، يعني تشكيل سيليكاتها ، آنچه بوقوع مي پيوندد واكنشهاي فاز جامد است . اولين واكنش فاز جامد موديفيكاسيون بتا كوارتز به آلفا كوارتز در 573 درجه سانتيگراد است كه بصورت خودبخودي انجام مي پذيرد .

 

ديگر مؤلفه مهم مصرفي در بچ لعاب CaCO3 است كه تجزيه آن مطابق واكنش زير بوقوع مي پيوندد :

 

CaCO3 à CaO + CO2

 

 

 

متعاقب واكنشهاي بالا ، فاز تشكيل سيليكاتها با تشكيل كلسيم سيليكات آغاز مي گردد :

 

2CaO + SiO2 à 2CaO.SiO2

 

CaO + SiO2 à CaO.SiO2

 

 

 

فاز تشكيل سيليكاتها حول و حوش 900 درجه سانتيگراد و در حالي كه لعاب همچنان حاوي كوارتز باقيمانده در ساختار خود مي باشد ، به اتمام ميرسد . مذابه هاي اويتكتيك اولين فازهاي مذابي هستند كه در خلال افزايش درجه حرارت و در بازه حرارتي 700 تا 900 درجه سانتيگراد تشكيل مي گردند . در فاز دوم ، واكنشهاي تشكيل شيشه بوقوع مي پيوندد . بخش عمده كوارتز آزاد باقيمانده ، در طي اين مرحله از فرآيند پخت وارد فاز مذاب مي گردد .

 

در پيك حرارتي پخت لعاب ، مؤلفه هاي اكسيدي استاندارد مورد استفاده در لعابها ، يعني CaO ، MgO، k2O، Na2O، ZnO ،Al2O3 و SiO2 همگي در فاز مذاب حضور دارند . لعابها در حالي كه در موقعيت فاز شيشه أي و يا بعضاً مرحله بعدي تصفيه قرار دارند ، با طي مرحله سرمايش سخت مي شوند .

 

به هر ترتيب فرآيند ذوب كامل شيشه أي در طي سيكلهاي پخت استاندارد محصولات سراميكي همواره صورت قطعيت به خود نمي گيرد . بنابراين شاهد حضور حفره هاي سوزني در سرتاسر ساختار برخي از لعابها هستيم كه حكايت از حضور ذرات حل نشده در مذابه (SiO2) لعاب مي نمايد . يك ناحيه انتقالي بين لعاب و بدنه تشكيل مي شود كه اصطلاحاً بدان لايه مياني يا لايه بافر اطلاق مي شود و در مقايسه با بدنه هاي سراميكي از محتواي فاز شيشه أي بالاتري برخوردار است .

 

بسته به تركيب خاص شيميائي لايه بافر بعضاً ممكن است با تشكيل فازهاي كريستالين نيز مواجه گرديم . در لعابهاي غني از CaO ، كريستاليزاسيون آنورتيت و حضور كريستوباليت را مي توان به كمك آناليز ميكروسكوپ الكتروني روبشي ثابت نمود . اثر فلدسپارهاي قليائي (ترجيحا فلدسپارهاي غني از آلوبايت ) در طي مراحل تشكيل لعاب عمدتاً در مرحله دوم يعني تشكيل فاز شيشه نمود مي يابد . اين فلدسپارها در 1120 درجه سانتيگراد شروع به ذوب شدن نموده و در پيوند با ساير اكسيدها،ساختار شيشه أي لعاب را گسترش ميدهند .

 

در ساده ترين شكل اين ساختار شامل شيشه هاي آلومينوسيليكات قليائي ـ قليائي خاكي است . افزودن Al2O3 به كمك فلدسپارها اين مزيت را دارد كه انحلال و ورود آن به فاز مذاب تقريبا بدون مشكل انجام ميپذيرد .

 

فرضيه هايي كه در تبيين ساختار شيشه هاي سيليكاته مورد استفاده قرار مي گيرند، در توصيف فرآيندهاي واقع شده در طي تشكيل فاز شيشه أي لعاب نيز معتبرند ، و نتايج حاصل از آنها ضرورت حضور قليائيها و قليائيهاي خاكي ، Al2O3 و SiO2 را در نسخه فرمولاسيون بچ لعاب نشان مي دهد .

 

شيشه هاي آلومينوسيليكاته قليائي ـ قليائي خاكي كه در خلال تشكيل فاز شيشه أي توسعه مي يابند،شامل اتصالات نامنظم تتراهدرونهاي [siO4]- هستند كه كه اساسا 60 درصد پيوندها را شامل مي شود . Al2O3 اين قابليت را دارد كه در شبكه جايگزين SiO2 شده و بنابر اين در صورت حضور اكسيدهاي قليائي، به فرم كئوردينيت هاي تتراهدرالي چون تتراهدرون [AlO4]- ظاهر گردد .

 

افزودن فلدسپار به نسخه بچ لعاب ضامن تامين هر سه مؤلفه اكسيدي مورد اشاره است . يونهاي قليائي و قليائي خاكي هر دو بعنوان تغيير دهنده هاي شبكه عمل مي نمايند . اگرچه Al2O3 مي تواند هم به شكل يك تشكيل دهنده و هم به شكل يك تغيير دهنده شبكه عمل نمايد ، معهذا رفتار آن بستگي به ميزان اسيديته يا قليائيت فاز شيشه أي دارد .

 

با افزايش درجه حرارت ، قليائيها [Na2O,K2O] و قليائيهاي خاكي [CaO,MgO] بيشتري وارد فاز شيشه مي شوند ، كه به نوبه خود موجب افزايش قليائيت فاز شيشه أي گرديده و بنابراين تشكيل تتراهدرونهاي [AlO4]- را امكانپذير مي سازند . تتراهدرونهاي [siO4]- و [AlO4]- ساختار شيشه أي را تشكيل مي دهند كه بر اساس مدل اشاره شده ، شبكه شيشه أي لعاب محسوب مي گردد .

 

يونهاي قليائي و قليائي خاكي ـ بعنوان تغيير دهنده هاي شبكه ـ از طريق اكسيژن به تتراهدرونها متصل ميگردند .اين مكانيسم موجب شكست پلها و تخريب ساختار شبكه مي گردد . افزايش محتواي اكسيدهاي قليائي و قليائي خاكي تعداد شكستهاي حادث شده را افزايش مي دهد . تتراهدرونهاي [AlO4]- موجب كاهش اين شكستها مي گردند . اين اثر Al2O3 مادامي كه يونهاي قليائي و قليائي خاكي كافي جهت بالانس كردن ظرفيت يونهاي آلومينيوم سه بار مثبت[Al3+] در تتراهدرونهاي [AlO4]- ، در دسترس باشند ، ادامه مي يابد . با اين توصيف نتيجه ميگيريم كه يك بچ لعاب هنگامي تنظيم مي شود كه حاوي كميت مناسبي از مؤلفه هاي تشكيل دهنده و تغيير دهنده شبكه به منظور تشكيل ساختار شيشه أي باشد .

 

استفاده از فلدسپارها در نسخه فرمولاسيون بچ لعاب بدين جهت ضروري است كه Al2O3 را به شكل محلول و عاري از ذرات حل نشده به مذابه لعاب وارد ميسازد . در چنين شرايطي آلومين به طور همزمان نقش تثبيت كنندگي و تغيير دهندگي شبكه [Na2O,K2O] و نيز شيشه ساز[siO2] را ايفا مي نمايد .

 

در توليد لعابها و فريتهاي ترانسپارنت ، رعايت اين نكته ضروري است كه فلدسپارها مي بايست از حداقل ممكن اكسيدهاي رنگي كننده برخوردار باشند . فلدسپارهاي غني از Na2O با محتواي Fe2O3 كمتر از 08/0 درصد وزني و TiO2 كمتر از 02/0 درصد وزني جهت تامين اين منظور مناسبند . در لعابهاي رنگي ، مصرف فلدسپارهايي با محتواي اكسيدهاي رنگي بالا [Fe2O3>0.15%] و [TiO2>0.05%] مجاز ميباشد .