علم سرامیک

سرامیک ، صنعت سخت

تهیه کننده : مجید مکاری
منبع : راسخون

مقدمه

چند سالی است لغت سرامیک در ایران و بین طبقات مختلف مردم شایع و رایج و روز به روز استعمال آن بیشتر می‌شود و آن را بیشتر می‌شنویم .
«سرامیک» به معنای خاص که فقط به یک فن مربوط باشد در مجامع صاحب صلاحیت دنیا مورد قبول قرار نگرفته است در سال ۱۹۲۰ در کنگره‌ای که تشکیل شده بود این لغت برای تمام لوازم و موادی که از سیلیکاتها ساخته و حرارت داده می‌شد انتخاب گردید ریشه آن از یونانی و به معنای پخته شده می‌باشد ولی ریشه قدیمی‌تر آن در زبان سانسکریت معنای چیزهای پخته شده را دارد به هر تقدیر سرامیک امروز به تمام صنایعی اطلاق می‌گردد که به نحوی از انحاء با مواد اولیه سیلیکاتی ساخته و سپس در درجات حرارت معین پخته و محکم گردیده باشد و معنی عام دارد. چینی – شیشه – بلور – سفال، آجرهای نسوز و معمولی، کاشی، لوازم بهداشتی ، وان و دستشویی – ظروف فلزی لعابی – لعاب مینا سازی و بسیاری دیگر از صنایع سیلیکات همه جزو فن سرامیک محسوب می‌گردد. بطوریکه محاسبه کرده‌اند یک سوم صنایع موجود دنیا را صنایع سرامیک تشکیل می‌دهد.
از جمله رشته های سرامیک تهیه و پرداخت اشیاء هنری از خاک و سنگ می‌باشد که از قدیم به نام کاشی و سفال سازی درکشور ما رواج کامل داشته است.

● سابقه تاریخی

اگر از اشیاء سرامیک مصریان قدیم صرفنظر کنیم قدیمی‌ترین ظروف سرامیک در کشور ما کشف گردیده است . این اشیاء که هر یک به تنهایی نمونه ای است از ذوق و ابتکار ایرانیان قدیم و نشان دهنده چگونگی زندگی آنها تاریخ قدیم ما را روشن می‌کند این اشیاء که تحت لیست ظروف سفالین ماقبل تاریخ در موزه ایران باستان و سایر موزه های بزرگ دنیا نگهداری می‌شود و بیشتر منقوش است از نظر فرم و چگونگی نقش در کمال استحکام و انسجام بوده و سرمشق هنرمندان بسیاری قرار گرفته و می‌گیرد.
هنر سرامیک در دوره هخامنشیان آثار ارزنده‌ای برای ما به یادگار گذارده است که با ارزش‌ترین آثار سفالین آن عصر دنیا می‌باشد بعد از اسلام تا دوره سلجوقی ظروف مختلف بوسیله هنرمندان ساخته می‌شد سپس هنر سفال سازی در تزیین بنا بصورت کاشی و کاشیکاری به کار رفت و پس از حمله مغول ظروف سازی با سفال بیشتر تحت نفوذ هنر سرامیک چین قرار گرفت ولی تزیین ساختمان و کاشیکاری رواج بیشتر یافت در دوره صفویه ارزنده‌ترین آثار کاشیکاری تزئینی بنا بود بوجود آمد که در دنیا بی نظیر و شاید هرگز مانند آن ساخته نشود توجه هنرمندان دوره قاجاریه نیز بیشتر معطوف به تزیین بنا و کاشیکاری و تقلید از دوره صفویه بود که با مقداری رنگهای جدید‌‌الورود خارجی از قبیل زردهای تند و قرمز رزی مخلوط و ارزش رنگ آمیزی بدیع دوره صفوی را از دست داد.
در دوره رضا شاه کبیر وقتی لزوم احیای صنایع مستظرفه احساس شد کارگاه کاشی سازی نیز تاسیس گردید و از شش هزار سال پیش جنبشی برای پیشرفت دادن هنر سرامیک در هنرهای زیبا آغاز شده است که نتایج آن به تدریج به دست می‌آید.

● چگونگی تهیه

اشیاء سرامیک غالبا‌ً دارای لعاب می‌باشند بنابراین هر شیئی سرامیکی از دو قسمت ساخته می‌شود یکی از قسمتی که اسکلت اصلی شیئ را تشکیل میدهد و در اصطلاح به آن بدنه می‌گویند و دیگری قسمتی که به اسکلت اصلی شفافیت رنگ و نقش میدهد و لعاب نام دارد.
▪ اول بدنه :
خاک رس معمولی را همه دیده‌ایم و می‌شناسیم وقتی با آب مخلوط و گل می‌شود چسبناک می‌گردد در اصطلاح می‌گویند خاک رس پلاستیک است یا پلاستیستیه خاک رس خوب است. این گل رس را بهر شکلی که می‌خواهید درآورید و سپس بگذارید خشک شود و پس از آن که مطمئن شدید که خشک شده است و هیچ گونه رطوبت ندارد آن را در کوره بگذارید و بتدریج درجه حرارت کوره را بالا ببرید وقتی پس از ۵ تا ۶ ساعت درجه حرارت به ۸۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد رسید کوره را خاموش کنید و بگذارید به تدریج سرد شود گل شما که قبل از پختن اگر با آب تماس حاصل می کرد وامی‌رفت و مجدداً به توده ای از گل تبدیل می‌شد این بار محکم و بادوام و در مقابل آب مقاوم است. پایه و اساس ساختمان بدنه روی پخت خاک می‌باشد بدیهی است برای ساختن هر نوع بدنه نوع خاک فرق می‌کند و اغلب با یک خاک تنها نمی‌توان بدنه مورد نظر را ساخت و لازم است چندین خاک یا پودر سنگهای مخصوص معدنی را با نسبتهای معین ترکیب کرد تا پس از پخت بدنه مورد نظر بدست آید.
گاه چسب خاک زیاد است و گاه مواد ناخالص خاک آنرا غیر قابل مصرف می‌نماید زمانی پس از آنکه ظرف مورد نظر ساخته شد در موقع خشک شدن ترک می‌خورد و یا در کوره و هنگام پخت ترک برداشته و یا می‌شکند و این عیوب همه با ترکیب کردن خاکها و سنگها با نسبتهایی که در آزمایشگاه بدست می‌آید برطرف می‌گردد. در ساختن گلهای مختلف اغلب انواع خاک رس انواع کائولن انواع کوارتز و کوارتزیت و انواع فلدسپات و گاهی موادی از قبیل کربنات کلسیم و اکسید روی و تالک به کار می‌رود.
وقتی خاکهای مختلف ترکیب شد در آسیابی که به شکل استوانه است و در آن گلوله‌هایی از جنس چینی سخت یا سیلکس وجود دارد با آب برای مدتی می‌گردد تا کاملاً نرم شود سپس مخلوط گل و آب که بصورت دوغ آب یا به قول فرنگی‌ها slip می‌باشد در دستگاهی به نام آژیتاتور که دارای پروانه متحرکی است ریخته می‌شود و از الک ریزی می‌گذرد و آب زیاد آن به وسیله دستگاه فیلتر پرس گرفته می‌شود. قالبهای گل پس از خروج از دستگاه فیلتر پرس برای مدتی نزدیک به یک ماه در انبارهای گل انبار می‌گردد تا تخمیر لازم انجام گیرد.
این گل سپس به دست هنرمندان ارزنده و شایسته‌ای که هر یک در کار خود استاد می‌باشند روی چرخ کوزه‌گری رفته و یا با دست و به صور مختلف کوزه و گلدان و پایه آباژور و بشقاب و کاسه و مجسمه و دهها فرم دیگر درمی‌آید . هنرمندانی که در این رشته کار می‌کنند و به توده گل فرم میدهند و آثار بدیع هنری را به وجود می‌آورند عبارتند از : آقای محمد شب بویی که در فن چرخ کاری کمال مهارت را دارد و سالیان دراز در این رشته کار و کوشش نموده است تا امروز می‌تواند با ارزش ترین آثار را به وجود آورد . آقای محمد فخارنیا که عمری را در چرخ کاری گذرانده است . آقای منجذب طراح که خود می تواند ظروف مختلف را نیز بسازد و سپس نقش لازم را در روی آن بوجود آورد . خانم شاهین امیرخازن و خانم منیره برومند دو بانوی هنرمندی هستند که هم ظروف مختلف را می‌سازند و هم آنرا نقاشی می‌کنند.
در چند سال اخیر برای تهیه گل و سایر مراحل تهیه بدنه هنرهای زیبای کشور اقدام بخرید ماشین آلات جدیدی نمود که در نوع خود برای اولین بار وارد ایران می‌شد و بتدریج سایر کارگاهها و موسسات نیز با راهنمائی هنرهای زیبا اقدام به تهیه ماشین آلاتی از آن نوع نمودند.
چرخهای کوزه گری از صورت ابتدائی خود درآمد و بصورت بهتری ساخته شد. هنرمندان توجه بیشتری به پیشرفت و ترقی هنر خود نمودند د آثار ارزنده و بهتری را به صاحبان ذوق عرضه داشتند.
بدنه پس از آنکه ساخته شد با دقت کافی خشک می‌گردید و سپس در کوره تا درجات حرارت مختلف برای هر نوع مختلف پخته می‌شود. برای پخت این ظروف کوره‌هایی قدیمی درهم ریخته شده و کوره‌هایی جدید و روی اصول صحیحتری بنا گردید بطوری که تا حرارتی برابر با ۱۳۰۰ الی ۱۳۵۰ درجه سانتیگراد که در صنعت و هنر سرامیک ایران بی سابقه بود می‌توان بالا رفت. پس از آنکه بدنه پخته شد آماده است تا روی آن لعاب داده شود و یا با لعاب نقاشی گردد.
▪ دوم لعاب کاری: لعاب از ترکیب چند نوع خاک و سنگ از قبیل کائولن و کوارتز و فلاسیات و بعضی مواد شیمیایی مثل کربنات سدیم و براکس و اسید بور یک و در پاره‌ای از مواقع بعضی مواد مخصوص ساخته می‌شود.
لعاب پس از آنکه آماده و به رنگهای مختلف ساخته شد به طرق مختلف روی اشیاء ساخته شده داده می‌شود و یا بوسیله هنرمندان به وسیله نقوش طراحی شده روی آن ثابت می‌گردد اشیاء لعاب شده برای پخت مجدد در کوره قرار می‌گیرد و پس از پخت اشیاء آماده برای استفاده می‌گردد.

● رابطه سرامیک و زندگی

ظروف غذا خوری – سرویسهای چای خوری – لوازم دستشویی و حمام – مقره‌های برق – چینی های داخل لوازم الکتریکی – آجر بنا – مواد نسوز مورد مصرف در صنایع مختلف همه از اشیاء سرامیک است بستگی زندگی ما با این اشیاء طوریست که شاید اصولاً با عدم استفاده از آن امکان زندگی راحت وجود نداشته باشد. علاوه بر آن بشر برای تزیین ساختمان، برای تزیین محل زیست یا کار خود از وسایل گوناگون استفاده می‌کند تا به اعصاب خود آرامش دهد و روح نو طلب خویشتن را راضی دارد. در اینجا یکی از بهترین وسایل تزئین را ظروف و اشیاء سرامیک تشکیل می‌دهد.
پایداری و استحکام و مقاومت لوازم سرامیک در مقابل شرایط سخت جوی و تغییرات درجه حرارت محیط زیست و عدم زنگ زدگی آن و مقاومت در مقابل عوامل مخربی مثل باکتریها و موریانه و غیره عمر آنرا زیاد می‌نماید و اگر جز این بود امروز اطلاعی از زندگی و تمدنهای درخشانی که در نقاط مختلف دنیا قبل از دوران تاریخ مدون وجود داشته است اطلاعی در دست نداشتیم.

● اقدامات هنرهای زیبا

هنرهای زیبا در چند سال اخیر با توجه به اهمیت این هنر و اینکه در چند ده سال اخیر اروپائیان به نحو اعجاز آمیزی در این فن ترقی کرده‌اند اقدامات لازم را برای احیای این هنر گرفت.
آزمایشگاه کاشی سازی را تاسیس نمود، لوازم قدیمی و بدون استفاده را به وسائل جدید تبدیل کرد و هنرمندان با ارزش این فن را تشویق نمود. در هنرستان تبریز اقدام به تاسیس کارگاه کرد و از وجود هنرمندان با ارزشی چون محمد علی معمار زاده برای این کار استفاده نمود. چندین مسجد را در تهران کاشی کاری کرد که از آن جمله است: مسجد امین در خیابان فردوسی و مسجد حاج شیخ محمد حسن در خیابان بوذرجمهری دو نمایشگاه در تهران و یک نمایشگاه در آبادان دایر نمود که در نوع خود بی نظیر بود. در نمایشگاههای بین‌المللی برو کسل در ۱۹۵۸ و نمایشگاه بین‌المللی سرامیک در ۱۹۵۹ در بلژیک شرکت نمود.
آثار هنرمندانه ساخته شده را در فروشگاه فردوسی و در غرفه‌های هنرهای زیبا در معرض تماشا گذارده و به هنر دوستان و خریداران عرضه داشت.
در همین مدت آزمایشگاه کاشی‌سازی مطالعه کاملی روی انواع مواد اولیه قابل دسترس انجام داد و در حدود سه هزار نوع مختلف رنگ تهیه نمود.
برای اولین بار ظروف مختلف سرامیک به استن‌ورstonware و لعاب مربوطه آنرا که در ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد پخته می‌شود ساخت.
امروز هنرهای زیبا و کارگاه کاشی سازی کوشش دارد هر چه بیشتر در رفع نواقص خود بکوشد و راه برای هنر نمائی هنرمندان هر چه بیشتر و بهتر باز دارد.

انواع سرامیک

1- ارتن ور Earthen Ware:
قطعه ای از سرامیک را نامند که بین 850 درجه سانتیگراد تا 1000 درجه سانتی گراد آتش دیده و دارای تخلخل نامرتب باشد. ارتن ور از لحاظ ترکیب به چندین نوع تقسیم شده که به شرح ذیل می باشد :
الف ـ ارتن ور طبیعی Natural Earthen Ware: که معمولا از یک نوع ماده اولیه ودارای حداکثر ناخالصی است.
ب ـ ارتن ور ظریف Fine Earthen Ware: عبارت است از قطعه ایی که مرکب ازمواد اولیه پرچسب و کم چسب و دارای حداقل ناخالصی است.
ج ـ ارتن ور تالکی Earthen Ware Talc: که نوعی از ارتن ور با استحکام زیاد است و بعلت ریزی دانه های تالک محصول مرغوبی را بدست می دهد.
دـ- ارتن ور نیمه شیشه ای Semivitruse Earthen Ware: که از ترکیب سه ماده اصلی تشکیل شده و دارای تخلخلی متوسط بوده وحاوی درصد جذب آب کم می باشد. این نوع ارتن ور سفید رنگ برخی اوقات شفاف نیز بوده و به علت عدم اتصال ( آلومینیوم سیلیکات) بین ذرات، بسیار ترد و شکننده می باشد. بدین لحاظ اکثر اوقات با چینی اصل اشتباه شده و در زبان عرف بنام بدل چینی مشهور است.
2- استون ور Stone Ware:
قطعه ایی است لعاب دار و یا بدون لعاب که قسمت اعظم آن از مواد دیرگداز تهیه شده و تا نیمه شیشه ای شدن (درجه بحرانی) گرما دیده و در درجات c˚1200 تا c˚1300 در مسیر حرارت قرار گرفته است.
3ـ چینی China:
این نوع سرامیک دارای بدنه ای کاملاً سفید و شفاف با درصد تخلخل کم و گاهی صفر است. لعاب چینی همواره ترانسپرانت و شیشه ای می باشد. درجه پخت این محصول بین c˚1200 تا c˚1450 می باشد . چینی از مواد اولیه مرغوب و کاملاً خالص تهیه شده است .
4- پرسیلن Porcelain:
پرسیلن ها یک بدنه کاملاً سخت و شفاف سرامیکی اند که معمولاً دارای ترکیبات سه ماده ایی می باشند. این نوع اجسام ابتدا در حرارت (c˚900 الی c˚ 950) آتش داده شده و سپس لعابی که معمولاً شفاف است با درجه حرارت بالاتر (بین 1300 الی 1500) بر روی آن داده می شود. در مورد بعضی از پرسلین ها مانند پرسیلن های الکتریکی هردوی این اعمال در یک جا انجام می گیرد. در زبان فنی عرفی اکثر قطعات فنی و مهندس و نیز چینی های بدون لعاب را که دارای درصد تخلخل صفر باشد پرسلین می نامند.
5- سرامیک های خاص Special Ceramics:
بخشی از این نوع سرامیک برای قطعات غیر مادی جهت صنایع الکترونیک بوده که شامل تیتانیت ها Titanite و فریت ها . Ferrites می باشد. همچنین سایر قسمت ها شامل بدنه های دیرگداز بسیار نرم، اجسام شیمیائی، پرسلین های دندانپزشکی، بدنه های مقاوم در برابر شوک های حرارتی، ابزارهای برش سرامیکی و بدنه های انتقال دهنده اشعه مادون قرمز می باشد.

تعریف

• از نظر واژه: سرامیک به کلیه جامدات غیر آلی و غیر فلزی گفته می‌شود.
• از نظر ساختار شیمیایی: کلیه موادی که از مخلوط خاک رس با ماسه و فلدسپار در دمای بالا بدست می‌آیند و توسط توده شیشه مانندی انسجام یافته و بسیار سخت و غیر قابل حل در حلال‌ها و تقریبا گداز ناپذیر می‌‌باشند، سرامیک نامیده می‌شوند.

نقش اجزای سه‌گانه در سرامیک

• خاک رس: موجب نرمی ‌و انعطاف و تشکیل ذرات بلوری سرامیک می‌شود.
• ماسه: قابلیت چین خوردن ، پس از خشک و گرم شدن و تشکیل ذرات بلوری سرامیک را کاهش می‌دهد.
• فلدسپار: در کاهش دادن دمای پخت و تشکیل توده شیشه‌اى و چسباننده ذرات بلوری سرامیک موثر است.

خواص سرامیک‌ها

خواص سرامیک‌ها بسته به نوع و درجه خلوص هر یک از اجزای اصلی ، مواد افزودنی ، لعاب ، زمان حرارت دادن ، مواد اکسنده و کاهنده‌هاى موجود در محیط ، تغییر می‌کند. در قرن حاضر صنعت سرامیک سازی توسعه و تنوع شگرفی یافته و اهمیت و کاربردهای آن نیز وسعت پیدا کرده است.
سرامیک‌های ویژه
• مقره‌های برق:
که عایقهای خوبی برای گرما و برق هستند و در آنها از Al2O3 ، Zr2O3 استفاده می‌شود.
• سرامیک‌های مغناطیسی:
در در این نوع سرامیک از اکسیدهای آهن استفاده می‌شود. مهمترین کاربرد آنها در تهیه عنصرهای حافظه در کامپیوتر است.
• سرامیک‌های شیشه‌اى:
وقتی شیشه معمولی پس از تهیه در دمای بالایی قرار گیرد، تعداد قابل توجهی از ذرات بلور در آن تشکیل می‌شود و خاصیت شکنندگی آن کم می‌گردد و بر خلاف شیشه‌های معمولی دیگر ، ایجاد یا پیدایش شکاف کوچک در آنها ساری نمی‌باشد،‌ یعنی این شکافها خود به خود پیشرفت نمی‌کنند. از این نوع سرامیک‌ها برای تهیه ظروف آشپزخانه یا ظروفی که برای حرارت دادن لازم باشند، استفاده می‌شود که آن را اصطلاحا پیروسرام می‌نامند.
لعابها و انواع آنها
لعابها طیف وسیعی از ترکیبات آلی و معدنی را در بر می‌گیرند. لعاب مربوط به سرامیک معمولا مخلوط شیشه مانندی متشکل از کوارتز ، فلدسپار و اکسید سرب (PbO) است. این اجزا را پس از آسیاب شدن و نرم کردن به صورت خمیری رقیق درمی‌‌آورند. آنگاه وسیله سرامیکی مورد نظر را در این خمیر غوطه‌ور کرده و پس از سرد و خشک شدن ، آن را در کوره تا دمای معین حرارت می‌دهند. پس از لعاب دادن روی چینی ، روی آن مطالب مورد نظر را می‌نویسند و یا طرح مورد نظر را نقاشی می‌کنند و دوباره روی آن را لعاب داده و یک بار دیگر حرارت می‌دهند. در این صورت وسیله مورد نظر پرارزش‌تر و نوشته و طرح روی آن بادوام‌تر می‌شود.
لعابها در انواع زیر وجود دارند:
لعاب بی‌رنگ: این نوع لعاب که برای پوشش سطح چینی‌های بدلی ظریف بکار می‌رود، بی رنگ و شفاف است و از مخلوط کلسیم و سیلیس و خاک چینی سفید تهیه می‌شود.
• لعاب رنگی: برای رنگ آبی از اکسید مس (Cu2O) ، برای رنگ زرد از اکسید آهن (FeO) و برای رنگ سبز از اکسید کروم (Cr2O3) ، برای رنگ زرد از کرومات سرب و برای رنگ ارغوانی از ارغوانی کاسیوس استفاده می‌شود.
• لعاب کدر: این نوع لعاب که برای پوشش چپنی‌های بدلی معمولی بکار می‌رود و از مخاـوط SnO2 , PbO , SiO2 , Pb3O4 ، نمک و کربنات سدیم تهیه می‌‌شود که آن را پس از ذوب کردن ، سرد کردن و پودر کردن ، در آب به صورت حمام شیر در می‌آورند و شئی لعاب دادنی را در آن غوطه‌ور می‌کنند.
ظروف لعابی
ظروف لعابی درواقع ، نوعی ظروف آهنی هستند که سطح آنها را به منظور جلوگیری از زنگ زدن ، از لعاب می‌پوشانند. البته این نوع ظروف را نباید زیاد گرم یا سرد و یا پرتاب کرد و یا اینکه تحت ضربه قرارداد، زیرا لعاب سطح آنها ترک برداشته و می‌ریزد.

انواع چینی

چینی‌ها در واقع از انواع سرامیک محسوب می‌‌شوند و به دو دسته چینی‌های اصل یا سخت و چینی‌های بدلی تقسیم می‌شوند.
• چینی‌های اصل:
o چینی ظرف: که می‌توان آن را نوعی شیشه کدر دانست، مانند ظرف چینی معروف به سور. از ویژگیهای این نوع چینی آن است که لعاب رنگی را به خود می‌‌گیرد.
o چینی سیلیسی: این نوع چینی که به چینی لیموژ معروف است، درکشورهای فرانسه ، ژاپن و چین تهیه می‌‌شود. مواد اولیه آن خاک چینی سفید ، شن سفید و فلدسپار است.
o چینی آلومینیوم‌دار: این نوع چینی به نام چینی ساکس و بایو در فرانسه تهیه می‌‌شود و دارای Al2O3 , SiO2 , CaO است.
• چینی‌های بدلی: خمیر این نوع چینی‌ها ترکیبی حد واسط از خمیر سفال و خمیر چینی‌های ظریف است. در نتیجه سختی آنها از چینی‌های اصل کمتر است. از این رو ، حتما باید آنها را با لعاب بپوشانند. این نوع چینی‌ها خود به دو دسته تقسیم می‌شوند:
o بدل چینی‌های معمولی که خمیر آنها رنگی است و از این رو ، با لعاب کدر پوشانیده می‌شود.
o بدل چینی ظریف که خمیر آنها مانند خمیر چینی بی‌رنگ است اما بر خلاف چینی در مقابل نور شفاف نیست. معمولا سطح این نوع چینی‌ها را از لعاب بی‌رنگ ورنی مانند و شفاف می‌پوشانند تا ظاهری مانند چینی اصل پیدا کنند.

طبقه‌بندی سرامیک‌ها

سرامیک‌ها از لحاظ کاربرد به شکل زیر طبقه‌بندی می‌شوند:
سرامیک‌های سنتی (سیلیکاتی)
سرامیک‌های مدرن (مهندسی)
سرامیک های اکسیدی
سرامیک های غیر اکسیدی
سرامیک‌های اکسیدی را از لحاظ ساختار فیزیکی می‌توان به شکل زیر طبقه‌بندی کرد:
سرامیک‌های مدرن مونولیتیک (یکپارچه)
سرامیک‌های مدرن کامپوزیتی
سرامیک‌های سنتی
این سرامیک‌ها همان سرامیک‌های سیلیکاتی هستند. مثل کاشی، سفال، چینی، شیشه، گچ، سیمان و ...
سرامیک‌های مدرن
این فرآورده‌ها عمدتاً از مواد اولیهٔ خالص و سنتزی ساخته می‌شوند. این نوع سرامیک‌ها اکثراً در ارتباط با صنایع دیگر مطرح شده‌اند.
سرامیک‌های اکسیدی

برخی از پرکاربردترین این نوع سرامیک‌ها عبارت‌اند از:

برلیا (BeO)
تیتانیا (TiO2)
آلومینا (Al2O3)
زیرکونیا (ZrO2)
منیزیا (MgO)
سرامیک‌های غیراکسیدی
این نوع سرامیک‌ها با توجه به ترکیبشان طبقه‌بندی می‌شوند که برخی از پرکاربردترین آنها در زیر آمده‌اند:
1. نیتریدها
BN
TiN
Si3N4
GaN
2.کاربیدها
SiC
TiC
WC
شیمی سرامیک
مواد اولیه سرامیکها
سرامیکها ، از سه ماده اولیه خاک رس ، فلدسپارها و ماسه تهیه می‌شود. خاک رس ،‌ همان سیلیکاتهای آلومینیوم هیدراته است که به صورت کانی‌های مختلفی یافت می‌شوند.

طبقه‌بندی کانی‌های رس

کانی‌های سیلیکاتی دو لایه‌ای
• کائولینیت : بررسی پراش اشعه ایکس ، وجود دو لایه را در کائولینیت نشان می‌دهد. لایه اول شامل واحدهای 2-Si2O5 چهار وجهی است و لایه دوم از واحدهای هشت وجهی 2-Al2(OH)4 تشکیل شده است. از اتصال دو لایه ، یک لایه واحد بوجود می‌آید که تکرار آن ، لایه کائولینیت را می‌سازد.
• هالوی‌سیت : کانی دیگر ، هالوی‌سیت است که در مقایسه با کائولینیت کاربرد کمتری دارد.
کانیهای سیلیکاتی سه لایه‌ای
• مونت موری لونیت : مونت موری لونیت دارای سه لایه ، دو لایه به صورت چهاروجهی‌های سیلیکاتی و لایه وسط به صورت گروه‌های هیدروکسی آلومینات است. به علت توانایی گیر انداختن سیستمهای مولکولی مختلف ، اغلب به عنوان کاتالیست مصرف دارند.
• ایلیت : ساختمان ایلیت ، تقریبا شبیه مونت موری لونیت می‌باشد و چون همیشه همراه با مخلوط کانیهای دیگر است فرمول دقیقی نمی‌توان برای آن در نظر گرفت.
ترکیبات ثانوی خاک رس و تاثیر آن بر سرامیکها
ترکیبات ثانوی ، شامل ترکیبات آهن ، ماسه ، کربناتهای کلسیم و منیزیم ، میکا و مواد آلی است که مقادیر آنها در انواع خاک رس متغیر می‌باشد. ترکیبات آهن موجود در خاک رس مثل پیریتها و هیدروکسیدهای آهن و . . . باعث پایین آمدن نقطه ذوب و تغییر رنگ سرامیک قبل از پخت به زرد متمایل به قهوه‌ای و بعد از پخت به صورتی متمایل به قرمز تیره می‌شوند. ماسه ،‌ باعث کم شدن حالت پلاستیته و کاهش قدرت چسبندگی می‌شود.

کربناتهای کلسیم و منیزیم به عنوان ناخالصی باعث آسیب دیدگی محصول شده و بعد از پخت ، باعث افزایش خلل و فرج و کاهش قدرت مکانیکی و خواص نسوزی محصول می‌شوند. نمکهای سولفات و کربنات و کلریدهای فلزات قلیایی خاک رس و وانادیوم ، قابل حل در خاکهای رس هستند و موجب پخش مواد در توده خاک رس می‌شوند. ترکیبات وانادیوم لکه‌های زرد متمایل به سبز ، روی محصول ایجاد می‌کنند. ترکیبات آلی موجود در خاک رس ، باعث ایجاد رنگ خاکستری می‌شوند.

انواع سیلیکا

دی‌اکسید سیلیکون ، معمولا به سه صورت سنگ ، گرانول و پودر وجود دارد. دی‌اکسید سیلیکون در حالت سنگ به صورت کوارتز یافت می‌شود که در این حالت خیلی کمیاب است. به علت خالص بودن بهترین نوع سیلیکا برای مصرف در سرامیک‌ها است. نوع گرانول در صنعت سرامیک سازی خیلی رایج می‌باشد. این نوع سیلیکا را معمولا قبل از مصرف ، دانه‌بندی کرده ، می‌شویند. نوع پودر سیلیکا معمولا خالص نبوده و در ساخت سرامیک چندان مصرف ندارد.
نقش فلدسپارها در سرامیک‌سازی
فلدسپارها خاصیت سیال‌کنندگی دارند و امروزه نیز از این ترکیبات در صنعت سرامیک استفاده می‌کنند. نقش این ترکیبات در سرامیک سازی ، ایجاد فاز شیشه‌ای در توده اولیه است.

انواع فلدسپارها در سرامیک

1. فلدسپار پتاسیم KO , Al2O3 , 6SiO2
2. فلدسپار سدیم Na2O , Al2O3 , 6SiO2
3. فلدسپار کلسیم CaO , Al2O3 , 6SiO2
از بین اینها فلدسپار پتاسیم از همه مهمتر است، ولی در عمل موادی که به عنوان سیال کننده بکار می‌روند، مخلوطی از فلدسپارهای مختلف هستند.

خواص برتر سرامیک‌ها نسبت به مواد دیگر

دیرگدازی بالا
سختی زیاد
مقاومت به خوردگی بالا
استحکام فشاری بالا
مواد سراميكي انعطاف‌پذير
محققان دانشگاه كُرنل با استفاده از نانوشيمي، يك گروه جديد از مواد تركيبيي را توليد كرده و به نام سراميكهاي انعطاف‌پذير نامگذاري كرده‌اند. مواد جديد، كاربردهاي گسترده‌اي، از قطعات ميكروالكترونيكي گرفته تا جداسازي مولكولهاي بزرگ، مانند پروتئينها خواهند داشت.
آنچه در اين زمينه، حتي براي خود محققان، بيشتر جلب توجه مي‌كند آن است كه ساختمان مولكولي مادة جديد در زير ميكروسكوپ الكتروني (TEM) كه به صورت ساختمان مكعبي است، با پيشگوييهاي رياضي قرن گذشته مطابقت مي‌كند. اولريش ويسنر، استاد علوم و مهندسي مواد دانشگاه كُرنل، مي‌گويد: "ما اكنون در تحقيقات پليمري به ساختمانهايي برخورد مي‌كنيم كه رياضيدانها مدتها قبل وجود آنها را از نظر تئوري اثبات كرده‌اند."
ساختمان مادة جديد، خيلي پيچيده‌تر از آن ماده‌ا‌ي است كه"Plumber’s nightmare" ناميده شده‌است.
ويسنر در گردهمايي سالانة جامعة فيزيك آمريكا در مركز گردهمايي اينديانا، در مورد سراميكهاي انعطاف‌پذير جديد، ‌گفت: "رفتار فازي كوپليمر، موجب جهت دهي تركيبهاي نانوساختاري آلي/معدني مي‌شود." به عقيدة وي، اين ماده يك زمينة تحقيقاتي مهيج و ضروري است كه نتايج علمي و تكنولوژيكي بسيار هنگفتي از آن بدست مي‌آيد.
گروه تحقيقاتي ويسنر از طريق شكلهاي كاملاً هندسي كه در طبيعت يافت مي‌شوند، به طرف نانوشيمي هدايت شد. يك مثال كاملاً مشهود براي ساختار ظريف دو اتميها، جلبك تك‌سلولي است كه ديواره‌هاي پوستة آن از حفره‌هاي سيليكاتي كاملاً جانشين‌شده[9] ساخته شده‌است. ويسنر مي‌گويد: "كليد طبيعي اين جانشيني، كنترل كامل شكل آنها از طريق خود ساماني تركيبات آلي، در جهت رشد مواد غيرآلي (معدني) است." محققان دانشگاه كُرنل تصديق كرده‌اند كه ساده‌ترين راه تقليد از طبيعت، استفاده از پليمرهاي آلي
-‌مخصوصاً موادي موسوم به كوپليمرهاي دي‌بلاك[10]– است؛ زيرا اين مواد مي‌توانند به‌طور شيميايي به صورت نانوساختارهاي با اَشكال هندسي مختلف ساماندهي شوند. اگر پليمر بتواند به طريقي با مواد غيرآلي (معدني) -‌يك سراميك، خصوصاً يك ماده از نوع سيليكاتي- ذوب شود، مادة تركيبي حاصل، تركيبي از خواص زير را خواهد داشت:
ü انعطاف‌پذيري و كنترل ساختار (از پليمر)
ü عملكرد بالا (از سراميك).
ويسنر مي‌گويد: "خواص مواد حاصل، فقط جمع سادة خواص پليمرها و سراميك نبوده، حتي ممكن است اين مواد خواص كاملاً جديدي نيز داشته ‌باشند." محققان دانشگاه كُرنل تاكنون فقط تكه‌هاي كوچكي از سراميك انعطاف‌پذير، با وزن چند گرم ساخته‌اند كه البته براي آزمايش خواص مواد، كافي است. مادة حاصل، شفاف و قابل خم‌كردن است، در عين حال مقاومت قابل توجهي داشته و بر خلاف سراميك خالص خُرد نمي‌شود.
دربعضي موارد، اين ماده، يك هادي يوني بوده و قابليت كاربرد به صورت الكتروليت‌ باتريهاي با كارآيي بالا را دارد. همچنين مادة جديد ممكن است در پيلهاي سوختي بكار برود.
در بعضـي مـوارد هندسـة 6 وجهـي مـاده-كه از طريـق جفت‌شـدن حاصـل مي‌شـود -بسيار بـه ساختـار دو اتميها شبيـه است. در عـوض ويسـنرمي‌گويد: "با دستيابي به اين ساختار مولكولي تقريباً مي‌توان گفت كه به طبيعت كامل‌شده‌ا‌ي دست يافته‌ايم."
ساختار متخلخل سراميكهاي انعطاف‌پذير وقتي شكل مي‌گيرد كه ماده در دماهاي بالا عمليات حرارتي شود. به عقيدة ويسز، اين در حقيقت اولين ماده با چنين هندسه و توزيع كم اندازة حفره‌هاست. چون ماده فقط حفره‌هاي 20-10 نانومتري دارد. محققين دانشگاه كُرنل، در تلاشند تا دريابند كه "آيا اين مواد مي‌توانند براي جداسازي پروتئينهاي زنده استفاده شوند؟"
ويسنرعقيده دارد كه به‌خاطر قابليت خود ساماندهي اين مواد، مي‌توان آنها را به صورت ناپيوسته و در مقياس زياد توليد كرد. او مي‌گويد: "ما مي‌توانيم ساختار را كاملاً كنترل كنيم. ما مي‌توانيم با كنترل خيلي خوبي اين ماده را به مقياس نانو برسانيم. ما حالا مي‌دانيم كه چگونه مجموعه‌ا‌ي از ساختارهاي با شكل و اندازه حفره‌هاي يكسان، بسازيم."
محققان دانشگاه كُرنل اين عمل را با كنترل "فازها" و يا با معماري مولكولي ماده بوسيلة كنترل‌كردن مخلوطي از پليمر و سراميك انجام مي‌دهند. ماده از چند مرحلة انتقالي عبور مي‌كند؛ از مكعبي به 6 وجهي و سپس به ‌نازك و مسطح و بعد به 6 وجهي وارونه و مكعبي وارونه. ماده پس از مرحلة مسطح و قبل از مرحلة 6 وجهي وارونه، به صورت ساختمان مكعبي دوگانه موسوم به Plamber’s nightmare مي‌باشد كه قبلاً در سيستمهاي پليمري يافت نشده‌بود. اين ساختمان اولين ساختار با چنين قابليت انطباق بالايي است كه بوسيلة تركيب خاصي از پليمرها و سراميكها توليد مي‌شود. ويسنرمي‌گويد: "اين شانس وجود دارد كه ما به مجموعه‌ا‌ي از ساختارهاي دوگانة ديگر كه در پليمرها وجود دارد و ديگران چيزي در مورد آنها نمي‌دانند، دست پيدا كنيم. ما راه را براي يافتن هرچه بيشتر چنين ساختارهايي باز كرده‌ايم."

نانوذرات هيدروژل نرم

محققان مؤسسه فناوري جورجيا، خانواده‌اي از نانوذرات با پايه هيدروژل را بوجود آورده‌اند كه مي‌توانند براي تشكيل كريستالهاي فوتوني مورد استفاده قرار گيرند. مي‌توان ويژگيهاي نوري اين كريستالها را بوسيله تنظيم مقدار ذرات موجود در آب -توسط حرارت- دقيقاً تنظيم كرد.
اين ذرات كروي يكدست و نرم مي‌توانند مبنايي براي "سيال فوتوني" باشند ؛ اين سيال را مي‌توان به منظور تشكيل ساختارهاي خودسامان كه طول موجهاي ويژه‌اي از نور را از خود عبورمي‌دهند، مورد استفاده قرار داد. موارد كاربرد اين ساختارها عبارتند از: سوئيچهاي نوري، ارتباطات راه دور، روشهاي جديد تشخيص بيماري با استفاده از ذرات حساس به مولكولهاي زيستي.
آندرليون، استاديار شيمي و بيوشيمي اين موسسه گفت: " ما روش بسيار ابتدايي و ساده‌اي براي بدست آوردن يك نوع ذره و توليد انواع مواد نوري از آن داريم و ديگر لازم نيست كه براي هر ماده نوري، يك ذرة جديد تهيه كنيم. ما محلولي پليمري داريم كه مي‌تواند به روشهاي معمولي مانند لايه‌نشاني چرخشي، قالبگيري و ريخته‌گري تهيه شود كه اين روشهاي معمولي را نمي‌توان براي انواع ديگر مواد فوتوني كلوئيدي بكار برد."
ليون و همكارانش تقريباً صد نوع مختلف از ذرات هيدروژل با قطرهايي حدود 50 نانومتر تا 2 ميكرون را ساخته‌اند. دماي كريستــاله شدن ذرات در طــي فرآيند تشكيــل، بطــور شيميايي در محدوده °C60-10كنترل مي‌شود.
اين نانوذرات ازاتصال پلي-ان-ايزوپروپيل اكريل‌آميد (pNIPAm) با متيلنبيس (اكريل‌آميد) (BIS) حاصل مي‌شوند. پس از رسوب پليمر در محلول، ذرات با يك فرآيند گريز از مركز ساده از آب جدا مي‌شوند. نتيجه كار، ماده ژلاتيني شفافي است كه آبي كمرنگ، سبز يا قرمز بوده و گرانروي[11] آن بيشتر از عسل است.
به منظور دستيابي به ويژگيهاي نوري مطلوب و دلخواه براي ماده ژلاتيني، بايد آن را تا بالاتر از دماي تغيير فاز ذرات سازنده هيدروژل گرم كرد. در اين حالت، كريستالهاي فوتوني نظم خود را از دست داده و مقداري از آب نانوذرات كاسته مي‌شود. پس از دفع مقدار كمي از آب، اين امكان به ذرات داده مي‌شود كه خنك‌شده، دوباره آب جذب كرده و دوباره كريستاليزه شوند. اين سيكل گرمايي موجب مي‌شودكه ذرات هيدروژل نرم، آرايش شش‌وجهي سه‌بعدي پيدا كرده و ساختاري دي‌الكتريك تناوبي بيابند.
-كه براي ويژگيهاي نوري لازم است.- مرحله گرم كردن و دوباره سرد كردن[12] حدوداً 15 مرتبه تكرار مي‌شود تا ساختار كريستالي با ويژگيهاي نوري دلخواه بدست آيد.
محققين بوسيله كنترل هيدراته شدن ذرات، مي‌توانند رنگ مواد را تحت كنترل بگيرند. بنا به اظهارات دكتر ليون، آنها كنترل خيلي خوبي در هر دو زمينه دامنه انتقال و دقت فرآيند داشته و توان طراحي رنگ مواد را دارند.
در دماي بالاتر از دماي تغيير فاز، مواد سريعاً به حالت مايع در‌آمده و مي‌توان آنها را با استفاده از روشهاي استاندارد تهيه پليمر، بر روي سطوح پخش كرده و شكل‌دهي كرد.
با آنكه ممكن است امكان كاربرد عملي اين ذرات تا چندين سال ديگر طول بكشد، اما محققين موارد استفاده‌اي را در صنعت ارتباطات پيش‌بيني مي‌كنند؛ بدين ترتيب كه كريستالهاي فوتوني با قابليت تنظيم دقيق مي‌توانند به منظور استخراج اطلاعات ضبط شده بر روي فيبرهاي نوري در طول موجهاي ويژه، مورد استفاده قرار گيرند. فرستادن سيگنالهاي كددار در طول موجهاي مختلف اين امكان را به فيبرها مي‌دهد كه طي فرآيندي موسوم به multiplexing حجم زيادي از اطلاعات را انتقال دهند. كريستالهاي قابل تنظيم كه از طريق فرآيند جورجيا تهيه مي‌شوند فقط محدوده باريكي از طول موجها را از خود عبور داده وامكان بازيافت جريانهاي خاصي از اطلاعات را از فيبرهاي نوري فراهم ‌كنند.
بعلاوه، اين گروه در مواردي كه نانوذرات به دما حساس باشند، ذراتي ساخته‌اند كه انتقال فاز در آنها براساس حساسيت به ميزان PH و حضور يونهاي فلزي صورت مي‌گيرد. آنها همچنين مشغول كار بر روي ذراتي هستندكه به پروتئينهاي خاص يا ديگر مولكولهاي زيستي حساسيت نشان مي‌دهند؛ و اين مي‌تواند در علم پزشكي براي پي بردن به علائم بيماري و تشخيص آنها مفيد واقع شود.
با اين وجود هنوز كارهاي زيادي باقي‌مانده كه بايد بر روي مواد مورد بحث انجام شود. ليون معتقد است كه مي‌توان نوعي نانوپودر به همان روش تهيه كريستالها توليد كرد كه قادر به انعكاس طول موجهاي ويژه‌اي باشد. به عقيدة وي، اين مواد به علت خودسامان بودن، پايداري ترموديناميكي زيادي دارند؛ بنابراين خواص نوري اين ذرات حاصل آرايش خاص ترموديناميكي آنهاست و اين، امكان توليد موادي با ماهيت بسيار پايدار را به ما مي‌دهد.
سرعت توليد، پايداري و تكرار‌پذيري اين فرآيند از جمله مزاياي آن به شمار مي‌رود.

کاربردهای مختلف مواد سرامیکی

در زیر کاربردهای رایج مواد سرامیکی به همراه چندنمونه از مواد رایج در هر کاربرد آورده شده‌است:

1. الکتریکی و مغناطیسی

عایق‌های ولتاژ بالا (AlN- Al2O3)
دی الکتریک (BaTiO3)
پیزوالکتریک (ZnO- SiO2)
پیروالکتریک (Pb(ZrxTi1-x)O3))
مغناطیس نرم (Zn1-xMnxFe2O4)
مغناطیس سخت (SrO.6Fe2O3)
نیمه‌رسانا (ZnO- GaN-SnO2)
رسانای یونی (β-Al2O3)
تابانندهٔ الکترون (LaB6)
ابررسانا (Ba2LaCu3O7-δ)

2.سختی بالا

ابزار ساینده، ابزار برشی و ابزار سنگ‌زنی (2O3TiN-Al)
مقاومت مکانیکی (SiC- Si3N4)

3.نوری

فلورسانس (Y2O3)
ترانسلوسانس(نیمه‌شفاف) (SnO2)
منحرف کنندهٔ نوری (PLZT)
بازتاب نوری (TiN)
بازتاب مادون قرمز (SnO2)
انتقال دهندهٔ نور (SiO2)

4.حرارتی

پایداری حرارتی (ThO2)
عایق حرارتی (CaO.nSiO2)
رسانای حرارتی (AlN - C)

5.شیمیایی و بیوشیمیایی

پروتزهای استخوانی P3O12(Al2O3.Ca5(F,Cl))
سابستریت (TiO2- SiO2)
کاتالیزور (KO2.mnAl2O3)

6.فناوری هسته‌ای

سوخت‌های هسته‌ای سرامیکی
مواد کاهش‌دهنده‌ی انرژی نوترون
مواد کنترل کننده‌ی فعالیت راکتور
منابع :
فن و هنر سرامیک چیست؟ http://www.aftab.ir
شیمی سرامیک http://daneshnameh.roshd.ir
انواع سرامیک http://www.newdesign.ir
سرامیک http://fa.wikipedia.org
سرامیک http://daneshnameh.roshd.ir
مواد سراميكي انعطاف‌پذير http://ceramicyazd.blogfa.com/
/الف

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (1)

مترجم : حبیب الله علیخانی
منبع : سایت راسخون

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.

فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (1)

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.

فرایندها و تکنیک های مورد استفاده در تولید سرامیک ها (2)

مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون

خشک کردن محصولات سرامیکی

از قدیم الایام، بیشتر محصولات رسی به صورت طبیعی و با قرار دادن آنها در هوا و دمای معمولی، خشک می شدند. در بسیاری از بخش های اروپا، این عمل تنها در طی تابستان عملی بود. در صنعت آجرپزی و سفال های سقفی، استفاده از انبارهای خشک کن معمولی، متداول است. در این بخش ها، اجازه ی قرار گرفتن روی هم تعداد زیادی بدنه، زیر یک پوشش چوبی میسر می شود.
در صنعت سرامیک های مدرن، این ضروی است که سرعت، بازده گرمایی و میزان اتلاف مواد بهینه گردد. در حالتی که استفاده از فرایند خشک کردن آهسته میسر نباشد، این ضروری است که سرعت های حرارت دهی، دما و رطوبت، کنترل شود. امروزه حرارت مورد نیاز برای خشک کردن، از طریق مشعل های گازی و هوای خروجی کوره ها، مهیا می شود. حرارت مورد نیاز برای خشک کردن می تواند از طریق استفاده از سایر سوخت ها مانند زغال سنگ، بیوگاز یا کک نفتی نیز مهیا شود.
مواد اولیه ی سرامیکی نسبت به خشک کردن حساس هستند اما در شرایطی که میزان رطوبت بالاست، استفاده از یک دوره ی گرمایش اولیه پیش از اعمال فرایند اصلی خشک کردن، مزیت به شمار می آید. هر چه میزان آب کمتر شود، فرایند خشک کردن سخت تر انجام می شود و نیاز است تا هوای داغ تری استفاده شود. شکل های مختلفی از خشک کن ها در بخش های مختلف صنعت سرامیک مورد استفاده قرار می گیرند. این شکل ها به طبیعت و اندازه ی اجزای سرامیکی تولید شده، بستگی دارد.
خشک کن های با کف داغ دیگر مورد استفاده قرار نمی گیرند و نمی توان آنها را مکانیزه کرد. به هر حال، این نوع از خشک کن ها، برای خشک کردن آرام بدنه های پیچیده و بزرگ مانند چینی آلات بهداشتی و یا برخی از محصولات دیرگداز، مفید می باشند. برخی آجرهای با شکل خاص نیز با این روش، خشک می شوند. همانگونه که از اسم این خشک کن ها، می توان فهمید، در این خشک کن ها، عمل خشک کردن از حرارت دهی مستقیم بخش کفی خشک کن، انجام می شود. همچنین جریان های همرفت نیز از بخش کف خشک کن به سمت بالای خشک کن، ایجاد می شود. در این نوع از خشک کن ها، جریان های جانبی هوا اندک هستند و تمام سطوح قطعه ی سرامیکی با سرعتی آهسته، خشک می شوند. با این کار، از ایجاد تنش های زائد بر روی بدنه در طی فرایند خشک کردن، جلوگیری می شود.

خشک کن های محفظه ای (متناوب)

این خشک کن ها شامل یک محفظه هایی هستند که مجهز به درب های خروجی و ورودی کاملا فیت است. این خشک کن ها معمولا به ریل های حامل اتاقک خشک کن، مجهز هستند. برخی از انواع این سیستم ها مجهز به سیستم های انتقال اتوماتیک هستند.
قطعات سرامیکی مانند آجرها، بلوک ها، لوله ها و اشکال دیرگداز بر روی قفسه ها قرار می گیرند و ماشین های خشک کن پر به داخل محفظه ی خشک کن انتقال داده می شوند. وقتی خشک کن پر شد، درب محفظه به طور کامل بسته می شود. در کارگاه های مدرن، تمام کارها به صورت اتوماتیک انجام می شود. دمای محفظه با سرعت کنترل شده ای افزایش می یابد. این کار با تزریق هوای گرم بداخل محفظه و یا اعمال غیر مستقیم حرارت بداخل محفظه، انجام می شود. چرخش هوا در داخل محفظه ی خشک کن، میزان بازده خشک کنندگی را بهبود می دهد. انتقال حرارت عمدتا از طریق همرفت انجام می شود. البته علاوه بر همرفت، اندکی حرارت تابشی از هوای گرم و سطوح گرم شده، انتقال می یابد. پروفایل های دمای ویژه- رطوبت برای تنظیم سرعت گرم کردن این محصولات مورد نیاز می باشد.
خشک کن های محفظه ای مخصوصا در وضعیت هایی مورد استفاده قرار می گیرد که بدنه های سرامیکی مختلفی در یک خط تولید، تولید می شود. از این خشک کن ها در هنگامی که تولید متناوب است نیز استفاده می شود. در صورتی که نیاز باشد، می توان محفظه ها را به سهولت گسترش داد.

خشک کن های تونلی (پیوسته)

این خشک کن ها دارای ساختاری طویل هستند که از داخل آن، یک خط از واگن های پر عبور می کنند. هوای با دمای بالا بخش انتهایی کوره، به داخل آن تزریق می شود. این جریان هوای داغ بوسیله ی یک یا دو فن به سمت ورودی خشک کن هدایت می شود. وقتی جریان هوا از انتها به ابتدای خشک کن حرکت می کند، حرارت از این هوا به بدنه ی سرامیکی انتقال می یابد. فن های مورد استفاده به صورت معمولی نصب می شوند تا بدین وسیله جریان اغتشاشی در داخل خشک کن ایجاد گشته و بدین وسیله بازده خشک کنندگی افزایش یابد. طول خشک کن تونلی به سرعت خروج محصولات و میزان آب موجود در بدنه ی سرامیکی، بستگی دارد.

خشک کن های سبدی عمودی

خشک کن عمودی عمدتا در صنعت تولید کاشی های سرامیکی مورد استفاده قرار می گیرد. در این صنعت، کاشی ها به داخل سبدهایی تزریق می شوند که شامل چند دسته از غلطک ها هستند. این گروه از سبدها از داخل خشک کن حرکت می کنند. در داخل این خشک کن ها، گازهای گرم عبور کرده و عمل خشک کردن را انجام می دهد. دما در این نوع از خشک کن ها عمدتا کمتر از 200℃ است و سیکل خشک کردن در گستره ی زمانی 35تا 50 دقیقه طول می کشد.

خشک کن های غلطکی چند سطحه ی افقی

این خشک کن ها نیز به طور گسترده در تولید کاشی های سرامیکی مورد استفاده قرار می گیرند. خشک کن های افقی بر اساس قوانین موجود در زمینه ی کوره های با بستر غلطکی، ساخته شده اند. در این خشک کن ها، کاشی به صورت منفرد بر روی سطوح مختلف موجود در داخل خشک کن، به داخل کوره تزریق می شود و بوسیله ی غلطک های چرخنده و به صورت افقی از داخل کوره عبور می کنند. مشعل های تعبیه شده در اطراف این خشک کن، هوای داغ ایجاد می کند و این هوای داغ به صورت مخالف جهت، به بدنه برخورد می کند.
دمای ماکزیمم در این خشک کن ها معمولا بالاتر از انواع عمودی است (حدودا 350℃) و سیکل خشک کردن کوتاه تر است. سیکل خشک کردن در این نوع از خشک کن ها در حدود 15 تا 25 دقیقه می باشد.

خشک کن های نم گیر

این خشک کن ها عموما به صورت واحدهای متناوب هستند. این روش بر پایه ی ایجاد یک سطح رطوبتی مناسب در محفظه ی خشک کن استوار است. این میزان از رطوبت بسیار کمتر از حالت اشباع می باشد، از این رو، آب به طور پیوسته از بدنه ی سرامیکی، تبخیر می شود بدون آنکه نیاز به افزایش دما باشد. برای حفظ این اثر، بخار آب باید به طور مداوم از محفظه ی خشک کن، خارج گردد. این کار معمولا با استفاده از چرخش هوا بوسیله ی یک کندانسور، انجام می شود.
یک چنین خشک کن هایی باید به خوبی آب بندی شوند تا از وارد شدن رطوبت خارج به داخل آن جلوگیری شود. اندازه ی این خشک کن محدود است اما از این خشک کن ها می توان برای خشک کردن محصولات سرامیکی حساس به خشک کردن، استفاده کرد. این روش خشک کردن تنها بخار آب تولید می کند.
یکی دیگر از امکان ها، وارد نمودن یک جریان اشباع به داخل خشک کن تونلی می باشد. در این نوع خشک کن های تونلی، رطوبت هوای خشک کن در بخش های مختلف کاهش می یابد تا بدین وسیله خشک شدن کنترل شده ی بدنه، تضمین شود.

خشک کن های فروسرخ و میکروویو

خشک کن های فروسرخ و میکروویو همچنین به عنوان جایگزینی برای خشک کن های معمولی هستند.

عملیات سطحی و دکوراسیون محصولات سرامیکی

سطح محصولات گلی ممکن است به دلایل مختلفی، دارای بافت باشند. مثلا این بافت در کاشی های کفی مشاهده می شود که لعاب خور نیستند.
یک گستره ی وسیع از بافت ها نیز به منظور افزایش ویژگی های زیبایی بدنه، به آنها افزوده می شود. آجرهای گلی به دلیل برخوردهای آنها با سطح قالب، معمولا دارای الگوهای رندومی هستند. محصولات اکسترود شده نیز ممکن است دارای بافت باشند. این بافت به دلیل برخورد سطح ماده ی سرامیکی با قالب ایجاد می شود. یک روش برای برطرف کردن این مشکل، بریدن بدنه با اندازه ی بیشتر و سپس تصحیح دقیق بدنه با استفاده از سیم های برنده می باشد.
آجرهای پرسی نیز اغلب در حالت خام، بسیار سخت هستند و بعد از قرار دادن گروهی آنها بر روی نوار نقاله، بوسیله ی تیغه های برش چرخنده، بر روی آنها بافت ایجاد می شود.

سیقل کاری

آجرهای گلی به دلیل وجود ماسه در سطح داخلی قالب، دارای یک پوشش از ماسه هستند. این ماسه به این دلیل مورد استفاده قرار می گیرد تا رهایش قالب از آجر را تسهیل کند. با استفاده از ماسه ی مناسب می توان، انواع بافت های زیبا و رنگ های جالب را بر روی این آجرها ایجاد کرد.
در مورد آجرهای پرسی، اکسترود شده، سفال های و بلوک های سقفی، ماسه و سایر مینرال های گرانوله می تواند با استفاده از سری های خاصی (مانند سری های سندبلاست) بر روی سطح اعمال گردد و بوسیله ی این کار، ویژگی های سطحی بهبود می یابد. در بسیاری موارد، پیگمنت ها به این ماسه ها یا مینرال ها افزوده می شود و بدین صورت سطح نهایی زیبایی پدید می آید.

لعاب زنی، انگوب کردن و سایر روش های دکوراسیون

بازار تخصصی اندکی برای آجرهای لعاب زده وجود دارد. لعاب زنی در تولید کاشی کف و دیوار، چینی آلات بهداشتی و مظروف متداول است. انگوب کردن عمدتا در تولید سفال های سقفی و کاشی های دیوار و کف، مرسوم است.
در نهایت، اجزای لعاب آسیاب شده که به آن فریت گفته می شود، به عنوان سوسپانسیون در آب تهیه می شوند. ویسکوزیته و خواص سوسپانسیون های تولیدی از این پودرها، با توجه به روش اعمال لعاب (اسپری، لعاب زنی آبشاری، لعاب زنی خشک یا دکوراسیون)، تنظیم می شود. در طی فرایند لعاب زنی، لعاب بواسطه ی یکی از فرایندهای متداول، بر روی بیسکویت بدنه اعمال می شود. این لایه ی اعمال شده بعد از پخت در دمای مناسب، حالت شیشه ای پیدا می کند.
یک انگوب معمولا بعد از فرایند خشک کردن اعمال می شود. در برخی موارد، محصولات به صورت خام و در برخی موارد دیگر، به صورت پخته شده، انگوب کاری می شوند. در طی فرایند انگوب کردن، یک لایه ی رنگی یا غیر شفاف از سرامیک بر روی سطح ایجاد می شود. این کار بواسطه ی غوطه وری یا پاشیدن انجام می شود.
چاپ شابلونی یکی از فرایند های دکوراسیون مورد استفاده در صنعت کاشی و سرامیک محسوب می شود. این روش چاپ به سهولت در خط لعاب زنی مورد استفاده قرار می گیرد. این روش شامل ایجاد طرح با استفاده از یک یا چند شابلون می باشد. فرایند آماده سازی این شابلون ها نیز فرایندی جالب توجه است که بوسیله ی مسدود کردن برخی از سوراخ های شابلون با استفاده از لاک های خاص، انجام می شود. با اعمال رنگ بر روی شابلون، رنگ از سوراخ های شابلون عبور کرده و طرح مورد نظر بر روی کاشی ایجاد می گردد.
سایر تکنیک های دکوراسیون عبارتند از روش حکاکی و روش چاپ میدانی فلسکو (flexo space printing). در این تکنیک ها، الگو به صورت مستقیم بر روی یک یا چند غلطک، انتقال می یابد. جوهر از طریق این غلطک ها بر روی کاشی اعمال می شود. با این تکنیک می توان لبه های کاشی ها و یا کاشی های برجسته را نیز دکوراسیون کرد. همچنین تکنیک چاپ جوهر افشان امروزه به بازار آمده است. در مورد چینی آلات مظروف، اغلب روش چاپ دستی و تزیین با روش غوطه وری، مورد استفاده قرار می گیرد.

پخت

اهداف پخت

پخت یک فرایند کلیدی در تولید محصولات سرامیکی است. با اعمال این فرایند، بسیاری از خواص نهایی بدنه، بهبود می یابد. این خواص شامل استحکام مکانیکی، مقاومت به خرد شدن، پایداری ابعادی، مقاومت در برابر آب و مواد شیمیایی و مقاومت در برابر شعله می باشد. س

تغییرات فیزیکوشیمیایی در حین پخت

مواد خام مورد استفاده در تولید بدنه های سرامیکی، معمولا از مخلوطی از مینرال های پیچیده ی رسی تشکیل شده اند. این مواد شامل کوارتز، فلدسپارها، کربونات ها، ژیپس، اکسید آهن و برخی اوقات، مواد آلی هستند. محصولات دیرگداز نیز از گستره ی وسیعی از مینرال های غیر رسی، تولید می شوند. این مینرال های غی رسی با افزودنی ها و بایندرهای خاصی مورد استفاده قرار می گیرند. وقتی محصولات سرامیکی بر پایه ی رس، در کوره پخت می شوند، رطوبت اضافی آنها در دمایی بین 100 تا 200℃ خارج می شوند. اگر مواد آلی و پیریت های آهن در این محصولات وجود داشته باشند، اکسیداسیون در دمایی بین 300 تا 500℃ انجام می شود. آب ساختاری مواد رسی (آب کریستالی)، معمولا در دماهایی بین 500 تا 650℃ خارج می شود، در حالی که کربونات هایی مانند کلسیت و دولومیت با آزادسازی کربن دی اکسید در دمایی در گستره ی 750 تا 950℃، تجزیه می شوند.
مهمترین تغییرات ایجاد شده در خواص مواد سرامیکی، شامل شکسته شدن ساختار شبکه ی مینرال های رسی، تشکیل ترکیبات کریستالی جدید و فازهای شیشه ای می باشد. دمایی که در آن زجاجی شدن اتفاق می افتد، با توجه به مینرالوژی رس، تغییر می کند. زجاجی شدن معمولا از دمای 900℃ شروع می شود و در دمای 1050℃ برای آجرهای رسی و در حدود 1100℃ برای خاک نسوز دیرگداز، به پایان می رسد.
در طی مرحله ی زجاجی شدن در فرایند پخت سرامیک ها، بسیاری از مینرال های غیر رسی مانند کوارتز، اکسیدهای آهن، ترکیبات آهکی و قلیایی در بدنه ی پخته شده، ایجاد می شوند. برخی مواقع زینترینگ رخ می دهد و گاها محلول های جامد ایجاد می شود. همچنین در سطح مشترک دانه های مینرالی و فازهای ذوب شده، واکنش های یوتکتیک رخ می دهد.
محصولات غیر رسی مانند برخی از محصولات دیرگداز همچنین به زینترینگ، زجاجی شدن یا مراحل کریستالیزاسیون مجدد وابسته اند اما در برخی موارد، دماهای بالاتر برای حصول خواص مناسب، ضروری است. در شکل 1، گستره های دمایی مورد نیاز برای گروه های محصولات مختلف بیان شده است.

دمای ضروری برای فرایند پخت، عمدتا با استفاده از سوزاندن گاز طبیعی و نفت کوره، بوجود می آید. در برخی موارد، سوخت های جامد، بیوگاز و برق الکتریکی نیز برای ایجاد حرارت مورد استفاده قرار می گیرد.

کوره های متناوب (دوره ای)

این کوره ها به دو گروه کوره های شاتلی و کوره های کلاهکی تقسیم می شوند. این کوره ها از محصولات سرامیکی پر می شوند که قبلا خشک شده اند. بعد از آن، کوره آب بندی می شود و تحت سیکل گرمایشی معین، حرارت دهی می شود. مشعل های گازی معمولا برای ایجاد گرمایش مورد استفاده قرار می گیرد و بدین وسیله کنترل مناسبی بر روی دما و اتمسفر کوره ایجاد می شود.
الکتریسیته نیز می تواند برای گرمایش کوره ها مورد استفاده قرار گیرد. برای مثال، در تولید سرامیک های فنی می توان از الکتریسیته برای گرمایش استفاده کرد. کوره های خاص که برای کاربردهای خاص مورد استفاده قرار می گیرند، عبارتند از پرس ایزواستاتیک گرم، کوره های دما بالا و کوره های با اتمسفر کنترل شده.
کوره های متناوب معمولا برای تولید محصولات خاص در مقیاس کوچک مانند آجرهای با اشکال خاص، اتصالات لوله، اتصالات سفال های سقفی، محصولات دیرگداز و ... مورد استفاده قرار می گیرد. این کوره ها در زمانی که ترکیب بدنه ی سرامیکی به طور مداوم تغییر می کند، دارای انعطاف پذیری بیشتری هستند. در برخی موارد این کوره ها میزان مصرف انرژی کمتری دارند. شکل 2 سطح مقطع یک کوره ی شاتلی را نشان می دهد.

کوره های پیوسته

کوره های محفظه ای (هافمن)

این کوره ها شامل یک سری از محفظه های به هم متصل است که به صورت پیوسته پر می شوند، آب بندی می شوند و مشعل های آنها به صورت شبه پیوسته، روشن می شود. در این کوره ها، گازهای داغ از یک محفظه به محفظه ی دیگر می روند. این سیستم به هم پیوسته بواسطه ی داشتن ساختار با خلل و فرج خاص، اجازه می دهند تا بدنه ها پیش گرم شوند. این پیشگرم شدن بواسطه ی گازهای گرم خروجی از یک محفظه انجام می شود به همین علت، بازده گرمایی افزایش یافته و موجب می شود تا هزینه ها نسبت به کوره های متناوب، کمتر شود. این کوره ها هم اکنون با استفاده از گاز، گرم می شوند اما می توان از نفت یا زغال سنگ نیز برای گرمایش آنها استفاده کرد. از این کوره ها عمدتا در تولید محصولات خاص مانند آجرهای رنگی خاص، استفاده می شود.

کوره های تونلی

این کوره ها از تونلی آسترکاری شده با مواد دیرگداز تشکیل شده اند که دارای مسیرهای ریلی برای عبور واگن های حمل بدنه می باشد. این واگن ها در زمان بندی مشخص، از داخل کوره کشیده می شوند. یک جریان هوا به صورت مخالف با جهت حرکت واگن، در داخل کوره (بوسیله ی فن ها) ایجاد می شود و بدین وسیله بدنه های سرامیکی خام گرم می شوند. بیشتر کوره های تونلی که هم اکنون مورد استفاده قرار می گیرند، از طریق گاز طبیعی گرم می شوند. بدنه های وارد شده به داخل این کوره ها به وسیله ی جریان هوای گرم ایجاد شده در نقطه ی جهنم کوره، پیش گرم می شوند، در حالی که هوای وارد شده به کوره، بدنه های گرم را سرد کرده و برای ایجاد احتراق، پیش گرم می شود. بخشی از هوای نقطه ی سرد کننده معمولا از خشک کن های مجاور حاصل می شود تا بدین صورت میزان بازده مصرف سوخت افزایش یابد.
محفظه ی سوخت و واگن های کوره معمولا بوسیله ی آب بندهای ماسه ای در برابر نفوذ هوای ثانویه، محافظت می شوند. نسل های بعدی این نوع کوره ها بوسیله ی آب و یا سایر روش های مکانیکی، آب بندی شده اند. این روش ها موجب می شود تا زمان پخت و مصرف سوخت کاهش یابد. در واقع این کاهش در مصرف سوخت به دلیل کاهش میزان هوای ثانویه ی ورودی به این کوره ها از طریق خلل و فرج ناخواسته، انجام می شود.

شکل 3 و 4 شماتیکی از طرح اولیه و سطح مقطع یک کوره ی تونلی را نشان می دهد.

کوره های دارای بستر غلطکی

کوره های غلطکی تک بستر متداول ترین نوع کوره است که در تولید کاشی مورد استفاده قرار می گیرد. زمان پخت در برخی از این کوره ها، کمتر از 40 دقیقه است. در این کوره ها، کاشی از میان غلطک های کوره عبور کرده و حرارت مورد نیاز برای گرمایش آنها، از طریق مشعل هایی فراهم می شود که با گاز طبیعی کار می کنند. این مشعل ها در کناره های کوره کار گذاشته می شوند. مکانیزم های اصلی در انتقال حرارت در این کوره ها، همرفت و تابش می باشد. این کوره ها غیر مافلی هستند. یعنی مواد حاصل از احتراق با بدنه های در حال پخت در تماس هستند. به دلیل غیر مافلی بودن این کوره ها، بازده انتقال حرارت بالا می رود و از این رو میزان انرژی مصرفی در این کوره ها، کاهش می یابد. کوره های با بستر غلطکی همچنین برخی اوقات برای تولید سفال های پشت بام، لوله های رسی زجاجی، چینی آلات بهداشتی و چینی آلات مظروف، نیز مورد استفاده قرار می گیرند. شکل 5 سطح مقطع یک کوره ی با بستر غلطکی را نشان می دهد.

کوره های لغزشی بت (sliding bat kiln)

این کوره ها همچنین کوره های سریع نامیده می شوند و عملکرد آن مشابه کوره های با بستر غلطکی می باشد. به هر حال، بدنه ها در این نوع کوره، بر روی واگن های دیرگدازی قرار داده می شوند که بوسیله ی چرخ از میان مسیر مناسبی در کوره، عبور می کنند. کوره های لغزشی بت می تواند بدنه هایی با شکل ها و اندازه های غیر منظم را تحت عملیات پخت قرار دهد، در حالی که کوره های با بستر غلطکی تنها می توانند برای بدنه های با شکل منظم مورد استفاده قرار گیرد.

پخت کلمپ

یک میزان محدود از تولید آجرهای سنتی هنوز با استفاده از پخت کلمپ انجام می شود. در این روش پخت، آجرهای خشک شده که دارای افزودنی های سوختی جامد (مانند کک آسیاب شده) هستند، به صورت مثلثی و متراکم چیده می شوند. این چیدمان بر روی یک بخش آجرکاری دیرگداز قرار داده می شود. تنوره هایی از آتش از زیر این بخش قرار داده می شود و لایه های کک به صورت پیوسته شروع به شعله ور شدن می کنند. کلمپ ها معمولا عایق کاری می شوند.
در هنگام شعله ور بودن تنوره ها، آتش به صورت آهسته و با احتراق سوخت در داخل آجرها، گسترش می یابد. سوختن کلمپ ها هفته ها به طول می انجامد. این زمان شامل زمان سرد شدن نیز می باشد. بعد از خنک شدن، کلمپ به صورت دستی جداسازی می شود و آجرها طبقه بندی می شوند.

کوره های دوار

یک کوره ی دوار از یک سیلندر طویل تشکیل شده است. این سیلندر معمولا با شیب اندکی نسبت به زمین دارد و حول محور سیلندر می چرخد. این کوره بوسیله ی مشعلی گرم می شود که در انتهای پایینی آن قرار گرفته است. کوره های دوار برای تولید آگریگیت های رسی سبک مورد استفاده قرار می گیرد.
کوره های دوار همچنین برای کلسیناسیون خاک نسوز، دولومیت و منیزیت نیز مورد استفاده قرار می گیرد. این مقاله در مورد فرایندهای جانبی کلسیناسیون صحبت نمی کند و می توان اطلاعات بیشتر در این زمینه را از مقالات دیگر کسب نمود.

بسترهای مایع

یک بستر مایع بستری است که در آن ذرات جامد در حالت سوسپانسیون گازی قرار گرفته اند. این سوسپانسیون ها شبیه به مایع عمل می کنند. پودری که می خواهیم به سوسپانسیون گازی تبدیل شود، بر روی یک بستر متخلخل قرار می گیرد و از میان آن یک گاز با فشار وارد می شود. با این روش می توان پودر را کلسینه یا خشک نمود.

بازگردانی حرارت از مرحله ی سرد کردن

در جاهایی که امکان پذیر باشد، سرد کردن بدنه های سرامیکی با استفاده از چرخش هوای، تسریع می شود. این کار می تواند به محض خروج نمونه از بخش جهنم کوره انجام شود. این مسئله موجب می شود تا میزان قابل توجهی هوای تمیز و گرم از این فن ها خارج شوند. از این هوا می توان در فرایند خشک کردن استفاده کرد. این روش بازگردانی حرارت مخصوصا زمانی مؤثر است که از کوره ی تونلی استفاده می شود.

عملیات های پایانی

ماشین کاری

عملیات های ماشین کاری ممکن است برای ایجاد ابعاد و اشکل مناسب در محصولات سرامیکی مورد استفاده قرار گیرد.

سمباده زنی تر

ما از این روش برای کاهش ابعاد قطعه و رساندن ابعاد آن به ابعاد دلخواه استفاده می کنیم. سمباده زنی فرایندی انفرادی است یعنی در این فرایند، قطعات بر روی یک میز ثابت می شوند و سمباده زنی بواسطه ی سری های ماشین کاری، انجام می شود. سطوح زیری آجرهای تولیدی برخی اوقات بوسیله ی سمباده زنی تر، صیقلی می شوند. این کار به منظور تسهیل در چسبندگی دو آجر مجاور بوسیله ی چسب، انجام می شود.

سمباده زنی خشک

سمباده زنی خشک سطح آجرهای رسی با استفاده از سیستم های ساینده ی الماسه یکی از فرایندهایی است که به منظور تسهیل چسبندگی میان آجرها با استفاده از لایه ای نازک از ملات، انجام می شود. در مورد سمباده زنی خشک، وسایل سنباده زنی به طور کامل در داخل یک محفظه ی محافظت کننده قرار دارند.

سوراخ کاری

محصولات سرامیکی مخصوصا محصولات دیرگداز ممکن است نیازمند سوراخ کاری باشند. با استفاده از این فرایند، حفراتی که در طی فرایند ساخت نمی توان آنها را تولید کرد، را می توان ایجاد نمود.

اره کاری

این فرایند یک فرایند پایانی است که برای تغییر ابعاد آجرهای سرامیکی مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین از این روش برای تغییر شکل آجرها مخصوصا آجرهای دیرگداز مورد استفاده قرار می گیرد. وقتی نیاز به اره کاری این محصولات باشد، آجرها در ابعادی بزرگتر نسبت به ابعاد مورد نیاز، شکل دهی و پخت می شوند.
آجرهای نما ممکن است بواسطه ی فرایند اره کاری بریده شوند و ابعاد و شکل های مورد نیاز در این آجرها ایجاد گردد. در تمام فرایندهای ماشین کاری، یک سیستم آب گرد به منظور روان سازی و خارج کردن ذرات بریده شده مورد استفاده قرار می گیرد. با این سیستم میزان گرد و غبار ایجاد شده در محیط نیز کاهش می یابد.

پولیش کاری

در برخی موارد، مخصوصا برای کاشی های پرسلانی، سطح پخته شده پولیش می شود تا سطحی هموژن و درخشان در سطح بیسکوییت بدون لعاب، ایجاد گردد.

غنی سازی با کربن (محصولات دیرگداز)

محصولات دیرگداز در محیط های بسیار خورنده مورد استفاده قرار می گیرد و برای برخی کاربردها، این ضروری است که بدنه ی پخت شده را با قیر نفتی، اشباع کرد. حضور کربن در محصول نهایی دارای چندین مزیت است:
این ماده مانند روانساز عمل می کنند و برای سطوح لغزنده نقش مهمی دارد.
رسانایی گرمایی نسبتا بالای کربن، مقاومت به شوک حرارتی محصول را افزایش می دهد.
کربن به عنوان یک پرکننده ی تخلخل ها عمل می کند و میزان تراوایی محصول را کاهش می دهد. این مسئله موجب افزایش مقاومت به ورود مذاب ها و سرباره های فلزی به داخل دیرگداز می شود.
اشباع کردن با قیر نفتی یک فرایند سری کاری است. این فرایند در داخل محفظه های سیلندر مانند سرپوش دار انجام می شود. محصولی که نیاز به فرآوری دارد، در داخل یک سبد فلزی قرار داده می شود و به داخل محفظه فرستاده می شود. بدنه در ظرف اول تا دمایی در حدود 200 درجه ی سانتیگراد حرارت دهی می شود. این کار از طریق برخورد جریان هوای داغ انجام می شود. سپس سبد فلزی و محتویات آن به داخل محفظه ی بعدی وارد می شود. این محفظه که در واقع یک اتوکلاو است، دمای نمونه را در دمایی مشخص حفظ می کند. این اتوکلاو سپس با استفاده از قیر مذاب پر می شود. با از بین رفتن خلأ اتوکلاو، اشباع شدن رخ می دهد و بعد از آن نیتروژن با فشار بالا به داخل این محفظه اعمال می شود. بعد از خشک شدن، سبد و محتویات آن به محفظه ی سومی انتقال می یابد تا با سرعت مناسبی عملیات سرد کردن بر روی آن ها انجام شود.
در نهایت، این ضروری است تا میزان بالایی از مواد فرار قیر زدوده شود. وجود این مواد فرار بر روی عملکرد محصول دیرگداز در حین سرویس دهی، اثر نامطلوبی دارد. معمولا این کار در داخل یک آون انجام می شود. با استفاده از افزایش دما، این اطمینان حاصل می شود که مواد فرار قیر از آن جداسازی شده اند.
محصولاتی که تحت این فرایند قرار می گیرند، پوششی ترد و شکننده از رسوبات کربن دار بدست می آورند که این پوشش باید پیش از بسته بندی آنها، زدوده شود.

جلا دادن آجرهای نما

آجرهای نمای خاصی وجود دارد که سطح آنها با استفاده از عبور آنها از میان یک غلطک رابری چرخنده، حالت قدیمی پیدا می کند. این غلطک دارای ساختار پیچیده است و دارای گوشه های تیز می باشد. در برخی موارد، از خرده های کلسیم کربنات، دوده و یا رنگ برای تغییر ظاهر این آجرها استفاده می شود.

افزودن مواد معین

مواد اتصال دهنده (لوله ها)

از آنجایی که برای عبور فاضلاب، آب راهه ها و ... نیاز است تا لوله های قابل اطمینانی در زیر زمین نصب گردد، مهره و ماسوله ها و آب بندهایی بوسیله ی صنعت ساخته شده است.

موانع آبی یا سیلیکون ها

قطعات رسی تولید شده دارای حجم تخلخل بالایی هستند و اسپری کردن یا غوطه وری بدنه ها در داخل محلول های سیلیکونی برخی اوقات موجب می شود تا میزان ناتراوایی افزایش یابد و از نفوذ مواد آلی بر روی سطوح این قطعات جلوگیری شود. این روش مخصوصا در سفال های پشت بام، مورد استفاده قرار می گیرد.

مواد عایق کاری

مواد عایق کاری مانند پلی استایرن یا پشم سنگ در داخل حفرات بلوک های رسی و بلوک های LWA وارد می شود و بدین وسیله خواص عایق کاری گرمایی آنها بهبود می یابد.

پرداخت و روکش کاری (آجرهای دیرگداز)

برای افزایش خاصیت نصب محصولات دیرگداز و آزمودن کوره ها و آسترهای آنها، صفحات نازک از فلز ممکن است بر روی یک یا چند سطح از آجرهای پخته شده، نصب شوند. یک صفحه مانند یک اتصال انبساطی عمل می کند و وقتی کوره در دمای بالا کار می کند، می سوزد و خارج می شود. در برخی مواقع، ذوب شدن این صفحه ی فلزی موجب می شود تا اتصال مؤثری میان دو آجر مجاور ایجاد گردد.

چسب ها

چسب های پایدار (معمولا بر پایه ی اپوکسی) برای اتصال بخش های فیت کننده ی سفال های پشت بام، آجرهای رسی و بلوک ها مورد استفاده قرار می گیرند.

مونتاژکاری نهایی

مونتاژکاری برخی محصولات پیچیده است. برای مثال، ثابت کردن لبه های فلزی بر روی عایق ولتاژ بالا و ثابت کردن این لبه های فلزی در داخل غلاف ها، ترانسفورماتورها و سایر کاربردها.

طبقه بندی، بسته بندی و ذخیره سازی

طبقه بندی و بسته بندی ممکن است یک فرایند دستی باشد. این کار در تولید آجرها، سفال های پشت بام، محصولات دیرگداز و چینی آلات مظروف و بهداشتی به صورت دستی انجام می شود. به هر حال، در سال های اخیر، کنترل های دقیق تر در زمینه ی فرایند پخت سرامیک ها موجب شده تا کاهش قابل توجهی در تعداد بدنه های شکسته ایجاد شود و در این سال ها تمایل به استفاده از سیستم های اتوماتیک افزایش یافته است. حتی رنگ نیز امروزه بوسیله ی وسایل قابل اندازه گیری می باشد. این مسئله در تولید کاشی های سرامیکی مهم می باشد.
بدنه های سرامیکی با شکل منظم مانند آجرها، بلوک ها، لوله ها و محصولات دیرگداز به طور عمومی در بسته بندی های استاندارد به فروش می رسند. این بسته بندی ها عمدتا از جنس پلی اتیلن هستند.
بسته بندی این محصولات سرامیکی باید به گونه ای باشد که از آسیب دیدن بدنه در حین حمل و نقل جلوگیری شود.

علم سرامیک