Ceramic Processes

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC 1

Cement - ซีเมนต

โดยทั่วไปแปลวาวัสดุชนิดหนึ่ง (ทั้งแบบผงและของเหลว) ที่มีคุณสมบัติเปนเชื้อประสานตัว(เปนตัวยึดเกาะ) ในบทเรียนนี้ เราจะใชคําวา “Cement” ที่หมายถึง เปนผลิตภัณฑที่ไดจากการเผาหินปูน (Calcium Oxide), ซิลิกา, อะลูมินา และเหล็กออกไซด มีลักษณะเปนผงละเอียดที่สามารถกอตัวเปนตัวยึดเกาะได อยางแข็งแรง โดยเฉพาะเมื่อนํามาผสมกับน้ํา

ในบทเรียนนี้เราจะมาเรียน รูถึง วัสดุสวนประกอบในการผลิต ขบวนการผลิต และปฏิกิริยาทาง เคมีที่ควรรู ชนิดและคุณสมบัติของซีเมนต ชนิดตางๆ และการนํามาใช

ประวัติของซีเมนต มีการทําซีเมนสครั้งแรกจากหินที่เกิดจากการระเบิดของภูเขาไฟ คนพบโดย John Smeaton ซึ่งเปนชาวอังกฤษเมื่อ ค.ศ.1756 ตอมาในป ค.ศ. 1824 Joseph Aasdin ชางกออิฐชาวฝรั่งเศส ไดคนพบการทําซีเมนตจากการผสมปูนกับดิน (Limestone and Clay) สวนประกอบหลัก สวนประกอบหลักในการผลิตซีเมนตคือ - หินปูน (Limestone, CaCO3) (แหลงที่มา) หินปูน สามารถใชเปลือกหอยทดแทนได - ซิลิกา (Silica, SiO2) (แหลงที่มา) หินทราย, ทรายแกว - อะลูมินา (Alumina, Al2O3) (แหลงที่มา) หินทราย หินดินดาน - เหล็กออกไซด (Iron Oxide, Fe2O3) แรเหล็กหรือในดิน

*สัดสวนของวัตถุดิบแตละชนิดจะขึ้นอยูกับปริมาณของแรตางๆในวัตถุดิบนั้นๆ *หินปูนที่มีปริมาณของ MgO มาก สามารถทําใหเกิดการแตกราวเมื่อนําไปใชงานได

ขบวนการผลิต แบงเปน 3 ขั้นตอนใหญๆคือ 1. บดวัตถุดิบเพื่อเตรียมนําเขาเตาเผา: อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยูกับขนาดของผงวัตถุดิบและการผสมใหเขากัน 2. การเผา (Calcining) เพื่อทําใหเกิดปฏิกิริยาเคมี จากวัตถุดิบ เปน Clinker (หมายถึงเม็ดปูนที่ถูกเผาแลว)

เม็ดปูนที่ไดจะมีลักษณะเม็ดเล็กๆสีเทา Clinker จะผานเตาเผาใชเวลาประมาณ 4-6 วินาทีที่อุณหภูมิ 1350-1450°C 3. การบด Clinker เพื่อนํามาบรรจุถุง นําไปใช

รูป(ขวา): ขั้นตอนการผลิตซีเมนต ประกอบดวย (1) การตักวัตถุดิบปอน เขาสายการผลิต (2) การผสมใหเปน สัดสวน และบดละเอียด (3) นําเขา เตาเผาระยะตน มีลักษณะเปนหอสูง (4) วัตถุดิบจะถูกสงตอไปยังเตาเผา


(Rotary Kiln) ซึ่งมีลักษณะลาดเอียงเพื่อให Clinker ที่ไดออกทางดานที่ตํ่ากวา (5) เมื่อได Clinker แลวก็นํา ไปผาน ขบวนการบดละเอียด เพื่อ (6) บรรจุถุงตอไป หมายเหตุ:

- Clinker ที่เผาไมสมบูรณจะยังคงมี CaO ดิบ(หรือเรียกวา Lime อิสระ) และจะทําใหการ ทําปฏิกิริยากับน้ําไดไม เต็มที่และทําใหเนื้อปูน(ที่ทําปฏิกิริยาแลว) แตกงาย และถาเผาใน อุณหภูมิสูงเกินไปก็จะทําใหไดผลิตภัณฑที่เสื่อมคุณภาพเร็ว อีกทั้งยังทําลายเตาเผาดวย

- กอนบรรจุถุง ผูผลิตมักจะผสมผงปูนกับยิบซั่มเพื่อเพิ่มความสามารถในการควบคุมอัตราการทําปฏิกิริยา กับน้ํา ใหกับผลิตภัณฑ (ทําใหซีเมนตแข็งตัวชาลง เพิ่มเวลาที่สามารถทํางานปูนใหยาวขึ้น)

เตาเผาซีเมนต เตาเผามีลักษณะลาดเอียง จุดเผาโดยใช น้ํามันเตาหรือแกส เช้ือเพลิงจะถูกเผาที่ หนา เตา (จุดที่ Clinker ไหลออกมาจาก เตา) บุผนังดวยวัสดุทน ไฟ (Refractory) มีความยาวประมาณ 50เมตร เสนผาศูนยกลางประมาณ 7 เมตร ใชอัตราความเร็วในการหมุน 1-4 รอบตอนาที ตารางแสดงอุณหภูมิและปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นขณะที่วัตถุดิบผานวิธีการเผา ตองตระหนักวาตัวเลขอุณหภูมิเหลานี้สามารถ เปลี่ยนแปลงไดในคาที่ใกลเคียง ทั้งนี้เนื่องจากสวนผสมที่ไมเทากันของการผลิตแตและแหง เชนเดียวกันเวลาในการ เพิ่มอุณหภูมิก็ขึ้นอยูกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น

อุณหภูมิ ปฏิกิริยาที่เกิด 100°C น้ําอิสระเริ่มระเหยออกไป 500°C และ สูงกวา ดินเริ่มเกิดการสลายตัว น้ําที่เปนสวนประกอบของดิน

(ระดับโมเลกุล)จะถูกขับออก 900°C และสูงกวา สวนประกอบของดินที่สลายไปขางตน จะเกิดการตกผลึก ในขณะเดียวกัน

จะเกิดกาซ CO2 จากการสลายของ CaCO3


900-1200°C ปฏิกิริยาระหวาง CaO และสวนประกอบของดินเกิดขึ้น 1250-1280°C เริ่มการหลอมเหลว มากกวา 1280°C การหลอมเหลวตอเนื่อง และตอนนี้เองที่สารประกอบปูน ซีเมนต (Clinker)

ไดกอตัวขึ้น หลังจากนั้นของเหลวเหลานี้จะถูกลดอุณหภูมิโดยใชลมเปา สารประกอบที่ไดจากการเผา Clinker มีสารประกอบอยูมากมาย แตละชนิดนั้นมีสวนประกอบพ้ืนฐานอยู 4 สวนหลักๆ นั่นคือ CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 นอกจากนี้ยังมีสารประกอบอื่นๆอีกเชน MgO, K2O, Na2O, SO3 ซึ่งเปนสารปะปนที่มากับวัตถุดิบ สารประกอบ พ้ืนฐานของ Clinker ที่มักจะพบก็มีเชน CaO •Al2O3 monocalcium-aluminate ยอวา CA 2CaO • SiO2 dicalcium-silicate ยอวา C2S 3CaO • SiO2 tricalcium-silicate ยอวา C3S

4CaO •Al2O3 • Fe2O3 tetracalsuim ferro aluminate C4AF สารเหลานี้ จะถูกนํามาผสมกันตามสัดสวนเพื่อทําใหไดปูนที่มีคุณภาพทั้งทางดานเคมีและดานเชิงกลที่ตางกัน


เม่ือผสมกับน้ํา (hydration process)

รูปภาพแสดงถึงขั้นตอนโดยรวมในการแข็งตัวของพอรตแลนดซีเมนต (a) การกระจายตัวของผงปูน (Clinker) ในน้ํา (b) หลังจากนั้นสองสามนาที ผงปูนจะทําปฏิกิริยากับน้ํา คลายๆวุนปูน แลวคอยๆแผกระจาย (c) หลังจากนั้นประมาณสอง สามชั่วโมงวุนที่เกิดจากปฏิกิริยา เม็ดปูนจะเชื่อมตอกันโดยวุนปูน เริ่มกอตัว (Setting) (d) ปฏิกิริยากับน้ําจะดําเนินตอไปอีก สองสามวัน เนื้อปูนจะแข็งตัวมากยิ่งขึ้น (Hardening) ชนิดและคุณสมบัติของซีเมนต 1. ซีเมนตธรรมชาติ (Natural Cement) ไดจากการเผาหินซีเมนตธรรมชาติ (Cement Rock)โดยตรง วิธีผลิตก็โดยนําหินซีเมนตไปเผาในอุณหภูมิ Sintering (คือ อุณหภูมิอนุภาคเริ่มมีการเชื่อมตอกันโดยไมมีการหลอมเหลว) แลวนําไปบดละเอียด มีคุณสมบัติไม คอยแนนอนเนื่องจากไดจากแหลงธรรมชาติโดยตรง 2. พอรทแลนดซีเมนต (Portland Cement) นํามาใชกันอยางแพรหลายในปจจุบัน ช่ือ Portland นั้นเปนช่ือเรียกมาจากเมือง Portland ประเทศอังกฤษ คุณสมบัติหลักๆของ Portland Cement นั้นคือความแข็งแรงในการรับน้ําหนัก 3. สแลกซีเมนต (Slag Cement) ผลิตจากสวนที่เปนตะกรันของโลหะเหลว (ขณะถูกหลอม) ตะกรันนี้จะถูกผานในน้ําเย็น ซึ่งทําให Slag นั้น แตกออกเปนเม็ดเล็กๆ เมื่อนํามาผสมกับปูนขาวประมาณ 20%โดยปริมาณ จะไดปูน Slag Cement แตปูนชนิดนี้ไมนิยมใชเนื่องจากใชเวลาในการกอตัวชามาก และมีความหนาแนนต่ํา 4. ไฮ อะลูมินา ซีเมนต (High Alumina Cement) จะมีสัดสวนของ Alumina สูง ซึ่งจะทําใหไดความแข็งแกรง และใชเวลาในการแข็งตัว (Harden) เร็ว อีกทั้งยังทนความรอนไดสูง เหมาะกับทําเปนสวนประกอบของโครงเตาเผา เตาอบ ปลองไฟ 5. ซิลิกา ซีเมนต (Silica Cement) เปนซีเมนตที่ไดจากการผสมสวนของ Portland Cement (70%) และทราย (30%) และยิบซั่มอีกเล็กนอย ราคาคอนขางถูก เหมาะสําหรับงานคอนกรีตที่มีปริมาณมากๆ เชน เขื่อน อาคาร ถนนเปนตน สามารถนํามาฉาบไดดี มีความรอนขณะที่แข็งตัวนอย ทําใหลดการแตกราวของวัสดุ


วัตถุทนไฟ (Refractories) ความหมายของวัตถุทนไฟ

- เปนวัตถุที่สามารถทนความรอนไดไมต่ํากวา 1500°C (โดยทัว่ไป) - ไมมีการเปลี่ยนแปลงหรือเสยีรูปทรงแตอยางใด - ทนตอการขัดสีและการกัดกรอนของสารเคมีหรือไอตางๆ ที่เกิดขึ้นในขณะเผาและไมเผา - มีการหด/ขยายตัวนอยขณะที่มีการเปลี่ยนอุณหภูม ิ- รับน้ําหนักไดดีในขณะที่เผาอุณหภูมิสูง (รับน้ําหนกัมาก ก็ไมมีผลตอจุดออนตัว)

วัตถุทนไฟทํามาจากวัสดเุซรามิก มีความสําคัญอยางยิ่งในการสรางเตาเผาทุกชนิดทัง้ใน อุตสาหกรรมและหัตถกรรม เตาเผาแตละอยางควรจะใชชนิดของวัตถุทนไฟใหเหมาะสมกับอุณหภูมิ และลักษณะการใชงานนั้นๆ (เชนการถลุงเหล็ก การทําแกวกระจก ทําเครื่องปนดินเผา ฯลฯ ) เนื่องจากการสรางเตาอุตสาหกรรมตองใชเงนิลงทุนที่สูง ฉะนั้นการเลือกใชวตัถุทนไฟนั้น จะตองเลือกจากคุณสมบัติตางๆเชน ราคา อายุการใชงาน การทนกรด/ดาง ความแข็งแรง ฯลฯ วัตถุดิบที่นํามาทําวัตถุทนไฟ โดยทั่วไปแบงออกเปน 3 ประเภทใหญๆ

1. วัตถุดิบที่มีคุณสมบัติความเปนกรด (Acid Materials) 2. วัตถุดิบที่มีคุณสมบัติความเปนดาง (Basic Materials) 3. วัตถุดิบที่มีคุณสมบัติความเปนกลางและอื่นๆ (Neutral and Other Materials)

Acid Materials จะมีองคประกอบทางเคมีเปน Silica ซ่ึงไดแก ดนิตางๆ (Alumino Silicate Compounds), ทราย, Quartz, หินกรวด (Ganister), และ Flint ดิน - มีสะสมอยูทั่วไปบนเปลือกโลก จะมีคุณสมบัติตางกันบางเนื่องการความหลากหลายของ ทีม่า เชน ความรอน แหลงภูเขา แหลงลุมน้ํา ส่ิงแวดลอม ความแหงแลง ฯลฯ ดินเกิดจากการผุกรอน ของหิน แลวถูกพัดพาดวยลม กระแสน้ํามาทับถมในบริเวณนัน้ๆ ขนาดของอนุภาคดนิสวนใหญจะไม เกนิ 10 micron (= 0.01 mm หรือ 10x10-6m) มีลักษณะเปนแผนชั้น จะมีความเหนยีวตางกันขึ้นอยูกับ ขนาดของอนภุาคดินและวสัดุที่ใหความเหนียวเชนสารประกอบคารบอน ดินที่นํามาใชเปนวัตถุดิบของ Refractories ก็มีเชน


ดินขาว (Kaolin) - เปนทั้งดินเหนยีวและดนิทนไฟ เมื่อเผาแลวจะมีความขาว ดินขาวทีด่ีมีอยูทั่วไป บนพื้นโลก เชนจีน อังกฤษ ฝร่ังเศส ในไทยกจ็ะมีอยูที่ ลําปาง ระนอง นครนายก ดินขาวมีองค ประกอบโดยประ มาณ คือ 40%Al2O3 – 46%SiO2- 14%H2O มีความเหนียวนอย ทนไฟถึง Cone 34 ดินดํา (Ball Clay) - เผาแลวมีสีคอนขางขาว ทนไฟไมสูงเทา kaolin แตมีความเหนียวมาก สามารถนําไปผสมกับดิน Kaolin เล็กนอยเพื่อใหเกิดความเหนยีวขึ้น มอีงคประกอบคือ 40-48%Al2O3 – 30-32%SiO2- 14-20%H2O- 2% Iron Oxide – 1%Calcium Carbonate and Magnesium – 3%Potash and Soda Ash - และอื่นๆเชนสารประกอบอินทรีย มีความทนไฟที่ประมาณ Cone 26 ดินทนไฟ (Fire Clay) - มีความทนไฟกวาดินธรรมดา เกิดตามเหมืองถานหิน ทนความรอนไดถึง 1580°C (Oxidation) ไมมีการหลอมเหลว(หรือมีนอยมาก)ในขณะที่ถูกเผาดวยอัตราการใหความ รอนที่มากถึง 10°C/minute ดินทนไฟประกอบดวยดินขาวเปนสวนใหญ นอกจากนั้นจะมีซิลิกาบริสุทธิ์ (Free Silica) และสารประปนอื่นๆเชน Na, K, Li, Iron Oxide ประมาณ 4-5% ซึง่อาจจะทําใหความทนไฟนอยลง (เผาที่ Cone 19-26) ซิลิกา (Silica, SiO2) - พบในรูปของหินเขี้ยวหนุมาน (Quartz)และทราย ไมมีความเหนียว การเติมซลิิกา ในเนื้อดินตางๆทําใหมีความทนไฟสูงขึ้น นอกจากซิลิกาจะเปนวัตถุทนไฟแลวจะเปนวัตถุดิบที่นํามาทํา กระจกและแกวดวย (ซ่ึงตองผสมสวนกับดนิและ Flux ชนิดอื่นๆ) เซอโคเนีย (Zirconia, ZrO2) - เปนออกไซดของโลหะเซอโคเนียม (ซ่ึงเปนโลหะที่ใชเปนสวนประกอบ ทํากาซ ในหลอดไฟนอีอน) ในธรรมชาติจะพบเซอโคเนียในรูปของ Zirconium Silicate หรือแร Zircon ที่สามารถพบไดมากบนชายหาด แหลงที่ใหญที่สุดของแรนี้คือบราซิลและออสเตรเลีย เซอโคเนียมจีุด หลอมเหลวที่ 2750°C สามารถทําใหจุดหลอดเหลวนอยลงโดยการเปลี่ยนแปลงรูปรางของผลึกขึ้นอยู กับสวนผสมของ Silica ในผลึก (มีมาก ทนไฟสูง) มีการ ขยายตัวนอยเมื่ออยูในความรอนสูง เมื่อนํามาบดผสมเขากับสารประกอบ Chalk 3.4% และดนิขาว 5-8% จะสามารถนํามาทําอิฐที่ มีคุณสมบัติในการหดตวันอย ทนตอการสกึกรอนจาก Molten glass (อุตสาหกรรมกระจก) และ Slag (อุตสาหกรรมถลุงเหล็ก) Basic Materials คือแรที่มีความเปนดางดังนี ้


Magnesite (MgCO3) - พบในสภาพของผลึกและเกล็ดละเอียด พบมากในอเมรกิา อินเดีย ออสเตรยี แมนจูเลีย ฯลฯ มักจะพบรวมกับสินแรเหล็ก (Iron Ore) และมีประโยชนในอุตสาหกรรมเหล็กกลา การนํามาใชประโยชนนัน้จะตองนํา Magnesite มาเผาเพื่อใหเกิด MgO (แมกนีเซีย) ที่ 1550-2000°C จะไดผลึก MgO แลวนาํมาบดเพื่อขึ้นรูปโดยใชตวัประสาน ตัวประสานจะตองไมมี Lime เนื่องจาก Lime เปนตัวทีจ่ําใหจะทําใหเกดิการแตกรานภายใน ทําใหความคงทนนอย MgOบริสุทธิ์มีจุดหลอมเหลวที่ 2800°C ซ่ึงเหมาะกับการทําอิฐทนไฟ แตเพราะวา MgO มีการหด/ขยาย ตัวสูงมาก ฉะนั้นการนําอิฐไปใชจะตองคํานึงถึงการออกแบบ Lime (CaO) - อยูในรูปของ CaCO3(หินปนู) CaSO4 (ยิบซั่ม) คุณสมบัติคือ ลดความทนไฟใหแกเนื้อดิน เชนการรวมตวัของ Lime และ Silica หรือ การรวมตัวของ Lime และ Al2O3 ทั้งสองนั้นจะทําใหเกดิ วัสดุแกว อุตสาหกรรมเหล็กใช lime และ silica เพือ่ลดจุดหลอม โดโลไมท Dolomite เปนสารประกอบ Mg และ Ca -เกิดขึ้นโดยธรรมชาติในหนิปูน Neutral and Other Materials เปนสารประกอบที่ผลิตขึ้นโดยมนษุยเชน Carbon and Graphite - เผาไฟไดดี แตทนตอ Slag ไดดีในบรรยากาศ Reduction Carbide - เปนสารประกอบของ Carbon เชน WC, SiC มีความแข็งแรงมาก อาจจะนาํมาใชแทนเพชรได แตก็แพงมาก ไมนํามาใชเปนอิฐทนไฟ แตจะนํามาเปนวัสดุตัด/เจียรเหล็ก สามารถนํามาทําเปนเบาหลอม Crucible ได Chromite - มีปริมาณ Cr2O3 สูง นํามารวมกับ Al2O3 และ SiO2 จะไดอิฐทนไฟใชงานไดที่อุณหภูมิ 1100-1900°C Alumina - พบไดมากในดนิ และแร Gibsite และ Bauxite ทั้งหมดนีน้ํามาทําเปนอิฐทนไฟ ใชงานไดที่ 1250-2400°C การขึ้นรูป Casting Process - ทําวัตถุดิบใหเหลวแลวกจ็ะนํามาหลอในแมพิมพ จะตองมีสวนของ Grog สูงเชนกันเพื่อที่จะทําใหอิฐมีลักษณะหยาบ สามารถใชความดันและความรอนเขาชวย เพื่อใหขบวนการเปนไปไดรวดเร็ว Pressing - วัตถุเปยกแลวนํามาทําเปนกอน กดเขาไปในแมพิมพ แลวนําไปผึ่งความรอนใหแหงกอนที่จะ นํามาเผา


Dry Press - ใสความชื้นใหกับวัตถุดิบประมาณ 10% แลวก็นํามาอัดในแมพิมพ (โลหะ) แลวทํามาผึ่งให แหง สามารถนําวิธี Isostatic Pressing มาชวยได ทําใหเกิดความแข็งแรงของทุกมุม (ทุกสวน) ในกอนอิฐได การเผาก็จะนําไปเผาในเตาทีท่ําดวยอิฐชนดินั้นๆเพื่อปองกันการปนเปอนของสารประกอบที่ไมตองการ


ฉนวน (Insulators) เปนวัสดุที่สามารถตานการเหนี่ยวนําของความรอนหรือกระแสไฟฟา (ฉะนัน้วัสดทุี่มีคุณสมบัติตรงขามกับฉนวนคือ?.........................) แมวาจะมวีสัดุมากมายชนิดที่มนษุยสามารถคนหาและนํามาใช กย็ังไมมีวัสดุใดๆที่มีความสามารถในการเปนฉนวนไดแบบสมบูรณ เพราะวาหลักของธรรมชาตินั้นคือ “เมื่อมีสองจุดที่มีพลังงานตางกัน จุดที่มพีลังงานมากกวาจะมีพลังงาน ถายเท/ ยาย/ไหล ไปหาจดุที่มีพลังงานนอยกวาเสมอ” ฉนวนไฟฟา (Electrical Insulators) ไมเหนีย่วนํากระแสไฟฟาในอุณหภูมิปกติ (ตามธรรมชาติ) เมื่อเกิดความรอนสูง ฉนวนเหลานี้จะมีความสามารถในการนําไฟฟาไดดีขึ้น (>1000 C) ฉะนั้นควรคํานึงถึงสภาพแวดลอมในการนําฉนวนไฟฟามาใช Clay-based Porcelain


Talc-Based ceramics Talc ซ่ึงมีสวนประกอบของ (MgO.Al2O3.SiO2) เปนสารประกอบเซรามิกที่นิยมนํามาทําเปนฉนวนไฟฟา สารประกอบที่นิยมนํามาใชก็จะเปน Corderite ceramics, Steatite Ceramics, Forsterite Ceramics Alumina-Based Ceramics มีคุณสมบัติคือ แข็งแรง นําความรอนได แตนํากระแสไฟฟาไดไมดี (ต่ํา)


ในงานเซรามกิ วัสดนุี้ไดถูกนํามาใชทั้งเปนฉนวนไฟฟาและฉนวนความรอน ซ่ึงเราจะศึกษาดังตอไปนี ้ ฉนวนความรอน (Hear Insulator) ฉนวนความรอนมีคุณสมบตัิดังนี ้1. เหนีย่วนําความรอนต่ํา 2. มีชองอากาศมาก (ความพรุนสูง) 3. หนา 4. ............มวลความรอน (Thermal Mass)..........................

ใยแกว (Glass fiber) มีคุณสมบัตินําความรอนต่ํามาก (nearly perfect) จะมีลักษณะเปนเสนใยมีปลายแหลม เนื่องจากลักษณะการผลิต วัสดุอ่ืนๆเชน mica และ asbestos สามารถนํามาเปนวัสดุผสมสําหรับฉนวน Cermets หรือ Cemented carbides or hard metals เปนวัสดุที่มีสวนประกอบของผลึกเซรามิกเล็กๆที่ถูกตรึงดวยโครงสรางของโลหะ เชน Tungsten Carbide ใน Cobalt วัสดุชนิดนี้ถูกพัฒนาในชวงป 1920 นํามาใชสําหรับเครื่องมือตัดเหล็ก Cermet มีคุณสมบัติดังนี ้

1. มีความแข็งแรง คงทน 2. ทนตอแรงกด 3. กระจายความรอนไดด ี

วิธีการทําCermet ทํามาจากผงละเอียดของ WC และ Co แลวนําไปอัดโดยใชแมแรง อัดใหเขารูปกับแมแบบ แลวนํามาเผา Sinter (Hot pressed sintering) ผงจะมีขนาดประมาณ 1 ไมครอน และอาจจะมีสารปนเปอนได (ปนเปอนจากขบวนการผลิต) การเผา Sintering จะทาํที่อุณหภูมิ 1400 C (ซ่ึง WC จะหลอมเหลวที่ 2600C และ Co หลอมเหลวที่ 1492 C) แมวาจะเผาที่อุณหภูมิต่ํากวาจุดหลอมเหลวของ Co แตก็จะไดวัสดุเหลวซึ่งทําใหผง WC ติดกัน

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC 12ภาชนะเซรามิกและขบวนวิธีการผลติ (Pottery and Processes)

คําถาม: ทําไมเซรามิกจึงถูกนํามาใชเปนภาชนะ?

ภาชนะเซรามิกมีอิทธิพลกับการใชชีวิตประจําวันในหลายๆสวน ตลอดทั้งรอบ 24 ช่ัวโมงของคนเรา ภาชนะเซรามิกที่ดีควรจะมีคุณสมบัติดังนี้

1. 2. 3. 4. ไมดูดซึมน้ํา 5. ทําความสะอาดไดงาย 6. เพิ่มความแข็งแรง ทนทาน ไมทําใหภาชนะบิ่นงาย

วัสดุที่นํามาผลิตเครื่องภาชนะมีอิทธิพลในการตัดสินใจเลือกหาภาชนะนั้นๆมาใชงานที่ตนเองตองการ ตารางขางลางนี้แสดงถึงคุณสมบัติของเซรามิกชนิดตางๆ วัสดุพรุน (Porous Pottery)


วัสดุหนาแนน(?) (Dense Pottery)

คุณสมบัติที่ควรคํานึง ดินขาว ความเหนียวนอย คอนขางหยาบเมื่อเทียบกับดินดํา

เผาไดที่อุณหภูมิสูง (ประมาณ 1200-1300) โดยที่ไมมีการไหลตัว/ การหดตัวประมาณ 10 % เนื่องจาการสลายตัวของน้ําที่ประกอบในโมเลกุล (Al2O3.2SiO2.2H2O)

Alumino Silicate ดินดํา (Ball Clay) ความเหนียว......................................HEXAGONAL ( Bentonite) อุณหภูมิที่เผา..................................... การหดตัว............................................ Silica (ทราย)


Feldspar Potash Feldspar (Orthoclase) K2O.Al2O3.6SiO2 Soda Feldspar (Albite) Na2O.Al2O3.6SiO2 Lime Feldspar (Anorthite) CaO.Al2O3.2SiO2 Nepheline syenite ประกอบดวย Potash Feldspar, Soda Feldspar และแร Nepheline Good Flux Lithium Feldspar (Spodumene) Li2O.Al2O3.4SiO2 เมื่อนําไปผสมกับดินในสัดสวนที่พอเหมาะจะทําใหมีการหด/ขยายตัวนอยมากเหมาะสําหรับภาชนะที่ใชในเตารอน เมื่อนําไปผสมกับดิน.............................. การหดตัว............................................ Bone Ash (เถากระดูก) กระดูกนําไปบดและเผาที่ 900-1000C แลวนําไปบดในน้ําเพื่อขจัดเถาที่ไมตองการ เหลือแตผลึกของเถาที่มีขนาดเล็กกวา 1 ไมครอน (0.000001เมตร) ใหความเหนียวไดบาง น้ํา เปนตัวที่ทําใหเกิดความชื้นแกวัสดุเหนียว (Plastic Material) หลังจากผานขบวนการขึ้นรูปแลว ก็จะถูกขับออกจากช้ินงาน Organic Binder เชน แปง, เซลลูโลส, Carboxyl Methyl Cellulose (CMC) เปนตน ขบวนการผลิต เตรียมเน้ือดิน


การขึ้นรูป (Forming) การปน – Hand forming, slap, throwing การหลอแบบ – Plaster of Paris Mould


การใชเครื่องจักร Jiggering

Jollying

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC 17การอบแหงและการเผา ความรอนจากการเผาสามารถนํามาใชในการอบแหงได โดยมีการระบายของอากาศรอนแหงเขาทางหนึ่งและอากาศชื้นออกอีกทางหนึ่ง การเผาจะเผาตามคณุสมบัติของวัสดุทีใ่ช เชน Earthenware – 900C Porcelain – 1220C

อุณหภูมิ

เวลา

Documents

Ceramic Processes