|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Heating microscope | |
|
Heating microscope สำหรับ Softening point ของเคลือบ
ดร. คชินท์ สายอินทวงศ์
ในกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์เซรามิกนั้น ขั้นตอนในช่วงการเผาจะเป็นช่วงที่มีการเกิดปฏิกิริยาของทั้งเนื้อดินและเคลือบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในผลิตภัณฑ์ที่เผาครั้งเดียวเช่น กระเบื้องปูพื้น, กระเบื้องบุผนังแบบ Monoporosa, ลูกถ้วยไฟฟ้า, สุขภัณฑ์, กระถางเคลือบสี, กระเบื้องหลังคาเซรามิก เนื่องจากมีการสลายตัวของน้ำในโครงสร้างผลึกของดินและทัลคัม มีการสลายตัวของพวกคาร์บอเนตในหินปูน โดโลไมท์ แมกนีไซท์ รวมทั้งมีการสลายตัวของสารอินทรีย์ในเนื้อดินและสารเคมีที่มีการเติมลงไปในเนื้อดินเพื่อปรับปรุงคุณภาพ ซึ่งอุณหภูมิในการสลายตัวของวัตถุดิบแต่ละชนิดมีค่าที่แตกต่างกันไปตามตารางที่ 1
ตารางที่ 1 แสดงอุณหภูมิของการสลายตัวของวัตถุดิบชนิดต่างๆ
| วัตถุดิบ |
อุณหภูมิในการสลายตัว (°C) |
PRODUCT |
LOSS (WT%) |
| ALUMINA HYDRATE |
250 |
Al2O3 |
35 |
| CLAY |
500-650 |
METAKAOLIN |
14 |
| DOLOMITE |
900 |
CaO, MgO |
48 |
| WHITING |
700 - 800 |
CaO |
44 |
| TALC |
1,000 |
MgSiO3 |
7 |
| STROTIUM CABONATE |
1,200 - 1,300 |
SrO |
30 |
| BARIUM CABONATE |
1,300 - 1,400 |
BaO |
22 |
ถ้าเราไม่ระวังในขั้นตอนการเผา ผลิตภัณฑ์หลังเผาอาจพบปัญหารูพรุน (Pin hole) รูลึก (Blister) ผิวเคลือบยิบ (Pitting) หรือมีลักษณะคล้ายเปลือกส้มหรือเปลือกไข่ (Orange peel, Egg shell) เนื่องจากขณะที่เนื้อดินมีการสลายตัวของสารอินทรีย์ น้ำ หรือคาร์บอเนต ในช่วงอุณหภูมิสูงกว่า 650 °C ผิวเคลือบกำลังจะเริ่มหลอมตัวเป็นเนื้อแก้ว ซึ่งในขณะที่เคลือบเริ่มหลอมตัวชั้นเคลือบซึ่งก็คือแก้วนี้จะมีความหนืดค่อนข้างสูงทำให้พวกกาซต่างๆที่ถูกไล่ออกมาจากเนื้อดินจะแทรกผ่านชั้นเคลือบได้ยากขึ้นถ้าช่วงของการเผาในช่วงนี้เร็วจนเกินไปก็จะทำให้กาซต่างๆยังคงอยู่ในชั้นเคลือบและเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นกาซก็จะมีการขยายตัวมากขึ้นและลอยขึ้นมาที่ผิวเคลือบ ถ้ากาซเหล่านี้ออกไปจากเนื้อเคลือบได้ทันก่อนที่เคลือบจะหลอมตัวก็จะไม่มีปัญหาอะไร แต่ถ้าออกไปช้ากว่าหรือพอดีกับที่เคลือบเลยจากจุดหลอมและเริ่มเย็นตัวจนเป็นชั้นแก้วแข็งแล้วก็จะทำให้เกิดปัญหารูชนิดต่างๆปรากฏอยู่ที่ผิวของเคลือบ ยิ่งถ้าเคลือบมีค่าแรงตึงผิวสูงด้วยก็จะยิ่งทำให้ฟองอากาศออกไปได้ยากยิ่งขึ้น
อุณหภูมิที่เคลือบเริ่มมีการหลอมตัวจะเรียกว่าจุดอ่อนตัว (Softening point) ซึ่งจุดนี้จะมีความสำคัญมากสำหรับนักเซรามิกในการกำหนดสูตรเนื้อดิน สูตรเคลือบ และตารางการเผาผลิตภัณฑ์
การหาค่า Softening point ของเคลือบจะใช้เครื่องมือที่เรียกว่า Heating microscope ซึ่งเครื่องมือนี้จะประกอบไปด้วย Chamber สำหรับการเผาและมีกล้องสำหรับดูลักษณะของชิ้นงาน โดยจะมีกล้องสำหรับถ่ายรูปชิ้นงานที่อุณหภูมิต่างๆตั้งแต่ช่วงก่อนการหลอมตัวจนกระทั่งจุดสุดท้ายของการหลอม โดยจะมีการกำหนดจุดที่สำคัญที่จะอ่านค่าคือ Sintering point, Softening point, Ball point(Sphere), Haft ball point(Haft sphere), Fusion point สีเคลือบหรือฟริตที่เตรียมสำหรับการหาค่า Softening point นี้จะถูกบดให้ละเอียดตามค่าความละเอียดที่ควบคุมใน Specของการผลิตของแต่ละโรงงาน แล้วนำมาอบแห้งและเตรียมเป็นลูกเต๋าขนาดเล็กโดยวางอยู่บนแผ่นอลูมิน่าแบบบางที่ขึ้นรูปแบบ Tape casting จากนั้นจึงนำเข้าไปวางไว้ใน Chamber และเริ่มให้ความร้อน จากนั้นจะต้องคอยเฝ้าดูลักษณะของชิ้นงานผ่านทางจอคอมพิวเตอร์เพื่อดูว่าลักษณะของลูกเต๋าเปลี่ยนไปอย่างไร โดยจุดที่เริ่มสังเกตจุดแรกคือจุด Sintering ซึ่งเป็นจุดที่ชิ้นงานเริ่มมีการหดตัว (ดูภาพที่5-9 ประกอบตาม) ให้จดอุณหภูมิที่อ่านได้เอาไว้ จุดต่อมาคือจุด Softening ซึ่งเป็นจุดที่ลูกเต๋าเริ่มลบมุมจนมีความมน บันทึกค่าอุณหภูมิไว้ หลังจากนั้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นชิ้นงานเริ่มมีความเป็นแก้วมากขึ้นจะมีแรงตึงผิวสูงขึ้นจนทำให้ชิ้นงานเปลี่ยนรูปทรงจากลูกเต๋าไปเป็นลูกทรงกลมซึ่งเรียกจุดนี้ว่า Ball point หรือ Sphere point ต่อจากนั้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นอีก เคลือบเริ่มหลอมตัวมากขึ้นจนลูกทรงกลมเริ่มอ่อนตัวเป็นรูปครึ่งทรงกลม เรียกว่าจุด Haft ball หรือ Haft sphere สุดท้ายเมื่อเคลือบได้รับความร้อนจนถึงจุดหลอมเหลวก็จะเริ่มหลอมจนกระทั่งแบนราบไปกับแผ่นรองซึ่งเรียกว่าจุด Fusion ซึ่งเป็นจุดสุดท้ายที่จะทำการจดบันทึกผล
| ภาพที่1 เครื่อง Heating microscope |
|
ภาพที่2 กล้องถ่ายรูปที่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ |
 |
|
 |
|
| ภาพที่3 เครื่อง Optical dilatometer |
 |
|
| ภาพที่4 ตัวอย่างชิ้นงานที่ใช้สำหรับ Heating microscope |
 |
|
| ภาพที่5 Sintering point |
|
ภาพที่6 Softening point |
 |
|
 |
|
| ภาพที่7 Ball point |
|
ภาพที่8 Haft ball point |
 |
|
 |
|
| ภาพที่9 Fusion point |
 |
|
| ภาพที่10 แสดงจุดต่างๆที่ถ่ายได้จาก Heating microscope |
 | >
|
 |
|
ตารางแสดงองค์ประกอบของออกไซด์ในฟริตแต่ละชนิดที่มีค่า Softening point ต่างๆกัน
| FRIT |
SiO2 |
ZrO2 |
B2O3 |
Al2O3 |
MgO |
CaO |
ZnO |
Alcali |
| High softening opaque |
56 |
7 |
4 |
5 |
5 |
10 |
10 |
4 |
| High softening transparent |
55 |
0 |
5 |
10 |
5 |
10 |
10 |
4 |
| Single fire opaque |
60 |
10 |
12 |
5 |
0 |
5 |
2 |
4 |
| Single fire transparent |
65 |
0 |
12 |
7 |
0 |
5 |
2 |
6 |
สำหรับฟริตที่นำมาใช้งานในเคลือบก็จะมีค่า Softening point ที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของฟริตแต่ละชนิดเช่น ฟริตทึบแสงที่มีSoftening point สูง (High softening point opaque-HSO) จะมีค่าของCaO, MgO และ ZnO มากกว่าฟริตที่เป็น Single fire opaque frit-SFO) เช่นเดียวกับฟริตใสที่มี Softening point สูง (High softening transparent-HST) ที่มัค่า CaO,MgO และ ZnO สูงเช่นกัน จากกราฟจะเห็นว่าฟริตที่มี Softening point สูงจะอ่อนตัวที่อุณหภูมิสูงซึ่งเป็นจุดที่น่าปลอดภัยสำหรับการเผาและช่วงความแตกต่างของอุณหภูมิที่ Softening point กับ Fusion point จะไม่แตกต่างกันมากเมื่อเทียบกับฟริตที่มี Softening point ต่ำ
|
 |
| ภาพที่ 11 แสดงตำหนิรูลึกที่เกิดมาจากเนื้อดิน |
|
ในกรณีที่เราพบปัญหารูเข็มหรือรูยิบบนผิวเคลือบมากแนวทางที่จะลดปัญหาเหล่านี้ได้นอกเหนือจากการปรับเตาหรือปรับสูตรเนื้อดินก็คือการปรับค่า Softening point ของเคลือบเพื่อให้สิ่งที่เราไม่ต้องการในเนื้อดินได้ถูกไล่ออกมาให้หมดก่อนที่เคลือบจะเริ่มอ่อนตัวปิดผิวเนื้อดิน ดังนั้นการที่เราต้องการที่จะปรับปรุงคุณภาพของผลิตภัณฑ์และปรับปรุง%เกรด A ของการผลิตให้สูงขึ้นก็ควรจะต้องทำการศึกษาและทำความรู้จักเคลือบของเราให้ละเอียดขึ้นด้วยครับโดยเฉพาะเรื่อง Softening point ของเคลือบของเรา
|
|
|
|
|
|
|
