Ceramic Processes

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

Cement - ซีเมนต โดยทั่วไปแปลวาวัสดุชนิดหนึ่ง (ทั้งแบบผงและของเหลว) ที่มีคุณสมบัติเปนเชื้อประสานตัว(เปนตัวยึดเกาะ) ในบทเรียนนี้ เราจะใชคําวา “Cement” ที่หมายถึง เปนผลิตภัณฑที่ไดจากการเผาหินปูน (Calcium Oxide), ซิลิกา, อะลูมินา และเหล็กออกไซด มีลักษณะเปนผงละเอียดที่สามารถกอตัวเปนตัวยึดเกาะได อยางแข็งแรง โดยเฉพาะเมื่อนํามาผสมกับน้ํา ในบทเรียนนี้เราจะมาเรียน รูถึง วัสดุสวนประกอบในการผลิต ขบวนการผลิต และปฏิกิริยาทาง เคมีที่ควรรู ชนิดและคุณสมบัติของซีเมนต ชนิดตางๆ และการนํามาใช

ประวัติของซีเมนต มีการทําซีเมนสครั้งแรกจากหินที่เกิดจากการระเบิดของภูเขาไฟ คนพบโดย John Smeaton ซึ่งเปนชาวอังกฤษเมื่อ ค.ศ.1756 ตอมาในป ค.ศ. 1824 Joseph Aasdin ชางกออิฐชาวฝรั่งเศส ไดคนพบการทําซีเมนตจากการผสมปูนกับดิน (Limestone and Clay) สวนประกอบหลัก สวนประกอบหลักในการผลิตซีเมนตคือ - หินปูน (Limestone, CaCO3) Å(แหลงที่มา) หินปูน สามารถใชเปลือกหอยทดแทนได - ซิลิกา (Silica, SiO2) Å(แหลงที่มา) หินทราย, ทรายแกว - อะลูมินา (Alumina, Al2O3) Å(แหลงที่มา) หินทราย หินดินดาน - เหล็กออกไซด (Iron Oxide, Fe2O3) Å แรเหล็กหรือในดิน *สัดสวนของวัตถุดิบแตละชนิดจะขึ้นอยูกับปริมาณของแรตางๆในวัตถุดิบนั้นๆ *หินปูนที่มีปริมาณของ MgO มาก สามารถทําใหเกิดการแตกราวเมื่อนําไปใชงานได ขบวนการผลิต แบงเปน 3 ขั้นตอนใหญๆคือ 1. บดวัตถุดิบเพื่อเตรียมนําเขาเตาเผา: อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยูกับขนาดของผงวัตถุดิบและการผสมใหเขากัน 2. การเผา (Calcining) เพื่อทําใหเกิดปฏิกิริยาเคมี จากวัตถุดิบ เปน Clinker (หมายถึงเม็ดปูนที่ถูกเผาแลว) เม็ดปูนที่ไดจะมีลักษณะเม็ดเล็กๆสีเทา Clinker จะผานเตาเผาใชเวลาประมาณ 4-6 วินาทีที่อุณหภูมิ 1350-1450°C 3. การบด Clinker เพื่อนํามาบรรจุถุง Æ นําไปใช รูป(ขวา): ขั้นตอนการผลิตซีเมนต ประกอบดวย (1) การตักวัตถุดิบปอน เขาสายการผลิต (2) การผสมใหเปน สัดสวน และบดละเอียด (3) นําเขา เตาเผาระยะตน มีลักษณะเปนหอสูง (4) วัตถุดิบจะถูกสงตอไปยังเตาเผา

1

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

2

(Rotary Kiln) ซึ่งมีลักษณะลาดเอียงเพื่อให Clinker ที่ไดออกทางดานที่ต่ํากวา (5) เมื่อได Clinker แลวก็นํา ไปผาน ขบวนการบดละเอียด เพื่อ (6) บรรจุถุงตอไป หมายเหตุ: - Clinker ที่เผาไมสมบูรณจะยังคงมี CaO ดิบ(หรือเรียกวา Lime อิสระ) และจะทําใหการ ทําปฏิกิริยากับน้ําไดไม เต็มที่และทําใหเนื้อปูน(ที่ทําปฏิกิริยาแลว) แตกงาย และถาเผาใน อุณหภูมิสูงเกินไปก็จะทําใหไดผลิตภัณฑที่เสื่อมคุณภาพเร็ว อีกทั้งยังทําลายเตาเผาดวย - กอนบรรจุถุง ผูผลิตมักจะผสมผงปูนกับยิบซั่มเพื่อเพิ่มความสามารถในการควบคุมอัตราการทําปฏิกิริยา กับน้ํา ใหกับผลิตภัณฑ (ทําใหซีเมนตแข็งตัวชาลง Æ เพิ่มเวลาที่สามารถทํางานปูนใหยาวขึ้น) เตาเผาซีเมนต เตาเผามีลักษณะลาดเอียง จุดเผาโดยใช น้ํามันเตาหรือแกส เชื้อเพลิงจะถูกเผาที่ เตา (จุดที่ Clinker ไหลออกมาจาก เตา) บุผนังดวยวัสดุทน ไฟ (Refractory) มีความยาวประมาณ 50เมตร เสนผาศูนยกลางประมาณ 7 เมตร ใชอัตราความเร็วในการหมุน 1-4 รอบตอนาที

หนา

ตารางแสดงอุณหภูมิและปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นขณะที่วัตถุดิบผานวิธีการเผา ตองตระหนักวาตัวเลขอุณหภูมิเหลานี้สามารถ เปลี่ยนแปลงไดในคาที่ใกลเคียง ทั้งนี้เนื่องจากสวนผสมที่ไมเทากันของการผลิตแตและแหง เชนเดียวกันเวลาในการ เพิ่มอุณหภูมิก็ขึ้นอยูกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น อุณหภูมิ 100°C 500°C และ สูงกวา 900°C และสูงกวา

ปฏิกิริยาที่เกิด น้ําอิสระเริ่มระเหยออกไป ดินเริ่มเกิดการสลายตัว น้ําที่เปนสวนประกอบของดิน (ระดับโมเลกุล)จะถูกขับออก สวนประกอบของดินที่สลายไปขางตน จะเกิดการตกผลึก ในขณะเดียวกัน จะเกิดกาซ CO2 จากการสลายของ CaCO3

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

900-1200°C 1250-1280°C มากกวา 1280°C

ปฏิกิริยาระหวาง CaO และสวนประกอบของดินเกิดขึ้น เริ่มการหลอมเหลว การหลอมเหลวตอเนื่อง และตอนนี้เองที่สารประกอบปูน ซีเมนต (Clinker) ไดกอตัวขึ้น

หลังจากนั้นของเหลวเหลานี้จะถูกลดอุณหภูมิโดยใชลมเปา สารประกอบที่ไดจากการเผา Clinker มีสารประกอบอยูมากมาย แตละชนิดนั้นมีสวนประกอบพื้นฐานอยู 4 สวนหลักๆ นั่นคือ CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 นอกจากนี้ยังมีสารประกอบอื่นๆอีกเชน MgO, K2O, Na2O, SO3 ซึ่งเปนสารปะปนที่มากับวัตถุดิบ สารประกอบ พื้นฐานของ Clinker ที่มักจะพบก็มีเชน CaO •Al2O3 monocalcium-aluminate ยอวา CA 2CaO • SiO2 dicalcium-silicate ยอวา C2S 3CaO • SiO2 tricalcium-silicate ยอวา C3S 4CaO •Al2O3 • Fe2O3 tetracalsuim ferro aluminate C4AF สารเหลานี้ จะถูกนํามาผสมกันตามสัดสวนเพื่อทําใหไดปูนที่มีคุณภาพทั้งทางดานเคมีและดานเชิงกลที่ตางกัน

3

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

4

เมื่อผสมกับน้ํา (hydration process)

รูปภาพแสดงถึงขั้นตอนโดยรวมในการแข็งตัวของพอรตแลนดซีเมนต (a) การกระจายตัวของผงปูน (Clinker) ในน้ํา (b) หลังจากนั้นสองสามนาที ผงปูนจะทําปฏิกิริยากับน้ํา คลายๆวุนปูน แลวคอยๆแผกระจาย (c) หลังจากนั้นประมาณสอง สามชั่วโมงวุนที่เกิดจากปฏิกิริยา เม็ดปูนจะเชื่อมตอกันโดยวุนปูน เริ่มกอตัว (Setting) (d) ปฏิกิริยากับน้ําจะดําเนินตอไปอีก สองสามวัน เนื้อปูนจะแข็งตัวมากยิ่งขึ้น (Hardening) ชนิดและคุณสมบัติของซีเมนต 1. ซีเมนตธรรมชาติ (Natural Cement) ไดจากการเผาหินซีเมนตธรรมชาติ (Cement Rock)โดยตรง วิธีผลิตก็โดยนําหินซีเมนตไปเผาในอุณหภูมิ Sintering (คือ อุณหภูมิอนุภาคเริ่มมีการเชื่อมตอกันโดยไมมีการหลอมเหลว) แลวนําไปบดละเอียด มีคุณสมบัติไม คอยแนนอนเนื่องจากไดจากแหลงธรรมชาติโดยตรง 2. พอรทแลนดซีเมนต (Portland Cement) นํามาใชกันอยางแพรหลายในปจจุบัน ชื่อ Portland นั้นเปนชื่อเรียกมาจากเมือง Portland ประเทศอังกฤษ คุณสมบัติหลักๆของ Portland Cement นั้นคือความแข็งแรงในการรับน้ําหนัก 3. สแลกซีเมนต (Slag Cement) ผลิตจากสวนที่เปนตะกรันของโลหะเหลว (ขณะถูกหลอม) ตะกรันนี้จะถูกผานในน้ําเย็น ซึ่งทําให Slag นั้น แตกออกเปนเม็ดเล็กๆ เมื่อนํามาผสมกับปูนขาวประมาณ 20%โดยปริมาณ จะไดปูน Slag Cement แตปูนชนิดนี้ไมนิยมใชเนื่องจากใชเวลาในการกอตัวชามาก และมีความหนาแนนต่ํา 4. ไฮ อะลูมินา ซีเมนต (High Alumina Cement) จะมีสัดสวนของ Alumina สูง ซึ่งจะทําใหไดความแข็งแกรง และใชเวลาในการแข็งตัว (Harden) เร็ว อีกทั้งยังทนความรอนไดสูง เหมาะกับทําเปนสวนประกอบของโครงเตาเผา เตาอบ ปลองไฟ 5. ซิลิกา ซีเมนต (Silica Cement) เปนซีเมนตที่ไดจากการผสมสวนของ Portland Cement (70%) และทราย (30%) และยิบซั่มอีกเล็กนอย ราคาคอนขางถูก เหมาะสําหรับงานคอนกรีตที่มีปริมาณมากๆ เชน เขื่อน อาคาร ถนนเปนตน สามารถนํามาฉาบไดดี มีความรอนขณะที่แข็งตัวนอย ทําใหลดการแตกราวของวัสดุ

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

5

วัตถุทนไฟ (Refractories) ความหมายของวัตถุทนไฟ - เปนวัตถุที่สามารถทนความรอนไดไมต่ํากวา 1500°C (โดยทัว่ ไป) - ไมมีการเปลี่ยนแปลงหรือเสียรูปทรงแตอยางใด - ทนตอการขัดสีและการกัดกรอนของสารเคมีหรือไอตางๆ ที่เกิดขึ้นในขณะเผาและไมเผา - มีการหด/ขยายตัวนอยขณะที่มีการเปลี่ยนอุณหภูมิ - รับน้ําหนักไดดีในขณะที่เผาอุณหภูมิสูง (รับน้ําหนักมาก ก็ไมมีผลตอจุดออนตัว) วัตถุทนไฟทํามาจากวัสดุเซรามิก มีความสําคัญอยางยิ่งในการสรางเตาเผาทุกชนิดทัง้ ใน อุตสาหกรรมและหัตถกรรม เตาเผาแตละอยางควรจะใชชนิดของวัตถุทนไฟใหเหมาะสมกับอุณหภูมิ และลักษณะการใชงานนั้นๆ (เชนการถลุงเหล็ก การทําแกวกระจก ทําเครื่องปนดินเผา ฯลฯ ) เนื่องจากการสรางเตาอุตสาหกรรมตองใชเงินลงทุนที่สูง ฉะนั้นการเลือกใชวตั ถุทนไฟนั้น จะตองเลือกจากคุณสมบัติตางๆเชน ราคา อายุการใชงาน การทนกรด/ดาง ความแข็งแรง ฯลฯ วัตถุดิบที่นํามาทําวัตถุทนไฟ โดยทั่วไปแบงออกเปน 3 ประเภทใหญๆ 1. วัตถุดิบที่มีคุณสมบัติความเปนกรด (Acid Materials) 2. วัตถุดิบที่มีคุณสมบัติความเปนดาง (Basic Materials) 3. วัตถุดิบที่มีคุณสมบัติความเปนกลางและอื่นๆ (Neutral and Other Materials) Acid Materials จะมีองคประกอบทางเคมีเปน Silica ซึ่งไดแก ดินตางๆ (Alumino Silicate Compounds), ทราย, Quartz, หินกรวด (Ganister), และ Flint ดิน - มีสะสมอยูทั่วไปบนเปลือกโลก จะมีคุณสมบัติตางกันบางเนื่องการความหลากหลายของ ทีม่ า เชน ความรอน แหลงภูเขา แหลงลุมน้ํา สิ่งแวดลอม ความแหงแลง ฯลฯ ดินเกิดจากการผุกรอน ของหิน แลวถูกพัดพาดวยลม กระแสน้ํามาทับถมในบริเวณนัน้ ๆ ขนาดของอนุภาคดินสวนใหญจะไม เกิน 10 micron (= 0.01 mm หรือ 10x10-6m) มีลักษณะเปนแผนชั้น จะมีความเหนียวตางกันขึ้นอยูก ับ ขนาดของอนุภาคดินและวัสดุที่ใหความเหนียวเชนสารประกอบคารบอน ดินที่นํามาใชเปนวัตถุดิบของ Refractories ก็มีเชน

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

ดินขาว (Kaolin) - เปนทั้งดินเหนียวและดินทนไฟ เมื่อเผาแลวจะมีความขาว ดินขาวทีด่ ีมีอยูทั่วไป บนพื้นโลก เชนจีน อังกฤษ ฝรั่งเศส ในไทยก็จะมีอยูท ี่ ลําปาง ระนอง นครนายก ดินขาวมีองค ประกอบโดยประ มาณ คือ 40%Al2O3 – 46%SiO2- 14%H2O มีความเหนียวนอย ทนไฟถึง Cone 34 ดินดํา (Ball Clay) - เผาแลวมีสีคอนขางขาว ทนไฟไมสูงเทา kaolin แตมีความเหนียวมาก สามารถนําไปผสมกับดิน Kaolin เล็กนอยเพื่อใหเกิดความเหนียวขึ้น มีองคประกอบคือ 40-48%Al2O3 – 30-

32%SiO2- 14-20%H2O- 2% Iron Oxide – 1%Calcium Carbonate and Magnesium – 3%Potash and Soda Ash - และอื่นๆเชนสารประกอบอินทรีย มีความทนไฟที่ประมาณ Cone 26 ดินทนไฟ (Fire Clay) - มีความทนไฟกวาดินธรรมดา เกิดตามเหมืองถานหิน ทนความรอนไดถึง 1580°C (Oxidation) ไมมีการหลอมเหลว(หรือมีนอยมาก)ในขณะที่ถูกเผาดวยอัตราการใหความ รอนที่มากถึง 10°C/minute ดินทนไฟประกอบดวยดินขาวเปนสวนใหญ นอกจากนั้นจะมีซิลิกาบริสุทธิ์ (Free Silica) และสารประปนอื่นๆเชน Na, K, Li, Iron Oxide ประมาณ 4-5% ซึง่ อาจจะทําใหความทนไฟนอยลง (เผาที่ Cone 19-26) ซิลิกา (Silica, SiO2) - พบในรูปของหินเขี้ยวหนุมาน (Quartz)และทราย ไมมีความเหนียว การเติมซิลิกา ในเนื้อดินตางๆทําใหมีความทนไฟสูงขึ้น นอกจากซิลิกาจะเปนวัตถุทนไฟแลวจะเปนวัตถุดิบที่นํามาทํา กระจกและแกวดวย (ซึ่งตองผสมสวนกับดินและ Flux ชนิดอื่นๆ) เซอโคเนีย (Zirconia, ZrO2) - เปนออกไซดของโลหะเซอโคเนียม (ซึ่งเปนโลหะที่ใชเปนสวนประกอบ ทํากาซ ในหลอดไฟนีออน) ในธรรมชาติจะพบเซอโคเนียในรูปของ Zirconium Silicate หรือแร Zircon ที่สามารถพบไดมากบนชายหาด แหลงที่ใหญที่สุดของแรนี้คือบราซิลและออสเตรเลีย เซอโคเนียมีจุด หลอมเหลวที่ 2750°C สามารถทําใหจุดหลอดเหลวนอยลงโดยการเปลี่ยนแปลงรูปรางของผลึกขึ้นอยู กับสวนผสมของ Silica ในผลึก (มีมาก Æ ทนไฟสูง) มีการ ขยายตัวนอยเมื่ออยูใ นความรอนสูง เมื่อนํามาบดผสมเขากับสารประกอบ Chalk 3.4% และดินขาว 5-8% จะสามารถนํามาทําอิฐที่ มีคุณสมบัติในการหดตัวนอย ทนตอการสึกกรอนจาก Molten glass (อุตสาหกรรมกระจก) และ Slag (อุตสาหกรรมถลุงเหล็ก) Basic Materials คือแรที่มีความเปนดางดังนี้

6

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

7

Magnesite (MgCO3) - พบในสภาพของผลึกและเกล็ดละเอียด พบมากในอเมริกา อินเดีย ออสเตรีย แมนจูเลีย ฯลฯ มักจะพบรวมกับสินแรเหล็ก (Iron Ore) และมีประโยชนในอุตสาหกรรมเหล็กกลา การนํามาใชประโยชนนนั้ จะตองนํา Magnesite มาเผาเพื่อใหเกิด MgO (แมกนีเซีย) ที่ 1550-2000°C จะไดผลึก MgO แลวนํามาบดเพื่อขึ้นรูปโดยใชตวั ประสาน ตัวประสานจะตองไมมี Lime เนื่องจาก Lime เปนตัวทีจ่ ําใหจะทําใหเกิดการแตกรานภายใน ทําใหความคงทนนอย MgOบริสุทธิ์มีจุดหลอมเหลวที่ 2800°C ซึ่งเหมาะกับการทําอิฐทนไฟ แตเพราะวา MgO มีการหด/ขยาย ตัวสูงมาก ฉะนั้นการนําอิฐไปใชจะตองคํานึงถึงการออกแบบ Lime (CaO) - อยูในรูปของ CaCO3(หินปูน) CaSO4 (ยิบซั่ม) คุณสมบัติคือ ลดความทนไฟใหแกเนื้อดิน เชนการรวมตัวของ Lime และ Silica หรือ การรวมตัวของ Lime และ Al2O3 ทั้งสองนั้นจะทําใหเกิด วัสดุแกว อุตสาหกรรมเหล็กใช lime และ silica เพือ่ ลดจุดหลอม โดโลไมท Dolomite เปนสารประกอบ Mg และ Ca -เกิดขึ้นโดยธรรมชาติในหินปูน Neutral and Other Materials เปนสารประกอบที่ผลิตขึ้นโดยมนุษยเชน Carbon and Graphite - เผาไฟไดดี แตทนตอ Slag ไดดีในบรรยากาศ Reduction Carbide - เปนสารประกอบของ Carbon เชน WC, SiC มีความแข็งแรงมาก อาจจะนํามาใชแทนเพชรได แตก็แพงมาก ไมนํามาใชเปนอิฐทนไฟ แตจะนํามาเปนวัสดุตัด/เจียรเหล็ก สามารถนํามาทําเปนเบาหลอม Crucible ได Chromite - มีปริมาณ Cr2O3 สูง นํามารวมกับ Al2O3 และ SiO2 จะไดอฐิ ทนไฟใชงานไดที่อุณหภูมิ 1100-1900°C Alumina - พบไดมากในดิน และแร Gibsite และ Bauxite ทั้งหมดนีน้ ํามาทําเปนอิฐทนไฟ ใชงานไดที่ 12502400°C

การขึ้นรูป Casting Process - ทําวัตถุดิบใหเหลวแลวก็จะนํามาหลอในแมพิมพ จะตองมีสวนของ Grog สูงเชนกันเพื่อที่จะทําใหอิฐมีลักษณะหยาบ สามารถใชความดันและความรอนเขาชวย เพื่อใหขบวนการเปนไปไดรวดเร็ว Pressing - วัตถุเปยกแลวนํามาทําเปนกอน กดเขาไปในแมพิมพ แลวนําไปผึ่งความรอนใหแหงกอนที่จะ นํามาเผา

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

Dry Press - ใสความชื้นใหกับวัตถุดิบประมาณ 10% แลวก็นํามาอัดในแมพิมพ (โลหะ) แลวทํามาผึ่งให แหง สามารถนําวิธี Isostatic Pressing มาชวยได ทําใหเกิดความแข็งแรงของทุกมุม (ทุกสวน) ในกอนอิฐได การเผาก็จะนําไปเผาในเตาทีท่ ําดวยอิฐชนิดนั้นๆเพื่อปองกันการปนเปอ นของสารประกอบที่ไมตองการ

8

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

9

ฉนวน (Insulators) เปนวัสดุที่สามารถตานการเหนี่ยวนําของความรอนหรือกระแสไฟฟา (ฉะนัน้ วัสดุที่มีคุณสมบัติตรงขามกับฉนวน คือ?.........................) แมวาจะมีวสั ดุมากมายชนิดที่มนุษยสามารถคนหาและนํามาใช ก็ยังไมมีวัสดุใดๆ ที่มีความสามารถในการเปนฉนวนไดแบบสมบูรณ เพราะวาหลักของธรรมชาตินั้นคือ “เมื่อมีสองจุดที่มีพลังงาน ตางกัน จุดที่มพี ลังงานมากกวาจะมีพลังงาน ถายเท/ ยาย/ไหล ไปหาจุดที่มีพลังงานนอยกวาเสมอ” ฉนวนไฟฟา (Electrical Insulators) ไมเหนีย่ วนํากระแสไฟฟาในอุณหภูมิปกติ (ตามธรรมชาติ) เมื่อเกิดความรอนสูง ฉนวนเหลานี้จะมีความสามารถในการนําไฟฟาไดดีขึ้น (>1000 C) ฉะนั้นควรคํานึงถึง สภาพแวดลอมในการนําฉนวนไฟฟามาใช Clay-based Porcelain

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

Talc-Based ceramics Talc ซึ่งมีสวนประกอบของ (MgO.Al2O3.SiO2) เปนสารประกอบเซรามิกที่นิยมนํามาทําเปนฉนวนไฟฟา สารประกอบที่นิยมนํามาใชก็จะเปน Corderite ceramics, Steatite Ceramics, Forsterite Ceramics

Alumina-Based Ceramics มีคุณสมบัติคือ แข็งแรง นําความรอนได แตนํากระแสไฟฟาไดไมดี (ต่ํา)

10

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

11

ในงานเซรามิก วัสดุนี้ไดถูกนํามาใชทั้งเปนฉนวนไฟฟาและฉนวนความรอน ซึ่งเราจะศึกษาดังตอไปนี้ ฉนวนความรอน (Hear Insulator) ฉนวนความรอนมีคุณสมบัติดังนี้ 1. เหนีย่ วนําความรอนต่ํา 2. มีชองอากาศมาก (ความพรุนสูง) 3. หนา 4. ............มวลความรอน (Thermal Mass).......................... ใยแกว (Glass fiber) มีคุณสมบัตินําความรอนต่ํามาก (nearly perfect) จะมีลักษณะเปนเสนใยมีปลาย แหลม เนื่องจากลักษณะการผลิต วัสดุอื่นๆเชน mica และ asbestos สามารถนํามาเปนวัสดุผสมสําหรับฉนวน

Cermets หรือ Cemented carbides or hard metals เปนวัสดุที่มีสวนประกอบของผลึกเซรามิกเล็กๆที่ถูกตรึงดวยโครงสราง ของโลหะ เชน Tungsten Carbide ใน Cobalt วัสดุชนิดนี้ถูกพัฒนาในชวงป 1920 นํามาใชสําหรับเครื่องมือตัด เหล็ก Cermet มีคุณสมบัติดังนี้ 1. มีความแข็งแรง คงทน 2. ทนตอแรงกด 3. กระจายความรอนไดดี วิธีการทําCermet ทํามาจากผงละเอียดของ WC และ Co แลว นําไปอัดโดยใชแมแรง อัดใหเขารูปกับ แมแบบ แลวนํามาเผา Sinter (Hot pressed sintering) ผงจะมีขนาดประมาณ 1 ไมครอน และอาจจะมีสารปนเปอนได (ปนเปอนจากขบวนการผลิต) การเผา Sintering จะทําที่อุณหภูมิ 1400 C (ซึ่ง WC จะหลอมเหลวที่ 2600C และ Co หลอมเหลวที่ 1492 C) แมวาจะเผา ที่อุณหภูมิต่ํากวาจุดหลอมเหลวของ Co แตก็จะไดวัสดุเหลวซึ่งทําใหผง WC ติดกัน

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

12

ภาชนะเซรามิกและขบวนวิธีการผลิต (Pottery and Processes) คําถาม: ทําไมเซรามิกจึงถูกนํามาใชเปนภาชนะ?

ภาชนะเซรามิกมีอิทธิพลกับการใชชีวิตประจําวันในหลายๆสวน ตลอดทั้งรอบ 24 ชั่วโมงของคนเรา ภาชนะเซรามิกที่ ดีควรจะมีคุณสมบัติดังนี้ 1.

2.

3.

4. ไมดูดซึมน้ํา 5. ทําความสะอาดไดงาย 6. เพิ่มความแข็งแรง ทนทาน ไมทําใหภาชนะบิ่นงาย วัสดุที่นํามาผลิตเครื่องภาชนะมีอิทธิพลในการตัดสินใจเลือกหาภาชนะนั้นๆมาใชงานที่ตนเองตองการ ตารางขางลางนี้แสดงถึง คุณสมบัติของเซรามิกชนิดตางๆ วัสดุพรุน (Porous Pottery)

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

วัสดุหนาแนน(?) (Dense Pottery)

คุณสมบัติที่ควรคํานึง ดินขาว ความเหนียวนอย คอนขางหยาบเมื่อเทียบกับดินดํา เผาไดที่อุณหภูมิสูง (ประมาณ 1200-1300) โดยที่ไมมีการไหลตัว/ การหดตัวประมาณ 10 % เนื่องจาการสลายตัวของน้ําที่ประกอบในโมเลกุล (Al2O3.2SiO2.2H2O) Alumino Silicate ดินดํา (Ball Clay) ความเหนียว......................................HEXAGONAL (ÆBentonite) อุณหภูมิที่เผา..................................... การหดตัว............................................

Silica (ทราย)

13

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

14

Feldspar Potash Feldspar (Orthoclase) K2O.Al2O3.6SiO2 Soda Feldspar (Albite) Na2O.Al2O3.6SiO2 Lime Feldspar (Anorthite) CaO.Al2O3.2SiO2 Nepheline syenite ประกอบดวย Potash Feldspar, Soda Feldspar และแร Nepheline Æ Good Flux Lithium Feldspar (Spodumene) Li2O.Al2O3.4SiO2 เมื่อนําไปผสมกับดินในสัดสวนที่พอเหมาะจะทําให มีการหด/ขยายตัวนอยมากเหมาะสําหรับภาชนะที่ใชในเตารอน เมื่อนําไปผสมกับดิน.............................. การหดตัว............................................

Bone Ash (เถากระดูก) กระดูกนําไปบดและเผาที่ 900-1000C แลวนําไปบดในน้ําเพื่อขจัดเถาที่ไมตองการ เหลือแต ผลึกของเถาที่มีขนาดเล็กกวา 1 ไมครอน (0.000001เมตร) ใหความเหนียวไดบาง น้ํา เปนตัวที่ทําใหเกิดความชื้นแกวัสดุเหนียว (Plastic Material) หลังจากผานขบวนการขึ้นรูปแลว ก็จะถูกขับออกจาก ชิ้นงาน Organic Binder เชน แปง, เซลลูโลส, Carboxyl Methyl Cellulose (CMC) เปนตน ขบวนการผลิต เตรียมเนื้อดิน

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

การขึ้นรูป (Forming)

การปน – Hand forming, slap, throwing การหลอแบบ – Plaster of Paris Mould

15

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

การใชเครื่องจักร Jiggering

Jollying

16

365 218 Ceramics and Ceramic Processes - SC

การอบแหงและการเผา ความรอนจากการเผาสามารถนํามาใชในการอบแหงได โดยมีการระบายของอากาศรอนแหงเขาทางหนึ่งและอากาศชื้นออกอีกทางหนึ่ง การเผาจะเผาตามคุณสมบัติของวัสดุทใี่ ช เชน Earthenware – 900C Porcelain – 1220C

อุณหภูมิ

เวลา

17