مواد اولیه اصلی برای تهیه ی پرسلان ها خاک های رسی، فلدسپار یا فلینت و سیلیس هستند. همه ی این اجزا در ابعاد بسیار ریز هستند. برای تولید انواع مختلف پرسلان، استاد کاران این رشته مواد خام را با هم مخلوط می کنند تا خواص متنوعی بدست آورند. در واقع خواص حاصله به دو نوع تقسیم می شود. یکی خواصی که موجب بدست آمدن یک بیسکویت (بدنه خام) مناسب شود و دیگری خواصی که باعث بدست آمدن یک بدنه ی مناسب پس از پخت می شود.
اگر چه ترکیب خاک های رسی با توجه به مکان استخراجشان متنوع است، برای تولید پرسلان، مواد اولیه ی خام مانند خاک رس، فلدسپار و سیلیس ابتدا خردایش می یابند. آسیاب ها و سنگ شکن های مورد استفاده در این صنعت عبارتند از:
1) سنگ شکن های فکی (Jaw crushers)
2) آسیاب های چکشی (hammer mills)
3) آسیاب های گلوله ای (ball mills)
پس از آنکه مواد خردایش و اندازه ی دانه های آنها به یک سایز مشخص رسید، مخلوط مواد اولیه به یکی از چهار فرآیند شکل دهی زیر فرستاده می شود:
1) شکل دهی پلاستیک نرم (Soft plastic forming)
2) شکل دهی پلاستیک سخت (Stiff plastic forming)
3) شکل دهی بوسیله ی پرس (Pressing)
4) ریخته گری دوغابی (Casting)
انتخاب روش شکل دهی به نوع محصول تولید بستگی دارد. پس از شکل دهی، قطعه وارد مرحله ی پخت بیسکویت می شود. در مرحله ی پخت بیسکویت قطعه زینترینگ کامل نمی شود تنها به حالتی در می آید که بتوان بر روی آن لعاب اعمال کنیم. پرسلان ها ترکیبی از شیشه ی با تخلخل پایین و خاک رس هستند. در واقع این ترکیب این خاصیت را ایجاد می کند که پرسلان بتواند در شرایط پخت دفرمه نشود. همچنین استفاده از رس این فایده را دارد که شکل دهی نمونه آسان می شود. خاک های رسی اصلی که برای تولید پرسلان استفاده می شوند عبارتند از خاک چینی و بال کِلی. این خاک ها اکثراً از کائولینیت) یک آلومینوسیلیکات هیدراته) تشکیل شده اند.
فلدسپار و فیلینت مورد استفاده در بدنه ها و مخلوط های پرسلانی به عنوان فلاکس عمل می کنند. (فلدسپار یک مینرال است که عمدتاً از آلومینوسیلیکات درست شده است) (فلینت یک نوع کوارتز است که بسیار سخت است). فلاکس ها باعث کاهش دمای تشکیل فاز شیشه ای مایع می شوند. در واقع فلاکس ها دمای ذوب فاز شیشه ای را به بین 1000 تا 1300 درجه سلسیوس کاهش داده و باعث می شوند تا فاز شیشه ای مایع تشکیل گردد و دانه های جامد بدنه را به یکدیگر بچسباند.
سیلیس ترکیبی از اکسیژن و سیلسیم است. اکسیژن و سیلیس دو عنصر فراوان پوسته ی زمین محسوب می شوند. شیشه (سیلیس) به حالت های مختلف در طبیعت یافت می شود. مثلاً کوارتز نوعی سیلیس است که دارای ساختار کریستالی است. سیلیس آمورف که حالتی اپک دارد در عرف با نام شیشه شناخته می شود. حالت ناخالص سیلیس سنگ ریزه های ماسه ای است که در سطح زمین پراکنده اند. سیلیکا (سیلیس) معمولی ترین پر کننده ای است که در بدنه های سرامیک از آن استفاده می شود. این ماده باعث ایجاد سهولت در شکل دهی و پخت قطعه می گردد. و همچنین خواص قطعه ی تولیدی را نیز بهبود می دهد.
پرسلان ها همچنین دارای مقادیر آلومینا و تالک نیز می باشند. آلومینا ترکیبی از اکسیژن و آلومینیوم است.
روش های تولید پرسلان ها
همانگونه که گفتیم اروپاییان کسانی هستند که 1000 سال پس از چینیان اولین کارخانه ی تولید پرسلان ها را تأسیس کردند. در این بخش قصد داریم به معرفی دو روش تولیدی پرسلان بپردازیم. در واقع روش های مورد بحث ما دو نوع اند. که آنها عبارتند از :
1) روش تولید پرسلان ها به شیوه ی آلمانی
2) روش تولید پرسلان هابه شیوه ی انگلیسی
انتخاب نوع روش تولیدی پرسلان به عوامل مختلفی بستگی دارد. و با توجه به عوامل زیر تعیین می گردد:
1) کیفیت مد نظر ما
2) کیفیت و خلوص مواد اولیه
3) آب مصرفی در فرآیند تولید
4) صرفه اقتصادی
5) و...
روش تولید پرسلان به شیوه ی آلمانی
در این روش سیلیس و فلدسپار با ده درصد کائولن به داخل بال میل ریخته می شود و به طور کامل سایش می یابد. روش سایش در این روش به صورت ترساب می باشد پس از خردایش کامل دوغاب تخلیه می شود. و باقیمانده ی کائولن مورد نیاز نیز به دوغاب اضافه می گردد. برای اینکه رشته های کائولن باز گردد، دوغاب در داخل هم زن های هشت وجهی هم زده می شود. تعداد دور این همزن ها 200 تا 300 دور بر دقیقه است. پس از حل شدن کامل کائولن در دوغاب مرحله ی گذر از الک شروع می شود. در این مرحله دوغاب از الک های مش 140 یا 170 عبور می کنند تا ذرات با اندازه ی درشت جداسازی گردد.
علاوه بر سیستم الک از سیستم ***** مغناطیسی نیز برای جداسازی آهن فلزی از دوغاب استفاده می شود. دوغاب گذشته از سیستم الک و ***** مغناطیسی به داخل مخازن ذخیره سازی فرستاده می شوند. این مخازن مجهز به سیستم همزن با دور بسیار پایین (در حدود 12 دور بر دقیقه) هستند. علت استفاده از این همزن ها جلوگیری از رسوب کردن دوغاب است. دوغاب حاصله در مرحله ی بعد به داخل ***** پرس فرستاده می شود در *****پرس آب دوغاب گرفته می شود حاصل این کار تولید شدن یک گل نسبتاً فشرده است که به نام گل *****پرس معروف است.
بعد از عملیات *****پرس عملیات اکستروژن می باشد در این عملیات گل *****پرس در دستگاه اکسترودر وارد می شود. این دستگاه که شبیه به دستگاه چرخ گوشت است، گل را به صورت استوانه هایی متراکم در می آورد. علت استفاده از اکسترودر عبارت است از:
1) این عمل باعث ورز دادن گل می شود که هر چه گل بیشتر ورز داده شود، پلاستیته اش بیشتر می شود.
2) خروج حباب های هوای باقی مانده در گل
3) از بین رفتن تنش های بوجود آمده در گل (شکل 1 و 2)
گل بوجود آمده پس از عبور از دستگاه اکسترودر به صورت استوانه ای است که این گل هموژن به دو صورت مصرف می شود. که این دو روش عبارتند از:
1) شکل دهی پلاستیک
2) ریخته گری دوغابی
در روش شکل دهی پلاستیک قطعات بزرگ استوانه ای به قطعات کوچکتر بریده می شوند و در دستگاه جیگرنیگ و جولی شکل دهی می شوند. برای مثال اکثر ظروف چینی مانند بشقاب و کاسه به این روش تولید می شوند.
در روش ریخته گری دوغابی گل بدست آمده در مرحله ی قبل بوسیله ی هم زن های بسیار قوی به صورت دوغاب درمی آید. پس از تنظیم خواص اساسی دوغاب بدست آمده مانند ویسکوزیته، دانسیته و... دوغاب به بخش ریخته گری دوغابی فرستاده می شود.
پس از شکل گیری، نمونه ها به داخل بخش پخت مقدماتی بیسکویت می روند لعاب می خورد و پخت کامل می شود. البته این شماتیک کلی است و برخی از بخش ها بیان نشده است. مثلاً بخش های روتوش و مونتاژ به خاطر مشترک بودن در دو روش بیان نشده است
روش تولید پرسلان به شیوه ی انگلیسی
تفاوت عمده این روش با روش آلمانی این است که دوغاب در همان ابتدا ساخته می شود و فرآیند هم زدن همان ابتدا صورت می گیرد و مرحله ی فیل تر پرس نیز حذف شده است.
در واقع در این روش فلدسپار و سیلیس به همراه ده درصد کائولن، روانساز و آب به داخل با امیل شارژ می شود. و پس از سایش مناسب، کائولن باقیمانده به دوغاب اضافه می شود. در این روش نیز از همزن های سرعت بالا استفاده می شود تا کائولن به آسانی باز شود. پس از عبور دوغاب از سیستم الک و فیل تر مغناطیسی، دوغاب به بخش مخزن انتقال داده می شود این مخزن نیز به سیستم همزن با دور پایین مجهز است. دوغاب ذخیره شده بررسی می گردد و خصوصیاتش تعیین می گردد و به بخش ریخته گری دوغابی منتقل می گردد. در روش انگلیسی شکل دهی فقط از طریق ریخته گری دوغابی صورت می گیرد. و شکل دهی پلاستیک (فیل تر پرس و اکسترودر) حذف می گردد. مزیت این روش هزینه ی کمتر است زیرا بخش های *****پرس و اکسترودر بخش هایی هزینه بر و وقت گیرند.
روش انگلیسی زمانی مطرح می شود که مواد اولیه مورد استفاده مشکلی برای ساخت دوغاب پایدار ایجاد نکنند البته این روش ضایعات زیادی دارد. که این ضایعات را معمولاً بازیافت می کنند. و تقریباً 20 درصد از دوغاب موجود در مخزن اصلی از دوغاب های بازیافتی از ضایعات است.
مسائل تأثیرگذار بر خواص دوغاب
تولید دوغاب یکی از مراحل مهم در ریخته گری دوغابی است. یک دوغاب نامناسب ممکن است پروسه ی تولید را مختل کند. از این رو پس از تولید دوغاب باید برخی از خواص آن بررسی و تنظیم گردد. مثلا ویسکوزیته و وزن لیتر دوغاب باید معین باشد. ویسکوزیته ی مناسب برای مواد سرامیکی معمولاً با زمان عبور تعریف می شود این زمان برای بدنه های چینی صد تا صدوبیست ثانیه و برای چینی آلات بهداشتی 90 ثانیه می باشد.
روش های اندازه گیری ویسکوزیته:
1) ویسکوزیمتر ریزشی
در این روش زمان ریزش دوغاب از یک ظرف محاسبه می گردد. در این ظرف دوغاب از سوراخ ته ظرف خارج می گردد.
2) ویسکوزیمتر چرخشی
در این روش مقدار مقاومت سیال در برابر حرکت چرخشی یک آونگ در داخل آن، محاسبه می گردد. یکی دیگر از عوامل مؤثر در ریخته گری دوغابی وزن لیتر دوغاب است. در واقع وزن لیتر دوغاب نشان دهنده ی نسبت جامد به آب است. هر چه مقدار جامد نسبت به آب بیشتر باشد وزن لیتر دوغاب نیز بیشتر می شود. وزن لیتر دوغاب در واقع وزن یک لیتر دوغاب است. وزن لیتر مطلوب برای چینی آلات بهداشتی 1800-1750 گرم بر لیتر و برای چینی آلات مظروف 1700-1650 گرم بر لیتر است.
باید خواص دوغاب به گونه ای ثابت شود که دوغاب با داشتن وزن لیتر بالا داری ویسکوزیته ی پایین نیز باشد. که برای این کار از مواد افزودنی مانند پراکنده سازها و روانسازها استفاده می کنیم.
تیکسوتروپی یکی دیگر از مسائلی است که در مورد دوغاب مطرح می شود. تیکسوتروپی افزایش ویسکوزیته دوغاب با گذشت زمان است. در واقع دوغاب باید زمان تیکس شدن مشخصی داشته باشد. اگر این زمان کم باشد دوغاب بدون پر کردن زوایای قالب خود را می گیرد. و شکل حاصله بدرستی تشکیل نمی شود.
عوامل مؤثر بر تیکسوتروپی
1) نوع ماده ای اولیه: برخی از مواد اولیه تیکسوتروپی را افزایش می دهند. مثلاً بالکلی و نبتونیت.
2) نسبت آب به جامد: هر چه این نسبت بیشتر باشد تیکسوتروپی زیادتر می شود.
3) نسبت مواد پلاستیکی: هر چه میزان مواد پلاستیک بیشتر باشد تیکسوپروپی بیشتر می شود.
4) اندازه ذرات: هر چه اندازه ذرات ریزتر باشند تیکسوتروپی بیشتر است مثلاً بالکلی از کائولین ریزتر است لذا بالکلی تأثیر بیشتری بر تیکسوتروپی دارد.
لعاب در پرسلان ها
همانگونه که گفته شد بدنه های پرسلانی به دو صورت مصرف می شوند گروهی لعاب می خورند و گروهی بدون اعمال لعاب مصرف می شوند. بدنه هایی که لعاب می خورند باید یک ویژگی داشته باشند و آن اینست که قبل از لعاب خوردن در دمای حدود 900 درجه پخت بیسکویت شده باشند. این پخت موجب عدم دفورمگی قطعه در حین لعاب زنی می گردد. و همچنین لعاب چسبندگی مناسبی با سطح قطعه پیدا می کند. نکته ی دیگر در مورد لعاب زنی این است که قطعاتی که می خواهیم لعاب بزنیم باید دارای سطحی تمیز باشند و بر روی آنها گرد و غبار تشکیل نشده باشد. در زیر روش های مختلف اعمال لعاب را می بینید:
1) روش غوطه وری
در این روش قطعه به داخل حمامی از لعاب فرو برده می شود این روش دارای دو حالت دستی و مکانیزه است.
2) روش آبشاری
در این روش لعاب بر روی قطعه پاشیده می شود
3) روش پاششی
در این روش که بسیار شبیه به روش آبشاری است لعاب بر روی قطعه اسپری می شود.
4) استفاده از قلم مو
این روش برای چینی های تزئینی کاربرد دارد. در این روش لعاب با قلم مو بر روی بدنه اعمال می شود.
روتوش و مونتاژکاری در پرسلان ها
پرسلان ها معمولاً شکلی پیچیده دارند. قطعات پیچیده ی پرسلانی مخصوصاً چینی آلات را نمی توانیم به صورت یک پارچه تولید کنیم. از این رو برخی از قطعات پیچیده ی چینی آلات نیاز به مونتاژ کاری دارند. مونتاژکاری به چسباندن قطعات کوچکتر برای تولید یک قطعه ی پیچیده بزرگتر گفته می شود. مثلاً دسته ی فنجان و یا دسته ی قوری را باید ابتدا به صورت جداگانه تولید و سپس مونتاژ کنیم.
روتوش به تمیزکردن سطح ظروف تولید و برداشتن ضایعات مضر گفته می شود. در واقع در حین عملیات شکل دهی معمولاً ضایعاتی بر روی بدنه باقی می ماند. که باید آنها را در طی عملیات روتوش جداسازی نمود.
یکی دیگر از علل روتوش کاری برداشتن لایه ی گچ تشکیل شده بر روی بدنه هاست. به خاطر اینکه بدنه های تولیدی در بخش شکل دهی بر روی قالب های گچی تشکیل می شوند لذا ممکن است که لایه ای از گچ بر روی قطعات باقی مانده باشد. این لایه ی گچ پس از پخت بیسکویت مشکلات زیادی برای بدنه به وجود می آورد.
روتوش و مونتاژ کاری به عنوان یک بخش مهم در هر کاخانه ی تولید بدنه ی سرامیک مطرح است. نکاتی که در مورد این دو بخش باید به آنها توجه شود عبارتند از:
1) زمان مناسب برای انجام این کارها پس از فرآیند شکل دهی و رفتن نمونه ها به داخل خشک کن های اولیه است.
2) روتوش و مونتاژکاری باید پس از نقطه ی لدرهارد قطعه انجام شود.
3) رطوبت قطعه باید پیش از مرحله ی روتوش و مونتاژ کاری یکنواخت و هموژن بشود.
4) در بخش مونتاژکاری باید قطعات مونتاژ شده رطوبت یکسانی داشته باشند.
5) وجود هوای محبوس شده در بخش های مختلف مونتاژ شده موجب ایجاد ترک در قطعه می شود.
6) بخش روتوش و مونتاژ کاری بخش بسیار مهمی است و می تواند در کیفیت پرسلان تولیدی اثری فوق العاده داشته باشد.
