วันพุธที่ 18 มกราคม พ.ศ. 2555

วิธีทำเซรามิกส์

กระบวนการผลิตเซรามิกส์


1.การเตรียมวัตถุดิบ
วัตถุดิบในการทำผลิตภัณฑ์เซรามิกได้แก่ แร่ดินชนิดต่างๆ เช่นดินเหนียว ดินขาว ดินสโตนแวร์ และส่วนผสมต่าง ๆ นำมาเข้าสู่ระบบการบดและขนาดของอนุภาค ต่อจากนั้นจึงนำน้ำดินไปรีดน้ำ ออก หรือกรองอัดน้ำดิน เพื่อให้ได้ดินนำไปขึ้นรูปต่อไป
ตัวอย่างวัตถุดิบในการผลิตเซรามิกส์
1.ดินหมายถึงดินขาวและดินเหนียว

ดินขาว คือ ดินเกาลิน (Kaolin) เช่น ดินขาวระนอง ดินขาว ดินขาวลำปาง เป็นต้น ดินชนิดนี้เมื่อเผาที่อุณหภูมิประมาณ 1,200 องศาเซลเซียส จะมีสีขาว แต่ไม่ค่อยเหนียว ดังนั้นจึงต้องมีการผสมดินเหนียวลงไป เพื่อช่วยในการขึ้นรูป
ดินเหนียว หรือ ดินบอลเคลย์ (Ball Clay) มีสีดำ มีความละเอียดและมีความเหนียวสูง ใช้ผสมกับดินขาวช่วยให้การขึ้นรูปง่ายขึ้น แหล่งดินเหนียวในประเทศไทย ที่นิยมนำมาผลิต ในอุตสาหกรรม อยู่ที่จังหวัดสุราษฎร์ธานี

 2. แร่ควอรตซ์ เป็นสารชิลิกา (SiO 2 )
นำมาใช้ผสมทำเซารามิก เพื่อให้เนื้อผลิตภัณฑ์ มีความแข็งแรง และคงทนขึ้น และช่วยในการหดตัวของดิน แหล่งแร่ควอรตซ์ ในประเทศไทย พบที่จ. ราชบุรี

2.การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์
การเทแบ

การเทแบบมี 2 ลักษณะคือ
1.การเทแบบโดยให้น้ำดินแข็งตัวอยู่ในแบบ เรียก Solid Casting ซึ่งเหมาะกับการเทแบบผลิตภัณฑ์ที่มีความหนาและรูปร่างแปลกๆ
2.การเทแบบโดยมีการเทน้ำดินที่เหลือทิ้ง เรียก Drain Casting ซึ่งเหมาะกับผลิตภัณฑ์ที่ต้องการผนังบางและต้องการความหนาสม่ำเสมอ
การขึ้นรูปโดยใช้แรงอัด
การขึ้นรูปโดยวิธีการนี้ใช้แพร่หลายในการผลิตผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ชนิดพิเศษ แรงอัดจะอัดลงบนแบบ ซึ่งมีผงเนื้อดินปั้นแห้งๆ หรือความชื้นเล็กน้อยอยู่ภายในแบบ แบบที่ใช้เป็นโลหะแข็ง การขึ้นรูปโดย วิธีนี้มีหลายสิ่งหลายอย่างที่จะต้องคำนึงถึง ขนาดและรูปร่างและการกระจายตัวของอนุภาคของเนื้อดินปั้น
การขึ้นรูปโดยวิธีการอัดเนื้อดินปั้นแห้งๆ( Dry and Dust Pressing )
ใช้กับการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ที่ใช้ในงานประยุกต์ทั้งทางด้านอิเล็กทรอนิกส์และไฟฟ้า เป็นวิธีการอัด ผงกลมๆ ของเนื้อดินปั้นแห้งภานในแบบโลหะด้วยแรงอัดที่สูง ความชื้นภายในผงเนื้อดินปั้นไม่เกิน 4 % ผงเนื้อดินปั้นกลมๆเคลื่อนที่ได้อิสระแต่มีความเหนียวไม่ดีเท่าที่ควรแต่เมื่อถูกแรงอัดจะอัดตัวกันได้หนาแน่นดี
การขึ้นรูปผลิตภัณฑืโดยการหลอมเหลวแล้วเทลงแบบ
การขึ้นรูปวิธีนี้จะใช้ในการทำให้ผลิตภัณฑ์วัสดุทนไฟมีความหนาแน่นสูงและทนทานต่อการกัดกร่อนของขี้ถลุง โดยหลอมเนื้อผลิตภัณฑ์ด้วยเตาไฟฟ้า แล้วเทลงในแบบโลหะหรือ แบบทราย แต่จะเกิดช่องว่าง ขึ้นในระหว่าง ปล่อย ให้ผลิตภัณฑ์เย็นตัวลง

3.การเผาและการเคลือบเซรามิกส์
การเผา
การเผาผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ครั้งแรกเรียกว่าเผาดิบ โดยเพิ่มอุณหภูมิของเตาเผาให้สูงขึ้นอย่างช้า ๆ เพื่อให้ผลิตภัณฑ์คงรูปไม่แตกชำรุดผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ที่ผ่านการเผาดิบแล้วบางชนิดนำไปใช้ได้โดยไม่ต้อง เคลือบ เช่น กระถางต้นไม้ อิฐ ไส้เครื่องกรองน้ำแต่ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่จะต้องเคลือบผิวเพื่อ ให้เกิดความ สวยงาม มีความคงทนและป้องกันการเกิดรอยขีดข่วนบนผิว
การเคลือบ
เคลือบ คือชั้นของแก้วบางๆ ที่หลอมละลายติดอยู่กับผิวดินซึ่งขึ้นรูปเป็นภาชนะทรงต่างๆ สารที่ใช้ เคลือบ ผลิตภัณฑ์ เซรามิกส์เรียกว่า น้ำเคลือบ ซึ่งเป็นสารผสมระหว่างซิลิเกตกับสารช่วยหลอมละลาย วัตถุดิบที่เป็นน้ำยาเคลือบถูกบดจนละเอียดมากกว่าดินหลายเท่า ก่อนนำมาเคลือบบนดินเผา เป็นชั้น หนา 1-1.5 มม. เมื่อเคลือบแล้วต้องทิ้งให้ผลิตภัณฑ์แห้ง เช็ดก้นผลิตภัณฑ์ให้สะอาดก่อนเข้าเตาเผา ผลิตภัณฑ์ที่เคลือบแล้ว โดนเผาผ่านความร้อนอุณภูมิสูง วัตถุดิบที่เป็นแก้วในเคลือบเมื่อถึงจุดหลอม ละลาย ชั้นของเคลือบจะกลายเป็นแก้วมันวาวติดอยู่กับผิวดิน
เคลือบช่วยให้การล้างภาชนะสะดวก เนื่องจากเคลือบมีสมบัติลื่นมือ สามารถทำความสะอาดง่าย กว่า ผิวดินที่มีลักษณะค่อนข้างหยาบ
เคลือบมีคุณสมบัติเป็นแก้วไม่ดูดซึมน้ำ และยังเพิ่มความแข็งแรงทนทาน ทำให้ภาชนะดินเผา ไม่บิ่นง่าย เมื่อกระทบกันบ่อยๆขณะล้างทำความสะอาด และสามารถใส่ของเหลวได้โดยไม่รั่วซึม






ประโยชน์ของผลิตภัณฑ์จากเซรามิกส์




เซรามิคสามารถนำมาประยุกต์ เพื่อผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ประเภทต่าง ๆ ได้มากมาย อาทิ หม้อไหถ้วยชาม เครื่องเคลือบดินเผา อิฐ กระเบื้องเคลือบ วัสดุประเภทซีเมนต์ แก้ว และวัสดุทนไฟ เป็นต้น ตั้งแต่ปี 1950 เป็นต้นมาได้มีความเจริญก้าวหน้าในกระบวนการผลิต ตลอดจนมีความเข้าใจในลักษณะพื้นฐาน และกลไกที่ควบคุมคุณสมบัติของเซรามิค ทำให้มีการพัฒนาเซรามิกประเภทใหม่ๆ มากมาย คำว่าเซรามิกจึงมีความหมายที่กว้างขึ้นรวมถึงเซรามิกที่มีคุณสมบัติพิเศษเหล่านี้ด้วย โดยวัสดุเหล่านี้ได้ถูกนำไปใช้ในงานต่างๆ เช่น
ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

ฉนวนไฟฟ้า

วัสดุขัดเจียร
ชิ้นส่วนยานอวกาศ
ภาชนะและเครื่องครัว (Table ware)
เครื่องประดับตกแต่ง (Decoration & Garden ware)

เครื่องสุขภัณฑ์
ชิ้นส่วนในร่างกายมนุษย์

วัตถุดิบเซรามิกส์



วัตถุดิบที่ใช้ในอุตสาหกรรมเซรามิก สามารถแบ่งกลุ่มอย่างกว้าง ๆ ได้ดังนี้คือ






รูป ดินเหนียวที่ใช้เป็นวัตถุดิบในการทำเซรามิกส์


  • วัตถุดิบประเภทดินเหนียว (Plastic Materials) 
  • วัตถุดิบประเภทที่ไม่มีความเหนียว (Non-plastic Materials) ซึ่งวัตถุดิบทั้งสองกลุ่มดังกล่าวอาจจะจำแนกออกเป็นกลุ่มย่อยได้อีก

นอกจากการจำแนกตามลักษณะข้างต้นแล้ว ในอุตสาหกรรมการผลิตเซรามิก ประเภท Whiteware นิยมแบ่งกลุ่มของวัตถุดิบที่ใช้ในอุตสาหกรรมออกเป็น 3 กลุ่มหลัก ๆ ด้วยกัน ได้แก่

  • วัตถุดิบประเภทดิน (Clays): เป็นตัวให้ความเหนียวและช่วยให้สามารถขึ้นรูปเนื้อดินได้ง่าย และช่วยทำให้เนื้อดินมีความแข็งแรงเพียงพอหลังการเผาซึ่งทำให้สามารถหยิบจับชิ้นงานในขั้นตอนการขึ้นรูปและการเผาได้
  • วัตถุดิบประเภทสารช่วยหลอม (Fluxes): เป็นแร่ที่ประกอบด้วยอัลคาไลน์หรืออัลคาไลน์เอิร์ทซึ่งจะหลอมตัวระหว่างเผาและทำปฏิกิริยากับสารประกอบตัวอื่นๆ เพื่อฟอร์มตัวเป็นแก้วซึ่งจะทำหน้าที่ให้ความแข็งแรงกับชิ้นงานหลังเผา ดังนั้นสารประกอบฟลักซ์จะเป็นตัวช่วยลดอุณหภูมิที่ใช้ในการเผาชิ้นงานลง
  • วัตถุดิบประเภทตัวเติม (Fillers): โดยทั่วไปแล้วทรายแก้ว (Silica) ที่ใช้ในส่วนผสมของเนื้อดิน Whiteware จะทำหน้าที่หลักในการควบคุมค่าการขยายตัวเนื่องจากความร้อนของเนื้อดินหลังการเผา
  • วัตถุดิบประเภทอื่น นอกจากวัตถุดิบใน 3 กลุ่มหลักข้างต้นแล้วปูนปลาสเตอร์ หรือ Plaster of Paris รวมทั้งเคลือบและสีต่างๆ ก็จัดว่าเป็นวัตถุดิบที่ใช้ในกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์เซรามิกด้วยเช่นกัน 

ประวัติความเป็นมาของเซรามิกส์









ผลิตภัณฑ์ จากเซรามิกส์ก็เป็นวัสดุอีกประเภทที่เราคุ้นเคยและมักเห็นเป็นประจำใน เครื่องครัว สำหรับผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ในห้องครัวที่เราคุ้นเคยมีด้วยกัน 4 ประเภทหลักๆ คือ เอิร์ทเทนแวร์ (Earthernware) สโตนแวร์ (Stoneware) ปอร์ซเลน (Porcelain) และโบนไชน่า (Bone China) ซึ่งเมื่อแยกประเภทโดยคุณสมบัติโปร่งแสงแล้ว เอิร์ทเทนแวร์และสโตนแวร์จะทึบแสง ส่วนปอร์ซเลนและโบนไชน่าจะโปร่งแสงคือเมื่อนำไปส่องไฟจะเห็นว่าแสงสามารถ ผ่านได้

เอิร์ทเทนแวร์เป็นเซรามิกส์ที่มนุษย์รู้จักมานับพันปีแล้ว และปัจจุบันเราเห็นกันในรูปหม้อดิน กระถางต้นไม้ รูปปั้นต่างๆ เป็นต้น เซรามิกส์ประเภทนี้มีความพรุนสูง แตกหักง่าย เมื่อใส่อาหารหรือของเหลวจะถูกดูดซึมลงในเนื้อภาชนะ ทำให้มีการสะสมของกลิ่นหรือเชื้อโรคได้จึงควรใช้วัสดุอื่นรองก่อนใส่อาหาร หรือของเหลวลงไป อีกทั้งยังไม่ควรใช้กับเครื่องไมโครเวฟเนื่องจากอากาศและน้ำอาจขยายตัวจน ระเบิดอย่างรุนแรงได้

สโตนแวร์เป็นเซรามิกส์ที่เนื้อดินหลอมกันแน่นกว่าเอิร์ทเทนแวร์ ไม่เปราะและแตกง่ายเมื่อกระทบกัน สามารถใช้ได้กับเตาอบและไมโครเวฟ แต่ก็ควรจะเลือกที่มีสัญลักษณ์ Oven/Microwave safe เพื่อความปลอดภัย ส่วนความสามารถในการดูดซึมน้ำจะน้อยกว่าเอิร์ทเทนแวร์ เซรามิกส์ประเภทนี้มีกำเนิดในประเภทจีนและซีเรียเมื่อเกือบ 3,000 ปีก่อนศริสต์ศักราช

ปอร์ซเลนเป็นภาชนะที่บาง เบา มีความหรูหราและทันสมัย เนื้อดินมีความแข็งแกร่งมาก ไม่บิ่นและแจฃตกง่ายเมื่อกระทบกัน แสงสามารถผ่านได้เมื่อส่องไฟ มีส่วนผสมของดินขาว เฟลด์สปาร์และควอตซ์ เซรามิกส์ชนิดนี้ถือกำเนิดในประเทศจีนยุคราชวงศ์ถัง ส่วนโบนไชน่าเป็นเซรามิกส์ที่มีความหรูหราเช่นเดียวกับปอร์ซเลนแต่มีส่วนผสม เป็นเถ้ากระดูก ดินขาวและเฟลสปาร์

สำหรับนิยามของเซรามิกส์คือผลิตภัณฑ์ที่เป็นสารประกอบอนินทรีย์และ ผ่านกระบวนการเผา แต่ปัจจุบันมีเซรามิกส์ที่ไม่ต้องเผาแต่จัดเป็นเซรามิกส์คือ ผง “ไฮดรอกซี อะพาไทด์” (Hydroxyapatite) ซึ่งเป็นเซรามิกส์ที่สังเคราะห์ขึ้นมาเพื่อใช้เป็นวัสดุทดแทนกระดูกโดยไม่ ได้ผ่านกระบวนการเผา ดังนั้นกระบวนการเผาจึงเป็นข้อยกเว้นว่าอาจจะมีหรือไม่ก็ได้

การพัฒนาเซรามิกส์มีมาอย่างต่อเนื่องและไม่ได้จำกัดอยู่ที่ ผลิตภัณฑ์ในครัวเรือนเท่านั้น แต่ยังพัฒนาเซรามิกส์เพื่อใช้งานอย่างอื่น เช่น “อีโคเซรามิกส” ซึ่งเป็นเซรามิกส์ที่ผลิตมาจากเถ้าแกลบและน้ำทิ้ง อันเป็นผลงานวิจัยของนักวิชาการจากศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค) ซึ่งเซรามิกส์ดังกล่าวมีความแข็งแรงและทนความร้อนได้ที่อุณหภูมิหลายพันองศา เซลเซียสเหมาะแก่การใช้งานในโรงงาน นอกจากนี้ก็ยังมีเซรามิกส์ที่ใช้เทคนิคในการผลิตแผ่นรองวงจรที่ใช้ในวงการ อิเล็กทรอนิกส์มาผลิตเป็น “กระดาษเซรามิกส์” ซึ่งช่วยสร้างความหลากหลายให้กับผลิตเซรามิกส์มากขึ้น

นอกจากนี้ "แก้ว" ยังเป็นวัสดุอีกชนิดที่วนเวียนอยู่ในชีวิตประจำวันของเรา แก้วเป็นสารประกอบของซิลิกาและโลหะออกไซด์ ทั้งนี้แก้วมีความใกล้เคียงกับเซรามิกส์เนื่องจากเป็นสารประกอบอนินทรีย์และ ต้องผ่านการเผาที่อุณหภูมิสูงเช่นเดียวกัน แต่ก็ยังมีความแตกต่างกันคือแก้วจะต้องหลอมก่อนขึ้นรูปในขณะที่เซรามิกส์จะ ต้องขึ้นรูปก่อน และแก้วจะแข็งตัวโดยไม่ตกผลึก

การแบ่งชนิดของแก้วแบ่งได้หลายวิธีแต่โดยมากนิยมแบ่งตามส่วนประกอบ ทางเคมี โดยส่วนประกอบหลักๆ ของแก้วคือทรายแก้ว โซดาแอชและหินปูน และอาจจะเติมสารเคมีอื่นๆ เพื่อให้ได้แก้วที่มีคุณสมบัติตามต้องการ ทั้งนี้กว่า 90 เปอร์เซ็นต์ของแก้วที่เราพบเห็นกันทั่วไปคือแก้วโซดาซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ในรูป แก้วน้ำและขวด เป็นต้น และยังมีการนำแก้วไปประยุกต์ใช้ในรูปอื่นๆ อีก เช่น ไฟเบอร์กล๊าสซึ่งเป็นแก้วที่ถูกยืดให้เป็นเส้นๆ ด้วยความร้อนแล้วนำมาสานกันใช้เป็นฉนวนกันความร้อน เป็นต้น