تولید سرامیک، فرآیندی پیچیده است که از آماده‌سازی مواد اولیه تا پخت نهایی، مراحل متعددی را در بر می‌گیرد. در هر یک از این مراحل، بروز خطا یا شرایط نامناسب می‌تواند منجر به ایجاد عیوبی شود که کیفیت، زیبایی و کارایی محصول نهایی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. شناخت دقیق این عیوب، درک علل به وجود آمدن آن‌ها و به‌کارگیری روش‌های پیشگیری و رفع، برای هر هنرمند و صنعتگر سرامیک امری حیاتی است. این مقاله به بررسی سه عیب رایج در سرامیک‌های لعاب‌دار، یعنی سوراخ‌های سوزنی (Pinholes)، خزیدگی (Crawling) و ترک لعاب (Crazing)، می‌پردازد و راهکارهای عملی برای کنترل آن‌ها را تشریح می‌کند.
1. سوراخ‌های سوزنی یا جوش لعاب (Glaze Pinholes)
این عیب به صورت حفره‌ها یا چاله‌های دایره‌ای شکل با قطر بیشتر از ۸۰ میکرون در سطح لعاب ظاهر می‌شود. سوراخ‌های سوزنی در واقع حاصل حباب‌های گازی هستند که از بدنه یا خود لعاب منشأ گرفته و در حین فرآیند پخت، در لعاب مذاب به دام افتاده یا دیرتر از موعد آزاد شده‌اند و به لعاب فرصت ترمیم (Heal) سطح را نداده‌اند.
علل اصلی ایجاد سوراخ‌های سوزنی:
• تجزیه مواد اولیه: اصلی‌ترین منبع گاز، تجزیه شیمیایی مواد اولیه در بدنه و لعاب در دماهای بالا است. موادی مانند کربنات کلسیم (CaCO3)، کربنات منیزیم (MgCO3)، کائولن (خاک چینی) و سایر مواد آلی، هنگام تجزیه گازهایی مانند دی‌اکسید کربن (CO2) و بخار آب آزاد می‌کنند. اگر این گازها پس از ذوب شدن و نفوذناپذیر شدن لعاب آزاد شوند، در آن محبوس شده و ایجاد حباب می‌کنند.
• هوای محبوس شده: هوا می‌تواند بین ذرات پودر لعاب در هنگام اعمال یا در تخلخل‌های سطح بدنه حبس شود و در حین پخت به شکل حباب ظاهر گردد.
• ویسکوزیته (گرانروی) بالای لعاب: اگر لعاب در دمای پخت بیش از حد غلیظ و چسبنده (ویسکوز) باشد، حباب‌های گاز به سختی می‌توانند از آن عبور کرده و خارج شوند.
• کشش سطحی نامناسب لعاب: کشش سطحی بالا مانع خروج آسان حباب‌ها می‌شود. از طرف دیگر، کشش سطحی بسیار پایین نیز باعث می‌شود گازها در مرحله سرد شدن، زمانی که لعاب در حال جامد شدن است، خارج شوند و حفره‌ها ترمیم نشوند.
• آلودگی‌ها و نمک‌های محلول: وجود ناخالصی‌هایی مانند سولفات‌ها در مواد اولیه یا آب مورد استفاده، می‌تواند در دماهای بالا تجزیه شده و گازهایی مانند SO3 آزاد کند که منجر به ایجاد جوش و سوراخ در لعاب می‌شود.
• ضخامت بیش از حد لعاب: لایه‌های ضخیم لعاب، مسیر طولانی‌تری برای خروج گازها ایجاد می‌کنند و احتمال محبوس شدن آن‌ها را افزایش می‌دهند.
روش‌های پیشگیری و رفع:
• انتخاب صحیح مواد اولیه: تا حد امکان از مواد اولیه‌ای استفاده کنید که در دمای بالا گاز کمتری تولید می‌کنند. برای مثال، به جای کربنات کلسیم از ولاستونیت (CaSiO3) استفاده کنید که گاز CO2 آزاد نمی‌کند. همچنین از خاک‌هایی با درصد مواد آلی پایین استفاده شود.
• کنترل فرآیند پخت: برنامه پخت را طوری تنظیم کنید که زمان کافی برای خروج گازها قبل از ذوب کامل لعاب وجود داشته باشد. وجود اکسیژن کافی در کوره برای اکسیداسیون کامل مواد آلی ضروری است.
• تنظیم فرمول لعاب: فرمول لعاب را طوری تغییر دهید که ویسکوزیته مناسبی در دمای پخت داشته باشد تا خروج گازها تسهیل شود.
• کنترل ضخامت لعاب: از اعمال لایه‌های بسیار ضخیم لعاب خودداری کنید.
• آماده‌سازی مناسب بدنه: سطح بدنه قبل از لعاب‌کاری باید کاملاً تمیز و عاری از هرگونه گرد و غبار یا چربی باشد.
۲. خزیدگی یا جمع‌شدگی لعاب (Crawling)
خزیدگی زمانی رخ می‌دهد که لعاب مذاب در حین پخت از سطح بدنه کنار رفته و جمع می‌شود و قسمت‌هایی از بدنه را بدون پوشش باقی می‌گذارد. این پدیده ناشی از کشش سطحی بالای لعاب مذاب و چسبندگی ضعیف بین لعاب و بدنه است.
علل اصلی ایجاد خزیدگی:
• انقباض زیاد لعاب در حین خشک شدن: اگر لعاب خام (قبل از پخت) به دلیل وجود ذرات بسیار ریز (ناشی از آسیاب بیش از حد) یا درصد بالای خاک‌های پلاستیک مانند بال‌کلی، انقباض زیادی داشته باشد، ترک‌های ریزی در سطح آن ایجاد می‌شود. در حین پخت، کشش سطحی لعاب مذاب این ترک‌ها را بازتر کرده و باعث جمع شدن لعاب می‌شود.
• چسبندگی ضعیف لعاب به بدنه: وجود گرد و غبار، چربی یا نمک‌های محلول روی سطح بدنه مانع از چسبیدن مناسب لعاب می‌شود و آن را مستعد بلند شدن و جمع‌شدگی در حین پخت می‌کند.
• ضخامت بیش از حد لعاب: لایه‌های ضخیم لعاب، به‌ویژه در سطوح مقعر، بیشتر مستعد ترک خوردن در حین خشک شدن و در نتیجه خزیدگی هستند.
• فرمولاسیون لعاب: وجود مقادیر زیاد موادی مانند اکسید آلومینیوم، اکسید منیزیم یا کائولن در فرمول لعاب، کشش سطحی را افزایش داده و احتمال خزیدگی را بالا می‌برد.
روش‌های پیشگیری و رفع:
آماده‌سازی دقیق سطح بدنه: قبل از لعاب‌کاری، سطح قطعه را با یک اسفنج مرطوب کاملاً تمیز کنید تا هرگونه گرد و غبار یا چربی پاک شود.
• کنترل فرمول و آماده‌سازی لعاب: از آسیاب کردن بیش از حد لعاب خودداری کنید. میزان خاک‌های پلاستیک را در فرمول کاهش دهید و در صورت لزوم از کائولن کلسینه شده به جای کائولن خام استفاده کنید تا انقباض کاهش یابد.
• اعمال لایه نازک و یکنواخت لعاب: از اعمال لایه‌های ضخیم، به‌خصوص در گوشه‌ها و فرورفتگی‌ها، پرهیز کنید.
• افزودن چسب به لعاب: افزودن مقدار کمی چسب (Binder) به دوغاب لعاب می‌تواند استحکام لایه خام را افزایش داده و از ترک خوردن آن در حین خشک شدن جلوگیری کند.
۳. ترک لعاب (Crazing)
این عیب به صورت شبکه‌ای از ترک‌های مویی در سطح لعاب ظاهر می‌شود و یکی از جدی‌ترین مشکلات در ظروف سرامیکی است. علت اصلی ترک لعاب، عدم تطابق ضریب انبساط حرارتی (Coefficient of Thermal Expansion) بین بدنه و لعاب است.
علل اصلی ایجاد ترک لعاب:
ضریب انبساط حرارتی بالای لعاب: در حین سرد شدن پس از پخت، هم بدنه و هم لعاب منقبض می‌شوند. اگر ضریب انبساط حرارتی لعاب به طور قابل توجهی بیشتر از بدنه باشد، لعاب بیشتر از بدنه منقبض شده و تحت تنش کششی قرار می‌گیرد. از آنجایی که سرامیکها در برابر تنش کششی ضعیف هستند، این تنش منجر به ترک خوردن لعاب می‌شود.
• انبساط رطوبتی بدنه (Delayed Crazing): گاهی ترک‌ها بلافاصله پس از پخت ظاهر نمی‌شوند، بلکه پس از مدتی (حتی سال‌ها) ایجاد می‌گردند. این پدیده که “ترک تأخیری” نامیده می‌شود، زمانی رخ می‌دهد که بدنه متخلخل (مانند سفالینه) به مرور زمان رطوبت از محیط جذب کرده و اندکی منبسط می‌شود. این انبساط جزئی بدنه، لعاب را تحت تنش کششی قرار داده و باعث ترک خوردن آن می‌شود.
• ضخامت زیاد لعاب: لایه‌های ضخیم‌تر لعاب تنش بیشتری را در خود نگه می‌دارند و احتمال ترک خوردن را افزایش می‌دهند.
روش‌های پیشگیری و رفع:
هماهنگ‌سازی ضرایب انبساط: بهترین راه برای جلوگیری از ترک، اطمینان از این است که ضریب انبساط حرارتی لعاب کمی کمتر از بدنه باشد. این کار باعث می‌شود لعاب پس از سرد شدن تحت یک تنش فشاری ملایم قرار گیرد که مقاومت آن را افزایش می‌دهد. این تنظیم از طریق تغییر در فرمولاسیون بدنه یا لعاب انجام می‌شود.
• کاهش تخلخل بدنه: برای جلوگیری از ترک تأخیری، باید جذب آب بدنه را به حداقل رساند. این کار از طریق افزایش دمای پخت (برای دستیابی به زینترینگ یا شیشه‌ای شدن بهتر) یا اصلاح ترکیب بدنه انجام می‌شود.
• کاهش ضخامت لعاب: اعمال یک لایه لعاب نازک‌تر به کاهش تنش و جلوگیری از ترک کمک می‌کند.
• تغییر در فرمول بدنه: افزودن موادی مانند سیلیس به بدنه می‌تواند ضریب انبساط حرارتی آن را افزایش دهد و به تطابق بهتر با لعاب کمک کند.
نتیجه‌گیری:
عیوب سرامیکی، اگرچه چالش‌برانگیز هستند، اما با درک علمی دلایل بروز آن‌ها و کنترل دقیق متغیرها در هر مرحله از تولید، قابل پیشگیری و کنترل می‌باشند. انتخاب هوشمندانه مواد اولیه، آماده‌سازی دقیق آن‌ها، کنترل ضخامت و روش اعمال لعاب و بهینه‌سازی چرخه پخت، همگی عواملی کلیدی برای دستیابی به محصولی بی‌نقص، زیبا و بادوام هستند. آزمایش و ثبت نتایج، بهترین راه برای غلبه بر این چالش‌ها و ارتقای کیفیت آثار سرامیکی است.
