مواد اولیه مورد استفاده در ساخت کاشیها
مواد اولیهای که در تولید کاشی و سرامیک استفاده میشوند به طور کلی به دو دسته تقسیم میشوند: مواد معدنی اصلی و افزودنیهای کمکی.
مواد معدنی اصلی بیشترین سهم را در بدنهی کاشی دارند و اسکلت اصلی آن را تشکیل میدهند. خاک رس یکی از مهمترین مواد است که شامل انواعی مانند کائولن، بالکلی و فایرکلی میشود. این ماده خاصیت پلاستیسیته به بدنه میدهد و علاوه بر آن منبعی از آلومینا و سیلیس محسوب میشود. سیلیس یا کوارتز نیز معمولاً به ترکیب اضافه میشود تا انقباض در حین خشک شدن و پخت کنترل شده و سختی و مقاومت کاشی افزایش یابد. فلدسپاتها به عنوان گدازآور عمل میکنند؛ به این معنا که در دمای بالا ذوب جزئی ایجاد کرده و باعث تشکیل فاز شیشهای میشوند. این فاز شیشهای چگالی کاشی را افزایش داده و میزان جذب آب را کاهش میدهد. در کنار این مواد، سنگ آهک و دولومیت نیز به کار میروند که منبع کلسیم و منیزیم هستند و به تشکیل فازهای کریستالی خاص در حین پخت کمک میکنند. تالک نیز برای افزایش مقاومت حرارتی و جلوگیری از ترکخوردگی مورد استفاده قرار میگیرد. در برخی موارد از گروگ، یعنی ذرات سرامیکی پخته و خردشده، استفاده میشود تا انقباض خشک شدن و پخت کاهش یابد و پایداری ابعادی کاشی بیشتر شود.
در کنار این مواد اصلی، افزودنیهای کمکی نیز نقش مهمی در فرآیند تولید دارند، هرچند مقدار مصرف آنها کم است. بایندرها مانند پلیوینیل الکل (PVA)، کربوکسیمتیلسلولز (CMC) یا نشاسته به بدنه اضافه میشوند تا استحکام سبز یا همان مقاومت خام قبل از پخت را افزایش دهند. روانسازها یا دفلوکولانتها مانند سیلیکات سدیم و پلیفسفاتها نیز برای کاهش ویسکوزیته دوغاب و امکانپذیر کردن شکلدهی با آب کمتر استفاده میشوند. ضدکفها وظیفه حذف حبابهای هوا از دوغاب را بر عهده دارند تا سطح کاشی بدون عیب باقی بماند. اوپاسیفایرها مانند زیرکونیوم سیلیکات یا اکسید قلع باعث سفید شدن و کدری بدنه یا لعاب میشوند و رنگدهندهها مانند اکسید آهن، کبالت، کروم یا منگنز برای ایجاد رنگهای مختلف به کار میروند.
مواد مورد استفاده در بخش لعاب نیز دستهای دیگر از ترکیبات هستند که سطح کاشی را پوشش میدهند و هم جنبهی تزئینی دارند و هم عملکردی. لعاب معمولاً شامل فریتها (شیشههای پیشذوبشده برای تنظیم نقطه ذوب)، همراه با کائولن و کوارتز برای کنترل استحکام و رئولوژی است. فلدسپاتها و کربناتها در لعاب نقش گدازآور را دارند و در کنار اوپاسیفایرها و رنگدانهها، طرح و رنگ نهایی سطح کاشی را شکل میدهند.
مراحل تولید کاشی و سرامیک
مرحلهی استخراج و آمادهسازی مواد اولیه
مرحلهی استخراج و آماده سازی مواد اولیه در صنعت کاشی از مهمترین بخشهای زنجیرهی تولید است، زیرا کیفیت و یکنواختی مواد خام تأثیر مستقیمی بر خواص نهایی محصول دارد. مواد اصلی مانند خاک رس، فلدسپات و سیلیس از معادن استخراج شده و پس از انتقال به کارخانه وارد مرحلهی آمادهسازی میشوند. در این مرحله ابتدا خردایش اولیه صورت میگیرد تا اندازهی سنگها و کلوخهها کاهش یابد. سپس با استفاده از غربالها و تجهیزات دانهبندی، ذرات به اندازهی مورد نظر تفکیک میشوند. این کار باعث میشود ترکیب یکنواختتری حاصل شود و از وجود ذرات درشت که ممکن است در مراحل بعدی مشکلاتی مانند ترک یا حفره در بدنه ایجاد کنند جلوگیری گردد. در همین مرحله ناخالصیهای ناخواسته مانند سنگهای زائد، ذرات فلزی و کانیهای رنگزا (مثلاً ذرات غنی از آهن) جداسازی میشوند تا رنگ و کیفیت محصول نهایی دچار افت نشود.
مرحله بالمیل
پس از آمادهسازی اولیه، مواد خام وارد بالمیل (Ball Mill) میشوند. بالمیل یک آسیاب گلولهای است که در آن مواد اولیه به همراه مقدار مشخصی آب و گلولههای سرامیکی یا فلزی قرار داده میشوند. با چرخش بالمیل، برخورد گلولهها با ذرات موجب خردایش و ریزتر شدن آنها میشود. این فرآیند علاوه بر کاهش اندازهی ذرات، باعث اختلاط کامل مواد نیز میگردد و در نهایت یک دوغاب یکنواخت و همگن به دست میآید.
مهم ترین مواردی که در این مرحله باید بررسی شوند، کدام هستند؟
یکی از نکات مهم در این مرحله کنترل اندازهی ذرات (Particle Size Distribution – PSD) است. اندازهی ذرات باید در محدودهی مشخصی قرار گیرد؛ ذرات بسیار درشت مانع تراکمپذیری مناسب بدنه میشوند و ذرات بیشازحد ریز میتوانند مشکلاتی مانند افزایش آب مورد نیاز یا ترکخوردگی در خشککردن ایجاد کنند.
علاوه بر دانهبندی، کنترل درصد جامد دوغاب (Solid Content) و ویسکوزیته اهمیت ویژهای دارد. درصد جامد نشان میدهد چه مقدار از دوغاب را ذرات جامد تشکیل میدهند و این عامل تعیینکنندهی کیفیت گرانولهایی است که در مرحلهی اسپریدرای تولید خواهند شد. اگر درصد جامد پایین باشد، میزان آب زیاد شده و در نتیجه خشککردن پرهزینهتر خواهد بود و احتمال ترک و تخلخل بالا میرود. اگر درصد جامد بیش از حد بالا باشد، ویسکوزیته افزایش یافته و جریانپذیری دوغاب کاهش پیدا میکند. برای رسیدن به تعادل مطلوب، از روانسازها یا دفلوکولانتها (مانند سیلیکات سدیم یا پلیفسفاتها) استفاده میشود که بدون نیاز به افزودن آب زیاد، ویسکوزیته را کاهش میدهند.
مرحله اسپری درایر
بعد از مرحلهی بالمیل، دوغاب یکنواخت وارد اسپریدرایر میشود. در این دستگاه، دوغاب توسط نازلها یا دیسکهای چرخان به قطرات بسیار ریز تبدیل و در معرض هوای داغ قرار میگیرد. تبخیر سریع آب باعث میشود که قطرات به ذرات خشک و کروی تبدیل شوند که اصطلاحاً گرانول نام دارند.
ویژگی مهم گرانولها این است که دارای رطوبت کنترلشده (حدود ۵ تا ۷ درصد) هستند و اندازهی دانهبندی آنها نیز در یک محدودهی مشخص تنظیم میشود. کنترل رطوبت اهمیت زیادی دارد، زیرا اگر گرانولها بیش از حد خشک باشند هنگام پرس ترکخوردگی رخ میدهد و اگر رطوبت زیاد داشته باشند، به هم میچسبند و تراکمپذیری کاهش پیدا میکند. همچنین یکنواختی دانهبندی باعث میشود که گرانولها جریانپذیری بهتری داشته باشند و حفرههای قالب به طور کامل پر شوند.
به طور خلاصه، اسپریدرایر با تولید گرانولهای همگن و با رطوبت مناسب، شرایطی ایدهآل برای پرس و شکلدهی کاشی فراهم میکند و نقش تعیینکنندهای در کیفیت محصول نهایی دارد.
مرحله پرس و شکلدهی
مرحلهی بعد از اسپریدرایر، پرس و شکلدهی است. در این بخش، گرانولهای خشکشده با رطوبت کنترلشده (۵ تا ۷ درصد) وارد دستگاه پرس میشوند. این گرانولها به دلیل کروی بودن و توزیع دانهبندی یکنواخت، بهراحتی درون قالب جریان یافته و آن را به طور کامل پر میکنند. سپس با اعمال فشار بالا، ذرات به هم فشرده میشوند و بدنهی خام کاشی، که اصطلاحاً بیسکوییت سبز نام دارد، شکل میگیرد.
فشار پرس بسته به نوع محصول متفاوت است؛ در کاشیهای معمولی فشار کمتر، و در سرامیکهای پرسلانی یا اسلبهای بزرگ فشار بسیار بالا (تا صدها کیلوگرم بر سانتیمتر مربع) اعمال میشود. این فشار بالا باعث میشود تراکم بدنه افزایش یافته، خلل و فرج کاهش پیدا کند و استحکام خام و نهایی محصول بهبود یابد.
در این مرحله، یکنواختی توزیع گرانول و کنترل دقیق رطوبت اهمیت زیادی دارد. اگر گرانولها بیش از حد خشک باشند، در پرس ترک و شکست ایجاد میشود؛ و اگر رطوبت زیاد باشد، به هم چسبیده و سطح قطعه ناهموار خواهد شد. همچنین کیفیت سطح قالب، روانکاری مناسب و طراحی دقیق آن نیز بر ظاهر و ابعاد نهایی کاشی اثرگذار است.
به طور خلاصه، پرس و شکلدهی مرحلهای کلیدی در تولید کاشی است که تراکمپذیری گرانولهای آمادهشده در اسپریدرایر را به بدنهای مقاوم و پایدار تبدیل میکند و پایهای برای مراحل بعدی مانند خشککردن، لعابزنی و پخت فراهم میسازد.
مرحلهی خشک کردن
بعد از پرس و شکلدهی، کاشی خام یا همان بیسکوییت سبز وارد مرحلهی خشککردن میشود. هدف از این مرحله، حذف بخش عمدهای از آب باقیمانده در بدنه (حدود ۵ تا ۷ درصد رطوبت گرانولها) و رساندن آن به سطحی ایمن برای ورود به کوره است. اگر این رطوبت بهدرستی حذف نشود، در حین پخت بخار ایجاد شده و باعث ترک، تاببرداشتن یا حتی ترکیدن کاشی میشود.
در خشککنهای صنعتی، معمولاً از جریان هوای داغ کنترلشده استفاده میشود. هوای گرم با دمای مشخص وارد خشککن شده و با عبور از روی سطح و درون منافذ کاشی، رطوبت را به آرامی تبخیر میکند. سرعت تبخیر باید کنترلشده باشد؛ زیرا اگر خشکشدن خیلی سریع اتفاق بیفتد، تنشهای حرارتی و انقباضی درون بدنه به وجود آمده و ترکخوردگی یا تغییر شکل رخ میدهد. به همین دلیل، خشککنها دارای پروفایل دمایی تدریجی هستند که در ابتدا از دمای پایین شروع شده و بهتدریج افزایش مییابد.
انواع خشککنهای مورد استفاده در صنعت کاشی شامل خشککن تونلی (که کاشیها روی واگن حرکت کرده و بهتدریج در طول مسیر خشک میشوند) و خشککنهای سریع یا عمودی (که کاشیها در قفسهها یا برجکها قرار گرفته و با جریان هوای داغ در زمان کوتاهتری خشک میشوند) است. در خطوط مدرن، بیشتر از خشککنهای سریع استفاده میشود تا زمان تولید کاهش یابد.
در پایان این مرحله، رطوبت کاشی خام معمولاً به زیر ۱٪ میرسد. کاشی خشکشده حالا مقاومت بیشتری دارد و آمادهی مراحل بعدی یعنی لعابزنی و پخت در کوره است.
لعاب زنی
بعد از مرحلهی خشککردن، کاشی خام یا همان بیسکوییت خشکشده وارد مرحلهی لعابزنی (Glazing) میشود. لعابزنی یکی از مهمترین بخشهای تولید کاشی است، زیرا علاوه بر ایجاد زیبایی ظاهری، نقش مهمی در بهبود خواص فنی محصول دارد.
هدف لعابزنی
لعاب لایهای شیشهای و نازک است که روی سطح کاشی قرار میگیرد. این لایه باعث ایجاد ظاهری براق یا مات رنگ و طرحهای متنوع میشود و در عین حال به کاشی خاصیتهایی مانند مقاومت در برابر جذب آب، لکه، مواد شیمیایی و سایش میبخشد.
۲. ترکیب لعاب
مواد لعاب شامل فریتها (شیشههای پیشذوبشده برای کنترل نقطه ذوب و افزایش چسبندگی)، کائولن و کوارتز (برای استحکام و جلوگیری از روانی بیشازحد)، فلدسپات و کربناتها (بهعنوان گدازآور)، و اوپاسیفایرها (مثل زیرکونیوم سیلیکات برای ایجاد سفیدی و کدری) هستند. همچنین برای ایجاد طرح و رنگ از رنگدانههای سرامیکی (اکسیدهای فلزی یا پیگمنتهای صنعتی) استفاده میشود.
روشهای لعاب زنی
لعابزنی میتواند به روشهای مختلف انجام شود:
اسپریکردن : (Spraying) رایجترین روش در خطوط مدرن که در آن لعاب بهصورت پودر یا دوغاب روی سطح کاشی پاشیده میشود.
ریختن یا دِیپینگ : (Dipping) کاشی درون دوغاب لعاب فرو میرود؛ بیشتر در تولیدات سنتی کاربرد دارد.
پردهای :(Bell / Curtain coating) لایهای یکنواخت از لعاب به صورت پردهای روی سطح کاشی جاری میشود.
چاپ دیجیتال :(Inkjet printing) برای ایجاد طرحها و نقشهای دقیق مشابه سنگ طبیعی، چوب یا طرحهای سفارشی.
۴. اهمیت یکنواختی لعاب
ضخامت لعاب باید بهطور دقیق کنترل شود؛ اگر لعاب بیشازحد ضخیم باشد، در کوره جاری شده و سطحی ناهموار ایجاد میکند. اگر خیلی نازک باشد، پوشش کامل بهدست نمیآید و مقاومت سطح کاهش مییابد. همچنین یکنواختی لعاب روی سطح کاشی برای جلوگیری از عیوبی مثل حفره، لکه یا تغییر رنگ ضروری است.
5. مرحلهی پخت
مرحلهی پخت کاشی یکی از حیاتیترین بخشهای فرآیند تولید است که در آن، بدنهی خام و لعاب اعمالشده تحت دمای بالا قرار میگیرند تا به محصولی نهایی با خواص فیزیکی و ظاهری مطلوب تبدیل شوند.
در این مرحله، چند تغییر اساسی رخ میدهد:
سینتر شدن بدنه: ذرات خام (سیلیس، رس، فلدسپات و …) با هم جوش میخورند و تخلخل کاهش مییابد. این موضوع باعث افزایش تراکم، استحکام مکانیکی و مقاومت در برابر سایش میشود.
ذوب و تثبیت لعاب: لعاب ذوب شده و به صورت لایهای شیشهای و چسبیده به بدنه در میآید. این لایه، سطح کاشی را براق، ضدآب و مقاوم میکند.
تثبیت ابعادی و رنگ: انقباضات ناشی از پخت باعث رسیدن کاشی به ابعاد نهایی میشود و رنگ و طرح لعاب نیز تثبیت میگردد.
در مرحلهی پخت از چه نوع کورههایی استفاده میشود؟
امروزه بیشتر کارخانهها از کورههای رولری (Roller Kilns) استفاده میکنند که نسبت به کورههای تونلی قدیمی مزایای زیادی دارند. در این کورهها کاشیها روی رولرهای نسوز حرکت کرده و در مدت کوتاهتری (معمولاً ۳۰ تا ۶۰ دقیقه) پخت کامل میشوند. این سرعت بالا علاوه بر صرفهجویی در انرژی، کنترل دقیقتری روی پروفایل دما و کیفیت نهایی محصول فراهم میکند.
پخت کاشی شامل چند مرحلهی حرارتی است؟
پیشگرمایش :(Preheating) دما بهتدریج بالا میرود تا رطوبت و گازهای باقیمانده آزاد شوند.
مرحلهی پخت اصلی :(Firing / Sintering) دما به حداکثر (معمولاً بین ۱۱۰۰ تا ۱۲۵۰ درجه سانتیگراد بسته به نوع بدنه) میرسد و سینتر و ذوب لعاب انجام میشود.
سردشدن کنترلشده :(Cooling) دما بهتدریج پایین میآید تا از شوک حرارتی و ترک جلوگیری شود.
کنترل دقیق دما، زمان ماندگاری در دمای اوج و نرخ سردشدن اهمیت زیادی دارد. هرگونه نوسان یا خطا میتواند باعث عیوبی مانند ترک، تغییر رنگ، موجدار شدن سطح یا حتی شکست کامل کاشی شود.
مرحلهی کنترل کیفیت
مرحلهی کنترل کیفیت و سورتینگ آخرین بخش خط تولید کاشی است و اهمیت زیادی دارد، زیرا در این مرحله محصولات معیوب شناسایی و از چرخهی عرضه حذف میشوند و کاشیهای سالم بر اساس استانداردهای ظاهری و فنی دستهبندی میگردند.
پس از خروج کاشیها از کوره، ابتدا آزمایشهای مختلفی روی آنها انجام میشود. این کنترلها شامل:
- ابعادی: بررسی طول، عرض، ضخامت و میزان تابخوردگی تا مطمئن شوند در محدودهی استاندارد هستند.
- ظاهری: بررسی یکنواختی رنگ و طرح لعاب، نبود لکه، حفره، ترک یا عیوب سطحی.
- مکانیکی: آزمایش استحکام خمشی، مقاومت سایشی و مقاومت در برابر ضربه.
- فنی: اندازهگیری میزان جذب آب، بررسی مقاومت شیمیایی و انبساط حرارتی.
فناوریهای مدرن در سورتینگ:
در خطوط پیشرفته، سورتینگ توسط دستگاههای اتوماتیک بیناییسنج (Vision Systems) انجام میشود. این دستگاهها با استفاده از دوربینهای دقیق، سطح و ابعاد کاشیها را اسکن کرده و بهطور هوشمند دستهبندی میکنند. این کار دقت و سرعت را افزایش داده و خطای انسانی را کاهش میدهد.
جمعبندی
تولید کاشی از استخراج و آمادهسازی مواد اولیه آغاز میشود. مواد پس از خردایش و آسیاب در بالمیل به دوغاب یکنواخت تبدیل شده و در اسپریدرایر به گرانولهای خشک با رطوبت کنترلشده تبدیل میگردند. این گرانولها در دستگاه پرس فشرده شده و بدنه خام کاشی شکل میگیرد. سپس در خشککن رطوبت اضافی گرفته میشود تا برای مراحل بعدی آماده باشد. در ادامه، سطح کاشی لعابزنی میشود و پس از آن در کورههای صنعتی تحت دمای بالا پخته میگردد تا استحکام و مقاومت لازم به دست آید. در پایان، کاشیها در مرحلهی کنترل کیفیت و سورتینگ بررسی و درجهبندی شده و پس از بستهبندی به بازار عرضه میشوند.
محصولات و خدمات مرتبط
انواع افزودنی چاپ
افزودنی های چاپ شرکت کیمیا سرام زرین قادر به تعلیق مواد خشک در زمان طولانی می باشد تا بتوان مواد را بر روی سطح کاشی انتقال داد.
روانساز کاشی و سرامیک
شرکت کیمیا سرام زرین، اقدام به طراحی و تولید انواع روانسازهای آلی و معدنی در صنایع مختلف سرامیک جهت کمک به بهبود شرایط رئولوژی دوغاب، برای جایگزینی محصولات خارجی نموده است
بایندر لعاب
شرکت دانش بنیان کیمیا سرام زرین برای اولین بار موفق به تولید انواع بایندر مصرفی در صنعت کاشی و سرامیک و پرسلان گردیده است.
بایندر بدنه
شرکت دانش بنیان کیمیا سرام زرین برای اولین بار موفق به تولید انواع بایندر مصرفی در صنعت کاشی و سرامیک و پرسلان گردیده است.
