|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| แนวทางการแก้ไขตำหนิจาก COE | |
|
แนวทางการแก้ไขตำหนิของผลิตภัณฑ์ที่มีผลมาจากค่า COE
ดร. คชินท์ สายอินทวงศ์
คุณเคยพบปัญหาเหล่านี้บ้างไหม
“เปิดเตามาแล้วแจกันมีรอยแตกจนไม่สามารถขายได้ทั้งที่ใช้ดินสูตรเดิม น้ำเคลือบสูตรเดิม เผาด้วยเตาเดิมๆ”
“เปลี่ยนแรงอัดกระเบื้องเพื่อปรับ Size แล้วกระเบื้องแอ่นหลังเผา”
“ถ้วยกาแฟใช้งานไปไม่นานก็เกิดแตกลายงาทั้งใบ”
“อ่างน้ำล้นสีสวยสดใส แต่ลูกค้ามาลูบแล้วเหมือนโดนแก้วบาด”
“ลูกถ้วยไฟฟ้าที่ผ่านการทดสอบทางไฟฟ้าแล้วแต่พอใช้งานไปกลับเกิด Flash over”
“กระเบื้องหลังคาเซรามิกสีมันวาวแต่ใช้งานไปแล้วมีราดำขึ้นจนหมอง”
“กระเบื้องห้องน้ำที่เคยแสนจะภูมิใจ แต่ตอนนี้มีแต่รอยร้าวสีดำอยู่เต็มหน้า”
“โอ่งโดโลไมท์พบปัญหาเคลือบร่อนออกมาเป็นชิ้นๆ”
“เนื้อดินสูตรเดียวกัน ขึ้นรูปด้วย Ram press ไม่เป็นอะไร แต่เทแบบทีไรเจอเคลือบรานทุกที”
ฯลฯ
ปัญหาตำหนิเหล่านี้ล้วนมาจากเรื่องของสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน (Thermal expansion coefficient- COE) ของเนื้อดินและสีเคลือบไม่สัมพันธ์กัน (อ่านความหมายและรายละเอียดได้จากฉบับที่แล้ว) ในผลิตภัณฑ์เซรามิกที่มีผิวเคลือบเพื่อสร้างความสวยงามนั้น ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของเนื้อดินควรมีค่าสูงกว่าของสีเคลือบเพื่อให้ที่ชั้นเคลือบอยู่ในสภาพของแรงอัด (compressive) แต่ไม่ควรให้มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของเนื้อดินสูงกว่าชั้นเคลือบมากเกินไป เพราะจะทำให้เกิดปัญหาเคลือบร่อน (peeling) ภายหลังการเผาขึ้นได้
แต่ถ้าชั้นเคลือบมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนสูงกว่าเนื้อดิน ชั้นเคลือบจะอยู่ในรูปของแรงดึง (tension) ซึ่งจะทำให้เกิดปัญหาผิวเคลือบราน (crazing) ซึ่งจะทำให้เกิดปัญหาเวลานำไปใช้งานได้
ซึ่งการที่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนมีการเปลี่ยนแปลงไปนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการดังต่อไปนี้
1. วัตถุดิบที่ใช้มีการเปลี่ยนสัดส่วนของส่วนประกอบภายใน มีการปรับสูตรเพื่อแก้ไขปัญหาอะไรบางอย่างเช่นผิวหน้าเคลือบ, แก้ไขตำหนิ, ปรับปรุงคุณภาพของเนื้อดิน แต่มาส่งผลต่อเรื่องค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน ซึ่งเป็นจุดที่ตรวจสอบได้ยากเพราะต้องมีเครื่องมือวัดค่า
2.ปัจจัยในการบดที่เปลี่ยนไปทั้งการบดเนื้อดินและสีเคลือบ อาจมาจากระดับของลูกบดน้อยลงหรือมากขึ้น, ปริมาณการเติมน้ำและวัตถุดิบเปลี่ยนไปจากมาตรฐานเดิม รวมทั้งรอบหรือความเร็วของหม้อบดที่เปลี่ยนไป ซึ่งจะส่งผลให้ขนาดของอนุภาคและการกระจายตัวของอนุภาคมีการเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม
3.อุณหภูมิในการเผาเปลี่ยนไป หรือมีความแตกต่างของอุณหภูมิในแต่ละตำแหน่งของเตา รวมทั้งเวลาในการเผาและระยะเวลาการยืนไฟในกรณีเตา Shuttle
4. กระบวนการขึ้นรูปของผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกัน แม้ว่าจะใช้เนื้อดินสูตรเดียวกัน เช่นการขึ้นรูปแบบหล่อ จิกเกอร์ รีดดิน
5.มีการปรับเปลี่ยนกระบวนการผลิตเพื่อแก้ไขปัญหาในกระบวนการแต่ส่งผลมาถึงค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน เช่นการปรับค่าแรงอัดในการขึ้นรูปกระเบื้องเพื่อการปรับขนาดทำให้เนื้อดินมีค่าความหนาแน่นที่แตกต่างกัน หรือการปรับค่าความหนาแน่นของน้ำดินที่ใช้หล่อแบบเพื่อให้อัตราการหล่อแบบดีขึ้น
สำหรับแนวทางการแก้ไขปัญหาการรานตัว (Crazing) และการร่อนตัว (Peeling) จากสาเหตุต่างๆนั้นมีดังต่อไปนี้
1. ทดลองลดความหนาของชั้นเคลือบ ซึ่งหลายครั้งพบว่าเมื่อเคลือบหนาเกินไปจะทำให้เกิดการรานตัวได้ แต่สำหรับการเกิด Delay crazing หรือไม่นั้นจะขึ้นอยู่กับความเข้ากันได้ของเคลือบกับเนื้อดิน (Glaze fit) มากกว่า
2. เพิ่มสัดส่วนของ SiO2 ในเคลือบขึ้น เนื่องจาก SiO2 มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนต่ำ แต่เคลือบส่วนใหญ่จะมีปริมาณ Alkali oxide เช่น Na2O, K2O ซึ่งมีค่า COE สูง แต่การเติม SiO2 นั้นจะทำให้เฉดสีของเคลือบเปลี่ยนไปได้ทำให้สีอ่อนลง นอกจากนี้ปริมาณ SiO2 ที่มากขึ้นจะทำให้ผิวของเคลือบเปลี่ยนไป ความมันจะลดลง ทำให้เคลือบมีความทนไฟมากขึ้น
3. เผาให้ได้ตามอุณหภูมิที่เหมาะสมและยืนไฟ (Soaking) ให้นานขึ้น ซึ่งจะทำให้รอยต่อ (Interface) ระหว่างเนื้อดินกับเคลือบผสานกันได้ดีขึ้น แต่สำหรับเคลือบที่ตั้งใจให้รานตัวอยู่แล้วนั้น การเพิ่มอุณหภูมิหรือเวลาจะไม่มีผลอะไรกับเคลือบ
4. เผาให้อุณหภูมิสูงขึ้นจากเดิมถ้าเคลือบยังไม่เกิดการ Over firing จะช่วยให้เคลือบกับเนื้อดินเข้ากันได้ดีขึ้น การเผาที่อุณหภูมิที่สูงขึ้นจะทำให้เนื้อดินหดตัวมากขึ้นทำให้เคลือบอยู่ภายใต้แรง Compressive มากขึ้น แต่ปัญหาในการเพิ่มอุณหภูมินั้นอาจจะทำให้เนื้อดินที่สุกตัวอยู่แล้วเกิดเนื้อแก้วมากขึ้นซึ่งจะทำให้ COE ต่ำลง ปัญหาเรื่องการรานตัวก็จะยิ่งมากขึ้น
การเพิ่มอุณหภูมินั้นจะเหมาะสมสำหรับเนื้อดินที่ยังเผาไม่ถึงจุดสุกตัวดีพอ ซึ่งจะทำให้เนื้อดินที่มี %การดูดซึมน้ำที่สูงมีค่าที่ต่ำลงและปัญหาเรื่อง Moisture expansion ที่จะทำให้เกิดเคลือบรานตัวจาก Delay crazing จะลดลงไปได้
5. เพิ่ม %SiO2 ในเนื้อดิน โดยให้เป็น SiO2 ที่มีขนาดหยาบกว่าที่ใช้ปกติ ซึ่งจะทำให้เกิดช่วงของ Quartz inversion เพิ่มขึ้นทำให้เพิ่มค่า COE ได้ แต่ปัญหาที่จะพบคือการเติม SiO2 แบบนี้จะไม่ทำให้ค่า COE สม่ำเสมอทั่วทั้งเนื้อดินได้และจะส่งผลให้เกิดการร้าว
6. ในกรณีที่เนื้อดินยังไม่ถึงจุดสุกตัวเพียงพอนั้น การเติม SiO2 ละเอียดจะช่วยกระตุ้นให้เกิดเฟสของ Cristobalite ขึ้นเนื่องจากในเนื้อดินที่ยังไม่สุกตัวดีนั้นจะมี Glassy phase ลดลงจนไม่สามารถยับยั้งการเกิด Cristobalite นี้ได้ ซึ่งจะทำให้ค่า COE สูงขึ้น
7. ควบคุมให้ช่วงการเย็นตัวช้าลงและไม่นำของออกจากเตาจนกว่าอุณหภูมิจะมีค่าต่ำกว่า 200 °C ซึ่งจะช่วยให้เคลือบและเนื้อดินไม่เกิดความเครียด (Stress) มากเกินไป
8. ในกรณีที่ผลิตภัณฑ์มีการเผา 2 ครั้ง การเผาบิสกิทให้สูงขึ้นจะช่วยลดปัญหาเรื่องการร่อนตัวของเคลือบ (Peeling) ได้โดยเฉพาะเนื้อดินที่มีความพรุนตัวสูงเช่นเนื้อดินโดโลไมท์และเทอราคอตตา
9.เลือกใช้วัตถุดิบสำหรับเนื้อดินที่มีค่า COE สูง ร่วมกับวัตถุดิบที่มีค่า COE ปกติ เช่น Pottery stone บางแหล่ง รวมทั้งต้องตรวจสอบค่า COE ของวัตถุดิบทุกตัวที่จะนำมาใช้งาน
10. เปลี่ยนมาใช้ Frit ที่มีค่า COE ต่ำลง โดยต้องตรวจสอบค่า COE ของเนื้อดินกับเคลือบที่จะใช้เสมอ การเลือกใช้ฟริตที่มีค่า Alkali oxide ลดลงและเปลี่ยนเป็น Borosilicate frit จะช่วยลดค่า COE ลงได้
11. ใช้เอนโกบเข้ามาช่วยให้เกิดชั้นที่มีค่า COE อยู่ระหว่างเนื้อดินกับเคลือบก็จะช่วยลดความแตกต่างของค่า COE ระหว่างเนื้อดินกับเคลือบลงได้
12. ผลิตภัณฑ์ที่ใช้เคลือบที่มีค่า COE สูงๆเพื่อให้เกิดการรานตัว ถ้าไม่เคลือบด้านในของผลิตภัณฑ์ด้วยบางครั้งจะพบปัญหาแตกร้าว ดังนั้นจึงควรเคลือบด้านในด้วย โดยอาจไม่จำเป็นต้องเป็นเคลือบชนิดเดียวกันก็ได้
13. เพิ่มความหนาของชิ้นงานขึ้น ก็จะช่วยลดปัญหาการแตกร้าวเนื่องจากการถูกเคลือบรัดตัวได้
แนวทางการแก้ไขนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของผลิตภัณฑ์ กระบวนการผลิต ชนิดของเคลือบและเนื้อดิน โดยในรายละเอียดของปัญหาในแต่ละโรงงานก็จะแตกต่างกันไป แต่อยากจะฝากเอาไว้เรื่องค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนนี้มีความจำเป็นอย่างยิ่งที่ต้องศึกษาและวิจัยเพื่อสามารถป้องกันไม่ให้เกิดปัญหาดีกว่าที่เกิดปัญหาแล้วมีของเสียเกิดขึ้นก่อนแล้วจึงหาแนวทางแก้ไข
|
|
|
|
|
|
|
