يشير مصطلح الخزف إلى مجموعة واسعة من منتجات السيراميك التي تم خبزها في درجات حرارة عالية لتحقيق صفات زجاجية أو زجاجية مثل الشفافية والمسامية المنخفضة. من بين السلع الخزفية الأكثر شيوعًا هي المائدة والصين المزخرف والأدوات الكيميائية وتيجان الأسنان والعوازل الكهربائية. عادة ما يكون الخزف أبيض أو أبيض باهت ، يأتي في كل من الأصناف المزججة وغير المزججة ، مع البسكويت ، يطلق على درجة حرارة عالية ، مما يمثل أكثر الأنواع غير المزججة شعبية.
على الرغم من أن الخزف يستخدم بشكل متكرر كمرادف للصين ، إلا أن الاثنين ليسا متطابقين. يشبهان بعضهما البعض في أن كلاهما من الأواني الزجاجية ذات المسامية المنخفضة للغاية ، وكلاهما يمكن أن يكون مزججًا أو غير مزجج. ومع ذلك ، فإن الصين ، المعروفة أيضًا باسم الخزف الناعم أو العجينة ، أكثر نعومة: يمكن قطعها بملف ، بينما لا يمكن للخزف. يرجع هذا الاختلاف إلى ارتفاع درجات الحرارة التي يتم فيها إطلاق الخزف الحقيقي ، 2650 درجة فهرنهايت (1،454 درجة مئوية) مقارنة بـ 2200 درجة فهرنهايت (1204 درجة مئوية) للصين. بسبب الصلابة الأكبر ، يحتوي الخزف على بعض التطبيقات الطبية والصناعية التي لا تقتصر عليها الصين ، للاستخدام المحلي والفني. علاوة على ذلك ، في حين أن الخزف شفاف دائمًا ، فإن الصين غير شفافة.
عجينة صلبة أو خزف "حقيقي" نشأ في الصين خلال عهد أسرة تانغ (618-907 م) ؛ ومع ذلك ، لم يتطور الخزف عالي الجودة مقارنة بالأدوات الحديثة حتى سلالة يوان (1279-1368 م). يتكون الخزف الصيني المبكر من الكاولين (الطين الصيني) والبيغماتيت ، وهو نوع خشن من الجرانيت. كان الخزف غير معروف لدى الخزافين الأوروبيين قبل استيراد الأواني الصينية خلال العصور الوسطى. حاول الأوروبيون تكرار الخزف الصيني ، لكنهم ، غير قادرين على تحليل تركيبته الكيميائية ، يمكنهم تقليد مظهره فقط. بعد خلط الزجاج مع أكسيد القصدير لجعله معتمًا ، حاول الحرفيون الأوروبيون الجمع بين الطين والزجاج المطحون. أصبحت هذه البدائل تعرف باسم الخزف الناعم أو الزجاجي أو الاصطناعي. ومع ذلك، ولأنها كانت أكثر نعومة من الخزف الأصلي ، وكذلك مكلفة في الإنتاج ، استمرت الجهود لتطوير الخزف الحقيقي. في عام 1707 نجح اثنان من الألمان يدعى Ehrenfried Walter von Tschimhaus و Johann Friedrich Bottger من خلال الجمع بين الطين مع الفلسبار المطحون بدلاً من الزجاج المطحون المستخدم سابقًا.
في وقت لاحق من القرن الثامن عشر ، تحسنت اللغة الإنجليزية بشكل أكبر على وصفة الخزف عندما اخترعت الصين العظام عن طريق إضافة الرماد من عظام الماشية إلى الطين والفلسبار والكوارتز. على الرغم من أن خزف العظام يتم إطلاقه في درجات حرارة أقل من الخزف الحقيقي ، إلا أن رماد العظام يتيح لها أن تصبح شفافة مع ذلك. نظرًا لأنه من الأسهل صنعه ، وأصعب تشققه ، وأقوى من الخزف الصلب ، أصبحت الصين العظمية أكثر أنواع الخزف شيوعًا في الولايات المتحدة وبريطانيا (يواصل المستهلكون الأوروبيون تفضيل الخزف الصلب).
مواد أولية
المكونات الأساسية للخزف هي الطين والفلسبار أو الصوان والسيليكا ، وتتميز جميعها بحجم جزيئي صغير. لإنشاء أنواع مختلفة من الخزف ، يقوم الحرفيون بدمج هذه المواد الخام بنسب متفاوتة حتى يحصلوا على الخصائص الخضراء (الخالية) والمطلوبة.
على الرغم من أن تكوين الطين يختلف اعتمادًا على مكان استخراجه وكيف
لصنع الخزف ، يتم سحق المواد الخام - مثل الطين والفلسبار والسليكا - أولاً باستخدام الكسارات الفكية ، ومطاحن المطرقة ، ومطاحن الكرة. بعد التنظيف لإزالة المواد ذات الأحجام غير الصحيحة ، يخضع الخليط لواحدة من أربع عمليات تشكيل - تشكيل بلاستيكي ناعم أو تشكيل بلاستيكي صلب أو ضغط أو صب - اعتمادًا على نوع الأدوات التي يتم إنتاجها. ثم تخضع السلعة لخطوة أولية لإطلاق النار.
يتم معالجة جميع الصلصال (تتطور صفات زجاجية) ، فقط في درجات حرارة عالية للغاية ما لم يتم خلطها مع مواد تكون عتبة التزجيج أقل. على عكس الزجاج ، فإن الطين حراري ، مما يعني أنه يحمل شكله عند تسخينه. في الواقع ، يجمع الخزف بين مسامية الزجاج المنخفضة وقدرة الطين على الاحتفاظ بشكله عند تسخينه ، مما يجعله سهل التشكيل ومثالي للاستخدام المنزلي. الطين الرئيسي المستخدم في صناعة البورسلين هو الطين الصيني والطين الطيني ، والذي يتكون في الغالب من الكاولينات ، سيليكات الألومنيوم المائية.الفلسبار ، معدن يتكون في الغالب من سيليكات الألومنيوم ، والصوان ، وهو نوع من الكوارتز الصلب ، يعمل كتدفقات في جسم الخزف أو الخليط. تقلل التدفقات من درجة الحرارة التي يتشكل عندها الزجاج السائل أثناء الحرق إلى ما بين 1،835 و 2،375 درجة فهرنهايت (1،000 و 1،300 درجة مئوية). تربط هذه المرحلة السائلة حبيبات الجسم معًا.
السيليكا هي مركب من الأكسجين والسيليكون ، وهما أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية. تشابهه مع الزجاج واضح في الكوارتز (شكله البلوري) ، العقيق (شكله غير المتبلور) ، والرمل (شكله النجس). السيليكا هي المادة المالئة الأكثر شيوعًا المستخدمة لتسهيل تشكيل وإطلاق الجسم ، وكذلك لتحسين خصائص المنتج النهائي. قد يحتوي الخزف أيضًا على الألومينا ، أو مركب من الألومنيوم والأكسجين ، أو أجسام تحتوي على نسبة قليلة من القلويات ، مثل الستيتايت ، والمعروف باسم الحجر الأملس.
عملية التصنيع
بعد اختيار المواد الخام ووزن الكميات المطلوبة ، تمر عبر سلسلة من خطوات التحضير. أولاً ، يتم سحقهم وتنقيتهم. بعد ذلك ، يتم خلطهما معًا قبل إخضاعهما لإحدى عمليات التشكيل الأربع - تشكيل البلاستيك اللين ، أو تشكيل البلاستيك الصلب ، أو الضغط ، أو الصب ؛ يعتمد الاختيار على نوع السلعة التي يتم إنتاجها. بعد تشكيل الخزف ، يتم إخضاعه لعملية تنقية نهائية ، حرق البسكويت ، قبل التزجيج. الصقيل عبارة عن طبقة من الزجاج المزخرف توضع على جسم من السيراميك. مرحلة التصنيع النهائية هي إطلاق النار ، وهي خطوة تسخين تتم في نوع من الفرن يسمى فرن.
سحق المواد الخام
التنظيف والخلط
تشكيل الجسم
اطلاق البسكويت
تزجيج
إطلاق
على الرغم من أن الخزف يستخدم بشكل متكرر كمرادف للصين ، إلا أن الاثنين ليسا متطابقين. يشبهان بعضهما البعض في أن كلاهما من الأواني الزجاجية ذات المسامية المنخفضة للغاية ، وكلاهما يمكن أن يكون مزججًا أو غير مزجج. ومع ذلك ، فإن الصين ، المعروفة أيضًا باسم الخزف الناعم أو العجينة ، أكثر نعومة: يمكن قطعها بملف ، بينما لا يمكن للخزف. يرجع هذا الاختلاف إلى ارتفاع درجات الحرارة التي يتم فيها إطلاق الخزف الحقيقي ، 2650 درجة فهرنهايت (1،454 درجة مئوية) مقارنة بـ 2200 درجة فهرنهايت (1204 درجة مئوية) للصين. بسبب الصلابة الأكبر ، يحتوي الخزف على بعض التطبيقات الطبية والصناعية التي لا تقتصر عليها الصين ، للاستخدام المحلي والفني. علاوة على ذلك ، في حين أن الخزف شفاف دائمًا ، فإن الصين غير شفافة.
عجينة صلبة أو خزف "حقيقي" نشأ في الصين خلال عهد أسرة تانغ (618-907 م) ؛ ومع ذلك ، لم يتطور الخزف عالي الجودة مقارنة بالأدوات الحديثة حتى سلالة يوان (1279-1368 م). يتكون الخزف الصيني المبكر من الكاولين (الطين الصيني) والبيغماتيت ، وهو نوع خشن من الجرانيت. كان الخزف غير معروف لدى الخزافين الأوروبيين قبل استيراد الأواني الصينية خلال العصور الوسطى. حاول الأوروبيون تكرار الخزف الصيني ، لكنهم ، غير قادرين على تحليل تركيبته الكيميائية ، يمكنهم تقليد مظهره فقط. بعد خلط الزجاج مع أكسيد القصدير لجعله معتمًا ، حاول الحرفيون الأوروبيون الجمع بين الطين والزجاج المطحون. أصبحت هذه البدائل تعرف باسم الخزف الناعم أو الزجاجي أو الاصطناعي. ومع ذلك، ولأنها كانت أكثر نعومة من الخزف الأصلي ، وكذلك مكلفة في الإنتاج ، استمرت الجهود لتطوير الخزف الحقيقي. في عام 1707 نجح اثنان من الألمان يدعى Ehrenfried Walter von Tschimhaus و Johann Friedrich Bottger من خلال الجمع بين الطين مع الفلسبار المطحون بدلاً من الزجاج المطحون المستخدم سابقًا.
في وقت لاحق من القرن الثامن عشر ، تحسنت اللغة الإنجليزية بشكل أكبر على وصفة الخزف عندما اخترعت الصين العظام عن طريق إضافة الرماد من عظام الماشية إلى الطين والفلسبار والكوارتز. على الرغم من أن خزف العظام يتم إطلاقه في درجات حرارة أقل من الخزف الحقيقي ، إلا أن رماد العظام يتيح لها أن تصبح شفافة مع ذلك. نظرًا لأنه من الأسهل صنعه ، وأصعب تشققه ، وأقوى من الخزف الصلب ، أصبحت الصين العظمية أكثر أنواع الخزف شيوعًا في الولايات المتحدة وبريطانيا (يواصل المستهلكون الأوروبيون تفضيل الخزف الصلب).
مواد أولية
المكونات الأساسية للخزف هي الطين والفلسبار أو الصوان والسيليكا ، وتتميز جميعها بحجم جزيئي صغير. لإنشاء أنواع مختلفة من الخزف ، يقوم الحرفيون بدمج هذه المواد الخام بنسب متفاوتة حتى يحصلوا على الخصائص الخضراء (الخالية) والمطلوبة.
على الرغم من أن تكوين الطين يختلف اعتمادًا على مكان استخراجه وكيف
لصنع الخزف ، يتم سحق المواد الخام - مثل الطين والفلسبار والسليكا - أولاً باستخدام الكسارات الفكية ، ومطاحن المطرقة ، ومطاحن الكرة. بعد التنظيف لإزالة المواد ذات الأحجام غير الصحيحة ، يخضع الخليط لواحدة من أربع عمليات تشكيل - تشكيل بلاستيكي ناعم أو تشكيل بلاستيكي صلب أو ضغط أو صب - اعتمادًا على نوع الأدوات التي يتم إنتاجها. ثم تخضع السلعة لخطوة أولية لإطلاق النار.
يتم معالجة جميع الصلصال (تتطور صفات زجاجية) ، فقط في درجات حرارة عالية للغاية ما لم يتم خلطها مع مواد تكون عتبة التزجيج أقل. على عكس الزجاج ، فإن الطين حراري ، مما يعني أنه يحمل شكله عند تسخينه. في الواقع ، يجمع الخزف بين مسامية الزجاج المنخفضة وقدرة الطين على الاحتفاظ بشكله عند تسخينه ، مما يجعله سهل التشكيل ومثالي للاستخدام المنزلي. الطين الرئيسي المستخدم في صناعة البورسلين هو الطين الصيني والطين الطيني ، والذي يتكون في الغالب من الكاولينات ، سيليكات الألومنيوم المائية.الفلسبار ، معدن يتكون في الغالب من سيليكات الألومنيوم ، والصوان ، وهو نوع من الكوارتز الصلب ، يعمل كتدفقات في جسم الخزف أو الخليط. تقلل التدفقات من درجة الحرارة التي يتشكل عندها الزجاج السائل أثناء الحرق إلى ما بين 1،835 و 2،375 درجة فهرنهايت (1،000 و 1،300 درجة مئوية). تربط هذه المرحلة السائلة حبيبات الجسم معًا.
السيليكا هي مركب من الأكسجين والسيليكون ، وهما أكثر العناصر وفرة في القشرة الأرضية. تشابهه مع الزجاج واضح في الكوارتز (شكله البلوري) ، العقيق (شكله غير المتبلور) ، والرمل (شكله النجس). السيليكا هي المادة المالئة الأكثر شيوعًا المستخدمة لتسهيل تشكيل وإطلاق الجسم ، وكذلك لتحسين خصائص المنتج النهائي. قد يحتوي الخزف أيضًا على الألومينا ، أو مركب من الألومنيوم والأكسجين ، أو أجسام تحتوي على نسبة قليلة من القلويات ، مثل الستيتايت ، والمعروف باسم الحجر الأملس.
عملية التصنيع
بعد اختيار المواد الخام ووزن الكميات المطلوبة ، تمر عبر سلسلة من خطوات التحضير. أولاً ، يتم سحقهم وتنقيتهم. بعد ذلك ، يتم خلطهما معًا قبل إخضاعهما لإحدى عمليات التشكيل الأربع - تشكيل البلاستيك اللين ، أو تشكيل البلاستيك الصلب ، أو الضغط ، أو الصب ؛ يعتمد الاختيار على نوع السلعة التي يتم إنتاجها. بعد تشكيل الخزف ، يتم إخضاعه لعملية تنقية نهائية ، حرق البسكويت ، قبل التزجيج. الصقيل عبارة عن طبقة من الزجاج المزخرف توضع على جسم من السيراميك. مرحلة التصنيع النهائية هي إطلاق النار ، وهي خطوة تسخين تتم في نوع من الفرن يسمى فرن.
سحق المواد الخام
- 1 أولاً ، يتم تقليل جزيئات المواد الخام إلى الحجم المطلوب ، والذي يتضمن استخدام مجموعة متنوعة من المعدات أثناء العديد من خطوات التكسير والطحن. يتم التكسير الأولي في الكسارات الفكية التي تستخدم الفكوك المعدنية المتأرجحة. يقلل التكسير الثانوي الجسيمات إلى 0.1 بوصة (.25 سم) أو أقل في القطر باستخدام مولر (عجلات مملوءة بالفولاذ) أو المطاحن ، والمطارق الفولاذية سريعة الحركة. للطحن الدقيق ، يستخدم الحرفيون المطاحن الكروية التي تتكون من أسطوانات دوارة كبيرة مملوءة جزئيًا بوسائط طحن من الفولاذ أو السيراميك ذات شكل كروي.
التنظيف والخلط
- 2 يتم تمرير المكونات من خلال سلسلة من الشاشات لإزالة أي مواد ناقصة أو مفرطة الحجم. يتم اهتزاز الشاشات ، التي يتم تشغيلها عادةً في وضع مائل ، ميكانيكيًا أو كهروميكانيكيًا لتحسين التدفق. إذا كان الجسم سيشكل رطبًا ، يتم دمج المكونات مع الماء لإنتاج الاتساق المطلوب. يتم بعد ذلك استخدام الترشيح المغناطيسي لإزالة الحديد من الملاط ، حيث تسمى هذه الخلطات المائية من المواد غير القابلة للذوبان. لأن الحديد يحدث بشكل واسع الانتشار في معظم الطين وسوف ينقل
بعد إطلاق البسكويت ، يتم وضع الأواني الخزفية من خلال عملية التزجيج ، والتي تطبق الطلاء المناسب. يمكن تطبيق التزجيج بالطلاء أو الغمس أو السكب أو الرش. أخيرًا ، تخضع الأدوات لخطوة إطلاق النار في فرن أو فرن. بعد التبريد ، يكتمل البورسلين.
لون أحمر غير مرغوب فيه للجسم إذا تأكسد ، فإن إزالته قبل إطلاق النار أمر ضروري. إذا كان الجسم سيشكل جافًا ، فعادة ما يتم استخدام خلاطات الأصداف أو خلاطات الأشرطة أو الخلاطات المكثفة.
تشكيل الجسم
- 3 بعد ذلك ، يتم تشكيل جسم الخزف. يمكن القيام بذلك باستخدام إحدى الطرق الأربع ، اعتمادًا على نوع السلعة التي يتم إنتاجها:
- تشكيل البلاستيك اللين، حيث يتشكل الطين بواسطة التشكيل اليدوي أو رمي العجلة أو الاهتزاز أو الضغط على الكبش. في رمي العجلة ، يضع الخزاف الكمية المطلوبة من الجسم على عجلة ويشكلها أثناء دوران العجلة. في القفز ، يتم وضع الطين على قالب من الجبس الأفقي بالشكل المطلوب ؛ يقوم هذا القالب بتشكيل جانب واحد من الصلصال ، بينما ينزل قالب ساخن من الأعلى لتشكيل الجانب الآخر. في ضغط الكبش ، يتم وضع الطين بين قالبين من الجبس ، مما يشكله أثناء إخراج الماء. ثم يتم فصل القالب عن طريق تطبيق فراغ على النصف العلوي من القالب والضغط على النصف السفلي من القالب. ثم يتم الضغط على النصف العلوي لتحرير الجسم المشكل.
- تشكيل البلاستيك الصلب ، والذي يستخدم لتشكيل أجسام بلاستيكية أقل. يضطر الجسم من خلال قالب فولاذي لإنتاج عمود من الطوق الموحد. يتم قطع هذا إما في الطول المطلوب أو استخدامه فارغًا لعمليات التشكيل الأخرى.
- الضغط ، الذي يستخدم لضغط وتشكيل الأجسام الجافة في قالب صلب أو قالب مرن. هناك عدة أنواع من الضغط ، بناءً على اتجاه الضغط. يصف الضغط أحادي المحور عملية الضغط من اتجاه واحد فقط ، في حين أن الضغط المتساوي الضغط يستتبع تطبيق الضغط بالتساوي من جميع الجوانب.
- صب الانزلاق ، حيث يتم صب الملاط في قالب مسامي. يرشح السائل من خلال القالب ، تاركا طبقة من الجسم الخزفي الصلب. تستمر المياه في التصريف من طبقة الصب حتى تصبح الطبقة صلبة ويمكن إزالتها من القالب. إذا لم يتم تصريف السوائل الزائدة من القالب وتم السماح للمادة بأكملها بالتصلب ، تُعرف العملية باسم الصب الصلب.
اطلاق البسكويت
- 4 بعد تشكيل الأجزاء الخزفية ، يتم إطلاقها بشكل ثنائي ، مما يؤدي إلى تسخينها عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا لتبخير الملوثات المتطايرة وتقليل الانكماش أثناء الحرق.
تزجيج
- 5 بعد طحن المواد الخام للزجاج ، يتم خلطها بالماء. مثل ملاط الجسم ، يتم فحص ملاط التزجيج وتمريره من خلال المرشحات المغناطيسية لإزالة الملوثات. ثم يتم تطبيقه على الأدوات عن طريق الطلاء أو الصب أو الغمس أو الرش. يمكن إنتاج أنواع مختلفة من الزجاج عن طريق تغيير نسب المكونات المكونة ، مثل الألومينا والسليكا والكالشيا. على سبيل المثال ، تؤدي زيادة الألومينا وتقليل السيليكا إلى إنتاج طلاء زجاجي غير لامع.
إطلاق
- 6 الإطلاق هو خطوة تسخين إضافية يمكن القيام بها في أحد نوعين من الفرن أو الفرن. يتكون الفرن الدوري من غرفة واحدة مبطنة بالحرارة ومختومة ومزودة بمنافذ المداخن والمداخن (أو عناصر التسخين الكهربائي). يمكنها إطلاق دفعة واحدة فقط من الأدوات في المرة الواحدة ، ولكنها أكثر مرونة حيث يمكن تعديل دورة إطلاق النار لكل منتج. فرن النفق عبارة عن غرفة حرارية يبلغ طولها عدة مئات من الأقدام أو أكثر. تحافظ على مناطق درجة حرارة معينة بشكل مستمر ، مع دفع الأدوات من منطقة إلى أخرى. عادة ، ستدخل المستلزمات إلى منطقة التسخين المسبق وتتحرك عبر منطقة إطلاق مركزية قبل مغادرة الفرن عبر منطقة التبريد. عادة ما يكون هذا النوع من الفرن أكثر اقتصادا وكفاءة في الطاقة من الفرن الدوري.
- 7 أثناء عملية إطلاق النار ، تحدث مجموعة متنوعة من ردود الفعل. أولاً ، تحترق الشوائب القائمة على الكربون ، وتتطور المياه الكيميائية (عند 215 إلى 395 درجة فهرنهايت أو 100 إلى 200 درجة مئوية) ، وتبدأ الكربونات والكبريتات في التحلل (عند 755 إلى 1،295 درجة فهرنهايت أو 400 إلى 700 درجة مئوية). يتم إنتاج الغازات التي يجب أن تهرب من الأواني. عند التسخين الإضافي ، تتكسر بعض المعادن إلى مراحل أخرى ، وتتفاعل التدفقات الموجودة (الفلسبار والصوان) مع المعادن المتحللة لتكوين أكواب سائلة (عند 1،295 إلى 2،015 درجة فهرنهايت أو 700 إلى 1100 درجة مئوية). هذه المراحل الزجاجية ضرورية لتقليص وربط الحبوب. بعد تحقيق الكثافة المطلوبة (أكبر من 2195 درجة فهرنهايت أو 1 ، 200 درجة مئوية) ، يتم تبريد المستودع ، مما يتسبب في تجمد الزجاج السائل ، وبالتالي تشكيل رابطة قوية بين الحبوب البلورية المتبقية. بعد التبريد ، يكتمل الخزف.
