Upload
schaiwan-schaiwan
View
228
Download
1
Tags:
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Lecture note no.3 for Introduction to Ceramic Engineering students.
Citation preview
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 11
Raw Materials of CeramicsRaw Material PreparationRaw Material Preparation
Testing of Raw Materials Testing of Raw Materials
Clay Bodies: Clay Bodies: –– Body Formulation (various kinds of bodies) Body Formulation (various kinds of bodies) pp pp
170170--195195
–– Testing of Products Testing of Products pp 196pp 196--218218
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 22
ทบทวน
Olivine (Mg,Fe)Olivine (Mg,Fe)22SiOSiO44
MonticelliteMonticellite CaMgSiOCaMgSiO44
KnebeliteKnebelite (Mn,Fe)(Mn,Fe)22SiOSiO44
OlivineOlivine
AugiteAugite (Ca,Fe,Mg)SiO(Ca,Fe,Mg)SiO33
EnstatiteEnstatite MgSiOMgSiO33
PyroxenePyroxene
Hornblende (Na,K)Hornblende (Na,K)00--11CaCa22(Mg,Fe(Mg,Fe2+2+,Fe,Fe3+3+,Al),Al)55SiSi66--77AlAl22--11OO2222(OH)(OH)22AmphibolesAmphiboles
Muscovite Muscovite KK22O.O.3Al3Al22OO33..66SiOSiO22.2H.2H22OO
BiotiteBiotite K(Mg,Fe)K(Mg,Fe)33.(AlSi.(AlSi33OO1010)(OH))(OH)22
Micas:Micas: WhiteWhite
DarkDark
Orthoclase Orthoclase KK22OO.Al.Al22OO33..66SiOSiO22
AnorthiteAnorthite CaOCaO.Al.Al22OO33..22SiOSiO22
AlbiteAlbite NaNa22OO.Al.Al22OO33..66SiOSiO22
Plagioclase Plagioclase NaNa22OO.Al.Al22OO33..66SiOSiO22--CaOCaO.Al.Al22OO33..22SiOSiO22
FeldsparsFeldspars
Quartz : SiO2Quartz : SiO2QuartzQuartz
Silicate MaterialsSilicate Materials
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 33
การสลายตวของแรการสลายตวของแรKK22O.AlO.Al22OO33.6SiO.6SiO22 +2H+2H22O +COO +CO22
== AlAl22OO33.2SiO.2SiO22.2H.2H22OO + 4SiO+ 4SiO22 ++ KK22COCO33
CaO.AlCaO.Al22OO33.2SiO.2SiO22 +3H+3H22O +2COO +2CO22
== AlAl22OO33.2SiO.2SiO22.2H.2H22OO + + Ca(HCOCa(HCO33))22
orthoclase
Clay ละลายในนาanorthite
Clay ละลายในนา
• Mica ในหนแกรนตสามารถเปลยนแปลงเปน Kaolinite และ montmorillonite แตสวนใหญไมมการเปลยนแปลง• Quartz เสถยรมาก ไมมเปลยนทางเคม แตถกบดยอยทางกายภาพได
ทบทวน
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 44
เพมเตมGranite and BasaltGranite and BasaltTypical mineral compositionTypical mineral composition
--5050--
5050----
353535352525--
00--5500--55
OrthoclaseOrthoclasePlagioclasePlagioclaseQuartzQuartzOlivineOlivineMuscoviteMuscoviteBiotiteBiotite
BasaltBasaltGraniteGranite%%โดยประมาณโดยประมาณแรแร
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 66
KaoliniteKaolinite/Halloysite/Halloysite andandMontmorilloniteMontmorillonite
KaoliniteKaolinite อาจจะมอาจจะม Fe Fe หรอหรอ Ti Ti ปะปนปะปน เนองจากการสรางผลกทไมเนองจากการสรางผลกทไมสมบรณสมบรณ ซงทาใหดนหลงเผามสสนตางไปจากสขาวซงทาใหดนหลงเผามสสนตางไปจากสขาว ((รปรางไมเปนรปรางไมเปน hexagonalhexagonal))
KaoliniteKaolinite ทมผลกไมสมบรณทมผลกไมสมบรณ ( (disordered disordered kaolintekaolinte) ) สวนใหญจะมสวนใหญจะมขนาดเลกกวาขนาดเลกกวา KaoliniteKaolinite ทมผลกสมบรณทมผลกสมบรณ ((แตไมเสมอไปแตไมเสมอไป)) ในใน Flint Clay Flint Clay จะมผลกของจะมผลกของ hexagonal hexagonal kaolinitekaolinite ขนาดเลกมากขนาดเลกมากKaoliniteKaolinite และและ HalloysiteHalloysite เกดขนดวยกนเกดขนดวยกน มสวนประกอบเคมมสวนประกอบเคม และและกายภาพตางกนกายภาพตางกน เนองจากเนองจาก HalloysiteHalloysite มลกษณะมลกษณะ tabular form tabular form ทาใหการหดตวไมทาใหการหดตวไม uniformuniform
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 77
KaoliniteKaolinite/Halloysite/Halloysite andandMontmorillonite (cont.)Montmorillonite (cont.)
Montmorillonite Montmorillonite เกดขนจากเกดขนจาก pyrophyllite pyrophyllite ซงมการทดแทนของซงมการทดแทนของ MgMg2+2+
ในตาแหนงของในตาแหนงของ AlAl3+3+ และเพอใหประจสมดลและเพอใหประจสมดล NaNa++ จะปรากฏอยดวยจะปรากฏอยดวยMontmorillonite Montmorillonite สามารถดดนาไดดสามารถดดนาไดด เนองจากเนองจาก ของเหลวของเหลว((นาหรอสารนาหรอสารอนทรอนทร)) สามารถแทรกอยระหวางชนของผลกสามารถแทรกอยระหวางชนของผลก พรอมทงมการแลกเปลยนพรอมทงมการแลกเปลยนประจประจMontmorillonite Montmorillonite มขนาดอนภาคทเลกมขนาดอนภาคทเลก ความเปนพลาสตกสงความเปนพลาสตกสงMontmorillonite Montmorillonite เปนสวนประกอบสาคญในดนเปนสวนประกอบสาคญในดน bentonite bentonite
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 88
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 99
Raw Clay PreparationRaw Clay Preparationเพอเตรยมดนใหไดเนอดนท uniform สาหรบการผลตโดยใชวตถดบทละมหาศาล ตองทาการผสมดนและเตรยมดนใหมความ uniform ในสมบตตอไปน
1. Chemical and Mineralogical composition2. Particle size distribution3. Moisture content4. Degree of Ageing
Choice of processes and equipment can affect these properties.
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 1010
Consistency of Clay MaterialsConsistency of Clay Materials
การจดเกบเปนชนๆชวยลดความหลากหลายของเนอดนการจดเกบเปนชนๆชวยลดความหลากหลายของเนอดน มากชนมากชน ยงดยงด ขนาดพนทการเกบวตถดบมหาศาลขนาดพนทการเกบวตถดบมหาศาล ควรมโกดงควรมโกดง ++ หลงคากนฝนหลงคากนฝน รถขนดนแตละคนควรเทดนทละชนๆรถขนดนแตละคนควรเทดนทละชนๆ แลวเกลยใหกระจายในแตละชนใหแลวเกลยใหกระจายในแตละชนใหมากทสดมากทสด เพมจานวนชนจากเพมจานวนชนจาก 10 10 เปนเปน 20 20 สามารถลดความไมคงทของเนอดนไดถงสามารถลดความไมคงทของเนอดนไดถง 1.4 1.4 ((หรอหรอ √√22)) (blending effect ~ (blending effect ~ √√ No. of LayersNo. of Layers)) การบมนานการบมนาน ++ เพมความรอนเพมความรอน ความเหนยวเพมขนความเหนยวเพมขน 1212--24hrs24hrs. . (Bacterial activity, moisture) (Bacterial activity, moisture) depends of types of clay.depends of types of clay.
ความชนซมไดลกลงไปในเนอดนไดไมเกนความชนซมไดลกลงไปในเนอดนไดไมเกน 50mm 50mm
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 1111
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 1212
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 1313
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 1414ไซโลทมฐานหมนได และมเกลยวหมนลาเลยงดนออก
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 1515
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 1616
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 1717
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 1818
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 1919
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 2020
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 2121
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 2222
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 2323
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 2424
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 2525
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 2626
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 2727
Vibrating SeparationVibrating Separation
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 2828
Rules of mixingRules of mixing
One Component System: Void volumeOne Component System: Void volume
a) Cubic 47.64% 6b) Single Stager 39.55% 8c) Double Stager 30.20% 10d) Pyramidal 25.95% 12e) Tetrahedral 25.95% 12
Coordination no.
By random single-size particles has 40% voids (= 0.4)
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 2929
Rule of mixingRule of mixingTwoTwo--Component SystemComponent System
A – true vol of coase sphB – true vol of fine sphC – Bulk vol of coarse sphD – Bulk vol of fine sphO – min. perosity (ideal)H – min. bulk vol of mixed sph
Bulk ≠ True vol because:1. electrostatic repulsive force
2. perfect staggering & distribution is not reached
Fine:Coarse Size 1 : 10 void 25%1 : 50 void 18.5%
2-component = 0.4*0.4= 16% Void
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 3030
Rule of mixingRule of mixing
ThreeThree--Component SystemComponent System
3-component = 0.4 * 16% = 6.4% voidIdeal mixing – 66% coarse / 25% medium / 9% fine particles
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 3131
Industrial Application of MixingIndustrial Application of MixingNote:Note: -- วตถดบไมใชรปทรงกลมวตถดบไมใชรปทรงกลม
-- วตถดบทเตรยมไดสามารถเรยงกนเปนวตถดบทเตรยมไดสามารถเรยงกนเปน closeclose--pack system pack system ไดได
จากจาก HugillHugill, W. and Rees, , W. and Rees, W.J., Trans. Brit. W.J., Trans. Brit. CeramCeram. Soc. . Soc. 2828, 62 , 62 (1929)(1929)
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 3232
การออกแบบการออกแบบ hopper hopper ทชวยในการผสมทชวยในการผสม
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 3333
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 3434
ผลของการเพมความลนผลของการเพมความลน
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 3535
Testing of Raw MaterialsTesting of Raw Materialsการเกบตวอยางดนจากแหลงดนการเกบตวอยางดนจากแหลงดน มขนตอนการทดสอบมขนตอนการทดสอบดงตอไปนดงตอไปน
•• สหลงการเผาสหลงการเผา•• Particle size distribution Particle size distribution •• Chemical AnalysisChemical Analysis•• การทดสอบสายแรการทดสอบสายแร (mineralogical (mineralogical analysis)analysis)•• Differential thermal analysis (DTA)Differential thermal analysis (DTA)
•• สดสวนของนาทจาเปนในการขนรสดสวนของนาทจาเปนในการขนร ((% water)% water)
•• Drying shrinkageDrying shrinkage•• Firing Shrinkage Firing Shrinkage
@1000@1000°°C, 1050C, 1050°°C, 1100C, 1100°°CC•• นาหนกทหายไปหลงเผานาหนกทหายไปหลงเผา
LABORATORY WORKS!
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 3636
DefinitionsDefinitionsDry ShrinkageDry Shrinkage
Firing ShrinkageFiring Shrinkage
Particle Size distributionParticle Size distribution–– การกระจายตวของอนภาคขนาดใหญและเลกผสมกนการกระจายตวของอนภาคขนาดใหญและเลกผสมกน ( <2( <2µµ, >20, >20µµ))
DTADTA–– การดดและคายพลงงานขณะถกเผาจากอณหภมตาไปสงการดดและคายพลงงานขณะถกเผาจากอณหภมตาไปสง ดวยอตราการใหความรอนคงทดวยอตราการใหความรอนคงท
100×=LengthOriginal
DifferenceLengthShrinkageDrying
100×=LengthOriginal
DifferenceLengthShrinkageFiring
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 3737
Differential Thermal AnalysisDifferential Thermal Analysis
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 3838
ปฏกรยาทเกดขนขณะใหความรอนกบดนปฏกรยาทเกดขนขณะใหความรอนกบดน(2Al2O3(2Al2O3••4SiO24SiO2••2H2O)2H2O)
เกดเกด MulliteMullite และและ SpinelSpinel มากขนมากขน โดยโดย MulliteMullite มสดสวนมสดสวน 3Al3Al22OO33••2SiO2SiO22
12001200--14001400°°°°CC
เปลยนผลกเปลยนผลก SpinelSpinel เปนเปน MulliteMullite และและ Silica Silica หลดจากโครงสรางเพมขนหลดจากโครงสรางเพมขน โครงสรางทางเคมไมโครงสรางทางเคมไมแนนอนแนนอน มโครงสรางของมโครงสรางของ CristobaliteCristobalite
ExothermicExothermic10501050--11001100°°CC
เปลยนสณฐานจากเปลยนสณฐานจาก metameta--kaolin kaolin เปนผลกแบบเปนผลกแบบ SpinelSpinel (2Al(2Al22OO33••3SiO3SiO22) ) เปนการเปลยนแปลงเปนการเปลยนแปลงแบบแบบ ““ทนททนใดทนททนใด””
ExothermicExothermic925 925 °°CC
โมเลกลนาในผลกสลายโมเลกลนาในผลกสลาย กลายเปนกลายเปน metameta--kaolin (2Alkaolin (2Al22OO33••4SiO4SiO22))
EndothermicEndothermic500500°°CC
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 3939
DTA of Carbonaceous brickDTA of Carbonaceous brick
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 4040
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 4141
Types of PotteryTypes of Pottery
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 4242
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 4343
Common Pottery – ชอบานๆ ใชเรยกใหตดปากสาหรบงานททาจากดนประจาถน อาจจะมเคลอบหรอไมมกได เผาไฟแรกท 900°C หลงจากเคลอบแลวเผาท 1000-1100°CMajorica – หรอเรยกวา faience เปนความหลากหลายอกแบบหนงของดนสสม ซงจะมเคลอบอยเสมอ มสวนผสมของทรายมากและ flux บาง เนอขางในกคอดนสแดง เนอมความพรนชอนมาจากประเทศอตาล (Faience มาจากเมอง Faenza และ Majorica มาจากเมอง MajorcaEarthenwareEarthenware – เรยกงายๆวาเปนเครองดนเผาทไมใชสขาว คาวา earthen ฟงดแลวไมเราใจเทาไหร จงทาใหเกด “เพดาน”ของความนยมและการนาไปใชในสถานทถอวา “ฟฟา”Lime earthenware (Ca*) ทามาจากดน Marl บางทใช dolomite CaMg(CO3)2 ทาใหเนอดนทเผาสกตวแลวมความพรนเนองจากมกาซเกดขนขณะเผา มนาหนกเบา Feldspathic earthenware (hard earthenware) มหนฟนมามากถง 5-20% ใช Cornish Stone เปนสวนผสม Wedgewood (เจาเกาขององกฤษ) เปนตนตาหรบการผลต hard earthenware น สดนครมนวลๆ เผาท 900-1050°C ไฟแรกและ 1050-1150°C
สาหรบการเผาเคลอบ สาหรบชนงานทมคณภาพดๆ นน อาจจะมความแกรงเหมอน hard porcelain
เสยดวยซา เนองจากมความพรนและหดขยายได สามารถใช Wollastonite (CaSiO3 )ผสมชวยได
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 4444
Lithia-based cookingware – ใชในเตาอบรอนๆได แตไมควรใชบนเปลวไฟโดยตรง Li2O นามาใชเพอใหเนอดนมการหดยดตวนอยลงขณะทมการเปลยนอณหภม Gustavsberg/Sweden เปนเจาตาหรบในการผลต ม COE ~ 2x10-6 Stoneware
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 4545
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 4646
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 4747
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 4848
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 4949
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 5050
Nov 19, 2010Nov 19, 2010 [email protected]@su.ac.th 5151