ใน Blog นี้เรา พูดถึง ในการเผาชิ้นงานเซรามิค ขั้นตอนที่ เนื้อดิน จากบรีส เปลี่ยนเป็นเนื้อเซรามิตสีขาว และเคลือบจากผง เป็นเคลือบสีๆแข็งเหมือนแก้ว ว่า มีขั้นตอนกเป็นอย่างไร และทำไหม เกี่ยวข้องกับตำหนิของชิ้นงานได้ยังไง
ซึ้งเราจะเรียกกระบวนการนี้ว่า การย่อยสลาย ภายในเตา ของดินและเคลือบ
การย่อยสลาย (Decomposition) ในดินและเคลือบในเตาเผา
การย่อยสลาย (Decomposition) หมายถึง กระบวนการที่วัสดุแตกตัวเป็นสารที่ง่ายขึ้น ซึ่งในการทำเซรามิกส์ กระบวนการย่อยสลายเกิดขึ้นทั้งใน เนื้อดิน (Clay body) และ น้ำเคลือบ (Glaze) เมื่อถูกเผาที่อุณหภูมิสูงในเตาเผา ซึ่งส่งผลต่อองค์ประกอบทางเคมี โครงสร้าง และลักษณะของชิ้นงานสุดท้าย อย่างที่กล่าวมาข้างต้น
1. การย่อยสลายของดินในเตาเผา
เมื่อดินถูกเผาในเตาเผา จะเกิดกระบวนการเปลี่ยนแปลงเป็นขั้นตอนต่างๆ ก่อนจะกลายเป็นชิ้นงานเซรามิกที่สมบูรณ์
ขั้นตอนการย่อยสลายของดินในเตาเผา
- การระเหยของน้ำ (~100°C – 200°C) อบ หรือ เผาบรีส
- น้ำที่อยู่ในเนื้อดินระเหยออก
- หากน้ำถูกขังไว้ อาจทำให้ดินแตกหรือระเบิดได้
- การเผาไหม้ของสารอินทรีย์ (~300°C – 700°C) เผาบรีส
- สารอินทรีย์ เช่น เศษพืช หรือคาร์บอน ถูกเผาไหม้ออก
- ดินอาจเปลี่ยนเป็นสีดำ และเป็นสีขาว เทา หรืออมชมพู
- การสูญเสียน้ำที่เป็นส่วนหนึ่งของแร่ (~500°C – 800°C)เผาบรีส
- แร่ดินเหนียว เช่น สูญเสียน้ำที่อยู่ในโครงสร้างทางเคมี ทำให้ดินเปลี่ยนโครงสร้างถาวร
- หลังจากขั้นตอนนี้ ดินจะไม่สามารถกลับไปเป็นดินเหนียวอ่อนนุ่มได้อีก
- การเปลี่ยนโครงสร้างของควอทซ์ (~573°C) เผาบรีส
- โครงสร้างผลึกของควอทซ์ เปลี่ยนรูป ทำให้เกิดการขยายตัวและหดตัวเล็กน้อย (ขนาดบรีสหดตัวลง )
- หากอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงเร็วเกินไป อาจทำให้เกิดรอยร้าวในดิน (Thermal Shock) ขั้นตอนที่ชี้วัดการแตกของชิ้นงาน
- การเกิดแร่ธาตุใหม่ (~900°C – 1100°C) รอยต่อระหว่าง บรีส และเคลือบ
- ซึ่งทำให้เนื้อดินแข็งแรงขึ้น
- แร่เหล็กในดินทำปฏิกิริยา อาจส่งผลต่อสีของเซรามิก เคลือบเริ่มหลอม
- การหลอมตัวของเนื้อดิน (Vitrification) (~1100°C – 1300°C) เผาเคลือบ
- อนุภาคดินเริ่มหลอมและเชื่อมติดกัน ทำให้ความพรุนลดลง
- ดินแข็งแกร่งขึ้นและสามารถกันน้ำได้ เคลือบ หลอมละลายเต็มที่
- การเผามากเกินไป (Over-firing) (สูงกว่าอุณหภูมิที่เหมาะสมของดิน)
- อาจทำให้เนื้อดินละลายผิดรูป (Slumping) เกิดโพรงก๊าซ (Bloating) หรือบิดเบี้ยว
2. การย่อยสลายของเคลือบในเตาเผา
น้ำเคลือบจะเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและกายภาพเมื่อได้รับความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่เหมาะสม ทำให้เกิดพื้นผิวมันวาวหรือด้านตามต้องการ
ขั้นตอนการย่อยสลายของเคลือบในเตาเผา
- การเผาไหม้ของสารอินทรีย์ (~200°C – 500°C)
- วัสดุอินทรีย์ เช่น สารยึดเกาะในน้ำเคลือบ ถูกเผาไหม้ออก
- การสลายตัวของคาร์บอเนตและซัลเฟต (~600°C – 900°C)
- คาร์บอเนต เช่น แคลเซียมคาร์บอเนต ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ออกมา
- การทำงานของฟลักซ์และการหลอม (~900°C – 1300°C)
- ฟลักซ์ ลดจุดหลอมเหลวของซิลิกา
- น้ำเคลือบเริ่มเปลี่ยนจากผงแห้งเป็นของเหลวใส
- การก่อตัวของเนื้อแก้ว (Glass Formation) (~1200°C – 1300°C)
- ซิลิกาหลอมตัวเต็มที่และเกิดพื้นผิวมันวาว
- บางครั้งอาจเกิดผลึกภายในน้ำเคลือบ ทำให้เกิดเอฟเฟกต์พิเศษ เช่น เคลือบด้านหรือเคลือบผลึก
- การเย็นตัวและแข็งตัวของน้ำเคลือบ (~ต่ำกว่า 1100°C)
- น้ำเคลือบเย็นลงและแข็งตัวเป็นชั้นแก้ว
- หากเย็นตัวเร็วเกินไป อาจเกิดข้อบกพร่อง เช่น ครอริ้ง เคลือบคลาน
3. ข้อบกพร่องจากการย่อยสลายไม่สมบูรณ์
จากข้อ 1 และ 2 ที่ได้กล่าวมา ข้อ 3 จะคือผลการ การย่อย สลายไม่สมบูรณ์ ดังนี้
- – รูพรุนบนผิวเคลือบ เนื่องจากก๊าซค้างอยู่ในเนื้อดิน (ตามด รูเข็ม )
- – การพองของเนื้อดินจากก๊าซที่ไม่สามารถระบายออกได้ (ดินพอง ตัว )
- – รอยร้าวบนเคลือบ เนื่องจากอัตราการขยายตัวของเคลือบและดินไม่เข้ากัน (เคลือบและดิน ต่าง กัน ส่วนประกอบต่างกันหดตัวต่างกัน )
- – เคลือบหลุดออกจากดิน เนื่องจากเคลือบหดตัวมากกว่าดิน (เคลือบคลาน เคลือบไหล)