در اين مقاله برخي از مواد اوليه ي مهم مورد استفاده در صنعت سراميک را معرفي مي کنيم. بدست آوردن مواد اوليه ي مناسب، اولين مرحله از توليد اجزاي سراميکي است. دو منبع عمده براي مواد خام وجود دارد. اين دو منبع عبارتند از :
کاني هاي طبيعي (Naturally occurring Minerals)
کاني هاي مصنوعي (Synthetic Minerals)
در مورد مينرال هاي طبيعي ما توضيحاتي درمورد منشع، محل تمرکز منابع و مکان هايي که احتمال وجود آنها هست را توضيح مي دهيم. همچنين فراواني نسبي آنها را نيز بيان مي کنيم. براي آنکه بتوان از منيرال هاي طبيعي استفاده کرد بايد آنها را تغليظ کرد. در اغلب موارد صنايع تغليظ کننده در کنار منابع اين مينرال ها پديد مي آيند.
بيشتر اين مينرال ها پيش از استفاده شدن بايد تغيير حالت فيزيکي – شيميايي دهند تا براي استفاده شدن مناسب شوند. به مجموعه ي اين فرآيندها فرآوري مي گويند . افراد شاغل در زمينه ي فرآوري با مطالعه ي مستمر مي دانند که يک اکسيد چگونه تشکيل گشته و چه ناخالصي هايي به همراه آن وجود دارد. البته آگاهي دقيق از ترکيب شيميايي يک مينرال طبيعي بوسيله ي آزمايشات آناليز انجام مي شود. موادي که در طبيعت بوجود نمي آيند يا در طبيعت به ميزان بسيار کمي وجود دارند را بايد به صورت مصنوعي تهيه کرد. (ازاين رو اتلاق واژه ي مينرال به آنها صحيح نمي باشد). در ادامه ما به بيان فرآيندهاي سنتز اين مواد مي پردازيم. کاربيدها، نيتريدها و بريدها مواد مصنوعي متداول مورد استفاده در صنعت سراميک هستند. البته برخلاف متدوال بودن آنها، اين مواد، موادي گران بها هستند و توليد شان بوسيله ي فرآيندهاي خاص انجام مي شود. براي اکثر مواد غير اکسيدي، ناخالصي عمده ي مواد اوليه در توليد آنها هستند که به طور کامل واکنش نداده اند مانند آلومينيوم در نيتريد آلومينيوم (AIN) يا سيليسيم در نيتريد سيليسيم   در صنعت ساخت سراميک هاي ويژه ، مواد خام مختلفي استفاده مي شوند که اگر بخواهيم به آنها بپردازيم ، هر کدام يک مقاله را به خود اختصاص مي دهند. در اين مقاله ما سعي مي کنيم گروه هاي اصلي مواد خام طبيعي و مصنوعي را معرف کنيم.

سنگ معدن ، مکافي و زمين شناسي
 

شکل 1 يک برش عرضي است که زمين را به صورت شماتيک نشان مي دهد. زمين داراي شعاع متوسط 6370 کيلومتر است که اين شعاع از سه لايه ي مجزا تشکيل شده است. لايه ي بيروني زمين پوسته ناميده مي شود.اين لايه نسبت به دو لايه ي ديگر نازک تر است. صخامت آن از 20-60 کيلومتر متغير است.

(به طور متوسط پوسته 30 کيلومتر صخامت دارد.) اين پوسته ي زمين است که کاني هاي مفيد براي بشر را در خود جاي داده است.
پوسته ي قاره اي اصولا از سيليکات هاي منيزيم ، آهن، آلومينيوم و کلسيم تشکيل شده است که به همراه اين مواد، فلزات قليايي، آلومينيوم وسيليس آزاد وجود دارد. جدول 1 فراواني عناصر عمده ي پوسته ي قاره اي را نشان مي دهد. اگر به جدول توجه کنيد متوجه مي شويد که اکسيژن ، سيليسيم و آلومينيوم با هم تقريبا %90 وزني عناصر پوسته را تشکيل مي دهند.

لايه ي زير پوسته جبه ناميده مي شود. اين تصور وجود دارد که لايه ي ضخيم جبه از سيليکات هاي منيزيم، سيليکات آهن، آهن آزاد و سولفيدهاي آهن تشکيل شده است. مينرال هاي موجود در جبه و هسته هم اکنون قابل دسترسي نيستند براي همين در مورد آنها بيشتر توضيح نمي دهيم. به هر حال زمين شناسان مي توانند به توصيف سنگهايي بپردازند که از جبه و به صورت فرآيندهاي طبيعي به سطح آمده اند. معدن منبعي از يک ماده ي معدني است که ارزش استخراج داشته باشد. مثال هايي از معدن ها عبارتند از: هماتيت (سنگ معدن اصلي آهن)، ايلمنيت (سنگ معدن اصلي تيتانيم .البته علاوه بر تيتانيم اين ماده آهن نيز دارد.) ، پيروفانيت نيز يکي از مواد معدني تيتانيم دار است اما اين ماده ي معدني ماده اي بسيار کمياب است.
تشکيل کاني ها
کاني ها جزء اصلي سنگ ها هستند که از بخش جامد و غير آلي زمين بدست آمده اند. سنگ ها معمولا از يک کاني تشکيل نشده اند. در واقع آنها از تجمع دو يا چند کاني تشکيل شده اند. عموما زمين شناسان سنگ ها را به سه نوع تقسيم مي کنند . که اين سه نوع عبارتند از :
1)سنگ هاي آذرين (igneous)
2)سنگ هاي دگرگون (metamorphic)
3)سنگ هاي رسوبي (Sedimentry)

سنگ هاي آذرين
 

اين مواد وقتي تشکيل مي شوند که ماگما در نزديکي پوسته و يا در خارج از پوسته و در سطح زمين سرد و جامد مي شود. واژه ي آذرين (igneous) از واژه ي ignis که يک واژه ي لاتين است ، گرفته شده است. ignis به معناي آتش است. وسنگ هاي آذرين به معناي سنگ هاي بوجود آمده از آتش است. ماگما از عناصري چون سيليس، آلومينيوم، اکسيژن، سديم ، پتاسيم، کلسيم ، آهن و منيزيم غني است. جدول 2 گستره ي ترکيب عناصر عمده ي موجود در سنگ هاي آذرين را نشان مي دهد.

اينها عناصري هستند که وقتي با سيليس ترکيب شوند، تشکيل سيليکات مي دهند. سيليکات ها به تنهايي 90 درصد از سنگ هاي آذرين را تشکيل مي دهند. تمام کاني هاي سيليکاتي از گروه هاي سيليکات تشکيل شده اند.طبقه بندي کاني هاي سيليکاتي بر اساس نحوه ي ترکيب اين گروه ها انجام مي شود. ويژگي مينرال هاي بوجود آمده ازماگما به ترکيب شيميايي و دماي ماگما بستگي دارد. نحوه ي کرستاليزاسيون کاني هاي سيليکاتي اصلي بوسيله ي واکنش هاي زنجيره اي Bowen توصيف مي گردد که در شکل 2 اين واکنش ها را مي ببيند. اولوين (Olivine) و فلوسپار کلسيم دار در دماي بالا تشکيل مي شوند. و اين امکان وجود دارد که در همان ابتداي تشکيل از مذاب جدا شوند. همين طور که دما کاهش مي يابد، ساير کاني ها نيز از مذاب به جامد تبديل مي شوند. آخرين کاني هايي که کريستالين مي شوند عبارتند از : فلدسپار پتاسيک، ميکاي موسکويتي (mic muscovite) و کوارتز. اين مواد جزء اصلي گرانيت (granite) را تشکيل مي دهند.

در پايان آب موجود در ماگما فلزات و گوگرد موجود در ماگما را در خود حل کرده و با نفوذش در ترک ها سبب تشکيل رگه هايي از سولفيد در سنگ ها مي شود.

سنگ هاي دگرگون
 

سنگ هاي دگرگون داراي ساختار دگرگون هستند که در آنها استحاله هاي شيميايي رخ داده است. اين تغيير دگرديسي يا دگرگوني ناميده مي شود (metamorphism or metamorphosis) استحاله ي رخ داده در اين سنگ ها به دليل اعمال دما و فشار بالا بر سنگ بستر اوليه است. اين فشار و دماي بالا در اعماق لايه هاي زمين پديد آمده است. اين دگرگوني در حالت جامد رخ مي دهد بدون آنکه ماده ي اوليه ذوب شود و نتيجه آن تشکيل کاني هاي جديد مانند کيانيت (kyanite)، استاروليت (Staurolite) ، سيليمانيت (Sillimanite)، آندالوزيت (andalusite)، و گارنت (garnets) مي شود . ساير کاني ها مانند درصد ناچيزي از سنگ هاي آذرين ممکن است در سنگ هاي دگرگون وجود داشته باشند. البته اين نوع کاني ها لزوما به خاطر فشار و دماي بالاي صفحات تشکيل نشده اند. و در نمونه ي سنگ اوليه وجود داشته اند. واژه ي دگرگون (metamorphic) واژه اي است که در اصل يوناني است و از دو واژه ي متا (mata) به معناي تغيير و مورفي (morphe) به معناي شکل تشکيل شده است.

سنگ هاي رسوبي
 

اين نوع از سنگ ها هنگامي تشکيل مي شوند که ذرات کوچک و يا کريستال هاي با خاصيت ته نشين شوندگي به همديگر بچسبند . سنگ هاي رسوبي به سنگ هاي شيمايي(chemical) يا کلاسيک (clasic : جدا شونده) طبقه بندي شوند. سنگ هاي رسوبي کلاسيک هنگامي تشکيل مي شوند که ذرات سنگ ريزه ي توليد شده بوسيله ي هوازدگي شيميايي و فيزيکي بوسيله ي آب، يخ و باد به مکان هاي جديد منتقل شوند و به همديگر بچسبند.
سنگ هاي رسوبي شيميايي هنگامي تشکيل مي شوند که يون هايي با قابليت حل شوندگي بالا مانند يون هاي سديم، پتاسيم، کلسيم، منيزيم، کلر، سولفات، کربنات و فسفات از سنگ هاي اوليه در آب حل شوند و رسوب دهي ثانويه در آنها اتفاق افتد. اين مواد تشکيل لايه هايي در کف اقيانوس ها و درياچه ها مي دهند و در همان مکان به همديگر مي چسبند. ترکيب سنگ هاي رسوبي به موارد زير بستگي دارد:
1)ترکيب شيميايي منبع سنگ اوليه
2) مقاومت شيميايي و مکانيکي هر جزء کاني
3)مسافت پيموده شده بوسيله ي مواد تشکيل دهنده سنگ رسوبي
کاني هاي پايدار مانند کوارتز معمولا جزء اصلي سنگ هاي رسوبي هستند و همچنين کاني هاي کمياب (مانند گارنت، روتايل (rutile) و زيرکن) نيز در اين سنگ ها ديده مي شود.
اگر چه فلدسپار کاني با مقاومت پايين است اما اين ماده به عنوان يکي از اجزاي اصلي سنگ هاي رسوبي است. کاني هاي رسوبي شامل کربنات (مانند کلسيت ( Calcite) و دولوميت (Dolomite)، سولفات ها (مانند گيبسيت (gypsum) و آنهيدرايت (anhydrite) )، کلريدها، سيليس کلسدونيک (Silica chalcedonic) هستند.

سه نوع سنگ توضيح داده شده در بالا در شکل 3 نشان داده شده اند. اين شکل نشان دهنده چرخه ي سنگ هاست.

فرآوري
 

فرآوري فرآيندي است که اکثر مينرال ها پيش از استفاده شدن در توليد سراميک ها از آن عبور مي کنند. فرآوري فيزيکي شامل خردايش و آسياب سنگ هاي درشت مي شود. اندازه ي ذره ي ماده ي خام ممکن است بر روي مراحل بعد فرآيند توليد تاثير بگذارد. يکي از مثال ها در اين زمينه فرآوري آلومينا از بوکسيت است. اين فرآيند شامل مراحل مختلف و فرآيند هاي شيميايي است.
فرآوري شيميايي شامل فرآيندهايي است که در آنها کاني هاي با ارزش از مواد باطله جدا مي شوند. براي مثال در اين فرآيندها بواسطه ي انحلال مواد در محلول هاي خاص و فيلتراسيون عمل فرآوري انجام مي شود. فرآيند باير که بوسيله ي آن آلومينا فرآوري مي شود مثالي خوب از فرآوري شيميايي است . در اين فرآيند بوکسيت که شامل مواد ناخالصي فراواني است تغليظ و فرآوري مي شود.
ميزان خلوص مواد خام بر روي ترکيب محصول پاياني اثر مي گذارد. براي بسياري از بدنه هاي سراميکي کنترل دقيق ميزان ناخالصي ها ضروري مي باشد . در اين کاربردها مواد اوليه به صورت مصنوعي تهيه مي شوند. علاوه بر اين برخي از مواد سراميکي به صورت طبيعي وجود ندارند و از اين رو بايد آنها را با روشهاي شيميايي بسازيم. سنتز مصنوعي پودر سراميک ها نه تنها داراي مزيت خالص بودن است بلکه اجازه مي دهد تا پودر هاي بسيار ريز با مرفولوژي بسيار خوب توليد شود.

وزن و مقياس
 

درسيستم جهاني SI جرم داراي واحد کيلوگرم است. اين واحد به خاطر برخي مسائل مورد توجه است. واحد کيلوگرم از پيشوند کيلو بعلاوه گرم پديد آمده است. کيلوگرم بوسيله ي وزن مرجع يک استوانه ي پلاتين – ايريديم تعريف مي شود. اين رفرنس در مرکزي در فرانسه نگهداري مي شود. براي بيان جرم موادي که در فرآيندهاي تغليظ و معدن کاري با آنها روبرو هستيم معمولا از واحد تن (metricton) استفاده مي شود. هر تن هزار کيلوگرم يا يک مگاگرم است . مسئله گيج کننده در زمينه واحد تن وجود واحدهاي خاص آمريکايي و انگليسي براي تن است. که امروزه هنوز در اين کشورها در حال استفاده شدن هستند. يک تن برابر o.984 تن انگليسي است. همچنين يک تن برابر 1.103 تن آمريکايي است.
مسأله ي گيج کننده ي ديگري که وجود دارد اين است که در انگلستان واحد آمريکايي تن در معادن سنگ هاي فلز دار (فلزي) استفاده مي شود و اين در حالي است که واحد انگليسي تن در معادن ذغال سنگ استفاده مي شود. ما از واحد معمولي تن (metric ton) استفاده مي کنيم. البته اين مسأله بايد مورد توجه قرار گيرد که اين واحدها در کارهاي تقريبي زياد متفاوت نيستند و به هم نزديک اند. محاسبه ي ميزان تمام کاني هاي تجاري دنيا آسان است. سازمان نظارت کننده ايالات متحده ي آمريکا (VSMS) در زمينه ي مواد معدني هر ساله اطلاعات خود در زمينه ي مواد معدني انتشار مي دهد. اين اطلاعات به صورت کتاب سال منتشر مي شود. اين سازمان تغييرات حاصل در زمينه ي توليد، ذخاير و... را در هر سال گزارش مي دهد.
منبع:منبع انگليسي مقاله : Grant Norton.Ceramic Material/C.Barry Carter .M.
ادامه دارد...