อ.ณัฐวัฒน์ ธนสารโชคพิบูลย์ อุตสาหกรรมเซรามิกส์ อ.ณัฐวัฒน์ ธนสารโชคพิบูลย์

อุตสาหกรรมเซรามิกส์ อุตสาหกรรมเซรามิกส์ เป็นอุตสาหกรรมที่มีความสำคัญต่อ เศรษฐกิจของประเทศ รวมทั้งเป็นอุตสาหกรรมพื้นฐานรองรับ อุตสาหกรรมอื่นๆ อีกหลายอย่าง เช่น วัสดุทนไฟเป็นวัสดุพื้นฐาน ของอุตสหกรรมถลุงและผลิตโลหะ ซีเมนต์เป็นวัสดุสำคัญของงาน การก่อสร้างและสถาปัตยกรรม เป็นต้น

อุตสาหกรรมเซรามิกส์ คำว่า “เซรามิกส์” มีรากศัพท์มาจากภาษากรีกว่า “เครามอส” ซึ่งหมายถึง วัสดุที่ผ่านการเผา ในสมัยก่อน เซรามิกส์ หมายถึง ศิลปะที่เกี่ยวข้องกับเครื่องปั้นดินเผา ปัจจุบันนี้ เซรามิกส์ หมายถึง ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัตถุดิบในธรรมชาติ เช่น ดิน หิน ทราย และแร่ธาตุต่างๆ นำมาผสมกัน แล้วทำเป็นสิ่งประดิษฐ์ หลังจากนั้นจึงนำไปเผาเพื่อเปลี่ยนเนื้อวัตถุให้แข็งแรง สามารถคงรูปอยู่ได้

ขั้นตอนกระบวนการผลิตเซรามิกส์ การเตรียมวัตถุดิบ การขึ้นรูป การตากแห้ง การเผาดิบ การเคลือบ การเผาเคลือบ อาจมีการตกแต่งให้สวยงามโดยการเขียนลวดลายด้วยสี หรือการติด รูปลอก สามารถทำได้ทั้งก่อนและหลังเคลือบ

วัตถุดิบที่ใช้ในอุตสาหกรรมเซรามิกส์ แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ ได้แก่ 1. วัตถุดิบหลัก เช่น ดิน เฟลด์สปาร์ ควอตซ์ 2. วัตถุดิบรองอื่นๆ เพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์มีคุณภาพสูงขึ้น เช่น ดิกไคต์ โดโลไมต์ เป็นต้น

วัตถุดิบ ; 1. ดิน ดิน เป็นวัตถุดิบสำคัญที่ใช้ในการผลิตเซรามิกส์หลายประเภท องค์ประกอบที่สำคัญของดิน คือ SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O และ Na2O ซึ่งดินจากที่ต่างกันจะมีองค์ประกอบในสัดส่วนที่ต่างกัน แบ่งดินตามลักษณะทางกายภาพ จะแบ่งได้ดังนี้ 1. ดินขาว เป็นวัตถุดิบที่สำคัญ ดินขาวบริสุทธิ์ คือ แร่เคโอลิไนต์ มีสูตรเคมีเป็น Al2O3.2SiO2.2H2O 2. ดินเหนียว มีสีขาวคล้ำจนถึงดำสนิท เนื้อละเอียด เหนียว และแข็งแรง ทนทานกว่าดินขาว แร่เคโอลิไนต์

วัตถุดิบ ; 2. เฟลด์สปาร์ เฟลด์สปาร์ (หินฟันม้า) เป็นสารประกอบอะลูมิโนซิลิเกตของธาตุหมู่ IA และ IIA ที่พบและใช้มาก จะเป็นสารประกอบของธาตุ Na K และ Ca โซดาเฟลด์สปาร์จะมี Na ในปริมาณมาก โพแทชเฟลด์สปาร์ มี K ในปริมาณมาก อุตสาหกรรมเซรามิกส์ ; เฟลด์สปาร์ผสมในเนื้อดิน เพื่อช่วยให้ส่วนผสมหลอมตัวที่อุณหภูมิต่ำ และทำให้เกิดความโปร่งแสง ใช้เป็นส่วนประกอบในน้ำเคลือบ ทำให้ผลิตภัณฑ์แวววาว อุตสาหกรรมแก้ว ; เฟลด์สปาร์ช่วยให้แก้วมีความเหนียว ทนต่อแรงกระแทก โพแทชเฟลด์สปาร์

วัตถุดิบ ; 3. ควอตซ์ 4. แร่โดโลไมต์ วัตถุดิบ ; 3. ควอตซ์ 4. แร่โดโลไมต์ ควอตซ์ (หินเขี้ยวหนุมาน) องค์ประกอบคือ ซิลิกา ส่วนมากใสไม่มีสี ถ้ามีสิ่งเจือปนจะให้สีต่างๆ ทำหน้าที่ เป็นโครงสร้างของผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ ช่วยให้เกิด ความแข็งแรงไม่โค้งงอ ทำให้ผลิตภัณฑ์หดตัวน้อย แร่โดโลไมต์ แร่หรือหินตะกอนที่ประกอบด้วย [CaMg(CO3)2] เป็นส่วนใหญ่ ลักษณะคล้ายหินปูน ผสมเล็กน้อยในเนื้อดิน ลดจุดหลอมเหลวของวัตถุดิบ และผสมในน้ำเคลือบ ผลึกควอตซ์ แร่โดโลไมต์

วัตถุดิบ ; 4. สารประกอบออกไซด์ BeO Al2O3 ผสมในผลิตภัณฑ์ที่ทนไฟสูง SiO2 B2O3 ผสมเพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์เป็นเนื้อแก้ว SnO2 ZnO ใช้เคลือบเพื่อทำให้ทึบแสง ดิกไคต์ องค์ประกอบเหมือนดิน แต่มีโครงสร้างผลึกต่างกัน อะลูมินาร้อยละ 28-32 โดยมวล จะเป็นหินแข็ง นำมาแกะสลักเป็นรูปต่างๆ ไว้ประดับตกแต่ง อะลูมินาร้อยละ 11-28 โดยมวล ใช้ทำวัสดุทนไฟ ทำกระเบื้องปูพื้น อะลูมินาน้อยกว่านี้ ใช้ทำปูนซีเมนต์ขาว

การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ 1. การเทแบบ โดยผสมดินกับน้ำจนได้ที่แล้วเทลงในแบบซึ่งมีรูปร่างต่างๆ ปล่อยไว้จนแข็งตัว จากนั้นจึงแกะแบบ และตกแต่งผลิตภัณฑ์ให้ เรียบร้อย การขึ้นรูปด้วยวิธีนี้ ใช้ในการผลิตแจกัน ขวด

การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ 2. การใช้แป้นหมุน จะปั้นได้เฉพาะภาชนะที่มีลักษณะกลม ทรงกลมหรือทรงกระบอก เช่น การปั้นไห โอ่ง อ่าง กระถาง แจกัน การปั้นต้องใช้ความชำนาญเป็นพิเศษจึงจะได้เป็นรูปทรงตามต้องการ

การเผาและเคลือบ การเผาครั้งแรก เรียกว่า เผาดิบ โดยเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้น อย่างช้าๆ เพื่อให้ผลิตภัณฑ์คงรูปไม่แตกชำรุด ขณะเผาดิบ เนื้อดินมีการเปลี่ยนแปลงดังสมการ ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่หลังจากเผาดิบแล้วต้องเคลือบผิว เพื่อความสวยงามคงทน ป้องกันรอยขีดข่วน แต่บางชนิด ไม่ต้องเคลือบ เช่น กระถางต้นไม้ อิฐ ไส้เครื่องกรองน้ำ เป็นต้น สารที่ใช้เคลือบ เป็นสารผสมระหว่างซิลิเกตกับสารช่วยหลอมละลาย มีลักษณะเหมือนแก้วบางๆ ฉาบติดอยู่บนผิวผลิตภัณฑ์ เตาเผาผลิตภัณฑ์ เซรามิกส์

การเผาและเคลือบ ส่วนผสมของน้ำเคลือบ แบ่งตามสมบัติทางเคมีได้ 3 กลุ่ม ดังนี้ กลุ่มที่1 สารช่วยลดอุณหภูมิการหลอมละลายของน้ำเคลือบ เช่น ออกไซด์โลหะแอลคาไลน์และแอลคาไลน์เอิร์ท รวมทั้งออกไซด์ของตะกั่ว สังกะสี และออกไซด์ที่ทำให้เกิดสี เช่น Na2O , Li2O , K2O , CaO , ZnO เป็นต้น กลุ่มที่ 2 กลุ่มสารที่เป็นสารทนไฟและให้สี เช่น Al2O3 , Sb2O3 , Mn2O3 , Bi2O3 กลุ่มที่ 3 กลุ่มสารที่ช่วยให้เนื้อผลิตภัณฑ์ทึบแสง เช่น SiO2 , TiO2 , CeO2 , P2O5

ตัวอย่างผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ที่ใช้เป็นภาชนะ เช่น ถ้วย ชาม หม้อหุงต้ม ผลิตภัณฑ์เครื่องสุขภัณฑ์ เช่น โถส้ม อ่างล้างหน้า ที่วางสบู่ ผลิตภัณฑ์กระเบื้อง เช่น กระเบื้องปูพื้น กระเบื้องกรุฝาผนัง ผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานด้านไฟฟ้า เช่น กล่องฟิวส์ วัสดุทนไฟ เช่น อิฐฉนวนไฟทนไฟ ผลิตภัณฑ์แก้ว เช่น แก้ว กระจก การเคลือบ