لعاب فریت چیست و چگونه تهیه می شود؟

لعاب فریت چیست؟

فریت یا frit در لغت به معنی، ترکیبی سرامیکی است که در ابتدا ذوب شده و بعد سرد شده است تا به شکل خرده شیشه درآید.

لعاب فریت یک ترکیب سرامیک، و به طور مشخص تر جزیی از مواد تشکیل دهنده لعاب ها و گاهی بدنه ها می باشد که ابتدا ذوب گردیده و سپس سرد شده و به ذرات شیشه ای تبدیل گردیده است.

فریت ها به عنوان جزیی از مواد اولیه در ترکیب لعاب های سرامیک های ظریف و ندرتا در بدنه ها به کار می روند.

عمده ترین دلایل و مزایای فریت نمودن مواد اولیه را می توان موارد زیر دانست:

1.  تبدیل مواد اولیه محلول در آب به ترکیبات نامحلول.
2. تبدیل مواد اولیه سمی (مثل اکسیدهای سرب، روی، باریم، آنتیموان و …) به ترکیبات غیرسمی و نامحلول در اسید معده انسان.
3. کاهش فراریت اجزاء تشکیل دهنده لعاب، به وسیله ترکیب نمودن آنها با سایر مواد.
4.  خارج نمودن گازهای نامطلوبی که بعضی از مواد اولیه در هنگام پخت آزاد می نمایند (به عنوان مثال گازهای حاوی کربن، گوگرد، و یا فلوئور).
5. اختلاط و همگن نمودن مواد اولیه، در اثر ذوب و ترکیب آنها با یکدیگر که باعث ذوب سریع تر و بهتر لعاب می گردد.
6.  جلوگیری از اثرات مخرب بعضی از ترکیبات، مثل کائولن و اکسید روی کلسینه نشده که به صورت خام باعث ایجاد لعاب نگرفتگی می گردند.

دلایل استفاده از لعاب فریت چیست؟

این نوع لعاب ها قبلا” ذوب شده و پس از سرد شدن، خرد، نرم و آماده ورود به ترکیب لعاب می باشند. این مواد دارای مصارف بسیاری در سفالگری می باشند.

دلیل مهم به کار بردن فریت حالت غیر محلول بودن آن با آب است. به همین دلیل فریت را تنها و با کمک مواد دیگر ذوب می کنند تا به صورت فریت غیرقابل حل درآید.

دلیل دیگر غیر سمی بودن آن است. وقتی اکسید سرب که ماده ای سمی است با مقدار کافی از اکسیدهای دیگر به حالت فریت درآید حالت سمی خود را از دست داده و بی خطر می شود.

ترکیب و مقاومت شیمیایی لعاب فریت

ترکیب لعاب فریت، به طور عمده توسط دو عامل تعیین می گردد.

عامل اول خصوصیات مورد نظر فریت می باشد. به عنوان مثال درجه حرارت پخت فربت و یا مقاومت شیمیایی آن عوامل بسیار مهمی هستند که ترکیب فریت را مشخص می نمایند.

عامل دوم محدودیت هایی است که در روند تولید لعاب فریت وجود دارد. به عنوان مثال به طور تئوریک به منظور افزایش مقاومت شیمیایی فریت می توان مقدار زیادی سیلیس و یا آلومین در ترکیب فریت وارد نمود، ولی این عمل باعث افزایش بسیار زیاد ویسکوزیته فریت مذاب می گردد، در حالی که در عمل لازم است ویسکوزیته فریت کم باشد تا بتوان در مقیاس وسیع آن را تولید نمود.

مطلب بسیار مهم و حیاتی در ارتباط با فریت ها، مقاومت شیمیایی آنها در برابر اسیدها (و به عبارت دیگر سمیّت آنها)، و تأثیر مواد تشکیل دهنده فریت در این مورد می باشد.

غلظت اسید کلریدریک موجود در معده انسان حدود ۰/۱۷ درصد وزنی می باشد. بنابراین کلیه فریت های حاوی سرب (و یا روی، باریم، آنتیموان و…) باید دارای آنچنان مقاومت شیمیایی بالایی باشند که در یک محلول اسید کلریدریک با غلظت مذکور حل نگردند.

در غیر این صورت جان کلیه کسانی که با این فریت ها در تماس می باشند در خطر خواهد بود.

مقاومت شیمیایی فریت ها در برابر اسیدها به طور عمده بستگی به پنج عامل دارد که عبارتند از :

ترکیب فریت، ابعاد ذرات فریت، نوع و غلظت اسید و بالاخره درجه حرارت محیط.

افزایش مقدار سیلیس در سیلیکات های سرب اگر چه باعث کاهش حلالیت آنها در اسیدها می شود ولی به طور قابل ملاحظه ای باعث افزایش نقطه ذوب و ویسکوزیته فریت ها نیز می گردد.

به همین دلیل به عنوان مثال عملا نمی توان از تری سیلیکات سرب به عنوان یک فریت تامین کننده سرب در لعاب ها استفاده نمود.

امروزه از یک روش فیزیکی نیز به منظور کاهش حلالیت فریت ها استفاده می شود. در این روش ابتدا فریت خرد گردیده و سپس به ذرات فریت محلول حاوی ترکیبات آلی سیلیسیم اضافه می گردد.

بعد از خشک شدن محلول سطح هر ذره فریت به وسیله یک لایه نازک مقاوم پوشانده می شود. از آنجایی که این لایه مقاوم اساسا از سیلیس ساخته شده است، بنابراین خواص شیمیایی فریت نیز تحت تاثیر قرار نگرفته و تغییر نمی یابد.

عملا ثابت شده است که در هنگام خرد نمودن مجدد فریت، لایه مقاوم تا حدود زیادی پایدار مانده و تغییرات محسوسی در مقدار حلالیت فریت مشاهده نمی گردد.

روش اندازه گیری مقدار سرب محلول در لعاب ها و فریت ها در کشورهای مختلف به طور کلی یکسان می باشد. این آزمایش بدین صورت است که ابتدا مخلوط همگنی از لعاب و یا فریت در درجه حرارت ۱۰۰ درجه خشک گردیده و مقدار مشخصی از آن برداشته شده و با محلول ۰/۲۵ درصد وزنی اسید کلریدریک ۱۳۳ به مقدار ۱۰۰۰ برابر وزن خود مخلوط می شود.

این مخلوط به مدت یک ساعت به طور متوالی در درجه حرارت محیط تکان داده شده و سپس به مدت یک ساعت دیگر به طور ساکن قرار داده می شود. بعد از گذشت این مدت مخلوط از کاغذ صافی عبور داده شده و سرب موجود در محلول صاف شده، به صورت سولفید سرب رسوب داده شده و وزن رسوب به صورت سولفات سرب اندازه گیری می گردد.

تهیه لعاب فریت و پخت آن

تهیه و پخت لعاب فریت ها به دو صورت انجام می شود.

در حالت اول عمل ذوب مواد اولیه و پخت فریت در داخل یه کوره متوالی صورت پذیرفته و در حالت دوم این عمل در داخل کوره های متناوب انجام می شود.

کوره های متوالی هنگامی مورد استفاده قرار می گیرند که مقدار زیادی از یک نوع لعاب فریت مشخص موردنیاز باشد.

این نوع کوره ها معمولا به شکل یک جعبه بزرگ مکعب مستطیل بوده و مجهز به مشعل های قوی گازسوز و یا نفت سوز می باشند.

مشعل ها در دیواره کوره به نحوی قرار داده شده اند که شعله و حرارت را مستقیما روی سطح مواد اولیه متمرکز نمایند.درجه حرارت محیط داخل کوره بستگی به ترکیب فریت داشته و معمولا از ۱۱۰۰ درجه تا ۱۳۵۰ درجه متغیر می باشد.

مخلوط مواد اولیه بعد از توزین و اختلاط از یک طرف کوره وارد آن گردیده و بعد از ذوب از طرف دیگر خارج می گردند. بدیهی است که مقدار مواد اولیه ورودی دقیقا برابر با مواد مذاب خارج شده از کوره می باشد.

مواد مذاب می توانند به دو روش مختلف سرد شوند. در روش اول مواد مذاب مستقیما وارد حوضچه های آب گردیده و در اثر تغییر بسیار سریع درجه حرارت خرد می شوند.

دانه های فریت حاصل از این روش به صورت کلوخه ها و یا حبه هایی با اشکال مختلف بوده که ابعاد آنها به طور معمول بین ۲ تا ۲۵ میلیمتر می باشد.

بعد از این مرحله دانه های فریت به وسیله خطوط نقاله به سیلوهای فریت انتقال داده می شوند. همچنین ممکن است قبل از انجام این عمل ذرات مرطوب فریت از یک خشک کن عبور داده شوند.

در روش دوم، مذاب مستقیما با آب تماس نداشته بلکه از میان یک جفت غلطک عبور می نماید. در درون این غلطک ها آب در جریان بوده و بنابراین مذاب فریت با عبور از بین غلطک ها خنک می شود، همچنین ممکن است از جریان سریع هوا نیز برای خنک کردن فريت استفاده شود.

لعاب فریت حاصل از این روش دارای شکل پهن و پولک مانندی می باشند، بنابراین می توان نتیجه گرفت که ذرات فریت حاصل از روش دوم از نظر ابعاد همگن تر بوده و نیز با سهولت بیشتری در آسیاب خرد می گردند.

همچنین با استفاده از روش اخیر نیازی به خشک نمودن فریت نمی باشد. ذوب فریت ها همچنین می تواند در کوره های متناوب انجام شود.

کوره های متناوب می توانند مشابه کوره های متوالی به شکل “جعبه” باشند، ولی معمولا این نوع کوره ها از نوع “گردان” هستند.

کوره های گردان، استوانه هایی از جنس پولاد می باشند که سطح داخلی آنها به وسیله دیرگدازهای مناسب پوشانده شده است.

این استوانه به صورت افقی در روی دو جفت غلطک نصب گردیده و به وسیله چرخ دنده هایی قادر است حول محور افقی خود گردش نماید.

بعد از بارگیری مواد اولیه، مشعل در یک طرف کوره قرار داده شده و باعث ذوب مواد می گردد. گازهای حاصل از احتراق نیز از انتهای دیگر کوره خارج می شوند.

در مراحل اول ذوب مواد، کوره به آهستگی به عقب و جلو حرکت داده شده تا عمل ذوب راحت تر و سریعتر انجام شود. بعد از مدتی کوره به طور کامل حول محور افقی خود گردش نموده تا بدین ترتیب مذاب کاملا همگن شود.

به منظور بررسی ذوب مواد، با استفاده از یک میله بلند، مرتبا نمونه هایی از مذاب داخل کوره برداشته شده و مورد بررسی قرار می گیرد.

هنگامی که در داخل نمونه ها هیچ گونه ذرات ذوب نشده و یا حباب های هوا مشاهده نگردید، محتویات کوره به داخل حوضچه های آب تخلیه می شود.

این صحنه به قول بسیاری از سرامیست ها، یکی از زیباترین صحنه هایی است که در صنعت سرامیک با آنها برخورد می شود.

همچنین بخوانید: انواع لعاب سرامیک و ویژگی آنها

تفاوت کوره ها در تهیه لعاب فریت

کوره های گردان در مقایسه با کوره های متوالی دارای نقاط ضعفی می باشند. بدین معنی که در کوره های گردان خوردگی دیرگدازها بیشتر بوده و نیز لعاب فریت حاصل ناخالص می باشد.

ضمنا به طور نسبی هزینه اولیه این نوع کوره ها نیز زیادتر می باشد. علاوه بر این اتلاف حرارتی نیز در کوره های گردان بیشتر است.

با این همه ذوب مواد در کوره های گردان سریعتر انجام شده و نیز مذاب حاصل دارای همگنی بیشتری می باشد. کوره های جعبه ای متناوب از نظر خصوصیات کاملا مشابه کوره های متوالی می باشند با این تفاوت که عمل بارگیری مواد و تخلیه مذاب به صورت متناوب انجام می شود.

استفاده از فریت بجای لعاب

در حقیقت فریت مثل لعاب عمل نموده و در حرارت های کم میتوان آنها را مستقلا مصرف کرد. ولی در حرارت های بالاتر فریت پس از ذوب شدن بسیار روان شده و از سطح سفال سرازیر می شود لذا در این مورد احتیاج به استفاده از فلدسپار، گل رس و یا فلینت دارد.