Seramik Takıları Benzersiz Kılan Nedir? Malzemeler, Tasarım ve İşçilik
Seramik Takıların Cazibesini Keşfedin: Yenilikçi Tasarım ve Teknikler
Seramik süs eşyaları, çeşitli seramik malzemelerden yapılmış veya insan vücudunu ve ilgili çevresini süsleyen metaller ve diğer malzemelerle birleştirilmiş dekoratif öğeleri ifade eder (mücevherler, süs eşyaları vb. dahil).
Eşsiz bir sanatsal mecra olan seramiğin maddi özellikleri ve tarihsel kültürel çağrışımları vardır. Malzeme açısından bakıldığında, seramikler yumuşak bir dokuya, değişken sırlara, zengin dokulara ve üretimlerinde şans unsuruna sahiptir. Bu da seramik sanatına diğer malzemelerle elde edilemeyecek bir çekicilik kazandırır. Aynı zamanda, seramik malzemeler yüksek sertlik, aşınma direnci, asit direnci, alkali direnci, soğuk direnci ve ısı direnci gibi üstün özelliklere sahiptir ve bu da onları modern dekorasyonda eşsiz kılar. Modern malzeme bilimi ve teknolojisi sayesinde nanoseramik teknolojisi, seramiklerin kırılgan olan ölümcül zayıflığını değiştirebilir, onları takı tasarımı için daha fazla olanak sağlayan, mukavemet ve tokluk açısından yüksek yeni bir takı malzemesine dönüştürebilir.
Seramik takılar, yeni ve benzersiz bir tarza sahip yeni bir aksesuar türüdür. Sıra dışı şekilleriyle öne çıkabilir, sır renklerinde üstünlük sağlayabilir veya dekorasyonda yeni formlar sergileyerek anlam ve zarafet açısından zengin sanatsal bir görüntü yaratabilirler.
Chanel 18K elmas setli hassas seramik yüzük
İçindekiler
Bölüm I Seramik Malzemelere Giriş
1. Seramik Kavramı
Seramik, insan yaşamında ve üretiminde vazgeçilmez bir malzeme türü ve onun vazgeçilmez ürünleri için kullanılan genel bir terimdir. İnsanlık tarihinde binlerce yıllık bir gelişim sürecinden geçmiştir. Geleneksel olarak seramik, kırma ve karıştırma→şekillendirme→sinterleme yoluyla diğer doğal mineral hammaddelerle karıştırılan ana hammadde olarak kilden yapılan çeşitli ürünleri ifade eder. Yaygın günlük kullanım seramik ürünleri, mimari seramikler ve elektrik porselenleri geleneksel seramiklere aittir. Ana hammaddeleri doğadan elde edilen silikat mineralleri (kil, feldspat, kuvars vb.) olduğundan, silikat malzemeler ve ürünler olarak sınıflandırılabilir. Geleneksel seramik endüstrisi cam, çimento, emaye ve refrakter malzemelerle birlikte “silikat endüstrisi” altında kategorize edilebilir.”
Modern bilim ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte, seramik malzemelerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin tam olarak kullanılması gerekmektedir. Geçtiğimiz yüzyılda oksit, piezoelektrik ve çeşitli yüksek sıcaklık ve fonksiyonel seramikler gibi birçok yeni seramik türü ortaya çıkmıştır. Üretim süreçleri hala temelde hammadde işleme→şekillendirme→sinterleme gibi geleneksel seramik üretim yöntemlerine dayansa da, kullanılan hammaddeler artık kil gibi geleneksel seramik malzemeler değildir veya çok az kullanılmaktadır. Kimyasal hammaddelere ve sentetik minerallere, hatta silikat olmayan ve oksit olmayan hammaddelere kadar genişlemiştir ve bileşim aralığı da birçok yeni işlemin ortaya çıkmasıyla inorganik metalik olmayan malzemelerin kapsamına kadar genişlemiştir. Bu nedenle, geniş seramik kavramı, inorganik metalik olmayan katı malzemeler ve seramik üretim yöntemleri kullanılarak üretilen ürünler için genel bir terimdir ve uluslararası alanda kullanılan seramik teriminin çeşitli ülkelerde birleşik bir sınırı yoktur.
2. Seramiklerin Sınıflandırılması
Birçok seramik türü ve çeşitli sınıflandırma yöntemleri vardır. Konseptlerine ve kullanımlarına göre seramikler iki ana kategoriye ayrılabilir: sıradan seramikler ve özel seramikler.
Sıradan seramikler, seramik kavramı içinde geleneksel seramikleri ifade eder. Bu seramik ürün kategorisi, insanların günlük yaşamlarında ve üretimde en yaygın ve yaygın olarak kullanılan kategoridir. Uygulama alanlarına bağlı olarak, günlük kullanım seramikleri (sanatsal sergi seramikleri dahil), mimari sıhhi seramikler, kimyasal seramikler, porselen, elektrikli seramikler ve diğer endüstriyel seramikler olarak ayrılabilirler. Günlük kullanım seramikleri, çeşitli seramik ürünler arasında en eski ve en yaygın kullanılan geleneksel seramiklerdir. Bu seramik ürünler en geniş pratikliğe ve estetik çekiciliğe sahiptir ve aynı zamanda seramik bilimi ve teknolojisinin sanat ve zanaat ile organik birleşiminin bir sonucudur. Dekoratif seramikler de bu ürün kategorisine girmektedir. Dekoratif seramikler, ana hammadde olarak alüminyum silikat minerallerinden veya belirli oksitlerden yapılan, belirli stillere göre tasarlanan ve istenen formu elde etmek için yüksek sıcaklıklarda ve belirli atmosferler altında (oksidasyon, karbonizasyon, nitridasyon vb.) belirli kimyasal işlemlerle üretilen, yüzeyi çeşitli estetik açıdan hoş sırlarla veya belirli süslemelerle kaplanmış ürünler olarak tanımlanabilir. Bazı porselenler farklı derecelerde yarı saydamlık da sergiler. Gövde, klinker kapsüllemesine göre bir veya daha fazla kristal, amorf bağlayıcılar, gözenekler veya mikro yapılar içerir.
Özel seramikler, sıradan seramiklerin ötesinde geniş seramik kavramında yer alan seramik malzemeleri ve ürünleri ifade eder. Özel seramikler, çeşitli modern endüstriler ve en ileri bilimsel teknolojiler için gerekli olan seramik ürünlerdir ve hammaddeleri ve üretim süreçleri sıradan seramiklerden önemli ölçüde farklı ve daha ileri düzeydedir. Performans açısından, özel seramikler yüksek mukavemet, yüksek sertlik, korozyon direnci, elektrik iletkenliği, yalıtım ve manyetizma, elektrik, optik, akustik ve biyomühendislikte özel işlevler gibi farklı özel özelliklere ve işlevlere sahiptir, bu da yüksek sıcaklık, mekanik, elektronik, havacılık ve tıp mühendisliği alanlarında kapsamlı uygulamalarına olanak tanır. Bileşim açısından, geleneksel seramikler kilin bileşenleri tarafından belirlenir, bu nedenle farklı bölgelerden ve fırınlardan gelen seramikler farklı dokulara sahiptir. Özel seramikler için hammaddeler saf bileşikler olduğundan, bileşimleri yapay oranlarla belirlenir ve özelliklerinin kalitesi, menşe yerinden ziyade hammaddelerin ve işlemlerin saflığı ile belirlenir. Hazırlama süreçleri açısından, üretim için öncelikle fırınlara dayanan geleneksel seramiklerin sınırlamaları, vakum sinterleme, koruyucu atmosfer sinterleme, sıcak presleme ve sıcak izostatik presleme gibi yöntemlerin yaygın kullanımı ile aşılmıştır. Hammadde açısından, ana hammadde olarak öncelikle kil kullanan geleneksel seramiklerin sınırlamaları aşılmıştır; özel seramikler genellikle ana hammadde olarak oksitler, nitrürler, silikitler, borürler, karbürler ve diğer malzemeleri kullanmaktadır.
3. Seramik Malzemelerin Bileşimi
Seramik malzemeler, çoğunlukla silikon ve diğer elementleri içeren oksitler olmak üzere inorganik metalik olmayan malzemelere aittir. Hammadde bileşimleri temel olarak dört bölümden oluşur: seramik gövde için hammaddeler, sır için hammaddeler, dekorasyon için renklendirici malzemeler ve hammadde katkı maddeleri.
(1) Seramik Gövde için Hammaddeler
Genel olarak, fiziksel ve kimyasal özelliklerine göre kil bazlı malzemeler, silisli malzemeler, kalsiyum-magnezyum mineral hammaddeleri ve diğer porselen kum malzemeleri olarak ayrılabilen doğal mineral hammaddelerdir.
Seramik üretim formüllerindeki kil bazlı hammaddeler plastikliklerinden kaynaklanmaktadır. Porselen kumu bazlı hammaddelerle birleşerek ürünleri güçlendirir, üretim hattında nakliye ve dekorasyon sırasında hasarsız kalmalarını sağlarlar. Tüm bileşimin yaklaşık 10%~40%'sini oluştururlar. Porselen kumu bazlı hammaddeler çoğunlukla madenlerden gelir ve seramik hammaddelerinin birincil bileşenidir, genellikle yaklaşık 50% ~ 90%'yi oluşturur. Tipleri ve tipik mineralleri aşağıdaki gibidir: kil ve porselen kumu birleştirildiğinde, belirli bir inceliğe kadar öğütüldüğünde ve uygun bir sıcaklıkta pişirildiğinde, çeşitli su emme oranlarına, büzülme oranlarına ve farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip seramik gövdeler oluştururlar.
(2) Sır için Hammaddeler
Bunların çoğu, bazı doğal minerallerin ve kuvars, kaolin, alümina, manganez dioksit ve demir oksit gibi bazı kimyasal hammaddelerin derinlemesine işlenmesi ve tam sentezi ile oluşturulan standartlaştırılmış hammaddelerdir. Sentetik frit malzemeleri de modern seramikte düşük sıcaklıkta hızlı ateşleme teknolojisinin ortaya çıkmasıyla birlikte ortaya çıkmıştır. Bunların farklı kombinasyonları, seramik gövdenin yüzeyini kaplamak için kullanılarak çeşitli dokulara ve son derece zengin efektlere sahip sırlar oluşturabilir ve birçok sanatsal dekoratif efekt elde edilebilir.
(3) Pigmentler
Pigment, bünye sırına uygulanan ve genellikle kullanım sırasında doğrudan bünye malzemesine ve sırına eklenen renklendirici maddedir. Seramiklerde yaygın olarak kullanılan renklendiriciler arasında kırmızı, yeşil, mavi, mor ve sarı renkleri veren ferrik oksit, bakır oksit, kobalt oksit, manganez oksit ve titanyum dioksit bulunur.
(4) Katkı maddesi
Seramik üretiminde kullanılan bazı katkı maddeleri seramik endüstrisinin “tuzu ve monosodyum glutamatı” olarak adlandırılabilir, çünkü seramik gövde sır malzemelerinin üretiminde birçok özelliği önemli ölçüde geliştirebilirler. Örneğin, düşük nem koşulları altında az miktarda sodyum tripolifosfat kullanılması, bulamacın iyi bir seyrelme elde etmesine yardımcı olabilir. Katkı maddeleri, işlevlerine göre sistematik olarak deflokülantlar, ıslatıcı maddeler, koruyucular vb. olarak sınıflandırılabilir.
4. Seramik Malzemelerin Özellikleri
Seramik malzemelerin özellikleri arasında fiziksel özellikler, kimyasal özellikler, mekanik özellikler, termal özellikler, elektriksel özellikler, manyetik özellikler ve optik özellikler yer almaktadır. Bu bölüm seramik malzemelerin genel performans özelliklerini analiz etmeye ve açıklamaya odaklanmaktadır.
(1) Fiziksel Özellikler
① Termal özellikler. Seramik malzemelerin termal özellikleri erime noktası, ısı kapasitesi, termal genleşme ve termal iletkenlik gibi hususları ifade eder.
Seramik malzemelerin erime noktası genellikle metallerinkinden daha yüksektir ve bazıları 3000°C'nin üzerine ulaşır. Metallere kıyasla üstün yüksek sıcaklık dayanımına sahiptirler, bu da onları mühendislikte yaygın olarak kullanılan yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemeler haline getirir.
Seramiklerin doğrusal genleşme katsayısı nispeten küçüktür, metallerinkinden çok daha düşüktür; termal iletkenlikleri esas olarak atomların termal titreşimlerine dayanır. Farklı seramik malzemelerin ısıl iletkenliği değişiklik gösterir; bazıları iyi yalıtım malzemeleri iken, bor nitrür ve silisyum karbür seramikler gibi diğerleri iyi ısıl iletken malzemelerdir.
Termal kararlılık, bir malzemenin hızlı sıcaklık değişimlerine maruz kaldığında hasara direnme kabiliyetini ifade eder. Büyük bir termal genleşme katsayısına, zayıf termal iletkenliğe ve düşük tokluğa sahip malzemeler düşük termal stabiliteye sahiptir. Çoğu seramik zayıf termal iletkenliğe ve düşük tokluğa sahiptir, bu nedenle zayıf termal stabilite sergiler. Bununla birlikte, silisyum karbür gibi bazı seramikler yüksek termal kararlılığa sahiptir.
② İletkenlik. Çoğu seramik iyi yalıtım özelliklerine sahiptir, ancak piezoelektrik ve süper iletken gibi bazıları belirli iletkenliğe sahiptir.
③ Optik özellikler. Seramikler genellikle opaktır, ancak teknolojinin gelişmesiyle birlikte katı lazer cihazları için malzemeler, optik fiber malzemeler ve optik depolama malzemeleri gibi yeni seramik türleri geliştirilmiştir.
(2) Kimyasal Özellikler
Seramiğin yapısı çok kararlıdır ve normal şartlar altında ortamdaki oksijenle reaksiyona girmesi pek olası değildir. Oda sıcaklığında oksitlenmez; 1000°C'nin üzerinde bile oksitlenmez.idize eder. Ayrıca asitler, bazlar ve tuzlardan kaynaklanan korozyona karşı güçlü bir dirence sahiptir ve erimiş metallerin (alüminyum, bakır vb.) aşınmasına karşı koyabilir.
(3) Mekanik Özellikler
Seramiklerin elastik modülü genellikle yüksektir, bu da deforme olmalarını çok zorlaştırır. Bazı gelişmiş seramikler iyi elastikiyete sahiptir ve seramik yaylar haline getirilebilir. Seramikler çok yüksek bir sertliğe sahiptir, çoğu seramiğin sertliği metallerinkini çok aşar. Seramikler iyi aşınma direncine sahiptir, bu da onları özel gereksinimleri olan çeşitli kolay hasar gören bileşenlerin üretimi için iyi bir malzeme haline getirir. Seramiklerin gerilme mukavemeti düşüktür, ancak eğilme mukavemeti nispeten yüksektir ve basınç mukavemeti daha da yüksektir, genellikle gerilme mukavemetinden daha büyük bir mertebedir.
Seramik malzemeler, iç iyonik kristallerinin yapısı nedeniyle yüksek sertliğe ve yüksek elastik modüle sahiptir. Seramik malzemeler çoğunlukla iyonik bağların oluşturduğu iyonik kristallerdir; kovalent bağlar da kovalent kristaller oluşturur. Bu kristal yapılarda, bağ enerjisi yüksektir ve pozitif ve negatif iyonların kombinasyonu güçlüdür, dış kuvvetler altında elastik deformasyona direnir ve çizilme ve girinti için güçlü yetenekler sergiler, böylece yüksek elastik modül ve sertlik özellikleri gösterir. Buna ek olarak, bu tür kristal yapı belirgin bir yönlülüğe sahiptir, bu nedenle polikristalin seramiklerdeki kayma sistemleri çok azdır ve dış kuvvetler altında neredeyse hiç plastik deformasyon üretmezler, bu da genellikle mühendislik malzemeleri olarak seramiklerin ölümcül dezavantajı olan kırılgan kırılma ile sonuçlanır. Seramiklerin kırılganlığı nedeniyle, darbe dirençleri çok düşüktür ve yorulma dirençleri de zayıftır.
Malzeme bilimi ve teknolojisinin ilerlemesiyle birlikte, son yıllarda kırılmadan önce yaklaşık 300%'lik bir gerilmeye ulaşabilen süperplastikliğe sahip hassas seramik malzemeler üzerinde çalışılmıştır. Şekil 7-1'de gösterildiği gibi, seramik plaka 3 m uzunluğunda, 1 m genişliğinde ve sadece 3 mm kalınlığındadır ve uzunluk yönü boyunca bükülebilir. Yaygın hassas seramik malzemeler alümina ve zirkonyayı içerir; özellikleri Tablo 7-1'de gösterilmiştir.
Tablo 7-1 Hassas Seramiklerin Performansı
| Fiziksel özellikler | Alümina seramik | Zirkonya seramik |
|---|---|---|
| Kalite fraksiyonu/% | Alüminyum oksit＞99. 8% | Zirkonya＞97% |
| Yoğunluk /(g - cm-3) | 3.93 | 6.05 |
| Sertlik HV | 2300 | 1300 |
| Basınç dayanımı /MPa | 4500 | 2000 |
| Eğilme dayanımı /MPa | 595 | 1000 |
| Young modülü/GPa | 400 | 150 |
| Kırılma tokluğu K/(MPa - m½) | 5〜6 | 15 |
Bölüm II Seramik Takılar
1. Seramik Takıların Gelişimine Genel Bakış
Ünlü Fransız porselen sanatçısı Bernardaud “seramik takı” kavramını ortaya attı. Seramik dükkanında yaşadığı zorluklar ve porselen satışlarındaki düşüş karşısında, seramik takılar yaratarak porselen ürün çeşitliliğini artırmayı önerdi. İlk seramik takı, sade ve zarif bir şekilde tasarlanmış seramik yüzüklerdi. Bunlar Fransa'da piyasaya sürüldüklerinde büyük sansasyon yarattı ve müşteriler tarafından tercih edildi.
Almanya'dan Profesör Klaus Dembrowski dünyanın ilk seramik takı tasarımcısıdır. 1972 yılından bu yana ders verdiği kurumda seramik takı araştırma ve tasarımıyla uğraşan Dembrowski'nin eserleri birçok ulusal ve uluslararası ödül kazanmıştır. Almanya'dan diğer ünlü seramik takı tasarımcıları arasında Pierre Cardin ve Barbara Gotthoff yer almaktadır.
Seramik takılar ilk ortaya çıktıkları günden bu yana onlarca yıllık bir geçmişe sahiptir. Bu süre zarfında, Avrupa ülkeleri, Fransa ve Almanya gibi ülkelerde değişen derecelerde gelişme gösteren seramik takıların önemli bir ortaya çıkışına tanık oldu; Güney Kore ve Japonya gibi Asya ülkeleri de zarif ve sevimli olan ve tüketiciler arasında çok popüler olan ve onları hediyeler için mükemmel bir seçim haline getiren birçok yeni seramik takı stilini tanıttı.
Yüksek dayanıklılığa sahip zirkonya hassas seramik malzemelerin ortaya çıkmasıyla birlikte, takı tasarımında seramik malzemelerin kullanılması son yılların en sıcak trendlerinden biri haline geldi. Chanel'in Ultra koleksiyonundaki siyah ve beyaz seramik alyanslar başta olmak üzere pek çok mücevher markası seramik takılar piyasaya sürmüştür; İtalyan Damiani de beyaz ve siyah seramikleri altın ve elmaslarla birleştirerek yeni bir moda akımı yaratmıştır; ayrıca Cartier'nin siyah ve beyaz elmas seramik bilezik ve yüzüklerinin yanı sıra Bulgari'nin pembe altın üç halkalı siyah ve beyaz seramik yüzüğü de seramik takılardaki yeni akıma öncülük etmektedir. Büyük markalar, değerli metaller kadar kıymetli bir kaliteye sahip olan benzersiz yaratıcılıktaki yüksek hassasiyetli seramikleri diğer metal tozlarıyla karıştırarak üst düzey mücevherler yaratıyor ve özgün tasarımları geleneksel mücevherlere daha modern ve avangart bir hava katabiliyor.
Şekil 7-2 Chanel 18K elmas setli hassas seramik yüzük
Şekil 7-3 Damiani hassas seramikleri
2. Seramik Takıların Özellikleri
Seramik takılarda kullanılan malzemeler, birçok doğal özelliğe sahip olan toprak ve doğadaki taşlardan elde edilir. İnsan ve doğa arasındaki yakın ilişki nedeniyle, toprak ve doğadan gelen taşlar insanlar için özel bir öneme sahiptir. Seramik malzemeler yüksek sertlik, aşınma direnci, asit direnci, alkali direnci, soğuk direnci ve ısı direnci gibi mükemmel özelliklere sahiptir ve düşük zararlı, çevre dostu, enerji tasarruflu ve sağlıklıdır. Hammaddelerin içerdiği eser elementler insan sağlığı için faydalıdır. Araştırmalar, seramiklerin metabolizmayı iyileştirmek ve kan dolaşımını teşvik etmek gibi sağlık yararları olduğunu doğrulamıştır. Seramikler oda sıcaklığında insanlar üzerinde faydalı kızılötesi ışınlar yayabilir ve yaydığı kızılötesi ışınlar insan vücudu tarafından yayılan kızılötesi ışınların dalga boyuyla eşleşir. Böylece seramikler insan vücuduna yakın olduğunda bir rezonans olgusu meydana gelebilir. Buna ek olarak, insanların estetik kavramlarındaki değişiklikler nedeniyle, takıların geleneksel koruma değeri terk edilmiş ve seramik takılar dekorasyona daha fazla önem vererek yeni bir “yeşil takı” türü haline gelmiştir.”
Seramik takılar göz kamaştırıcı ve canlı renkleri, zengin tonları, benzersiz şekilleri ve harika sanatsal konseptleriyle akıcı ve dinamiktir. Parmaklara, kulaklara, bileklere veya boyunlara takılan bu takılar, kehribar ve akik taşlarının sanatsal etkilerini aşan, değerli taşlara ve yeşim taşına benzer soğuk ve zarif bir güzelliğe sahiptir. Yeşim taşını andıran sıcaklıkları, buzlu dokuları ve ışıltılı kristal parlaklığıyla renkli ve canlı sırlar, sırların büyüleyici güzelliğini hissettirerek buz ve ateşe benzer bir cazibeyi tam anlamıyla sergiler. Takı tasarımının estetik vizyonunu genişlettikleri ve modern aksesuarlar için farklı kişiliklere sahip bireylerin çeşitli estetik ihtiyaçlarını karşıladıkları için diğer malzemelerden yapılan takılarla yeri doldurulamaz.
Seramik takıların üretim süreci basit ve düşük maliyetlidir, bu da onları gerçekten uygun fiyatlı ve kaliteli hale getirir. Bu da takıların yaygınlaşması için faydalıdır.
3. Seramik Takı Kategorileri
Seramik takı kategorileri zengin ve çeşitlidir; yaygın takılar şunlardır:
(1) Seramik halkalar. Bantı seramik olan düz seramik yüzükler ve seramik kakmalı metal bantlı yüzükler de dahil olmak üzere birçok türü vardır.
(2) Seramik bilezikler. Tipik bir örnek, beyaz kil üzerine boyanmış doğal kobalt malzemeleriyle süslenmiş, daha sonra şeffaf bir sırla kaplanmış ve tek seferde yüksek sıcaklıklarda pişirilerek rengin sırın içine tamamen nüfuz etmesini sağlayan, zarif ve saf görünen canlı bir mavi desen sunan mavi ve beyaz porselen bilekliktir. Bir diğer tür ise buz çatlağı sırlı seramik bilekliktir. Seramikte, seramik gövde ve sır formülasyon ve pişirimde uygun şekilde tasarlanmamışsa, genleşme katsayılarındaki önemli bir fark genellikle sır yüzeyinde çatlaklara neden olabilir. Bununla birlikte, sır yüzeyinde kasıtlı olarak çatlaklar yaratmanın, seramikte çıtırtı sırı olarak bilinen bir cazibesi vardır. “Buz çatlağı sırı” çıtırtı sırından farklıdır, çünkü birincisi gül yapraklarının katmanlarını andıran çok katmanlı üç boyutlu bir çatlak yapısına sahiptir ve sır rengindeki varyasyonlarla birleşerek çok iyi bir sanatsal etki yaratır. Buna karşılık, ikincisi tek katmanlı bir çatlağa sahiptir.
(3) Seramik kolye.
(4) Seramik kolye ucu.
(5) Seramik küpeler.
(6) Seramik saat.
(7) Seramik saç tokası.
Yukarıdaki seramik takıların tipik örnekleri aşağıdaki gibidir.
Seramik Düz Yüzük
Metal ve Seramik Yüzük
Seramik Bileklik
Crackle Glaze Seramik Bileklik
Seramik Kolye
18 Ayar Seramikli Pırlanta Kolye
Seramik Küpeler
Seramik Kolye
Seramik Saat
Seramik Firkete
Copywrite @ Sobling.Jewelry - Özel takı üreticisi, OEM ve ODM takı fabrikası
Bölüm III Seramik Takıların Üretim Süreci
Seramik hammaddelerinin ana bileşenleri silikon ve alüminyumdur. Seramiklerin bileşimi temelde kayalarınkinden farklı değildir; tek fark doğal ve yapay arasındadır. Seramik takılar çoğunlukla sinterlenmiş seramiklerdir çünkü metaller ve plastikler gibi erimiş sıvıyı kalıplara akıtamazlar. Doğal plastik deformasyon özellikleri nedeniyle sıcak presleme yöntemi kullanılarak yapılırlar, bu nedenle toz şekillendirme ve ardından sinterleme ile üretilirler. Seramik takı üretimi dört ana sürece ayrılabilir: Şekil 7-4'te gösterildiği gibi hammadde işleme, kil gövde şekillendirme, sırlama ve sinterleme, yani kil hazırlama, şekillendirme, sırlama ve sinterleme.
1. Kil Hazırlama
Seramik endüstrisinde bir söz vardır: “Hammaddeler temeldir; fırınlama anahtardır. ” Bu söz, seramik üretiminde ham ve seramik gövde malzemelerinin işlenmesinin önemini yansıtmaktadır. Seramik takılarda istikrarlı bir kalite elde etmek için, toz hazırlamada istikrarlı ve güvenilir bileşenlere ve performansa sahip ham mineral malzemeler gereklidir. Porselen taşı ve kaolin çıkarıldıktan sonra, hammaddelerdeki kaba safsızlıkları gidermek için kırma, yıkama ve diğer prosedürlerle işlenir, blok malzemeler oluşturur, bunlar daha sonra rafine edilir, işlenir ve çeşitli porselen kullanımları için uygun gövde ve sır malzemelerine formüle edilir.
Kil hazırlamanın amacı bir yandan safsızlıkları gidermek, diğer yandan da farklı kaynaklardan gelen ve farklı şekillendirme ve fırınlama özelliklerine sahip killeri, sır ve fırınlama sıcaklığına karşılık gelebilecek belirli bir fırınlama sıcaklığı aralığında, yapımcının ihtiyaçlarını karşılayan olgun bir kilde birleştirmektir. Bazen, yüksek sıcaklıktaki fırınlama koşulları altında kilin destek gücünü artırmak ve gövdenin çökmesini önlemek için uygun şekilde kum karıştırılır. Bazen, pişirilen kilin rengini elde etmek amacıyla, “renkli bir gövde” oluşturmak için bazı renklendirici malzemeler eklenir. Toprak kil ve porselen kilinin kimyasal bileşimi aynıdır. Yine de, ayrışma ve yeniden ayrışma nedeniyle, fiziksel özellikleri değişmiş ve toprak kilinin daha fazla viskozite ve plastisiteye sahip olmasıyla sonuçlanmıştır. Buna karşılık, porselen kili kırılganlık ve yüksek sıcaklıklarda daha yüksek derecede vitrifikasyon ile karakterize edilir.
2. Şekillendirme
Seramik hammaddeleri hazırlandıktan sonra şekillendirme aşaması başlar. Şekillendirme, bir macun oluşturmak için seramik tozuna plastikleştiriciler ve diğer malzemelerin eklenmesidir ve daha sonra belirli şekil ve boyutlarda yarı mamul ürünlere dönüştürülür. Şekillendirmenin amacı tek tip ve yüksek yoğunluklu bir gövde elde etmektir ve şekillendirme tekniklerini geliştirmek seramik ürünlerin güvenilirliğini artırmada önemli bir adımdır. Seramik takılar için ürünün özelliklerine göre seçilmesi gereken çeşitli şekillendirme yöntemleri vardır.
Kişiselleştirilmiş tek bir mücevher parçası doğrudan elle şekillendirilebilir. Önce iki elinizle kili tekrar tekrar yoğurarak içindeki hava kabarcıklarını yok edin ve kili daha “olgun” hale getirin. Takıyı istenen boyutlarda şekillendirmek için elle yontma yöntemini kullanın. Daha büyük seramik takılar veya figürinler için çarkta yontma yöntemi de kullanılabilir. Seramik gövde şekillendirildikten sonra rafine edilmeli, ıslak ellerle düzeltilmeli ve damgalanmalıdır. Bunun amacı, yüzeyin kuruma nedeniyle çok erken çatlamasını önlemek, yüzeyi pürüzsüz hale getirmek ve kil gövdenin pürüzlü alanlarını doldurmak ve düzleştirmektir.
Şu anda seramik takıların çoğu partiler halinde üretilmekte olup, üretim verimliliğini artırmak ve istikrarlı ve tutarlı ürün kalitesi elde etmek için genellikle şekillendirme ekipmanı ve kalıpları gerekmektedir.
(1) Sıkıştırma Şekillendirme
Toz malzemeye organik bağlayıcıların eklenmesi, karıştırılan plastiğin metal bir kalıba doldurulması ve basınç uygulandıktan sonra belirli bir mukavemete sahip şekilli bir gövde oluşturulması yöntemidir. Avantajları düşük maliyet ve şekillendirilmiş gövdenin küçük boyutsal hatalarıdır. Basınç 200~2000kgf/cm aralığındadır.2(1kgf/cm2=98.0665kPam).
(2) İzostatik Presleme
Düzgün toz şekilleri oluşturmak için kullanılan bir yöntemdir. Kauçuk bir torba (kalıp) kullandığı için kauçuk torba şekillendirme yöntemi olarak da adlandırılır. Bu yöntem, tozun bir lastik torbaya yerleştirilmesini ve ardından tozla dolu lastik torbanın şekillendirme için hidrostatik bir odaya yerleştirilmesini içerir. Hidrostatik odadaki basınç toza eşit olarak uygulanır ve böylece iyi şekillendirilmiş bir gövde elde edilir.
(3) Ekstrüzyon Şekillendirme
Karışık plastik hammaddenin kalıp deliğinden ekstrüde edilmesi yöntemidir, şekillendirici seramik gövde malzemesi kapaktaki besleme deliğinden kapağa girer, alt bölümlere ayrıldıktan sonra ince bir duvar halinde genişler ve daha sonra birleşir, böylece iyi uzayabilirlik ve yapışkanlığa sahip bir kalite elde edilir. Ekstrüzyonla şekillendirmede, bağlayıcı seçimi seramik gövde malzemesinin hem akışkanlığını hem de kendi kendine yapışmasını optimize etmelidir.
(4) Enjeksiyon Şekillendirme
Gözenekli bir alçı kalıbına enjekte edilen su ve diğer malzemeler kullanılarak oluşturulan akışkanlığa sahip bir bulamaçtan yapılır. Su, temas yüzeyinden alçı kalıbın içine sızarak yüzeyde sert bir tabaka oluşturur. Bu şekillendirme yöntemi, alçı kalıbın iç yüzeyinde, oluşturulan gövdenin şekliyle aynı olan bir şekil üretir. Ayrıca çift taraflı bulamaç besleme yöntemi (katı enjeksiyon yöntemi) ve tek taraflı bulamaç besleme yöntemi (içi boş enjeksiyon yöntemi) olarak ikiye ayrılır. Bulamaç şekillendirme için temel araç özel bir alçı kalıp veya diğer malzemelerden yapılmış gözenekli bir modeldir. Alçı kalıp kullanıldığında, kalıp kafasının basıncına dayanması için kalıp duvarının çelik çubuklarla güçlendirilmesine ek olarak, kalıp duvarı içinde daha küçük çaplı gözenekli hortumların uygun şekilde dağıtılması da gereklidir. Bu küçük borular basınçlı şekillendirme sırasında suyu hızlı ve eşit bir şekilde tahliye edebilir ve kalıptan çıkarmaya yardımcı olmak için hava üfleyebilir. Metal bir kalıp kafası kullanıldığında, yapışmayı önlemek için yağlayıcılar veya ısıtma yöntemleri kullanılabilir. Alçı kalıp kafası kullanıldığında, kalıptan çıkarma sırasında kalıba hava üflenerek seramik gövdenin kalıp kafasına yapışmasına ve kalıptan ayrılmasına neden olunur. Son olarak, gövdeyi kalıp kafasından ayırmak için kalıp kafasına tekrar hava üflenir. Bulamaç şekillendirmeden elde edilen seramik gövdenin kalıpla birlikte kurumasına gerek yoktur, bu da plastik kalıplı düzensiz ürünlerin üretimine kıyasla daha yüksek üretim verimliliği sağlar ve seramik gövdenin kalitesi iyidir, bu da onu umut verici yeni bir süreç haline getirir.
(5) Sıcak Pres Şekillendirme
Toza plastik ekleyerek ve reçine kalıplama ile aynı yöntemi kullanarak şekillendirme yöntemidir. Bu yöntem karmaşık parçaların şekillendirilmesi için uygun olsa da, yapıştırıcı miktarı 15%~25%'yi aşarsa, debinding zorlaşır. Şu anda bu yöntem büyük, kalın duvarlı ürünler için uygun değildir.
3. Kurutma
Seramiklerin kurutulması, seramik üretim teknolojisindeki çok önemli süreçlerden biridir ve yanlış kurutma, seramik ürünlerdeki kalite kusurlarının büyük bir kısmına neden olmaktadır. Kurutma nispeten basit bir teknik süreçtir, ancak yaygın olarak uygulanmaktadır; sadece seramiklerin ürün kalitesini ve verimini etkilemekle kalmaz, aynı zamanda seramik işletmelerinin genel enerji tüketimini de etkiler. Kurutma teknolojisi için temel gereksinimler arasında hızlı kurutma hızı, enerji tasarrufu, yüksek kalite ve kirlilik olmaması yer alır.
(1) Seramik Kurutma İşleminin Mekanizması
Seramik bünyelerin nem içeriği genellikle 5%~25% arasında değişmektedir. Seramik gövde ile nem arasındaki bağlanma biçimleri, kurutma işlemi sırasında malzemede meydana gelen değişiklikler ve kurutma oranını etkileyen faktörler, kurutucuların analiz edilmesi ve iyileştirilmesi için teorik temel oluşturmaktadır. Seramik gövde belirli bir sıcaklık ve nemde durgun hava ile temas ettiğinde, kaçınılmaz olarak nem salacak veya emecek ve seramik gövdenin nem içeriğinin belirli bir denge değerine ulaşmasına neden olacaktır. Havanın durumu değişmediği sürece, seramik gövdede elde edilen nem içeriği artık temas süresindeki artışla değişmeyecektir; bu değer, o hava durumu altında seramik gövdenin denge nem içeriğidir. Islak seramik gövdenin dengeye ulaştıktan sonra kaybettiği nem serbest nem olarak adlandırılır. Başka bir deyişle, seramik gövdenin nem içeriği denge ve serbest nemden oluşur. Belirli hava koşulları altında, kurutmanın sınırı seramik bünyeyi denge nem içeriğine getirmektir.
Vücutta bulunan nem, fiziksel ve kimyasal su olarak ikiye ayrılabilir. Kurutma işlemi yalnızca fiziksel suyu içerir, ayrıca bağlı ve bağlı olmayan su olarak ikiye ayrılır. Bağlanmamış su vücudun büyük kılcal damarlarında bulunur ve vücutla gevşek bir şekilde birleşmiştir. Vücuttaki bağlanmamış suyun buharlaşması, serbest bir sıvı yüzeyindeki suyun buharlaşmasına benzer; burada vücut yüzeyindeki su buharının kısmi basıncı, yüzey sıcaklığındaki doymuş buhar basıncına eşittir. Bağlanmamış su vücuttan atıldığında, malzemenin parçacıkları birbirine yaklaşarak hacim küçülmesine neden olur; bu nedenle bağlanmamış suya büzülme suyu da denir. Bağlı su, vücudun mikro kılcal damarlarında (çapı 0,1㎛'den az olan) ve kolloidal partiküllerin yüzeyinde bulunan ve vücutla daha sıkı bir şekilde birleşen sudur (fizikokimyasal etkileşimler nedeniyle). Bu nedenle, bağlı su dışarı atıldığında, vücudun yüzeyindeki kısmi su buharı basıncı, vücudun yüzey sıcaklığındaki doymuş buhar basıncından daha az olacaktır. Kurutma işlemi sırasında, vücut yüzeyindeki su buharının kısmi basıncı çevredeki kurutma ortamındaki su buharının kısmi basıncına eşit olduğunda, kurutma işlemi durur ve nem dışarı atılmaya devam edemez. Bu noktada, vücutta bulunan nem, bağlı suyun bir parçası olan denge suyu olarak adlandırılır ve miktarı kurutma ortamının sıcaklığına ve bağıl nemine bağlıdır. Bağlı su dışarı atıldığında, vücudun hacmi küçülmez, bu da onu nispeten güvenli hale getirir.
(2) Seramik Gövdenin Kurutma İşlemi
Konvektif kurutma süreci örnek olarak alındığında, seramik gövdenin kurutma süreci eş zamanlı ve birbiriyle ilişkili üç sürece ayrılabilir: ısı transferi, dış difüzyon ve iç difüzyon.
Isı transfer süreci: Kurutma ortamının ısısı konveksiyon yoluyla iş parçasının yüzeyine aktarılır ve daha sonra yüzeyden iş parçasının iç kısmına iletilir. İş parçasının yüzeyindeki nem ısı alır ve buharlaşarak sıvıdan gaza dönüşür.
Dış difüzyon süreci: Seramik gövdenin yüzeyinde üretilen su buharı, konsantrasyon farkının etkisi altında laminer akış katmanı boyunca difüzyon yoluyla yüzeyden kurutma ortamına doğru hareket eder.
İç difüzyon süreci: Nemin ıslak gövdenin yüzeyinden buharlaşması nedeniyle, içeride bir nem gradyanı oluşur ve nemin daha yüksek konsantrasyona sahip iç katmandan daha düşük konsantrasyona sahip dış katmana difüzyonunu teşvik eder, bu da nem iletimi veya nem difüzyonu olarak adlandırılır.
Kararlı kurutma koşulları altında, seramik gövdenin yüzey sıcaklığı, nem içeriği, kurutma hızı ve zaman belirli bir ilişkiye sahiptir. İlişkilerinin değişen özelliklerine dayanarak, kurutma işlemi üç aşamaya ayrılabilir: ısıtma aşaması, sabit hızda kurutma aşaması ve düşen hızda kurutma aşaması.
Isıtma aşamasında, birim zamanda kurutma ortamından vücut yüzeyine aktarılan ısı, yüzey neminin buharlaşmasıyla tüketilen ısıdan daha fazla olduğundan, ısıtılan yüzeyin sıcaklığı kurutma ortamının yaş termometre sıcaklığına eşit olana kadar kademeli olarak yükselir. Bu noktada, yüzey tarafından kazanılan ısı ve buharlaşma ile tüketilen ısı dinamik bir dengeye ulaşır ve sıcaklık sabit kalır. Bu aşamada, cismin nem içeriği azalır ve kurutma hızı artar.
Sabit oranlı kurutma aşaması, birleşmemiş suyu dışarı atmaya devam eder. Gövdenin nem içeriği nispeten yüksek olduğundan, yüzeyden buharlaşan su miktarı içeriden doldurulabilir, yani iç nem hareket hızı (iç difüzyon hızı) yüzey nem buharlaşma hızına eşittir, bu da dış difüzyon hızına eşittir, böylece yüzeyi nemli bir durumda tutar. Ayrıca, ortamdan vücut yüzeyine aktarılan ısı, nemin buharlaşması için gereken ısıya eşittir. Dolayısıyla, vücudun yüzey sıcaklığı sabit kalır ve ortamın yaş termometre sıcaklığına eşit olur. Vücudun yüzeyindeki su buharı kısmi basıncı, yüzey sıcaklığındaki doymuş su buharı kısmi basıncına eşittir ve kurutma hızı sabittir. Bu nedenle, sabit oranlı kurutma aşaması olarak adlandırılır. Bu aşama, birleşik olmayan suyun dışarı atılmasına odaklanır, bu nedenle vücut hacimsel küçülme yaşayacaktır ve küçülme miktarı nem içeriğindeki azalmayla doğrusal olarak ilişkilidir. Doğru şekilde çalıştırılmazsa, çok hızlı kurutma gövdeyi kolayca deforme edebilir ve çatlatabilir, bu da kuru atıkla sonuçlanır. Sabit kurutma aşamasının sonunda, malzemenin nem içeriği kritik bir değere düşer. Bu noktada, malzemenin iç nemi hala serbest su olmasına rağmen, yüzey tabakasında bağlı su görünmeye başlar.
Düşen oranlı kurutma aşamasında, gövdenin nem içeriği azalır ve iç difüzyon hızı, yüzey neminin buharlaşma hızına ve dış difüzyon hızına yetişemez. Yüzey artık nemli değildir ve kuruma hızı kademeli olarak azalır. Yüzey neminin buharlaşması için gereken ısı azaldıkça, malzemenin sıcaklığı kademeli olarak yükselmeye başlar. Malzemenin yüzeyindeki su buharının buhar basıncı, yüzey sıcaklığındaki su buharının doymuş buhar basıncından daha azdır. Bu aşamada bağlı su dışarı atılır; gövde hacim küçülmesine uğramaz ve kurutma atığı üretmez. Malzemeden atılan nem denge nemine eşit olduğunda, kurutma hızı sıfır olur ve kurutma işlemi sona erer. Kurutma süresi uzatılsa bile malzemenin nemi artık değişmeyecektir. Bu sırada, malzemenin yüzey sıcaklığı ortamın kuru termometre sıcaklığına eşittir ve yüzey buhar basıncı ortamın buhar basıncına eşittir. Yavaş kurutma aşamasındaki kurutma hızı iç difüzyon hızına bağlıdır; bu nedenle iç difüzyon kontrol aşaması olarak da adlandırılır. Bu aşamada malzemenin yapısı, şekli ve boyutu gibi faktörler kuruma hızını etkiler.
(3) Kuruma Hızını Etkileyen Faktörler
Kuruma hızını etkileyen faktörler arasında ısı transferi ile dış ve iç difüzyon hızları yer almaktadır.
① Isı transfer oranını hızlandırın. Isı transfer oranını hızlandırmak için aşağıdaki üç noktaya ulaşılmalıdır: birincisi, kurutma fırınındaki sıcak gazın sıcaklığını yükseltmek, sıcak hava fırınını artırmak gibi kurutma ortamının sıcaklığını artırmak, ancak seramik gövdenin yüzey sıcaklığı çatlamayı önlemek için çok hızlı yükselmemelidir; ikincisi, ısı transfer alanını artırmak: örneğin, tek taraflı kurutmadan çift taraflı kurutmaya geçmek, seramik gövdeleri katmanlar halinde istiflemek veya katman sayısını azaltmak, sıcak gazla temas alanını artırmak; üçüncüsü, konvektif ısı transfer katsayısını iyileştirmek.
② Dış difüzyon oranını artırın. Kurutma sabit hızda kurutma aşamasındayken, dış difüzyon direnci genel kurutma hızını etkileyen ana çelişki haline gelir. Bu nedenle, dış difüzyon direncinin azaltılması ve dış difüzyon hızının artırılması, tüm kurutma döngüsünün kısaltılmasında en büyük etkiye sahiptir. Dış difüzyon direnci esas olarak sınır tabakasında meydana gelir, bu nedenle aşağıdaki üç nokta ele alınmalıdır: ilk olarak, sınır tabakası kalınlığını azaltmak için ortam akış hızını artırın, böylece konvektif ısı transfer katsayısını iyileştirin; konvektif kütle transfer katsayısı da kurutma hızında bir artışı kolaylaştırmak için artırılabilir; ikincisi, ortamın su buharı konsantrasyonunu azaltın ve kütle transfer alanını artırın, bu da kurutma hızını artırabilir; üçüncüsü, nemin iç difüzyon oranını artırın.
Nemin iç difüzyon hızı, nem difüzyonu ve termal difüzyondan birlikte etkilenir. Nem difüzyonu, malzeme içindeki nem gradyanının neden olduğu su hareketidir. Buna karşılık termal difüzyon, malzeme içindeki sıcaklık gradyanının neden olduğu harekettir. İç difüzyon oranını artırmak için aşağıdaki beş nokta ele alınmalıdır: ilk olarak, termal difüzyon ve nem difüzyonu yönlerini hizalayın, yani malzemenin merkezindeki sıcaklığı, uzak kızılötesi ısıtma veya mikrodalga ısıtma gibi yollarla yüzeydekinden daha yüksek hale getirmeye çalışın; ikinci olarak, termal difüzyon ve nem difüzyonu yönleri hizalandığında, malzeme içindeki sıcaklık gradyanını artırmak için ısı transferini geliştirin; İkisi zıt olduğunda, sıcaklık gradyanını güçlendirmek, termal difüzyona direnci artırmasına rağmen, ısı transferini artırabilir, malzeme sıcaklığını yükseltebilir ve nem difüzyonunu artırabilir, böylece kurutmayı hızlandırabilir; üçüncüsü, tek taraflı kurutmadan çift taraflı kurutmaya geçerek gövdenin kalınlığını azaltmak; dördüncüsü, nem difüzyon katsayısını artırmak için faydalı olan ortamın toplam basıncını düşürmek, böylece nem difüzyon oranını artırmak; beşincisi, seramik gövdenin özellikleri ve şekli ile ilgili diğer faktörleri dikkate almak.
(4) Kurutma Teknolojilerinin Sınıflandırılması
Kurutma, bir kurutma sisteminin kontrol edip etmemesine bağlı olarak doğal ve yapay olarak ikiye ayrılabilir. Yapay kurutma, kurutma sürecini kontrol eden kişiler olduğu için buna zorlamalı kurutma da denir.
Farklı kurutma yöntemlerine göre dört tipte sınıflandırılabilir.
- Konvektif kurutma. Karakteristiği, kurutma ortamı olarak gaz kullanılması ve kurutmayı kolaylaştırmak için iş parçasının yüzeyine belirli bir hızda üflenmesidir.
- Radyasyonla kurutma. Bu yöntemde kızılötesi, mikrodalga ve diğer elektromanyetik radyasyon enerjisi kullanılarak kurutulmuş beden ışınlanır ve kuruması sağlanır.
- Vakumlu kurutma. Bu yöntem seramik gövdenin vakum (negatif basınç) altında kurutulmasını içerir. Yeşil gövdenin ısıtılmasına gerek yoktur, ancak belirli bir düzeyde negatif basınç oluşturmak için pompalama ekipmanı gereklidir, bu nedenle sistemin mühürlenmesi gerekir ve bu da sürekli üretimi zorlaştırır.
- Kombine kurutma. Bu yöntemin özelliği, iki veya daha fazla kurutma yönteminin birbirlerini tamamlayarak kendi güçlerinden yararlanmak için kapsamlı bir şekilde kullanılmasıdır ve bu da genellikle ideal bir kurutma etkisi ile sonuçlanır.
Bazı kurutma yöntemleri de kurutma işleminin sürekli olup olmamasına bağlı olarak kesikli kurutucular ve sürekli kurutucular olarak ikiye ayrılabilir. Sürekli kurutucular ayrıca kurutma ortamının ve iş parçasının hareket yönüne göre eş akımlı, karşı akımlı ve karışık akışlı olarak sınıflandırılabilir. Ayrıca şekillerine göre hazneli kurutucular, tünel kurutucular vb. olarak da kategorize edilebilirler.
4. Sinterleme
Seramik takılar şekillendirildikten ve rafine edildikten sonra fırınlanabilirler. Sinterleme sıcaklığı ve malzeme seçimi seramiğin özelliklerini belirler.
(1) Sinterleme Mekanizması
Sinterleme, granül seramik yeşil gövdelerin yüksek sıcaklıktaki bir fırına yerleştirilerek yoğunlaştırılması ve güçlü bir katı malzeme haline getirilmesi işlemidir. Sinterleme, gövde malzemesi parçacıkları arasındaki boşlukların ortadan kaldırılmasıyla başlar ve ilgili bitişik parçacıkların yoğun gövdeler halinde bağlanmasına izin verir. Bununla birlikte, sinterleme işlemi iki temel koşulu karşılamalıdır: ① kütle taşınımı için bir mekanizma olmalıdır; ② kütle taşınımını teşvik etmek ve sürdürmek için bir enerji (termal enerji) olmalıdır.
Şu anda, ince seramiklerin sinterleme mekanizmaları dört sinterleme moduna sahiptir: gaz fazı sinterleme, katı faz sinterleme, sıvı faz sinterleme ve reaktif sıvı sinterleme. Bunların malzeme yapısal mekanizmaları ve sinterleme itici güçleri farklıdır. Ana sinterleme mekanizmaları, özellikle geleneksel seramikler ve çoğu elektronik seramik için sıvı faz oluşumu, viskoz akış ve çözünme-çökelme süreçlerine dayanan sıvı faz ve katı faz sinterlemesidir. Buna karşılık, yüksek saflıkta, yüksek mukavemetli yapısal seramiklerin sinterlenmesi esas olarak tane sınırı difüzyonu veya kafes difüzyonu yoluyla malzeme geçişini sağlayan katı faz sinterlemesine dayanır.
(2) Seramik Sinterleme için Kullanılan Fırınlar
Ceramic materials and products can be fired in various kilns, either intermittent or continuous kilns. The former is periodic and suitable for small batches or special firing methods. The latter is used for large-scale production and relatively low firing conditions. The most widely used kiln for ceramic jewelry is the electric furnace. The firing temperature and the required atmosphere determine the type of kiln to be selected. According to the classification of traditional ceramic firing temperatures, temperatures below 1100℃ are low-temperature sintering, between 1100~1250℃ are medium-temperature sintering, between 1250~1450℃ are high-temperature sintering, and above 1450℃ are ultra-high-temperature sintering.
(3) Main Sintering Techniques for Ceramics
There are several technical methods for ceramic sintering.
① Normal pressure sintering (also known as pressureless sintering). It refers to the free sintering of the ceramic body under atmospheric pressure conditions. Sintering begins without external forces when the temperature generally reaches the material’s melting point between 0.5~0.8. At this temperature, solid-phase sintering can cause sufficient atomic diffusion. In contrast, liquid-phase sintering can promote the formation of a liquid phase or generate a liquid phase through chemical reactions to facilitate diffusion and viscous flow. Accurately formulating the firing curve is crucial in normal pressure sintering. An appropriate heating regime can ensure that the products reduce cracking and structural defects, thereby improving the yield.
② Hot pressing sintering and hot isostatic pressing sintering. Hot pressing sintering refers to applying a certain pressure (10~40Mpa) during the sintering process, which promotes the material’s accelerated flow, rearrangement, and densification. The temperature used in hot pressing sintering is generally 100℃ lower than that of conventional pressure sintering, mainly depending on the different products and whether a liquid phase is generated. The hot pressing sintering method uses pre-formed shapes or directly fills the powder into the mold, making the process relatively simple. Products made using this sintering method have high density, theoretical density reaching 99%, and excellent performance. However, this sintering method is unsuitable for producing complex-shaped products, has a smaller production scale, and higher costs.
Continuous hot pressing sintering has high production efficiency, but the costs of equipment and molds are relatively high, and it is not conducive to the firing of overly thick products. Hot isostatic pressing sintering can overcome the above shortcomings and is suitable for the production of complex-shaped products. Currently, some high-tech products, such as ceramic bearings, mirrors, nuclear fuel needed for military applications, and gun barrels, can also use this sintering process.
③ Reactive sintering. This method of sintering materials results from the interaction between the gas or liquid phase and the matrix material. The most typical representative products are reaction-sintered silicon carbide and reaction-sintered silicon nitride. The advantages of this sintering method are its simplicity, the ability to slightly process or not process the products, and the capability to prepare complex-shaped products. The disadvantages are residual unreacted products in the final products, the structure is difficult to control, and achieving complete reactive sintering for thicker products is challenging.
In addition to the reaction sintering of silicon carbide and silicon nitride, a new method for reaction sintering of aluminum oxide has recently emerged. This method can utilize the oxidation reaction of Al powder to prepare Al2O3 and Al2O3-Al composites with good material properties.
④ Liquid phase sintering. Many oxide ceramics use low melting point additives to promote material sintering. The addition of additives generally does not affect the material’s performance or may even positively affect certain functions. As additives are used for high-temperature structures, it is important to note that glass at the grain boundaries is a major factor causing a decline in high-temperature mechanical properties. If a liquid phase with a high melting point or viscosity is selected, or if a suitable liquid phase composition is chosen, followed by high-temperature heat treatment to precipitate certain crystal phases at the grain boundaries, it can improve the material’s creep resistance.
⑤ Microwave sintering method. It is a method that uses microwave energy for direct heating and sintering. Currently, there are microwave sintering furnaces with a volume of 1m3 and a firing temperature of up to 1650℃. The temperature can exceed 2000℃ if a controlled atmosphere graphite-assisted heating furnace is used. A microwave continuous heating tunnel furnace device with a length of 15 m has also appeared. Using microwave ovens to sinter ceramics is superior to other kilns regarding product quality and energy consumption reduction.
⑥ Arc plasma sintering method. Its heating method differs from hot pressing; it applies a pulsed power supply to the product while applying stress, toughening, and densifying the material simultaneously. Experiments have shown that this method sinters fast, enabling materials to form fine-grained high-density structures, which is expected to be more suitable for sintering nanoscale materials. However, it is still in the research and development stage, and many issues must be explored in depth.
⑦ Self-manufactured sintering method. It is a method for producing precision ceramic products through the rapid exothermic chemical reaction of the material itself, saving energy and reducing costs.
⑧ Gas phase deposition method. It is divided into two categories: the physical gas phase method and the chemical gas phase method. The main types in the physical method are sputtering and evaporation deposition. Sputtering involves bombarding a flat target material with electrons in a vacuum, exciting the target material’s atoms, which then coat the sample substrate. Although the coating speed is slow and only used for thin coatings, it allows for control of purity and does not require substrate heating. The chemical vapor deposition method involves heating the substrate while introducing reactive gases or gas mixtures, which decompose or react at high temperatures to deposit products on the substrate, forming dense materials. The advantage of this method is that it can produce high-density fine crystalline structures, and the materials’ optical transparency and mechanical properties are better than those obtained from other sintering processes.
5. Glazing
The ceramic body is composed of crystalline phases generated after high-temperature firing, glass phases, unreacted quartz in the raw materials, and pores. The crystalline phase material can improve ceramic products’ physical and chemical properties, such as increasing mechanical strength, wear resistance, and thermal stability. Still, it has poor light transmittance and a rough cross-section. The glass phase material fills around the crystalline phase material to make it a coherent whole, enhancing the overall performance of the ceramic. Still, the glass phase is brittle, with poor thermal stability and wear resistance, so the glass phase must be controlled within a certain range. The glass phase can improve the light transmittance of ceramics, making the cross-section finer.
Ceramics can be divided into glazed and unglazed, but the vast majority need to be glazed for ornaments. If there is no glaze on ceramic ornaments, no matter how beautiful the shape or how new the style is, they will lose their charm. Ceramics are the art of fire, and various changes occur due to the action of fire, but mainly, it is the glaze that changes in the fire. The glaze on the surface of glazed ceramics is very similar to glass, giving ceramic utensils a smooth and shiny surface. It serves a decorative purpose, making ceramics visually appealing, and enhances the mechanical strength, surface hardness, and resistance to chemical corrosion of ceramics. Additionally, because the glaze is a smooth glass-like substance with very few pores, it is easy to clean dirt, providing convenience for the user.
Glaze, like the ceramic body, is produced from rocks or soil, but it differs from the body in that it melts more easily in fire. When the intense heat in the kiln causes the material to reach a semi-melted state, the raw materials for the glaze must be completely melted into a liquid state. After cooling, this liquid solidifies to become a glaze. Glaze is a glassy layer on the surface of non-absorbent porcelain; the sintered glaze is silicate, and the silicate source is plant ash and feldspar.
Ceramics fired with various colored metal oxides were added to the glaze to display rich colors. The glazes used for ceramic ornaments are very diverse, mainly including red glaze, cyan glaze, green glaze, yellow glaze, blue glaze, white glaze, black glaze, purple glaze, Ru kiln glaze, tea powder glaze, and many others. In addition to colored glazes, there are many types, such as crystalline glaze, crackle glaze, and matte glaze. Colored glazes are further divided into high-temperature and low-temperature glazes, with more than 60 types of high-temperature colored glazes and more than 30 types of low-temperature colored glazes, and the variety of raw materials is numerous. The porcelain clay used for ceramic ornaments is relatively refined in material selection, and most are coated with high-temperature glaze. The glaze makes the surface of the objects waterproof, gives them a luster, provides a clean and bright feeling, and increases their strength, making them easy to clean. Through these glaze colors, ceramic ornaments can present a rich artistic effect.
Several methods for glazing include dipping, pouring, brushing, and spraying. Dipping involves immersing the entire piece in a suitably thick glaze, allowing it to naturally absorb to a certain thickness. Brushing involves using a brush dipped in glaze to apply it to the piece, and using the side of the brush can create special effects. Spraying involves using a sprayer to apply glaze to the body. The glazing method can be chosen according to the design of the ceramic ornament, followed by low-temperature sintering, and finally, hanging them on specially designed stands to dry, resulting in exquisite ceramic ornaments.
