วัสดุเซรามิก

หนงั สอื อเิ ล็กทรอนิกส์เรอ่ื งวสั ดเุ ซรามกิจดั ทาโดยนายจารุวัฒน์ นาคสวุ รรณรหัส 60181700107สาขาวิชา อตุ สาหกรรมศิลป์ คณะเทคโนโลยีอตุ สาหกรรม มหาวิทยาลัยราชภฏั ลาปาง

คานาหนงั สอื วสั ดุเซรามกิ ส์ ไดจ้ ดั ทาขนึ้ เพ่อื ใชป้ ระกอบการเรยี นการสอนสาหรับนักเรียนนักศึกษาบคุ คลทสี่ นใจ โดยผ้พู ฒั นาได้ แบ่งเนอื้ หาของหนงั สือวัสดุเซรามกิ ส์นี้ไว้ 6 หวั เรื่อง ไดแ้ ก่ แก้วและกลาสเซรามิกส์ผลติ ภัณฑจ์ ากดนิ วสั ดทุ นไฟ สารขัดถู ซีเมนต์ เซรามิกขั้นสูง ผพู้ ัฒนาหวังเป็นอย่างยงิ่ ว่า เน้ือหาสาระของหนงั สืออิเล็กทรอนกิ ส์เล่มน้ี จะเปน็ ประโยชนแ์ ละใหค้ วามรแู้ ก่ผู้เรยี นและผสู้ นใจทวั่ ไป นายจารุวัฒน์ นาคสวุ รรณ มหาวทิ ยาลัยราชภฏั ลาปาง กนั ยายน 2561

สารบัญ หนา้ ที่ 1-2เรือ่ ง 3วัสดุเซรามิก 4โครงสร้างของวสั ดุเซรามกิ 4คุณสมบัตเิ ซรามิก 5กระบวนการผลิตเซรามกิ 6แกว้ และคลาสเซรามิกส่วนประกอบและคุณสมบัตขิ องแก้ว

สารบัญ(ตอ่ ) หน้าท่ี 6-7 เรอ่ื ง 8-10กลาสเซรามิก 11วัตถุดิบในการหลอมแกว้ 12การขนึ้ รปู กระจก 12ผลิตภัณฑจ์ ากดนิ 13กระบวนการผลติ ผลติ ภณั ฑ์จากดนิ 14วสั ดุทนไฟสรปุ

สารบัญ(ตอ่ ) หนา้ ท่ี 15-17 เร่อื ง 18แบบทดสอบ/แบบฝกึ หัด 18ที่มาของขอ้ มลู 19ทม่ี าของภาพเกี่ยวกบั ผู้จดั ทา

1 วัสดเุ ซรามกิ 1

22 วสั ดุเซรามกิ  เซรามกิ เปน็ สารประกอบระหวา่ งธาตโุ ลหะกบั อโลหะ  คา าวา่ “เซรามกิ ” มาจากคาว่า “Keramikos” ใน ภาษากรกี ซง่ึ หมายถึง ผลติ ภณั ฑ์ทีท่ าจากดินโดยผา่ น กระบวนการเผาใหค้ วามรอ้ น  ในปัจจุบัน เซรามิกถูกนาไปใช้อย่างแพร่หลายในหลายๆ อตุ สาหกรรม อาทิ เชน่ อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์, คอมพิวเตอร์, การสอ่ื สาร, อวกาศ (aerospace) และอุตสาหกรรมอนื่ ๆ

โครงสร้างของวัสดุเซรามิก cermic3 structure เซรามกิ เป็นสารประกอบระหว่างธาตุโลหะ และอโลหะ 3 อะตอมในวสั ดเุ ซรามกิ ถกู ยดึ เหนยี่ วกนั โดยพันธะเคมี พนั ธะ ส่วนใหญ่เป็นพันธะไอออนิก ในบางกรณีเปน็ โควา เลนซ์หรือ พนั ธะโลหะ เซรามิกสว่ นใหญเ่ ปน็ สารประกอบจากอะตอมของธาตุ สอง ชนิดขน้ึ ไป อาทเิ ชน่ อลูมิน่า (Al2 O3 ) ซ่ึงเปน็ สารประกอบ ระหวา่ งอะตอมของ อลูมิเนยี มและ ออกซิเจน, CaF2 , MgO, NaCl, SiO2 , Si3 N4 , ZnS, SiC

4 คุณสมบัติของวสั ดเุ ซรามิก4  แขง็ (Hard) ต้านทานความสึกหรอ (Wear- resistant) เปราะ (Brittle) ทนไฟ (Refractory) ฉนวนความรอ้ น (Thermal insulators) ฉนวนไฟฟา้ (Electrical insulators) ไมม่ ีคุณสมบัติแมเ่ หลก็ (Nonmagnetic) ทนต่อปฏกิ ิริยาออกซิเดชัน (Oxidation resistant) ไมท่ นตอ่ การ เปล่ยี นแปลงอุณหภูมิอยา่ งรวดเรว็ (Prone to thermal shock) มีความคงตวั ทางเคมี (Chemically stable)กระบวนการผลติ เซรามกิ

6 1.แกว้ และคลาสเซรามกิ5  วัสดใุ นกลุ่มนี้ถูกนาไปใชท้ ว่ั ไปในการทาบรรจุภณั ฑ์, กระจก หนา้ ตา่ ง, เลนส,์ ไฟ เบอร์กลาส เปน็ ต้น  แก้วมีโครงสร้างแบบ noncrystalline (ไมม่ ี ผลกึ ) หรอื เรยี กวา่ เป็นวสั ดอุ สณั ฐาน (Amorphous materials) ของซิลิเกตและ ออกไซด์อืน่ ๆ อาทิเชน่ CaO, Na2 O, K2 O, และ Al2 O3  แกว้ ทใ่ี ชก้ ันทวั่ ไปเปน็ แก้วโซดาไลม์ (soda-lime glass) ซ่ึงประกอบดว้ ย สว่ นประกอบหลกั คอื SiO2 ประมาณ 70% โดยนาหนกั , Na2O (Soda), และ CaO (Lime)

7 สว่ นประกอบและคณุ สมบัตขิ องแก้ว6 กลาสเซรามกิแกว้ อนินทรยี ์ (Inorganic glass) ส่วนมากสามารถทาใหเ้ กดิ การเปล่ยี นแปลงจากnoncrystalline เปน็ crystallineได้โดยอาศัยกรรมวธิ ีทางความรอ้ นท่เี หมาะสม เรยี กวา่ การเปลี่ยนสภาพแก้วเปน็ ผลกึ (Devitrification)โครงสร้าง ของแก้วทผ่ี า่ นกรรมวธิ ีนจี้ ะมลี ักษณะเป็นผลึกรวม (Polycrystalline) ที่มเี กรนละเอียดซ่งึ มักจะเรยี กแก้วชนิดน้ี ว่า กลาสเซรามิก (Glass-ceramics)

7 กลาสเซรามิก 9  มคี ณุ สมบัติขยายตวั จากความรอ้ นนอ้ ย ทน ตอ่ การ เปลีย่ นแปลงอณุ หภูมอิ ย่างรวดเร็ว มคี วามแข็งแรงสงู ใน เชิงพาณิชยจ์ ะมีชอ่ื การคา้ หลายช่อื อาทิเช่น Proceram, Coningware, Cercor และ Vision ส่วนใหญจ่ ะนาไปทาเป็น ภาชนะทนความ ร้อนสงู (Ovenware) และภาชนะต่างๆทใ่ี ช้ บนโตะ๊ อาหาร (Tableware) นอกจากนี้ยงั นาไปใชเ้ ปน็ ฉนวนไฟฟ้า (Electrical insulators) และ ซบั สเตรท (Substrates) ในแผงวงจร (Printed circuit boards)

8 วตั ถดุ ิบในการหลอมแกว้ SiO2 แกว้ ท่ีมปี รมิ าณของ SiO2 สงู จะทาใหแ้ ก้ว 1 น้ันมโี ครงสรา้ งท่ีแข็งแรง ทน ตอ่ ความรอ้ นและสารเคมี 0 แต่ทาการผลติ ไดย้ ากเนือ่ งจากตอ้ งใชก้ าร หลอมเหลวที่ อณุ หภมู สิ งู ข้นึ และขน้ึ รูปไดย้ ากเนอื่ งจากมีความหนดื สงู Na2 O แก้วท่มี ปี ริมาณ Na2 O สูงจะหลอมเหลว ทอี่ ณุ หภูมิต่า เปราะแตกง่าย และไม่ทนต่อสารเคมี ถา้ มี ปรมิ าณ Na2 O สงู มากๆ จะสามารถละลายน้าได้ K2 O ชว่ ยใหก้ ารตกผลึกเปน็ ไปอย่างช้าๆ ทาใหก้ าร เรยี งตัวของผลึกออกมา สวยงาม CaO, MgO หรอื BaO จะช่วยในการขึ้นรปู ทา ใหแ้ ก้วคงตัวเร็วขน้ึ เมื่อเย็นลง และเพิ่มความทนตอ่ สารเคมี แกว้ ทมี่ ปี รมิ าณ

วตั ถุดบิ ในการหลอมแกว้ (ตอ่ )9 MgO มากกว่า CaO จาใหใ้ ห้การตกผลึกเปน็ ไปอย่าง ชา้ ๆ ทาใหก้ ารเรียงตวั ของผลกึ ออกมาสวยงาม Al2 O3 แก้วทม่ี ีปรมิ าณ Al2 O3 B2 O3 แกว้ 1 ทมี่ สี ารประกอบพวก Boron สูง จะทาใหแ้ กว้ นนั้ มี 1 ความทนทานตอ่ การสกึ กรอ่ นและสารเคมไี ด้ดีขนึ้ เป็นองค์ประกอบ (Borosilicate) จะ มคี วามคงทน ตอ่ กรด-ดา่ ง และทนตอ่ ความรอ้ น เน่อื งจากจะทาให้ สมั ประสทิ ธิ์ การขยายตัวเน่ืองจากความรอ้ นลดลง แก้ว ประเภทนีเ้ ปน็ แกว้ ทใี่ ช้ในอปุ กรณ์ วิทยาศาสตรแ์ ละเปน็ แกว้ ประเภททสี่ ามารถใช้ในเตาไมโครเวฟได้ PbO แกว้ ทีม่ ีตะกั่วเปน็ องค์ประกอบ (Lead glass) เนอ้ื แก้วใสวาวเนื่องจากมคี า่ ดัชนีหักเหสงู มี ความอ่อน (soft) ไม่แขง็ กระด้าง งา่ ยต่อการเจยี ระไน เวลาเคาะมี เสียงกังวาน

วตั ถดุ บิ ในการหลอมแก้ว (ตอ่ )10  Fe2 O3 ชว่ ยประหยดั เช้อื เพลิงในขณะหลอม แต่จะ ทาใหเ้ นอ้ื กระจกใส มีสคี อ่ นไป ทางเขยี ว  ออกไซด์ อ่นื ๆ หากตอ้ งการใหแ้ กว้ หรือกระจกมสี สี ัน ต่างๆ สามารถเติมสาร นอกเหนือจากสว่ นผสมข้างตน้ ท่ี กล่าวมาแล้ว อาทเิ ชน่ สเี ขียวจาก Chromium oxide (Cr2 O3 ), สนี า้ เงินจาก Cobalt oxide (CoO), สีเหลอื งจาก Urenium (U), สนี ้าตาลจาก Nickle (Ni), สอี าพันจาก Carbon-Sulfur-Iron (C-S-Fe), และสี ชมพูจาก Manganese (Mn)

การข้นึ รูปกระจก11  drawing เป็นการดึงแผน่ แก้ว ขึน้ มาในแนวต้ัง  rolling หรือการรดี ผ่านแกน โลหะ ซ่งึ กรรมวิธนี ี้มักจะใช้ใน การผลติ กระจกลายตา่ งๆ  floating คอื การปล่อยให้นา้ แก้วไหลลงบนอา่ งดีบุกที่ หลอมเหลว แลว้ ปลอ่ ยเย็นตัว ลงจะทาให้ได้กระจกทีม่ ี คุณภาพดี เรียบ ไมเ่ ปน็ คลื่น และทาให้สามารถผลติ กระจก ขนาดใหญ่ๆ ได้

2.ผลิตภัณฑจ์ ากดนิ12 ดนิ เหนยี วเปน็ วตั ถดุ ิบสาหรับผลติ เซรามกิ ทมี่ ีการใชอ้ ยา่ ง 1 แพรห่ ลายมากท่ีสดุ โดยการนาไปผสมกบั น้าในอัตราส่วน 4 ทเ่ี หมาะสม ป้นั ใหเ้ ป็นรูปรา่ ง ทงิ้ ไวใ้ หแ้ หง้ และนาไปให้ ความรอ้ นเพอื่ เพิม่ ความแข็งแรง วัตถดุ ิบสาหรบั Clay Product ดินขาว ดิน เหนยี ว (Ball Clay) หนิ ฟันม้า หรือ เ(Kaolin, China Clay) ฟลสปาร์(Feldspar)กระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์จากดนิการขนึ้ รปู ดว้ ยมอื (Hand Modeling) การข้นึ รปูด้วยแปน้ หมนุ (Wheel Throwing) การขนึ้ รูปด้วยวิธีจิกเกอร์และจอลลี่ (Jiggering &Jollying) การข้ึนรูปดว้ ยวธิ หี ล่อนา้ ดนิ (SlipCasting) การขนึ้ รูปด้วยวธิ อี ดั ดนิ เหนยี ว(Plastic pressing) การขน้ึ รูปดว้ ยวธิ รี ดี ดินเหนยี วจากหัวแบบโลหะ (Extruding) การข้ึนรปู ด้วยวธิ อี ดั ดินฝนุ่ (Semi-dry Forming)

3.วัสดทุ นไฟ Refractories13  วสั ดุทนไฟแบง่ ไดห้ ลายประเภทตามสว่ นประกอบ หลัก โดยจะแบ่งเปน็ 4 กล่มุ ได้แก่  วสั ดทุ นไฟชนดิ ไฟร์เคลย์(Fireclay refractories)  วสั ดทุ นไฟชนิดซลิ กิ า (Silica refractories)  วสั ดุทนไฟพื้นฐาน (Basic refractories)  วสั ดุทนไฟชนิดพเิ ศษ (Special refractories)

สรุป14 เซรามคิ สามารถนามาประยกุ ต์ เพื่อผลิตเปน็ ผลติ ภณั ฑ์ ประเภทตา่ ง ๆ ได้มากมายอาทิหมอ้ ไหถว้ ยชามเครอื่ งเคลือบดินเผาอิฐ 1 กระเบือ้ งเคลอื บวสั ดุประเภทซีเมนตแ์ กว้ และวสั ดทุ นไฟเป็น 7 ตน้ ต้งั แตป่ 1ี 950เป็นตน้ มาได้มี ความเจริญกา้ วหนา้ ใน กระบวนการผลติ ตลอดจนมีความเขา้ ใจในลกั ษณะ พน้ื ฐาน และกลไกท่ีควบคุมคณุ สมบัตขิ องเซรามคิ ทาใหม้ ี การพฒั นาเซรามิกประเภทใหม่ๆ มากมายคาวา่ เซรามิกจงึ มคี วามหมายที่กวา้ งข้ึนรวมถงึ เซรามกิ ที่มคี ณุ สมบัติ พิเศษ เหลา่ น้ดี ว้ ย โดยวัสดเุ หล่านีไ้ ด้ถกู นาไปใช้ในงานตา่ งๆ เชน่ ช้นิ สว่ นอเิ ล็กทรอนิกส์ ฉนวนไฟฟา้ วัสดุขดั เจยี ร ชน้ิ สว่ นยานอวกาศ ภาชนะและเคร่ืองครวั (Table ware) เคร่อื งประดับตกแต่ง (Decoration & Garden ware) เครอื่ งสขุ ภณั ฑ์ ช้ินส่วนใน รา่ งกายมนษุ ย์

แบบทดสอบ/แบบฝกึ หดั15  1. เซรามกิ เปน็ สารประกอบระหวา่ งธาตุอะไร ก.ธาตุอโลหะกบั แร่ธาตุ ข. ธาตโุ ลหะกับอโลหะ ค.ธาตุโลหะกับซิลิกา้ ง.ธาตดุ ินกบั ธาตนุ ้า เฉลย. ข. ธาตุโลหะกับอโลหะ 2. คณุ สมบตั ขิ องวสั ดุเซรามกิ มอี ะไรบ้าง ก.แข็ง (Hard) เปราะ (Brittle ข. ต้านทานความสึกหรอ (Wear-resistant) ค. เปราะ (Brittle) ง.ถกู ทุกข้อ เฉลย. ง.ถูกทุกข้อ

16  3.ขอ้ ใดคือการขน้ึ รูปการน้าร้อนดว้ ยเซรามกิ ก. การข้ึนรปู ด้วยมอื ข. การขึน้ รปู ด้วยแป้นหมนุ ค. การขนึ้ รูปด้วยวธิ ีหล่อน้าดนิ ง. การขน้ึ รูปด้วยวิธีรดี ดนิ เหนียวจากหวั แบบโลหะ เฉลย. ค. การขนึ้ รูปด้วยวธิ หี ลอ่ นา้ ดิน 4. วสั ดทุ นไฟแบง่ ไดห้ ลายประเภทตามสว่ นประกอบ หลัก โดยจะแบง่ เปน็ กีก่ ลุ่มได้แก่ อะไรบ้าง ก.3 กลุ่ม วสั ดทุ นไฟชนิดไฟร์เคลย์ วสั ดทุ นไฟชนิดซลิ ิกา วสั ดทุ นไฟพ้นื ฐาน ข.2 กลุ่ม วัสดทุ นไฟชนดิ พเิ ศษ วัสดทุ นไฟชนดิ ซิลิกา ค.1 กลุ่ม วสั ดุทนไฟชนิดพเิ ศษ ง.4 กล่มุ วัสดทุ นไฟชนิดพเิ ศษ วัสดทุ นไฟชนดิ ไฟร์เคลย์ วสั ดทุ นไฟชนิดซลิ กิ า วัสดุทนไฟพ้นื ฐาน เฉลย. ง.4 กลุม่ วสั ดทุ นไฟชนิดพเิ ศษ วสั ดุทนไฟชนิด ไฟร์เคลย์ วสั ดุทนไฟชนดิ ซลิ ิกา วัสดทุ นไฟพน้ื ฐาน

17  5.คณุ สมบัติของกลาสเซรามิกขอ้ ใดถูกต้อง ก.เป็นตวั นาฉนวนไฟฟ้า ข.ไมท่ นตอ่ ความรอ้ น ค.เปราะบาง ง. มคี วามแข็งแรงสูง เฉลย.ถูกทง้ั ขอ้ ก และขอ้ ง สูๆ้ นะครับ

ที่มาของขอ้ มลู18  http://ie.eng.cmu.ac.th/IE2014/el earnings/2014_08/21/%E0%B8% 9A%E0%B8%97%E0%B8%97%E 0%B8%B5%E0%B9%88%2012% 20Ceramic.pdf ทม่ี าของภาพ https://www.google.co.th/search ?q=%E0%B8%A7%E0%B8%B1% E0%B8%AA%E0%B8%94%E0%B 8%B8%E0%B9%80%E0%B8%8B %E0%B8%A3%E0%B8%B2%E0% B8%A1%E0%B8%B4%E0%B8%8 1&source=lnms&tbm=isch&sa= X&ved=0ahUKEwjcm5Hd24TdAh XDZSsKHdRJC7gQ_AUICigB&bi w=1600&bih=799#imgrc=abTrsZ NCXDpMfM:

เกย่ี วกบั ผจู้ ัดทา19 นายจารุวฒั น์ นาคสวุ รรณ เ กิ ด วั น ที่ อ า ทิ ต ย์ ท่ี 1 6 พ ฤ ศ จิ ก า ย น พ.ศ.2540 อายุ 20 ปี กาลังศกึ ษาที่ มาหาวิทยาลัยราชภัฏลาปาง คณะเทคโนโลยอี ุตสาหกรรม สาขา อุตสาหกรรมศิลป์ ส่งิ ทช่ี อบ ชอบเล่นกีฬา ชอบธรรมชาติ สที ชี่ อบสี ฟา้ เขียว คตปิ ะจาใจ ฝนั ต้องไปใหถ้ งึ