ویژگی کائولن مصرفی در صنعت سرامیک عموما مربوط به ناخالصی های زیان آور موجود در آن است که باعث تغییر رنگ محصول بعد از پخت می گردد. مهمترین و مضرترین ناخالصی ها اکسید آهن می باشد. از دیگر عناصر مضر می توان از مس، کروم و منگنز نام برد. این مشکل زمانی نمود پیدا می کند که این مواد به صورت ریزدانه در رس قرار گرفته باشند، در این حالت به صورت بدنه محصول پس از پخت ظاهر گردیده و در پخت بیسکویت چنانچه مقدار اکسیژن کوره پایین بیاید اطراف لکه حفره هایی به وجود می آید. مقدار Fe2O3 مجاز در سرامیک بین 0.6 تا 0.7 درصداست. اکسید آهن در کائولن جهت ساخت پرسلان باید کمتر از 0.5 درصد باشد زیرا تیتانیوم با آهن در بدنه سرامیک عکس العمل نشان می دهد و موجب کاهش شفافیت می گردد. چینی های بهداشتی به خاطر مقاومت در مقابل شوک حرارتی و قیمت مناسب آنها مورد توجه هستند. در کار فعلی تهیه بدنه های بهداشتی با استفاده از تالک و کائولن و فلدسپار داخلی و بالکلی خارجی مدنظر بوده است. تشکیل مولایت به کمک روش های آنالیز حرارتی و پراش اشعه ایکس مورد مطالعه قرار گرفت و مشخص گردید که با هدایت پخت در محدوده 1250 ـ1325 درجه سانتی گراد و با استفاده از مقدار کم آلومینا، و کائولن داخلی می توان حدود 85 درصد فاز مورد نظر را در زمینه فاز شیشه تولید کرد. مشخص گردید زمان مناسب برای پخت در محدوده 2 تا 6 ساعت بوده و زمان های طولانی کمکی به افزایش فاز مولایت نمی نماید. با استفاده از روش ریخته گری تحت فشار و ریخته گری توپر و بدون کلسینه کردن مواد اولیه، بدنه هایی با تخلخل 5 ـ25 درصد به دست آمد. میزان تخلخل در بدنه ها بستگی به مقدار فلدسپار و درجه حرارت پخت داشته و در محدوده 1250 ـ1325 درجه سانتی گراد عمدتا به صورت بسته می باشد. انبساط حرارتی بدنه ها در حدود 5.3-2.2x10-6 بوده و مقاومت در مقابل شوک حرارتی قابل توجهی را نشان دادند. خواص الکتریکی تحت تاثیر مقدار فاز شیشه موجود در بدنه بود که خود تابع مقدار فلدسپار افزوده شده می باشد. مقاومت الکتریکی با افزایش درجه حرارت کاهش می یابد و در حوالی 450 درجه سانتی گراد به 10 در 10 اهم سانتیمتر می رسد. ثابت دی الکتریک در محدوده 8ˆ5-5 تغییر می کند.

کوردیریت یکی از مینرال های بسیار مهم است که کاربردهای فراوانی دارد. کوردیریت و شیشه سرامیک های کوردیریتی به سبب مقاومت به شوک پذیری بالا، ثابت دی الکتریک پایین، استحکام مکانیکی بالا، مقاومت شیمیایی و حرارتی خوب و ضریب انبساط حرارتی کم کاربرد بسیاری در صنایع مختلف دارند. به سبب هزینه های فرآوری پایین تر و خواص مناسب کوردیریت به عنوان یک ماده مناسب مطرح است. اما سرامیک های کوردیریتی دارای بازه دمایی زینترینگ بسیار باریکی هستند که فرایند سنتز وزینترینگ آنها را بدون استفاده از مواد کمکی (که به جهت تشکیل فاز مایع در نزدیکی دمای ذوب آنها (1460C درجه) اضافه می شوند مشکل می سازد. از این رو فعالیت های گسترده ای در جهت بهبود روش های سنتز و زینترپذیری کوردیریت انجام گرفته است. این روش ها دربردارنده استفاده از کمکزینترها و نیز روش های نوین سنتز است. البته متاسفانه این روش ها آثار نامطلوبی روی خواص حرارتی و الکتریکی کوردیریت دارد. کوردیریت به واسطه ضریب انبساط حرارتی پایین و ضریب دی الکتریک بالا و ضریب هدایت حرارتی بالا بسیار شوک پذیر و عایق بسیار خوب الکتریسیته است به همین دلیل امروزه اگریگیت کوردیریت برای استفاده در بتون های ضدسایش در پتروشیمی استفاده می گردد. همچنین در عایق کردن وسایلی که با استفاده از جریان الکتریسیته تولید گرما و حرارت می کنند. مثلا حفاظ جرقه زن ها و یا ترموکوپل ها که علاوه بر نسوزندگی نیاز به شوک پذیری بالا دارند مصرف می شود.

کوره های قوس الکتریکی بر اثر شارژ آهن قراضه تولید غبار نموده که حاوی ذرات اکسید و فریت روی و نیز اکسیدهای آهن دارای ابعاد بسیار ریز در حد چند نانو متر تولید می شود. بر اساس مطالعات انجام شده بر روی غبارهای کوره های قوس کارخانه های فولاد آلیاژی و فولاد یزد، هر جا که روی مشاهده شده، دو عنصر دیگر اکسیژن و آهن نیز با درصدهای متغیری حضور داشته که این بیانگر ترکیب شدن روی با آهن به صورت فریت روی است. البته با توجه به میزان درصد روی، آهن و اکسیژن می توان استنباط نمود که اکسید روی نیز وجود دارد. با تطابق نتایج آنالیز XRD، XRF و SEM در نمونه غبار فولاد یزد و فولاد آلیاژی به ترتیب بیش از 60 درصد و 50 درصد از روی موجود در غبار در اکسید روی نهفته است. روش به دست آمده در این طرح پس از مرحله لیچینگ غبارها، استحصال باقی مانده روی موجود در غبارها، استفاده از تتراکلراید آهن آبدار (6H2O.FeCl3)جهت شکستن ساختار درونی فریت روی و قابلیت حل شدن آن در اسیدهای دیگر از جمله اسید سولفوریک و یا کلریدریک می باشد. با این روش می توان بیش از 90 درصد از روی موجود در غبار را لیچ و استحصال نمود. روش های استخراج حلالی برای خالص سازی محلول لیچ مورد استفاده قرار گرفت و نهایتا فلز روی از محلول خالص به وسیله سلول الکترولیز به دست آمد.

کوره های مورد استفاده در ذوب مواد، از جنبه های مختلفی تقسیم بندی می شوند، از جمله از نظر سوخت مصرفی، ما می توانیم به نوع خاصی از این کوره ها به نام کوره های الکتریکی اشاره کنیم که با سوخت الکتریکی کار می کنند. یعنی حرارت مورد نیاز با جریان برق تولید می شود، این کوره خود نیز انواعی دارد. کوره های الکتریکی بیشتر از نظر کنترل حرارت، نسبت به کوره های دیگر حائز اهمیت هستند. در کل، این کوره ها دارای عالی ترین درجه کنترل هوا و ترکیب است و مناسب ترین کوره برای ذوب مستقیم هستند که می توان آنها را برای فلزات و آلیاژهایی به کار برد که خاصیت ترکیب و سرعت فعل و انفعال در آنها زیاد است. با توجه به این مطلب که این کوره ها قابلیت ایجاد حرارت های بسیار بالا حتی بالای 2000 درجه را دارند، می توانند برای ذوب و تولید دیرگدازه هایی با دمای ذوب بالا استفاده شوند. هدف این پروژه معرفی نوع خاصی از کوره های الکتریکی به نام کوره های قوس الکتریکی، به منظور امکان سنجی ساخت این نوع کوره ها برای ساخت و تولید دیرگدازهای ذوبی با نقطه ذوب بالا، در کشور است.

یکی از راه های بالا بردن کیفیت نسوز، بررسی نسوز های کارکرده (باطله) و بررسی اتفاقات رخ داده است که با شناسایی مکانیزم فرسایش می توان برای کاهش و به حداقل رساندن فرسایش ارائه طریق نمود. با استفاده از اشعه ایکس می توان این مکانیزم را بررسی کرد. در این طرح، نسوز باطله کارکرده از کوره ذوب خارج شده در سایز مشخص برش داده شد (قابل حمل باشد)، سپس با تنظیم زمان، شدت جریان و سرعت دیافراگم، قدرت اشعه تنظیم شده و از نمونه عبور داده شد. برای هر نوع نسوز و هر نوع فلزی نیاز به شدت اشعه و سایر پارامتر های مربوطه خاص می باشد که با به دست آمدن هر یک می توان میزان نفوذ دقیق و الگوی کلی و تقابل مذاب با نسوز را مشخص کرد. در قدم بعدی با تهیه تصویر از چپ، راست و بالای نمونه می توان پرسپکتیو و الگوی سه بعدی نفوذ درون نمونه را نیز تا حدودی مشخص نمود و با توجه به نتایج به دست آمده از رنگ تصویر که موید نوع ترکیب است مکانیزم عمده فرسایش را به طور کلی مشخص نمود. این روش از نظر هزینه احتیاج به نمونه سازی، پوشش دهی و هزینه های گزاف میکروسکوپ الکترونی یا پلاریزان ندارد و تنها هزینه ای در حد یک تصویربرداری پزشکی را داراست. از نظر زمانی نیز پس از اخذ نسوز باطله در مدت زمانی چند دقیقه ای می توان عمق دقیق نفوذ را تعیین نموده و الگوی کلی نفوذ را نیز ارائه کرد و به این ترتیب با صرف کمترین هزینه و در مدت زمان کوتاهی می توان مکانیزم فرسایش را بررسی کرد.

یکی از مسائل و مشکلات مهم در حوزه نانو تولید قطعه است. در این طرح پودرهای میکرونی SiC به روش آسیاب کاری مکانیکی سنتز شده و به مذاب آلومینیوم اضافه شد. از طریق همزدن مکانیکی پودرهای مذکور در آلیاژ پراکنده شدند. تست های متالوگرافی، SEM و توزیع اندازه ذره و خواص مکانیکی بر روی نمونه ها انجام شد. این روش برای اولین بار برای تهیه نانوکامپوزیت مورد استفاده قرار گرفته و از نظر اقتصادی و انعطاف پذیر بودن نسبت به روش متالورژی پودر بسیار مناسب تر می باشد.

یکی از مشکلات موجود در زمینه تامین مواد اولیه لعاب، قیمت بالا و کمبود زیرکن در این صنعت می باشد. در سالیان اخیر برخی از تولید کنندگان لعاب توانسته اند بخش مهمی از زیرکن مصرفی در لعاب را به وسیله ماده معدنی به نام آندالوزیت میکرونیزه جایگزین نمایند. آندالوزیت از ترکیبات آلومیناسیلیکاتی بوده که معادن آن نیز در ایران در استان همدان موجود می باشد. این ماده معدنی پس ازعملیات تغلیظ و آهن زدایی آسیاب شده و با اندازه دانه های متوسط 5 میکرون در لعاب و انگوب های سرامیکی مورد استفاده قرار می گیرد. درجه خلوص بالا و درصدآهن کم آن توانسته است از این ماده یک اوپک کننده مناسب در لعاب بسازد. در حال حاضر تولید کنندگان کاشی در کشورهای اروپایی توانسته اند تا 30% سیلیکات زیرکونیم را به وسیله این ماده جایگزین نمایند. آندالوزیت در بازار جهانی درمقایسه با زیرکن از قیمت پایین تری برخوردار می باشد. آندالوزیت با فرمول Al2O3.SiO2 بیشتر در صنعت نسوز کاربرد داشته است. با توجه به خواص مطلوبی که این ماده دارا می باشد می تواند به طور وسیعتر در صنایع سرامیک مورد مصرف قرار گیرد. یکی از کاربردهایی که در این طرح مورد بررسی قرار گرفته جایگزین کردن آن به جای زیرکن و آلومینا در انگوب و لعاب کاشی می باشد. زیرکن عمده ترین اپسیسیته در صنعت کاشی می باشد که سال هاست به عنوان ماده ثابت در اکثر فرمول های لعاب به کار برده می شود. تحقیقات و آزمایشات انجام گرفته نشان دهنده این است که آندالوزیت به دلیل داشتن خاصیت اپک کنندگی می تواند تا حد زیادی جایگزین مناسبی برای زیرکن باشد. خاصیت اپک کنندگی آندالوزیت با تغییر جزئی در فرمول های لعاب و انگوب تا حد بسیار خوبی باعث بهبود ترکیب می شود. این آزمایشات در مورد لعاب های رنگی نیز مطلوب می باشد ضمن این که جایگزینی آندالوزیت تاثیر منفی بر روی خواص اصلی مثل استحکام، جذب آب، سایش نداشته است. بکارگیری آندالوزیت ایرانی به جای نمونه خارجی نیز تاثیر مشابه داشته و با بکارگیری آندالوزیت خارجی در فرمول و حذف زیرکن به طور کامل یا به طور نسبی هزینه مصرفی تا حد زیادی کاهش می یابد. عمده ترین معدن آندالوزیت در ایران در استان همدان و متعلق به شرکت ابزارسایش آسیا است. این معدن از طریق فرآوری کردن سیلیکات آلومینیم محصولاتی قابل رقابت با نمونه خارجی ارائه داده است. البته این پروژه تحقیقات اولیه ای در این زمینه بوده و امیدواریم که این پروژه شروع خوبی برای ادامه تحقیقات باشد.

در پژوهش حاضر ساخت ساگارهای کوردیریت مولایت که به عنوان ابزار کوره قابل استفاده اند مورد بررسی قرار گرفته است. برای این منظور ابتدا اگریگیت کوردیریت به وسیله مخلوطی از تالک، کائولن و آلومینا پس از شکل دهی به وسیله پرس و حرارت دهی تا 1325oC تهیه گردید. مقدار تقریبی فاز کوردیریت به وسیله الگوی پراش اشعه x تخمین زده شد. سپس کوردیریت سنتز شده با مقادیر مشخصی از کائولن و آلومینا (به عنوان مواد اولیه تشکیل مولایت در نمونه ها) مخلوط شده و نمونه های اصلی به وسیله پرس تهیه گردیدند. و در دماهای مختلف پخت شدند. سپس تغییرات دانسیته، تخلخل و استحکام فشاری سرد نمونه ها به صورت تابعی از دما اندازه گیری شد که نتایج نشان دهنده بهبود این خواص با افزایش دما است. صحت تشکیل مولایت درون نمونه ها به وسیله روش XRD مورد بررسی قرار گرفت و به منظور پیش بینی مقاومت به شوک حرارتی نمونه ها، ضریب انبساط حرارتی آنها به وسیله یک دستگاه دیلاتومتر اندازه گیری شد که این مقدار حدود 3.18×10-6 (1/k) بوده است و نشان دهنده مقاومت خوب بدنه ها به شوک حرارتی است. در نهایت بررسی های ریز ساختاری نمونه ها به وسیله میکروسکوپ الکترونی روش (SEM) صورت گرفت و با جمع بندی نتایج با بهترین فرمولاسیون به دست آمد. نمونه هایی در مقیاس صنعتی تهیه شده و تست گردید که نتایج مثبت بوده اند.

ریخته گری ژل فرآیندی بسیار انعطاف پذیر بوده و با آن می توان قطعاتی به کوچکی کمتر از یک گرم تا بیش از 6 کیلوگرم و همچنین اشکال پیچیده با مقطع بسیار ظریف به اندازه 0.2 میلی متر را نیز ریخته گری کرد. به طورکلی ریخته گری ژل روشی جدید و جذاب جهت ساخت قطعات با کیفیت بالا و پیچیده سرامیکی می باشد. فرآیند ریخته گری ژل بر اساس تلفیقی از فرآیند تولید سرامیک های سنتی و شیمی پلی مر استوار می باشد. در این فرآیند دوغابی دارای پودر سرامیکی و مونومر، تهیه و درون قالب ریخته گری می شود. سپس در اثر پلی مریزاسیون درجای مونومر، ذرات جامد سرامیکی در شبکه پلی مری بی حرکت شده و دوغاب به ژلی تبدیل می شود که شکل قالب را به خود گرفته است. بدنه ژل مانند که تر می باشد، استحکام کافی جهت خروج از قالب را داشته و پس از جدا شدن از قالب، خشک و پخت می شود. در این طرح، ابتدا دوغاب مناسب از اکسیدآلومینیوم تهیه و خواص رئولوژیکی و پایداری آن بررسی شده و پس از تهیه فوم در مرحله دوم قطعه متخلخل آلومینایی ساخته شده و عوامل موثر بر خواص نهایی قطعه بررسی می شود.