مواد اولیه لعاب‌ها در هنر میناکاری

اکسیدهای ضروری مختلف می‌توانند به وسیله مواد اولیه مختلفی مانند کائولن، سیلیس، کربنات‌ها، سیلیکات‌ها، آلومینات‌ها، کانی‌های تغلیظ شده اکسیدهای خالص و سایر ترکیبات شیمیایی در ترکیبات لعاب آورده شوند. از آنجا که در دمای بالا این مواد در اکثر حالت‌ها به صورت کانی‌های بلوری هستند، قبل از ذوب شدن در شبکه بلور خودشان تخریب می‌شوند یا بعدا توسط مذاب حل می‌شوند.

اکثر مواد اولیه لعاب در آب غیر محلول بوده یا به سختی در آب محلول هستند؛ زیرا دوغاب، اکثرا با آب ساخته می‌شود و اجزای محلول در آب در هنگام خشک شدن به سبب توزیع غیریکنواخت در سطح نمونه لعاب می‌نشینند. اگر مواد اولیه محلول در آب مورد استفاده قرار گیرد معمولا از قبل با کوارتز، کائولن- فلدسپات آهک و امثالهم ذوب شده به صورت فریت در می‌آید به طوری که شیشه‌ای به وجود می‌آید که یا غیر محلول در آب است و یا به سختی در آب حل می‌شود و بعدا آسیاب شده و به صورت مواد اولیه لعاب در اختیار گذاشته می‌شود. امروزه یکی از محسنات این است که از فریت‌های تجاری به عنوان مواد اولیه لعاب استفاده می‌شود زیرا آنها انواع ترکیبات دلخواه را با خواص مشخص، دقیق و کیفیت ثابت و تضمین شده دارا بوده و در طول سالیان متمادی می‌توان آنها را تهیه کرد.

از کلریدها به عنوان مواد اولیه لعاب معمولی و لعاب فرار (لعاب نمک) به خاطر محلول بودن در آب و رطوبت آن در هنگام حرارت دیدن استفاده می‌شود. در فریت با لعاب خام از چنین موادی استفاده نمی‌شود زیرا شدیدا رطوبت را جذب می‌کنند. یک سری از مواد اولیه لعاب خیلی سمی هستند و یا بایستی به آنها به عنوان موادی که به سلامتی ضرر می‌زنند نگاه کرد این مواد عبارتند از:

- تمام ترکیبات کادمیم‌دار

- تمام ترکیبات آنتیموان‌دار

- تمام ترکیبات سرب‌دار

- تمام ترکیبات باریم‌دار (به استثنای سولفات باریم)

گوارتز (SiO2) به شکل کوارتز یا سیلیکات موقعی که به صورت گرد و غبار وارد ریه شود.

مواد اولیه مورد استفاده در ترکیبات هر سری لعاب، نخست باید بررسی شود؛ زیرا هر ماده اولیه تاثیر ویژه‌ای در ویژگی و کیفیت لعاب دارد.

از آنجا که لعاب، مذابی شیشه‌ای است از ترکیبات اکسیدهای مختلف در دماهای مورد نیاز به وجود می‌آید. معمولا ماده اصلی کوارتز است که برای پایین آوردن نقطه ذوب، مواد گدازآور flux به آن اضافه می‌شود.

همچنین برای به وجود آمدن ویسکوزیته مناسب اکسید آلومینیوم به آن اضافه می‌شود. از اکسیدهای رنگی نیز برای ایجاد رنگ دلخواه استفاده می‌شود. به طوری که مذابی رنگی با ویسکوزیته بالا به دست می‌آید. لعاب بهتر است کمترین نقطه ذوب را داشته باشد. در هنگام حرارت دادن یک ماده تک فازی با افزایش یکنواخت ماده شروع به ذوب شدن می‌کند و با اینکه فرایند گرمادهی ادامه می‌یابد دما ثابت باقی می‌ماند. در این حالت، گرمای مصرفی «گرمای ذوب» نامیده می‌شود. حال اگر مذاب به آهستگی سرد شود مشاهده می‌شود که در منطقه بلوری شدن مقدار دما ثابت باقی می‌ماند که آن را «دمای بلوری شدن» می‌نامند.

مهم‌ترین مواد خام تشکیل دهنده‌ی لعاب:

۱. اکسید سرب (pbo)

۲. اکسید سدیم و پتاسیم (Na2O,K2O)

٣. اکسید لیتیم (Li2O)

۴. اکسید کلسیم (CaO)

۵. اکسید استرانسیوم (Sro)

۶. اکسید باریم (BaO)

۷. اکسید آلومینیوم(Al2O3)

۸. اکسید قلع (SnO2)

۹. اکسید تیتان (TiO2)

۱۰. اکسید زیرکن (ZrO2)

۱۱. اکسید روی (ZnO)

۱۲. اکسید منیزیم (MgO)

۱۳. اکسید سیلیس (SiO)

۱۴. اکسید بر (B2O3)

۱۵. اکسید فسفر (P2O3)

سیلیس

به عنوان یک ماده غیر پلاستیک و شبکه ساز در لعاب مورد استفاده قرار می‌گیرد و می‌تواند ماده اصلی سازنده لعاب باشد. با وجودی که نقطه ذوب آن ۱۷۱۰ درجه سانتیگراد است، بیشترین میل ترکیبی با دگرگون‌سازهای شبکه دارد و در حرارت‌های پایین‌تر با ساختن يوتکنیک لعاب می‌دهد. معمولا میزان سیلیس در لعاب چند برابر سایر مواد دیگر است و می‌توان سایر مواد را در این فرآیند اصلاح کننده و تغییر دهنده به شمار آورد که در تغییر دادن نقطه ذوب ایجاد شفافیت یا ماتی لعاب به کار گرفته می‌شود.

این ترکیبات به نام فلدسپات‌ها در طبیعت به صورت ناخالص وجود دارد که کارخانه‌های سازنده آنها را تخليص می‌کنند و به بازار ارائه می‌دهند. سیلیس دارای ضریب انبساط حرارتی کم است. به همین دلیل وجود سیلیس در لعاب برای چسبیدن بهتر به بدنه مورد توجه است؛ زیرا سیلیس در لعاب ضریب انبساط حرارتی را کم می‌کند.

سیلیس در طبیعت به صورت‌های مختلف بلوری یا آمورف وجود دارد. فرمول عمومی شیمیایی آنSiO2) ) است ولی خواص فیزیکی متفاوت است. نسبت درصد ترکیب سیلیس در لعاب‌ها متغیر است و معمولا مقدار آن در لعاب‌های ساده و سربی کمتر و در لعاب‌های سخت که در دماهای بالاتر ذوب می‌شوند، بیشتر است.

خواص سیلیس

- باعث مشکل شدن ذوب لعاب می‌شود؛ یعنی دمای ذوب را بالا می‌برد.

- ویسکوزیته مذاب لعاب را افزایش می‌دهد. مذاب را غليظ کرده و اختلاف دمای مذاب را گسترده می‌کند.

- ثبات شیمیایی را بهبود می‌بخشد.

- استحکام فشاری را زیاد می‌کند.

- بر روی رنگ اثر کمی می‌گذارد (به استثنای قرمز کروم- قرمز نیکل - زرد کروم).

- کدری لابی که (B2O3) و (ZnO) زیاد دارد را زیاد می‌کند.

- می‌تواند لعاب مات قلیایی را براق کند.

- نوع سیلیس مورد مصرف در لعاب باید مشخص باشد. چنانچه مقدار سیلیس زیادتر از حد در لعاب باشد، مشکلاتی را ایجاد می‌کند که عبارت است از:

• حرارت لازم برای ذوب شدن لعاب با اضافه شدن مقدار سیلیس افزایش می‌یابد و لعاب نمی‌تواند در حرارت پیش‌بینی شده ذوب شود.

• شفافیت لعاب کاهش می‌یابد.

• در لعاب‌های سربی اگر مقدار سیلیس زیاد باشد، سبب تشکیل تری سیلیکات سرب می‌شود که در نتیجه لعاب کدر و سخت می‌شود.

• سیلیس در لعاب باعث می‌شود که ترک نخورد. مقاومت در مقابل ترک خوردن، پوسته شدن و خش خوردن را از بین ببرد.

اکسید بُر

یکی از مهم‌ترین اکسیدهای اسیدی است که حالت شیشه‌ای ایجاد می‌کند. جایگزین کردن مقداری از این ماده به جای سیلیس در لعاب موجب کاهش دمای منطقه ذوب لعاب می‌شود. کاربرد و مقدار B2O3 در فرآیند بهبود و کیفیت لعاب محدود است.

یون‌ها که محلول در آب هستند، بایستی فریت شوند. یون‌های کلسیم برای لعاب خام خیلی مناسب هستند. کلماتیت در هنگام حرارت دادن اکثراً آب خود را از دست می‌دهد، به طوری که لعاب اجزای سطح لعاب شده را در اطرافش کاهش می‌دهد.

خواص B2O3

- دمای ذوب را خیلی زیاد کاهش می‌دهد.

- به عنوان شبکه ساز جایگزین بخشی از (SiO2) می‌شود.

- ویسکوزیته مذاب را خیلی زیاد کاهش می‌دهد.

- کشش سطحی مذاب را کم می‌کند.

- صافی و براقی سطح لعاب را بیشتر می‌کند.

- مقدار کم آن سختی و خراش را زیاد می‌کند.

- فاصله اختلاف ذوب را گسترش می‌دهد.

- از بلوری شدن جلوگیری می‌کند.

- مقدار حلالیت سرب را در لعاب سربی افزایش می‌دهد.

- به وسیله مواد کدر کننده (SnO2 یا TiO2 یا Sb2O3) کدر سفید ایجاد می‌کند.

- ضریب انبساط حرارتی را کاهش می‌دهد.

- قدرت حل شدن مذاب را زیاد می‌کند.

- مقدار زیاد آن برای لعاب مات مناسب نیست.

- خاصیت آن به عنوان گدازآور است.

- شفافیت و جلای لعاب‌های سربی را افزایش می‌دهد.

- مقدار تشکیل بلور را در لعاب کم می‌کند.

اکسید سدیم Na2O

این اکسید به عنوان دگرگون‌ساز شبکه در لعاب عمل می‌کند. مواد قلیایی نقش مهمی در لعاب دارد و حل شدن سرب را در لعاب سربی زیاد می‌کند. البته نه به اندازه اکسید سدیم ((Na2O و (K2O). از لحاظ شیمیایی بسیار فعال بوده، باعث ذوب لعاب می‌شود. در لعاب‌های با ذوب کم و یا زیاد به میزان متفاوت استفاده می‌شود. لعاب‌هایی که اکسید سدیم دارند، می‌توانند تحت تاثیر اکسیدهای رنگین، رنگ‌های جالبی را به وجود آورند.

اکسید پتاسیم

این اکسید مانند اکسید سدیم در لعاب عمل می‌کند و گدازآور بسیار فعالی است و در دماهای مختلف به کار می‌رود. کربنات پتاسیم در آب محلول است و به صورت فریت در لعاب مصرف می‌شود. لعاب‌هایی که به نسبت ((Na2O آنها بیشتر از (K2O) است مقاومت کمتری در مقابل اسیدها و آب دارند.

خواص اکسید پتاسیم و سدیم K2O و Na2O

- درجه حرارت ذوب را شدیدا کاهش می‌دهد.

- ویسکوزیته مذاب را به طور ناگهانی کاهش می‌دهد.

- ضریب انبساط حرارتی لعاب منجمد شده را زیاد می‌کند.

- نیروی حل شدن مذاب را زیاد می‌کند.

- پایداری لعاب منجمد شده را در مقابل حمله شیمیایی کم می‌کند؛ به خصوص در مقابل اسیدها حساس است.

- سختی و مقاومت سایشی را کم می‌کند.

- فاصله اختلاف بین زینتر و مذاب را کم می‌کند.

- بر روی رنگ‌های قلیایی تاثیر می‌گذارد.

اکسید کلسیم CaO

اکسید کلسیم به عنوان دگرگون‌ساز شبکه در لعاب عمل می‌کند و فراوان‌ترین ماده قلیایی خاکی است. اکسید کلسیم در لعاب و فریت‌ها استفاده می‌شود و اکثرا به صورت کربنات کلسیم CaCaO3 مواد لعاب اضافه و مصرف می‌شود و در دمای ۹۰۰ درجه سانتیگراد گاز CO2 آزاد می‌کند.

خواص آهک زنده

- استحکام سطح لعاب و سختی خراش را افزایش می‌دهد.

- پایداری شیمیایی لعاب را افزایش می‌دهد.  

- مقدار زیاد آن ماده کدر کننده خوبی است.

- کشش سطحی مذاب لعاب را افزایش می‌دهد.

- اکثر رنگ‌ها را کمی تغییر می‌دهد.  

- ویسکوزیته مذاب در لعاب را در دماهای بالا کاهش می‌دهد.

اکسید منیزیم

این اکسید به عنوان گدازآور در حرارت بالا استفاده می‌شود و مقدار کم آن در لعاب باعث درخشندگی و براق شدن سطح آن می‌شود.

خواص MgO

- کشش سطحی مذاب لعاب را زیاد می‌کند.

- مقاومت سایشی و سختی سطح را زیاد می‌کند.

- پایداری شیمیایی را بهتر می‌کند.

- مقدار زیاد آن لعاب را مات می‌سازد.

- بعضی از رنگ‌ها را تغییر می‌دهد؛ مثال آبی کبالت را به رنگ بنفش در می‌آورد یا قهوه‌ای نیکل را به رنگ سبز در می‌آورد.

- مقدار کم آن در لعاب، براقی سطح را افزایش می‌دهد.

اکسید باریم

این اکسید مانند اکسید کلسیم در لعاب عمل می‌کند و در دمای بالا به صورت گدازآور عمل می‌کند. مقدار کم آن لعاب درخشان و براق ایجاد می‌کند و سطح لعاب را شفاف می‌کند.

خواص BaO

- ویسکوزیته مذاب را شدیدا کاهش می‌دهد.

- کشش سطحی مذاب را شدیدا بالا می‌برد.

- مقدار زیاد آن پایداری در برابر مواد شیمیایی را کاهش می‌دهد.

- به مقدار کم رنگ را تغییر می‌دهد.

- سختی سطح لعاب منجمد شده را زیاد می‌کند.

اکسید روی

این اکسید درجه حرارت ذوب را شدیدا کاهش می‌دهد و مقدار کم آن شفافیت لعاب را زیاد می‌کند.

خواص ZnO

- ویسکوزیته مذاب لعاب را شدیدا کاهش می‌دهد.

- کشش سطحی مذاب را بالا می‌برد.

- ضریب انبساط حرارتی لعاب منجمد شده را کم می‌کند.

- پایداری در برابر مواد شیمیایی لعاب منجمد شده را کاهش می‌دهد.

- مقدار زیاد آن لعاب مات ایجاد می‌کند.

- تغییر رنگ می‌دهد؛ برای مثال سبز کروم را به رنگ قهوه‌ای مایل به زیتونی تبدیل می‌کند.

اکسید سربPbO  (لیتاژ)

این اکسید به عنوان دگرگون‌ساز شبکه در لعاب عمل می‌کند و دارای نقطه ذوب پایین ۸۸۰ درجه سانتیگراد است؛ همچنین در مخلوط سیلیکات‌ها گدازآور خوبی است و یکی از پر مصرف‌ترین اکسیدها در لعاب است. سرب و سیلیکات لعاب نسبتا خوبی را تشکیل می‌دهند. از خصوصیات لعاب سربی شفافیت و درخشندگی آن است که مقدار آن را می‌توان با استفاده از اکسیدهای دیگر میزان کرد.

اکسید سرب تأثیر خوبی بر روی اکسیدهای رنگی می‌گذارد و لعاب نرم و روشن و بدون هرگونه کدری ایجاد می‌کنند.

منابع تامین کننده‌ی اکسید سرب pbO عبارت است از:

- اکسید سرب (خیلی سمی) (Pbo)

- سرنج (خیلی سمی) (Pb3O4)

- کربنات سرب (خیلی سمی) (3Pb.2Co2.H2O)  

- سروزیت (خیلی سمی) (PbSo4)

- سولفید سرب ( خیلی سمی) (PbS)

- استات سرب (خیلی سمی محلول در آب) Pb(CH3COO)4

- فریت سرب

- فریت سرب و بور

- فریت سرب و بور و قليا

امروزه به خطر سمی بودن سرب اکثرا به صورت فریت سرب‌دار استفاده می‌شود؛ چون این امر باعث می‌شود که در هنگام کار با این مواد اولیه تقریبا خطر سمی بودنش غیرممکن شود.

همچنین برای جلوگیری از مسمومیت از طریق دهان و تنفس و حتی پوست دست و صورت باید سرب را همراه با سیلیکات به صورت فریت درآورد و سپس مورد استفاده قرار داد. همچنین لعاب سربی باید تا دمای مشخصی حرارت ببیند؛ در غیر این صورت مسمومیت آن خطرناک خواهد بود.

خواص pho (لیتارژ)

- ویسکوزیته مذاب لعاب را کاهش می‌دهد.

- محدوده ویسکوزیته را برای کاربرد وسیع‌تر می‌کند.

- دمای ذوب را کاهش می‌دهد.

- کشش سطحی مذاب لعاب را کاهش می‌دهد.

- سختی سطح لعاب منجمد شده را کاهش می‌دهد.

- مقاومت مکانیکی و پایداری در برابر مواد شیمیایی را کاهش می‌دهد.

- قدرت حل شدن در مذاب را زیاد می‌کند.

- مذاب لعاب را صاف و بدون حباب می‌کند.

- لعاب رنگی را شفاف و براق می‌کند.

- پایداری لعاب منجمد شده را در برابر اسید کاهش می‌دهد.

ترکیبات قلع SnO

اکسید قلع یکی از مواد کدر کننده‌ی مناسب است که مقدار کم آن لعاب را کدر و غیرقابل نور می‌کند. اکسید قلع در اسید قوی خیلی کم محلول است ولی توسط مذاب ترکیبات قلیایی حل می‌شود. از این جهت این اکسید در تمام لعاب‌ها به استثنای لعاب قلیایی یک ماده تیره کننده مطلوب است. این اکسید، ويكسوزیته مذاب و دمای مذاب را افزایش داده، سختی سطح لعاب و پایداری در برابر مواد شیمیایی در لعاب منجمد شده را افزایش می‌دهد.

خواص SnO2

- اکسید قلع بسیاری از رنگ‌ها را برای دماهای ذوب بالا باثبات می‌کند.

- بعضی از رنگ‌ها را تغییر می‌دهد.

- لعاب تیره قلع سرشار از (CaO) است و حتی مقدار کم آن با اکسید کروم واکنش نشان می‌دهد.

ترکیبات زیرکونیم ZrO2

اکسید زیرکونیم کدر کننده سفید خوبی است و نقش کدر کنندگی را در لعاب بازی می‌کند. دارای نقطه ذوب زیاد ۲۶۱۰ درجه سانتیگراد است و مواد تامین کننده‌ی آن عبارتند از: سیلیکات زیرکونیم، سیلیکات زیرکونیم مصنوعی و فریت زیرکونیم.