في صناعة السيراميك، يؤثر انكماش الحرق بشكل كبير على ثبات الأبعاد ومعدلات الإنتاج. فالانكماش المفرط يُسبب تشوهًا في المادة، أو تشققًا، أو حتى تلفًا، مما يزيد من تكاليف الإنتاج واستهلاك الطاقة. إن تقليل انكماش الحرق لا يُحسّن فقط من جودة منتجات السيراميك، بل يُقلل أيضًا من استهلاك الطاقة وهدر المواد الخام. ويُعدّ تحسين تركيبات المادة وعمليات الحرق من أهم الطرق لتحقيق هذا الهدف.
أسباب وآثار انكماش الحرق
ينشأ انكماش الحرق بشكل أساسي من مرحلتين:
الانكماش الفيزيائي: طرد الماء الحر والماء الممتص من الجسم.
الانكماش الكيميائي: عند درجات الحرارة العالية، تحدث تفاعلات فيزيائية وكيميائية داخل مكونات الجسم، بما في ذلك التميع، وتكوين الطور السائل، وانصهار الكوارتز، وطرد الغاز من المسام. وتؤدي هذه العمليات إلى إعادة ترتيب الجزيئات وزيادة الكثافة الحجمية.
يكمن جوهر تحسين التركيبة في التحكم في التغيرات الحجمية التي تحدث أثناء هذه العمليات وتقليلها إلى الحد الأدنى عن طريق تعديل أنواع ونسب المواد الخام.
تحسين تكوين الجسم والمواد الخام المعدنية
الاختيار العقلاني للمواد الخام السيليكاتية تتكون الأجسام التقليدية بشكل أساسي من الكاولينيت والكوارتز والفلسبار. يؤدي الإفراط في الكاولينيت إلى انكماش كبير أثناء الحرق، بينما يعمل الفلسبار كعامل مساعد لتعزيز التكثيف. من خلال ضبط نسبة الكوارتز إلى الفلسبار، والتحكم في محتوى الطور السائل ودرجة حرارة التلبيد، يمكن تحقيق التكثيف المطلوب للجسم مع تجنب الانكماش المفرط. | إدخال عوامل التقوية يُعزز إضافة التلك تكوين طوري الموليت والأندلوسيت، مما يزيد من قوة السيراميك المستخدم يوميًا. تعمل شعيرات الموليت العقدية على كبح تشقق الانكماش مع تعزيز قوة الانحناء. |  |
ثالثًا: تعديل توزيع حجم الجسيمات
| يُحدد توزيع حجم الجسيمات كثافة المادة. تُشكل الجسيمات الخشنة هيكلاً أساسياً، بينما تملأ الجسيمات الدقيقة الفراغات، مما يُقلل من معدلات الانكماش. تُحسّن التركيبات المُحسّنة كفاءة تعبئة المادة واستقرارها. يُعد تقليل نسبة المكونات اللدنة أمراً بالغ الأهمية، حيث يُطلق الطين الزائد ماءً بنيوياً أثناء الحرق، مما يُسبب انكماشاً حجمياً شديداً. قلل من استخدام الطين عالي اللدونة عن طريق استبداله جزئياً بمعادن أو مواد صهر غير لدنة. |  |
رابعاً: المعالجة والحرق
| يؤدي إضافة مواد مساعدة على الصهر (مثل الفلسبار، والتلك، وأملاح المعادن القلوية) إلى خفض درجات حرارة الحرق، مما يمنع الانكماش المفرط عند درجات الحرارة العالية. ويمكن أن يؤدي استخدام التلك وثاني أكسيد التيتانيوم إلى خفض درجة حرارة الحرق بمقدار 30 درجة مئوية، مما يحقق بنية مستقرة عند درجات حرارة منخفضة، وبالتالي تحسين جودة السيراميك للاستخدام اليومي. قد يتسبب التسخين السريع أو عدم كفاية مدة التثبيت في إجهادات داخلية غير متساوية في المادة، مما يزيد من تباين الانكماش. لذا، يجب التحكم في درجة الحرارة على مراحل: مرحلة التجفيف ← مرحلة التكثيف ← مرحلة التثبيت، لضمان انكماش متجانس. |  |
ملخص وتوصيات
يؤدي تحسين تركيبات الجسم إلى تقليل انكماش الحرق بشكل فعال من خلال: تعديل نسب المواد الخام لتقليل استخدام الطين عالي اللدونة بشكل معتدل؛ إضافة عوامل تقوية لتعزيز تكوين الموليت؛ استخدام أحجام جسيمات مناسبة لتعزيز استقرار الجسم.
إن الجمع بين هذه التدابير لا يحسن فقط استقرار الأبعاد ومعدلات الإنتاج للمنتجات الخزفية، بل يقلل أيضًا من استهلاك الطاقة، مما يدفع صناعة السيراميك نحو كفاءة الطاقة والاستدامة البيئية والتنمية عالية الجودة.