Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 11

Raw Materials of CeramicsRaw Material PreparationRaw Material Preparation

Testing of Raw Materials Testing of Raw Materials

Clay Bodies: Clay Bodies: –– Body Formulation (various kinds of bodies) Body Formulation (various kinds of bodies) pp pp

170170--195195

–– Testing of Products Testing of Products pp 196pp 196--218218

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 22

ทบทวน

Olivine (Mg,Fe)Olivine (Mg,Fe)22SiOSiO44

MonticelliteMonticellite CaMgSiOCaMgSiO44

KnebeliteKnebelite (Mn,Fe)(Mn,Fe)22SiOSiO44

OlivineOlivine

AugiteAugite (Ca,Fe,Mg)SiO(Ca,Fe,Mg)SiO33

EnstatiteEnstatite MgSiOMgSiO33

PyroxenePyroxene

Hornblende (Na,K)Hornblende (Na,K)00--11CaCa22(Mg,Fe(Mg,Fe2+2+,Fe,Fe3+3+,Al),Al)55SiSi66--77AlAl22--11OO2222(OH)(OH)22AmphibolesAmphiboles

Muscovite Muscovite KK22O.O.3Al3Al22OO33..66SiOSiO22.2H.2H22OO

BiotiteBiotite K(Mg,Fe)K(Mg,Fe)33.(AlSi.(AlSi33OO1010)(OH))(OH)22

Micas:Micas: WhiteWhite

DarkDark

Orthoclase Orthoclase KK22OO.Al.Al22OO33..66SiOSiO22

AnorthiteAnorthite CaOCaO.Al.Al22OO33..22SiOSiO22

AlbiteAlbite NaNa22OO.Al.Al22OO33..66SiOSiO22

Plagioclase Plagioclase NaNa22OO.Al.Al22OO33..66SiOSiO22--CaOCaO.Al.Al22OO33..22SiOSiO22

FeldsparsFeldspars

Quartz : SiO2Quartz : SiO2QuartzQuartz

Silicate MaterialsSilicate Materials

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 33

การสลายตวของแรการสลายตวของแรKK22O.AlO.Al22OO33.6SiO.6SiO22 +2H+2H22O +COO +CO22

== AlAl22OO33.2SiO.2SiO22.2H.2H22OO + 4SiO+ 4SiO22 ++ KK22COCO33

CaO.AlCaO.Al22OO33.2SiO.2SiO22 +3H+3H22O +2COO +2CO22

== AlAl22OO33.2SiO.2SiO22.2H.2H22OO + + Ca(HCOCa(HCO33))22

orthoclase

Clay ละลายในนาanorthite

Clay ละลายในนา

• Mica ในหนแกรนตสามารถเปลยนแปลงเปน Kaolinite และ montmorillonite แตสวนใหญไมมการเปลยนแปลง• Quartz เสถยรมาก ไมมเปลยนทางเคม แตถกบดยอยทางกายภาพได

ทบทวน

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 44

เพมเตมGranite and BasaltGranite and BasaltTypical mineral compositionTypical mineral composition

--5050--

5050----

353535352525--

00--5500--55

OrthoclaseOrthoclasePlagioclasePlagioclaseQuartzQuartzOlivineOlivineMuscoviteMuscoviteBiotiteBiotite

BasaltBasaltGraniteGranite%%โดยประมาณโดยประมาณแรแร

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 55

เปรย

บเทย

บโคร

งสรา

ง

ทบทวน

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 66

KaoliniteKaolinite/Halloysite/Halloysite andandMontmorilloniteMontmorillonite

KaoliniteKaolinite อาจจะมอาจจะม Fe Fe หรอหรอ Ti Ti ปะปนปะปน เนองจากการสรางผลกทไมเนองจากการสรางผลกทไมสมบรณสมบรณ ซงทาใหดนหลงเผามสสนตางไปจากสขาวซงทาใหดนหลงเผามสสนตางไปจากสขาว ((รปรางไมเปนรปรางไมเปน hexagonalhexagonal))

KaoliniteKaolinite ทมผลกไมสมบรณทมผลกไมสมบรณ ( (disordered disordered kaolintekaolinte) ) สวนใหญจะมสวนใหญจะมขนาดเลกกวาขนาดเลกกวา KaoliniteKaolinite ทมผลกสมบรณทมผลกสมบรณ ((แตไมเสมอไปแตไมเสมอไป)) ในใน Flint Clay Flint Clay จะมผลกของจะมผลกของ hexagonal hexagonal kaolinitekaolinite ขนาดเลกมากขนาดเลกมากKaoliniteKaolinite และและ HalloysiteHalloysite เกดขนดวยกนเกดขนดวยกน มสวนประกอบเคมมสวนประกอบเคม และและกายภาพตางกนกายภาพตางกน เนองจากเนองจาก HalloysiteHalloysite มลกษณะมลกษณะ tabular form tabular form ทาใหการหดตวไมทาใหการหดตวไม uniformuniform

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 77

KaoliniteKaolinite/Halloysite/Halloysite andandMontmorillonite (cont.)Montmorillonite (cont.)

Montmorillonite Montmorillonite เกดขนจากเกดขนจาก pyrophyllite pyrophyllite ซงมการทดแทนของซงมการทดแทนของ MgMg2+2+

ในตาแหนงของในตาแหนงของ AlAl3+3+ และเพอใหประจสมดลและเพอใหประจสมดล NaNa++ จะปรากฏอยดวยจะปรากฏอยดวยMontmorillonite Montmorillonite สามารถดดนาไดดสามารถดดนาไดด เนองจากเนองจาก ของเหลวของเหลว((นาหรอสารนาหรอสารอนทรอนทร)) สามารถแทรกอยระหวางชนของผลกสามารถแทรกอยระหวางชนของผลก พรอมทงมการแลกเปลยนพรอมทงมการแลกเปลยนประจประจMontmorillonite Montmorillonite มขนาดอนภาคทเลกมขนาดอนภาคทเลก ความเปนพลาสตกสงความเปนพลาสตกสงMontmorillonite Montmorillonite เปนสวนประกอบสาคญในดนเปนสวนประกอบสาคญในดน bentonite bentonite

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 88

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 99

Raw Clay PreparationRaw Clay Preparationเพอเตรยมดนใหไดเนอดนท uniform สาหรบการผลตโดยใชวตถดบทละมหาศาล ตองทาการผสมดนและเตรยมดนใหมความ uniform ในสมบตตอไปน

1. Chemical and Mineralogical composition2. Particle size distribution3. Moisture content4. Degree of Ageing

Choice of processes and equipment can affect these properties.

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 1010

Consistency of Clay MaterialsConsistency of Clay Materials

การจดเกบเปนชนๆชวยลดความหลากหลายของเนอดนการจดเกบเปนชนๆชวยลดความหลากหลายของเนอดน มากชนมากชน ยงดยงด ขนาดพนทการเกบวตถดบมหาศาลขนาดพนทการเกบวตถดบมหาศาล ควรมโกดงควรมโกดง ++ หลงคากนฝนหลงคากนฝน รถขนดนแตละคนควรเทดนทละชนๆรถขนดนแตละคนควรเทดนทละชนๆ แลวเกลยใหกระจายในแตละชนใหแลวเกลยใหกระจายในแตละชนใหมากทสดมากทสด เพมจานวนชนจากเพมจานวนชนจาก 10 10 เปนเปน 20 20 สามารถลดความไมคงทของเนอดนไดถงสามารถลดความไมคงทของเนอดนไดถง 1.4 1.4 ((หรอหรอ √√22)) (blending effect ~ (blending effect ~ √√ No. of LayersNo. of Layers)) การบมนานการบมนาน ++ เพมความรอนเพมความรอน ความเหนยวเพมขนความเหนยวเพมขน 1212--24hrs24hrs. . (Bacterial activity, moisture) (Bacterial activity, moisture) depends of types of clay.depends of types of clay.

ความชนซมไดลกลงไปในเนอดนไดไมเกนความชนซมไดลกลงไปในเนอดนไดไมเกน 50mm 50mm

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 1111

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 1212

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 1313

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 1414ไซโลทมฐานหมนได และมเกลยวหมนลาเลยงดนออก

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 1515

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 1616

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 1717

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 1818

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 1919

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 2020

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 2121

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 2222

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 2323

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 2424

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 2525

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 2626

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 2727

Vibrating SeparationVibrating Separation

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 2828

Rules of mixingRules of mixing

One Component System: Void volumeOne Component System: Void volume

a) Cubic 47.64% 6b) Single Stager 39.55% 8c) Double Stager 30.20% 10d) Pyramidal 25.95% 12e) Tetrahedral 25.95% 12

Coordination no.

By random single-size particles has 40% voids (= 0.4)

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 2929

Rule of mixingRule of mixingTwoTwo--Component SystemComponent System

A – true vol of coase sphB – true vol of fine sphC – Bulk vol of coarse sphD – Bulk vol of fine sphO – min. perosity (ideal)H – min. bulk vol of mixed sph

Bulk ≠ True vol because:1. electrostatic repulsive force

2. perfect staggering & distribution is not reached

Fine:Coarse Size 1 : 10 void 25%1 : 50 void 18.5%

2-component = 0.4*0.4= 16% Void

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 3030

Rule of mixingRule of mixing

ThreeThree--Component SystemComponent System

3-component = 0.4 * 16% = 6.4% voidIdeal mixing – 66% coarse / 25% medium / 9% fine particles

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 3131

Industrial Application of MixingIndustrial Application of MixingNote:Note: -- วตถดบไมใชรปทรงกลมวตถดบไมใชรปทรงกลม

-- วตถดบทเตรยมไดสามารถเรยงกนเปนวตถดบทเตรยมไดสามารถเรยงกนเปน closeclose--pack system pack system ไดได

จากจาก HugillHugill, W. and Rees, , W. and Rees, W.J., Trans. Brit. W.J., Trans. Brit. CeramCeram. Soc. . Soc. 2828, 62 , 62 (1929)(1929)

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 3232

การออกแบบการออกแบบ hopper hopper ทชวยในการผสมทชวยในการผสม

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 3333

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 3434

ผลของการเพมความลนผลของการเพมความลน

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 3535

Testing of Raw MaterialsTesting of Raw Materialsการเกบตวอยางดนจากแหลงดนการเกบตวอยางดนจากแหลงดน มขนตอนการทดสอบมขนตอนการทดสอบดงตอไปนดงตอไปน

•• สหลงการเผาสหลงการเผา•• Particle size distribution Particle size distribution •• Chemical AnalysisChemical Analysis•• การทดสอบสายแรการทดสอบสายแร (mineralogical (mineralogical analysis)analysis)•• Differential thermal analysis (DTA)Differential thermal analysis (DTA)

•• สดสวนของนาทจาเปนในการขนรสดสวนของนาทจาเปนในการขนร ((% water)% water)

•• Drying shrinkageDrying shrinkage•• Firing Shrinkage Firing Shrinkage

@1000@1000°°C, 1050C, 1050°°C, 1100C, 1100°°CC•• นาหนกทหายไปหลงเผานาหนกทหายไปหลงเผา

LABORATORY WORKS!

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 3636

DefinitionsDefinitionsDry ShrinkageDry Shrinkage

Firing ShrinkageFiring Shrinkage

Particle Size distributionParticle Size distribution–– การกระจายตวของอนภาคขนาดใหญและเลกผสมกนการกระจายตวของอนภาคขนาดใหญและเลกผสมกน ( <2( <2µµ, >20, >20µµ))

DTADTA–– การดดและคายพลงงานขณะถกเผาจากอณหภมตาไปสงการดดและคายพลงงานขณะถกเผาจากอณหภมตาไปสง ดวยอตราการใหความรอนคงทดวยอตราการใหความรอนคงท

100×=LengthOriginal

DifferenceLengthShrinkageDrying

100×=LengthOriginal

DifferenceLengthShrinkageFiring

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 3737

Differential Thermal AnalysisDifferential Thermal Analysis

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 3838

ปฏกรยาทเกดขนขณะใหความรอนกบดนปฏกรยาทเกดขนขณะใหความรอนกบดน(2Al2O3(2Al2O3••4SiO24SiO2••2H2O)2H2O)

เกดเกด MulliteMullite และและ SpinelSpinel มากขนมากขน โดยโดย MulliteMullite มสดสวนมสดสวน 3Al3Al22OO33••2SiO2SiO22

12001200--14001400°°°°CC

เปลยนผลกเปลยนผลก SpinelSpinel เปนเปน MulliteMullite และและ Silica Silica หลดจากโครงสรางเพมขนหลดจากโครงสรางเพมขน โครงสรางทางเคมไมโครงสรางทางเคมไมแนนอนแนนอน มโครงสรางของมโครงสรางของ CristobaliteCristobalite

ExothermicExothermic10501050--11001100°°CC

เปลยนสณฐานจากเปลยนสณฐานจาก metameta--kaolin kaolin เปนผลกแบบเปนผลกแบบ SpinelSpinel (2Al(2Al22OO33••3SiO3SiO22) ) เปนการเปลยนแปลงเปนการเปลยนแปลงแบบแบบ ““ทนททนใดทนททนใด””

ExothermicExothermic925 925 °°CC

โมเลกลนาในผลกสลายโมเลกลนาในผลกสลาย กลายเปนกลายเปน metameta--kaolin (2Alkaolin (2Al22OO33••4SiO4SiO22))

EndothermicEndothermic500500°°CC

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 3939

DTA of Carbonaceous brickDTA of Carbonaceous brick

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 4040

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 4141

Types of PotteryTypes of Pottery

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 4242

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 4343

Common Pottery – ชอบานๆ ใชเรยกใหตดปากสาหรบงานททาจากดนประจาถน อาจจะมเคลอบหรอไมมกได เผาไฟแรกท 900°C หลงจากเคลอบแลวเผาท 1000-1100°CMajorica – หรอเรยกวา faience เปนความหลากหลายอกแบบหนงของดนสสม ซงจะมเคลอบอยเสมอ มสวนผสมของทรายมากและ flux บาง เนอขางในกคอดนสแดง เนอมความพรนชอนมาจากประเทศอตาล (Faience มาจากเมอง Faenza และ Majorica มาจากเมอง MajorcaEarthenwareEarthenware – เรยกงายๆวาเปนเครองดนเผาทไมใชสขาว คาวา earthen ฟงดแลวไมเราใจเทาไหร จงทาใหเกด “เพดาน”ของความนยมและการนาไปใชในสถานทถอวา “ฟฟา”Lime earthenware (Ca*) ทามาจากดน Marl บางทใช dolomite CaMg(CO3)2 ทาใหเนอดนทเผาสกตวแลวมความพรนเนองจากมกาซเกดขนขณะเผา มนาหนกเบา Feldspathic earthenware (hard earthenware) มหนฟนมามากถง 5-20% ใช Cornish Stone เปนสวนผสม Wedgewood (เจาเกาขององกฤษ) เปนตนตาหรบการผลต hard earthenware น สดนครมนวลๆ เผาท 900-1050°C ไฟแรกและ 1050-1150°C

สาหรบการเผาเคลอบ สาหรบชนงานทมคณภาพดๆ นน อาจจะมความแกรงเหมอน hard porcelain

เสยดวยซา เนองจากมความพรนและหดขยายได สามารถใช Wollastonite (CaSiO3 )ผสมชวยได

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 4444

Lithia-based cookingware – ใชในเตาอบรอนๆได แตไมควรใชบนเปลวไฟโดยตรง Li2O นามาใชเพอใหเนอดนมการหดยดตวนอยลงขณะทมการเปลยนอณหภม Gustavsberg/Sweden เปนเจาตาหรบในการผลต ม COE ~ 2x10-6 Stoneware

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 4545

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 4646

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 4747

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 4848

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 4949

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 5050

Nov 19, 2010Nov 19, 2010 schaiwan@su.ac.thschaiwan@su.ac.th 5151