1.อุตสาหกรรมเซรามิกส์

              ในสมัยก่อน เซรามิกส์หมายถึงศิลปะที่เกี่ยวข้องกับเครื่องปั้นดินเผา เนื่องจากคำว่า “เซรามิกส์” มีรากศัพท์มาจากภาษากรีกว่า “เครามอส” ซึ่งหมายถึงวัสดุที่ผ่านการเผา 

              ปัจจุบันนี้ เซรามิกส์ หมายถึง ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากวัตถุดิบในธรรมชาติ เช่น ดิน หิน ทราย และแร่ธาตุต่างๆ นำมาผสมกัน แล้วทำเป็นสิ่งประดิษฐ์ หลังจากนั้นจึงนำไปเผาเพื่อเปลี่ยนเนื้อวัตถุให้แข็งแรง สามารถคงรูปอยู่ได้

              อุตสาหกรรมเซรามิกส์เป็นอุตสาหกรรมที่มีความสำคัญต่อเศรษฐกิจของประเทศ รวมทั้งเป็นอุตสาหกรรมพื้นฐานรองรับอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกหลายอย่าง เช่น วัสดุทนไฟเป็นวัสดุพื้นฐานของอุตสหกรรมถลุงและผลิตโลหะ ซีเมนต์เป็นวัสดุสำคัญของงานการก่อสร้างและสถาปัตยกรรม เป็นต้น

กระบวนการผลิตเซรามิกส์มีขั้นตอน ดังนี้

1.      การเตรียมวัตถุดิบ

2.      การขึ้นรูป

3.      การตากแห้ง

4.      การเผาดิบ

5.      การเคลือบ

6.      การเผาเคลือบ

นอกจากนี้ อาจมีการตกแต่งให้สวยงามโดยการเขียนลวดลายด้วยสีหรือการติดรูปลอก สามารถทำได้ทั้งก่อนและหลังเคลือบ

1.1. การเตรียมวัตถุดิบ

วัตถุดิบอาจแบ่งเป็น

1.      วัตถุดิบหลัก เช่น ดิน เฟลด์สปาร์ ควอตซ์

2.      วัตถุดิบอื่นๆ เพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์มีคุณภาพสูงขึ้น เช่น ดิกไคต์ โดโลไมต์ เป็นต้น

• ดิน เป็นวัตถุดิบสำคัญที่ใช้ในการผลิตเซรามิกส์หลายประเภท โดยเฉพาะที่ใช้เป็นภาชนะรองรับอาหาร เครื่องสุขภัณฑ์ กระเบื้อง องค์ประกอบที่สำคัญของดิน คือ SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃ CaO MgO K₂O และ Na₂O ซึ่งดินจากที่ต่างกันจะมีองค์ประกอบในสัดส่วนที่ต่างกัน

แบ่งดินตามลักษณะทางกายภาพ จะแบ่งได้ดังนี้

ดินขาว เป็นวัตถุดิบที่สำคัญ ดินขาวบริสุทธิ์ มีสูตรเคมีเป็น Al₂O₃ (2SiO₂.2H₂O) ในประเทศไทยพบดินขาวในลักษณะที่เป็นสีขาวหรือสีอ่อนทั้งในสภาพที่ยังไม่ได้เผาและหลังเผา เช่น ที่จังหวัดลำปาง อุตรดิตถ์ ปราจีนบุรี ระนอง สุราษฎร์ธานี นครศรีธรรมราช

ดินเหนียว มีสีขาวคล้ำจนถึงดำสนิท เนื้อละเอียด เหนียวและแข็งแรงทนทานกว่าดินขาว พบมากที่ ลำปาง เชียงใหม่ ปราจีนบุรี สุราษฎร์ธานี

เมื่อนำดินเหนียวผสมกับดินขาว จะทำให้เนื้อดินแน่น และเนียนมากขึ้น สะดวกในการขึ้นรูปและทำเป็นผลิตภัณฑ์ 

เฟลด์ปาร์ (หินฟันม้า)
เฟลด์สปาร์ (หินฟันม้า) เป็นสารประกอบอะลูมิโนซิลิเกตของธาตุหมู่ I และ II ส่วนใหญ่มีองค์ประกอบคงที่ ทำหน้าที่ช่วยให้เกิดการหลอมเหลวที่อุณหภูมิต่ำ ส่งเสริมให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นเนื้อแก้ว ทำให้เกิดความโปร่งใส

โซดาเฟลด์สปาร์จะมี Na ในปริมาณมาก จะใช้เป็นส่วนประกอบในน้ำเคลือบและใช้ผสมในเนื้อดิน

โพแทชเฟลด์สปาร์ มี K ในปริมาณมาก จะใช้เป็นส่วนผสมในเนื้อดินปั้น

ควอตซ์ (หินเขี้ยวหนุมาน)

ควอตซ์ (หินเขี้ยวหนุมาน) องค์ประกอบคือ ซิลิกา ส่วนมากใสไม่มีสี ถ้ามีสิ่งเจือปนจะให้สีต่างๆ ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างของผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ ช่วยให้เกิดความแข็งแรงไม่โค้งงอ ทำให้ผลิตภัณฑ์หดตัวน้อย

แร่โดโลไมต์

       แร่โดโลไมต์ หรือหินตะกอนที่ประกอบด้วย [CaMg(CO₃)₂] เป็นส่วนใหญ่ ลักษณะคล้ายหินปูน ผสมเล็กน้อยในเนื้อดิน ลดจุดหลอมเหลวของวัตถุดิบ และผสมในน้ำเคลือบ

• สารประกอบออกไซด์

BeO Al₂O₃                             ผสมในผลิตภัณฑ์ที่ทนไฟสูง

Sio₂ B₂O₃                            ผสมเพื่อทำให้ผลิตภัณฑ์เป็นเนื้อแก้ว

SnO₂ ZnO                            ใช้เคลือบเพื่อทำให้ทึบแสง

ดิกไคต์

• ดิกไคต์ องค์ประกอบเหมือนดิน แต่มีโครงสร้างผลึกต่างกัน

อะลูมินาร้อยละ 28-32 โดยมวล จะเป็นหินแข็ง นำมาแกะสลักเป็นรูปต่างๆ ไว้ประดับตกแต่ง

อะลูมินาร้อยละ 11-28 โดยมวล ใช้ทำวัสดุทนไฟ ทำกระเบื้องปูพื้น

อะลูมินาร้อยละต่ำกว่าข้างต้น ใช้ทำปูนซีเมนต์ขาว

วัตถุดิบทุกชนิดที่ใช้ผลิตเซรามิกส์ จะต้องทำให้บริสุทธิ์และบดให้มีความละเอียดตามต้องการ จากนั้นจึงน้ำมาผสมกับน้ำและสารอื่นๆ ทำให้เนื้อดินอยู่ในสภาพที่เหมาะสมในการขึ้นรูป

1.2. การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์             

การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์เซรามิกส์มีหลายวิธีด้วยกัน ดังต่อไปนี้

1.การเทแบบ โดยผสมดินกับน้ำจนได้ที่แล้วเทลงในแบบซึ่งมีรูปร่างต่างๆ ปล่อยไว้จนแข็งตัว จากนั้นจึงแกะแบบและตกแต่งผลิตภัณฑ์ให้เรียบร้อยการขึ้นรูปด้วยวิธีนี้ ใช้ในการผลิตแจกัน ขวด และเครื่องสุขภัณฑ์ต่างๆ

2.การใช้แป้นหมุน จะปั้นได้เฉพาะภาชนะที่มีลักษณะกลม ทรงกลมหรือทรงกระบอก เช่น การปั้นไห โอ่ง อ่าง กระถาง แจกัน การปั้นต้องใช้ความชำนาญเป็นพิเศษจึงจะได้เป็นรูปทรงตามต้องการ

3.การหลอมเหลว โดยหลอมเหลวเนื้อผลิตภัณฑ์ด้วยความร้อนแล้วเทลงในแบบโลหะหรือแบบทราย จากนั้นปล่อยให้เย็นตัวลง ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะมีเนื้อแน่นมากและทนต่อการกัดกร่อนสูง

4.การอัดเนื้อดินผ่านหัวแบบ เป็นวิธีการขึ้นรูปที่นิยมใช้ในระบบอุตสาหกรรมเช่น การทำผลิตภัณฑ์วัสดุทนไฟ กระเบื้อง

5.การอัดผงเนื้อดินลงในแบบโลหะ เป็นวิธีการขึ้นรูปที่นิยมใช้ในระบบอุตสาหกรรมเช่นเดียวกัน

              ผลิตภัณฑ์ที่ขึ้นรูปเสร็จแล้ว ควรเก็บในที่ร่มให้เนื้อดินแห้งอย่างช้าๆ แล้วนำมาตกแต่งให้ผิวเรียบ จากนั้นจึงนำไปตากหรืออบที่อุณหภูมิประมาณ 40-60 องศาเซลเซียส

1.3. การเผาและเคลือบ

              การเผาครั้งแรก เรียกว่า เผาดิบ โดยเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นอย่างช้าๆ เพื่อให้ผลิตภัณฑ์คงรูปไม่แตกชำรุด ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่หลังจากเผาดิบแล้วต้องเคลือบผิวเพื่อความสวยงามคงทน ป้องกันรอยขีดข่วน แต่บางชนิดไม่ต้องเคลือบ เช่น กระถางต้นไม้ อิฐ ไส้เครื่องกรองน้ำ เป็นต้น สารที่ใช้เคลือบ เป็นสารผสมระหว่างซิลิเกตกับสารช่วยหลอมละลาย มีลักษณะเหมือนแก้วบางๆ ฉาบติดอยู่บนผิวผลิตภัณฑ์

              ส่วนผสมของน้ำเคลือบ แบ่งตามสมบัติทางเคมีได้ 3 กลุ่ม ดังนี้

กลุ่มที่1 สารช่วยลดอุณหภูมิการหลอมละลายของน้ำเคลือบ เช่น ออกไซด์โลหะแอลคาไลน์และแอลคาไลน์เอิร์ท รวมทั้งออกไซด์ของตะกั่ว สังกะสี และออกไซด์ที่ทำให้เกิดสี เช่น Na₂O , Li₂O , K₂O , Cao , ZnO เป็นต้น

กลุ่มที่ 2 กลุ่มสารที่เป็นสารทนไฟและให้สี เช่น Al₂O₃ , Sb₂O₃ , Mn₂O₃ , Bi₂O₃ 

กลุ่มที่ 3 กลุ่มสารที่ช่วยให้เนื้อผลิตภัณฑ์ทึบแสง เช่น SiO₂ , TiO₂ , CeO₂ , P₂O₅

              เทคนิคและวิธีการเคลือบขึ้นอยู่กับลักษณะและขนาดของผลิตภัณฑ์ เมื่อเผาเคลือบเสร็จแล้วควรปล่อยให้อุณหภูมิลดลงช้าๆ จนผลิตภัณฑ์เกือบเย็นแล้วจึงนำออกจากเตา

   

1.4. ผลิตภัณฑ์เซรามิก

ตัวอย่างผลิตภัณฑ์เซรามิกส์บางชนิด  เป็นดังนี้

ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์

• ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ที่ใช้เป็นภาชนะรองรับหรือปรุงอาหาร  เช่น  ถ้วย ชาม หม้อหุงต้ม
• ผลิตภัรฑ์เครื่องสุขภัณฑ์ เช่น โถส้ม อ่างล้างหน้า ที่วางสบู่
• ผลิตภัณฑ์กระเบื้อง  เช่น  กระเบื้องปูพื้น กระเบื้องกรุฝาผนัง
• ผลิตภัณฑ์ที่ใช้งานด้านไฟฟ้า เช่น กล่องฟิวส์ ฐานและมือจับสะพานไฟ
• วัสดุทนไฟ เช่น อิฐฉนวนไฟทนไฟ
• ผลิตภัณฑ์แก้ว เช่น แก้ว กระจก
• 
  

การใช้ผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ ควรคำนึงถึงอันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากสารตะกั่วที่ใช้เป็นตัวช่วยลดอุณหภูมิการหลอมละลายและทำให้มีสีสดใส ถ้าน้ำเคลือบยึดติดกับผิวเนื้อดินปั้นไม่ดี สารที่เคลือบอาจกะเทาะและมีสารตะกั่วหลุดออกมาได้ เพราะฉะนั้นการนำผลิตภัณฑ์ดังกล่าวไปใช้ใส่สารที่เป็นกรดหรือเป็นเบส จึงไม่สมควร เช่นการใส่อาหารที่เป็นกรดเบส ก็จะทำให้ภาชนะนั้นถูกกร่อน และมีสารตะกั่วปนหลุดออกมา เป็นอันตรายต่อผู้บริโภค

2.กระบวนการผลิตแก้ว

1.เตรียมวัตถุดิบทั้งหมด นำมาผสมให้เข้ากัน(ในขั้นนี้เราจะใส่เศษแก้วลงไปด้วยเป็นการ

ช่วยรักษาทรัพยากรธรรมชาติและเศษแก้วที่ผ่านการหลอมมาแล้วเมื่อมีการหลอมใหม่

จะทำให้หลอมได้ง่ายขึ้น) เติมสีสันให้กับแก้วในขั้นตอนนี้ได้เลย

2. นำเข้าเตาหลอมใช้อุณหภูมิประมาณ 1500 °c

3. นำแก้วที่ผ่านการหลอมออกจากเตาหลอมจะให้อุณหภูมิของแก้วลดลงมากจากนั้นนำไปเข้าเครื่องขึ้นรูปแก้ว จะได้แก้วรูปร่างต่างๆออกมา

4. อบอ่อน เพื่อให้แก้วสามารถทนอุณหภูมิต่างๆได้ดี

5. ตกแต่ง ตามแบบที่ต้องการ

2.1 ผลิตภัณฑ์แก้ว

แก้วได้ถูกนำมาใช้ประโยชน์หลายอย่าง เนื่องจากแก้วมีสมบัติที่ดีหลายประการ ทั้งมีความโปร่งใส ทนต่อกรดเบส ไอน้ำและแก๊สซึมผ่านได้ยาก แข็งแรงและทนต่อแรงดันได้ แก้วทำจากทรายแก้วหรือซิลิกา โซดาแอช หินปูน  โดโลไมต์และเศษแก้วประมาณ30% โดยมวล สารที่เติมลงไปจะช่วยเพิ่มความแกร่งของเนื้อแก้ว  เมื่อได้รับความร้อน สารประกอบคาร์บอนจะเปลี่ยนไปเป็นสารประกอบออกไซด์ และหลอมละลายเป็นเนื้อเดียวกัน เรียกว่าน้ำแก้ว จากนั้นลดอุณหภูมิ เพื่อให้แก้วมีความหนืดก่อนทำการขึ้นรูปเป็นผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ

              จำแนกแก้วตามองค์ประกอบทางเคมีเช่น

แก้วโซดาไลม์

• แก้วโซดาไลม์ องค์ประกอบหลักเป็นซิลิกา โซเดียมออกไซด์ แคลเซียมออกไซด์  ไม่ทนต่อสภาพความเป็นกรดเบส แตกง่ายเมื่อรับความร้อน แสงขาวผ่านได้แต่ดูดกลืนอัลตราไวโอเลต เช่น แก้วน้ำ ขวดน้ำ กระจกแผ่น สามารถทำให้แก้วมีสีต่างๆได้โดยเติมออกไซด์ของสารบางชนิดลงไป

แก้วโบโรซิลิเกต

แก้วโบโรซิลิเกต

• แก้วโบโรซิลิเกต มีซิลิกาเป็นส่วนผสมปริมาณค่อนข้างสูง โซเดียมออกไซด์และแคลเซียมออกไซด์ในปริมาณที่ลดลง เติมออกไซด์ของโบรอนลงไปเพื่อให้ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ใช้ทำภาชนะสำหรับไมโครเวฟ เครื่องแก้วในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์

แก้วคริสตัส

• แก้วคริสตัล มีออกไซด์ของตะกั่วกับโพแทสเซียมเป็นส่วนผสม มีดัชนีหักเหสูงมาก เมื่อแสงมากระทบจะเห็นประกายแวววาว มีราคาแพงเนื่องจากต้องใช้ทรายแก้วที่มีเหล็กเจือปนน้อยมาก ผลิตในปริมาณน้อยและใช้ฝีมือในการเจียระไน

แก้วโอปอล

• แก้วโอปอล มีการเติมสารบางชนิดเพื่อให้เกิดการตกผลึกหรือแยกชั้นในเนื้อแก้ว ทำให้มีความขุ่นและโปร่งแสง หลอมขึ้นรูปได้ง่าย

ผลิตภัณฑ์ที่มีการใช้งานมากในปัจจุบันคือ กระจกแผ่น ใช้ในการตกแต่งอาคาร ทำเครื่องใช้ ทำโดยดึงและรีดน้ำแก้วที่มีความหนืด เหมาะต่อการขึ้นรูปตามแนวราบ แล้วทำให้เย็นลงและผ่านไปยังเครื่องขัด จะได้กระจกผิวเรียบ นำไปแปรรูปเพื่อใช้ประโยชน์ตามลักษณะงานต่างๆ

             

3. ปูนซีเมนต์

ปูนซีเมนต์ หมายถึง ผงผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการบดปูนเม็ด ซึ่งเกิดจากการเผาส่วนผสมต่างๆ ได้แก่ แคลเซียมคาร์บอเนต ซิลิกา อะลูมินา และออกไซด์จากเหล็ก สัดส่วนของวัตถุดิบแตกต่างกันจะทำให้มีสมบัติแตกต่างกัน

วัตถุดิบเนื้อปูน ร้อยละ 80 โดยมวล  เป็นหินปูน(มีแร่แคลไซด์)  ดินสอพอง หรือ ดินมาร์ล หินอ่อน หินชอล์ก

วัตถุดิบเนื้อดิน มีเนื้อปูนอะลูมินา ซิลิกา หรือออกไซด์ของเหล็กปริมาณสูง ใช้ในกรณีที่ส่วนผสมของเนื้อปูนและเนื้อดินมีองค์ประกอบไม่เป็นไปตามกำหนด เช่น อะลูมินาต่ำต้องเติมแร่บอกไซด์  ถ้ามีเหล็กต่ำก็เติมแร่ที่มีเหล็กออกไซด์หรือเศษเหล็ก

สารเติมแต่ง  เติมภายหลังการเผาเพื่อปรับสมบัติบางประการ เช่น การเติบยิปซัมเพื่อหน่วงเวลาให้ปูนที่ผสมกันน้ำแข็งตัวช้าลง

กระบวนการที่ใช้ผลิตมีทั้งแบบเผาเปียก และ เผาแห้ง ซึ่งขึ้นอยู่กับความชื้นและชนิดของวัตถุดิบที่ใช้

- แบบเผาเปียก ใช้ในกรณีความชื้นสูง เช่น มีดินดำ ดินขาว หรือ ดินเหนียวเป็นส่วนประกอบ  

กระบวนการผลิต นำวัตถุดิบผสมกันตรมสัดส่วนบดให้ละเอียดแล้วนำมาตีรวมกับน้ำจนเป็นน้ำดิน สูบน้ำดินที่ผ่านกรรมวิธีปรับคุณภาพมาสู่เตาเผา จะได้เป็นปูนเม็ดเก็บไว้ในไซโล เมื่อนำปูนเม็ดผสมกับยิปซัมแล้วบดละเอียดจะได้ปูนซีเมนต์ผง

              การผลิตแบบนี้ใช้พลังงานมากและต้นทุนสูงจึงไม่นิยม

- แบบเผาแห้ง ใช้ในกรณีความชื้นต่ำ เช่น มีหินปูน หรือ หินดินดานเป็นส่วนประกอบ

กระบวนการผลิต นำวัตถุดิบทั้งหมดมาบดผสมกันในอัตราส่วนที่เหมาะสมแล้วนำไปเผาแบบฝุ่นแห้ง

เมื่อนำปูนซีเมนต์มาผสมกับน้ำจะจับตัวแข็งและมีกำลังอัดสูง จึงใช้เป็นตัวประสานวัสดุชนิดเม็ด เช่น ทรายหยาบ กรวด และหินให้เกาะตัวแน่นเป็นคอนกรีตได้ ปูนซีเมนต์อาจแบ่งได้เป็น 2 ประเภท ดังนี้ 

              1.ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์   ได้จากการบดปูนเม็ดกับยิปซัม แบ่งออกเป็น 5 ประเภท

                 ประเภทที่ 1 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ธรรมดา ใช้สำหรับงานการก่อสร้างตามปกติทั่วไป

                 ประเภทที่ 2 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์สำหรับใช้ในการทำคอนกรีตหรือผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมที่เกิดความร้อนและทนซัลเฟตได้ปานกลาง

                 ประเภทที่ 3 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทเกิดแรงเร็วสูง ใช้ในงานคอนกรีตที่ต้องการถอดแบบได้เร็ว หรืองานที่ต้องการใช้เร็วเพื่อแข่งกับเวลา

                 ประเภทที่ 4 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภทเกิดความร้อนต่ำ ใช้ในงานคอนกรีตที่มีเนื้อหนาๆ

                 ประเภทที่ 5 ปูนซีเมนต์ปอร์ตแลนด์ประเภททนซัลเฟตได้สูง ใช้ในงานก่อสร้างบริเวณดินที่มีความเค็มปนอยู่ เช่น ในทะเลหรือตามชายฝั่ง

            2.ปูนซีเมนต์ผสม มีแรงอัดต่ำลงกว่าปูนซีเมนต์ธรรมดาเล็กน้อยเนื่องจากมีการเติมทรายหรือหินปูนละเอียดประมาณร้อยละ 25 ลงไปบดพร้อมกับปูนเม็ด เหมาะสำหรับใช้ในงานก่อสร้างที่ไม่ต้องรับน้ำหนักมาก หรืองานคอนกรีตที่ไม่มีการยืดหดมาก เช่น งานก่อ งานฉาบ เทพื้น  ทำกระเบื้องมุงหลังคา

หล่อท่อ