เนื้อหา

     ในการผลิตเซรามิกส์ การเผาเป็นหนึ่งขั้นตอนที่สำคัญในการผลิต ด้วยการให้ความร้อนแก่เนื้อดินที่ผ่านการขึ้นรูปด้วยวิธีต่างๆ จะทำให้ชิ้นงานเปลี่ยนสภาพทั้งทางกายภาพ และทางเคมี กลายเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีความแข็งแรง ทนทานต่อการใช้งาน และรวมถึงความสวยงาม  กระบวนการเผาเซอรามิกส์ มีหลายแบบขึ้นกับชนิดของเซรามิกส์ที่ผลิต ส่วนมากจะมีการเผาสองครั้ง เรียกว่าการเผาดิบ (biscuit firing) และเผาเคลือบ (glost firing)  ในโรงงานที่ผลิตเซรามิกส์ ประเภทพอร์ซเลน (porcelain) จะเผาผลิตภัณฑ์ ที่อุณหภูมิสูง มากกว่า 1,250 oC ซึ่งเป็นการเผาครั้งเดียว และการเผาตกแต่ง (การเผาแบบนี้นิยมใช้เผาสีเซรามิกส์ ที่ใช้เขียนบนผลิตภัณฑ์เซรามิกส์ ที่ผ่านการเผาเคลือบมาแล้ว ซึ่งจะนำมาเขียนลายสวยงามและเผาตกแต่งอีกครั้ง เช่น ชาม และถ้วยลายเบญจรงค์) ก่อนที่จะกล่าวถึงการเผาเซรามิกส์ เราควรเข้าใจลักษณะพื้นฐานของเตาเผาที่ใช้ทั่วไปในโรงงานเซรามิกส์ ดังนี้

  
ภาพรวมของเตาเผาขนาดเล็ก ข้อดีสะดวก เคลื่อนย้ายได้ง่าย ข้อเสียเผาชิ้นงานได้น้อย
 
ส่วนล่างของเตา ที่ผนังเตาทุกด้านทำจากอิฐทนไฟ ใช้แก๊สเป็นเชื้อเพลิง

 

  
วางชิ้นงานลงในเตา (ภาพแสดงเพื่อเป็นตัวอย่างเท่านั้น)
 
ครอบตัวอย่างด้วยฝาครอบที่บุด้วยวัสดุทนความร้อน

 

ประเภทของเตาเผา
     เตาเผา เป็นอุปกรณ์สำคัญในการผลิต ชนิดเของเตาเผาแบ่งได้เป็นหลายแบบ แต่ที่เป็นพื้นฐานทั่วไป คือการจำแนกเตาเผาเซรามิกส์ ตามชนิดของเชื้อเพลิงที่ใช้ เตาฟืน (เตาเผาที่ใช้ฟืนเป็นเชื้อเพลิง) เตาน้ำมัน (เตาเผาที่ใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิง) เตาแก๊ส (เตาเผาที่ใช้แก๊สเป็นเชื้อเพลิง) และเตาไฟฟ้า (เป็นเตาเผาที่ใช้ไฟฟ้าผ่านโลหะผสม เช่น นิโครม (นิเกิล และโครเมียม) จะให้ความร้อนต่ำ ไม่เกิน 1,000 oC และ ซิลิคอนคาร์ไบด์ ให้ความร้อน มากกว่า 1,500 oC)

     ในปัจจุบัน เตาเผา ที่นิยมใช้กันมากตามโรงงานผลิตเซรามิกส์ คือเตาแก๊ส และเตาไฟฟ้า โดยที่เตาแก๊สเป็นเตาเผาหลักที่ใช้ในการผลิต เนื่องจากราคาเชื้อเพลิงไม่แพงมากนัก หาได้สะดวก และก่อให้เกิดมลภาวะน้อย ขณะที่เตาเผาไฟฟ้า ซึ่งสะอาด สะดวก และควมคุมอุณหภูมิภายในเตาได้ดีกว่า จะใช้ในการทบสอบคุณภาพของวัตถุดิบ และเนื้อดินเท่านั้น เนื่องจากต้นทุนการติดตั้ง และการผลิตสูง

     ในการเผาไหม้ในเตาเผา ที่ใช้แก๊สเป็นเชื้อเพลิง ในปัจจุบันสามารถ ควบคุม และสร้างบรรยากาศในการเผาไหม้ เป็น 3 แบบคือ

          - การเผาไหม้แบบออกซิเดชั่น เป็นการเผาเซรามิกส์ ที่ใช้กันอยู่ทั่วไป คือการปั๊มอากาศผ่าน
            เข้าไปในเตาเผาให้มากพอที่จะทำให้เกิดการเผาไหม้อย่างสมบูรณ์
          - การเผาไหม้แบบรีดักชั่น เป็นการเผาเซรามิกส์ ที่ต้องการผลิตภัณฑ์ที่มีสีเฉพาะ (มักใช้ในการ
            เผาเคลือบ เช่น การเผาน้ำเคลือบทองแดง ให้มีสีเขียว หรือการที่มีเหล็กในปริมาณไม่มากนัก
            จะทำให้ได้สีเขียว เช่น สีของศิลาดล) เป็นการเผาไหม้เชื้อเพลิงแบบไม่สมบูรณ์ ทำได้โดย 
            การควบคุมอากาศให้ผ่านเข้าออกเตาเผาเพียงพอต่อการเผาไหม้เชื้อเพลิง โดยการลดการ
            ระบายอากาศออกจากเตาเผา ในกรณีการเผาไหม้แบบนี้จะเหลือแก๊สคาร์บอนมอนนอกไซด์
            ในเตาเผา
          - การเผาไหม้แบบนิวทรัล เป็นการเผาไหม้แบบสมบูรณ์ ที่ควบคุมทั้งปริมาณแก๊ส และอากาศ
            ให้พอดีกัน
ในกรณีที่ใช้เตาไฟฟ้า การเผาไหม้แบบรีดักชั่นทำได้ง่ายกว่า

การเผาดิบ (biscuit firing)
     เซรามิกส์ ที่ผลิตตามโรงงานต่างๆ ส่วนมากจะเผาผลิตภัณฑ์ สองครั้ง การเผาครั้งแรก เรียกว่าเผาดิบ เพื่อทำให้ชิ้นงาน หรือเนื้อดินที่ผ่านการขึ้นรูปแบบต่างๆ มีความแข็งแรง และคงรูป นอกจากนี้ยังเป็นการตรวจสอบผลิตภัณฑ์ ในด้านสีหลังเผา การแตกร้าว และการหดตัวก่อนนำไปเขียนลาย และเผาเคลือบอีกครั้ง

     การเผาดิบนิยมเผา โดยใช้อุณหภูมิประมาณ 750 – 850 oC เป็นเวลา 8 – 10 ชั่วโมง ทั้งนี้ขึ้นกับสูตรของเนื้อดิน ชนิด และขนาดของเตาเผา รวมถึงขนาดของผลิตภัณฑ์ (โรงงานแต่ละโรง จะใช้อุณหภูมิ และช่วงเวลาแตกต่างกันเล็กน้อย)

     ขั้นตอนตั้งแต่การนำชิ้นงานที่ตั้งเรียงทิ้งไว้ในร่ม (ไม่ต่ำกว่า 1 วัน) การเรียงชิ้นงานเข้าสู่เตาเผา และการเพิ่มอุณหภูมิของเตา เป็นขั้นตอนที่มีรายละเอียดมาก และโรงงานเซรามิกส์ส่วนมากถือว่าเป็นความลับทางธุรกิจ ซึ่งมักไม่ยอมเผยแพร่ความรู้ดังกล่าว อย่างไรก็ตามในขั้นตอนการเผาดิบ มีเป้าหมายหลักคือต้องการให้ชิ้นงาน เมื่อเผาแล้วเกิดความเสียหายน้อยสุด และเป็นการเตรียมเนื้อผลิตภัณฑ์ในการเคลือบสีซึ่งเป็นงานขั้นต่อไป  ขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงเนื้อดิน ในการเผาดิบ ตามทฤษฏี มีดังนี้

          - การเผาด้วยอุณหภูมิต่ำในช่วงแรก
            เมื่อเรียงชิ้นงานเข้าสู่เตาเผาแล้ว จะเริ่มการเผา ที่อุณหภูมิ 110 – 120 oC เพื่อทำให้น้ำ และ
            ความชื้นที่อยู่ในชิ้นงานระเหยออกจากชิ้นงาน ซึ่งเมื่อชิ้นงานเผาผ่านอุณหภูมิดังกล่าวชิ้นงาน
            จะแห้งสนิท
          - การเพิ่มอุณหภูมิในช่วงที่สอง
            ในการเผาดิบจะมีการเพิ่มอุณหภูมิเตา อย่างช้าๆ ที่อุณหภูมิ 120 – 350 oC น้ำที่อยู่ใน
            โครงสร้างของกลุ่มแร่เคลย์ จะสลายตัว ทำให้กลุ่มแร่เคลย์เปลี่ยนเป็นสารประกอบอ๊อกไซด์ 
            ในช่วงอุณหภูมิดังกล่าวชิ้นงานจะขยายตัวประมาณร้อยละ 1 หากชิ้นงานมีความหนาไม่สม่ำ
            เสมอชิ้นงานอาจจะมีการปริแตก หรือเรียกว่าชิ้นงานระเบิดในเตา
          - การเพิ่มอุณหภูมิในช่วงที่สาม
            ที่อุณหภูมิเตาเผา ในช่วง 350 – 450 oC น้ำที่อยู่ในสูตรแร่เคลย์ จะสลายตัวออกจากแร่เคลย์
            จนหมด ช่วงอุณหภูมินี้มีความสำคัญ มีหลักที่ว่าต้องควบคุมให้อุณหภูมิภายในเตาเพิ่มขึ้น
            อย่างช้าๆ (การเลี้ยงไฟ) จะทำให้ชิ้นงานหดตัวพร้อมกัน ไม่แตกร้าว
          - การเพิ่มอุณหภูมิในช่วงที่สี่
            เมื่ออุณหภูมิภายในเตาเผา มีค่า ประมาณ 570 oC ช่วงนี้ซิลิกาที่อยูในเนื้อดินจะมีการขยาย
            ตัว 
ถ้าควบคุมอุณหภูมิภายในเตาไม่ดี ชิ้นงานจะร้าว
          - การเผาอุณหภูมิสูงในช่วงที่ห้า เผาครั้งสุดท้าย
            เมื่ออุณหภูมิภายในเตาเผา มากกว่าประมาณ 700oC สารอินทรีย์ และซัลเฟอร์แบบต่างๆ ที่
            อยู่
ในเนื้อดิน จะเกิดการเผาไหม้ในช่วงนี้ ในกรณีใช้เตาเผาแบบปกติคือ เผาแบบอ๊อกซิเดชั่น
            จะได้แก๊สคารบอไดออกไซด์ และแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์

     ในแต่ละขั้นตอนของการเผาจะใช้เวลา ประมาณ 3 – 4 ชั่วโมง หลังจากนั้นจะทิ้งชิ้นงานให้ค้างอยู่ในเตาเพื่อให้ชิ้นงานเย็นตัวอย่างช้าๆ ประมาณ 1 วัน

 
การเผาเคลือบ (glaze firing)
     ในกระบวนการผลิตเซรามิกส์ ขั้นตอนการเผาเคลือบ ทำหลังจากชิ้นงานผ่านการลงสีเคลือบ และพ่นเคลือบแล้ว แต่นำมากล่าวในส่วนนี้เพื่อให้อยู่ในหมวดหมู่เดียวกับการเผา  ส่วนลักษณะของน้ำเคลือบจะกล่าวถึงในส่วนต่อไป

     ชิ้นงานที่ผ่านการเผาดิบ จะมีความแข็งแรง แต่มีรูพรุนมาก และมีความแข็งน้อย การเพิ่มคุณภาพของชิ้นงานจะใช้การทาน้ำเคลือบ และเผาเคลือบอีกครั้ง นอกจากจะทำให้ผลิตภัณฑ์มีความสวยงามแล้ว การเผาเคลือบเป็นการเพิ่มคุณภาพของชิ้นงานต่อการใช้งาน ทำให้ชิ้นงานลดอัตราการซึมของน้ำ มีความแข็งมากขึ้น ทำความสะอาดง่าย และคงทนต่อการใช้งาน

     การเผาเคลือบ คือการเคลือบผิววัสดุ (วัสดุในกรณีนี้คือชิ้นงานที่ผ่านการเผาดิบ) ด้วยการเผาน้ำเคลือบ ที่ทา พ่น หรือแปะติดกับชิ้นงาน ผลก็คือจะได้ชิ้นงานที่เคลือบด้วยแก้วเป็นชั้นบางๆ ตลอดทั้งผลิตภัณฑ์

     ขั้นตอนการเผาเคลือบ มีหลักคล้ายกับการเผาดิบ และที่แตกต่างอย่างชัดเจนคือ การเผาเคลือบจะเป็นการทำให้ส่วนประกอบของน้ำเคลือบหลอมตัวเป็นแก้วยิดติดกับผิวของชิ้นงาน และเกิดสีตามส่วนประกอบที่อยู่ในน้ำเคลือบ (เกิดจากองค์ประกอบที่มีโลหะในหมู่ทรานซิชัน)  การเปลี่ยนแปลงของน้ำเคลือบในการเผาเคลือบเบื้องต้นมีดังนี้

          - การเผาด้วยอุณหภูมิต่ำในช่วงแรก
            เป็นการเผาไล่น้ำ และความชื้น ที่อยู่ในน้ำเคลือบ และซึมเข้าไปยังผิวของชิ้นงาน
            ในอุณหภูมิ 
120oC
          - การเผาไล่น้ำที่เกิดอยู่ในโครงสร้างของวัตุดิบที่นำมาผลิตเป็นน้ำเคลือบ
            การเผาจะใช้อุณหภูมิประมาณ 350 – 570oC  น้ำที่อยู่ในองค์ประกอบของน้ำเคลือบจะ
            สลายตัว และเปลี่ยนส่วนประกอบเป็นอะลูมินาซิลิเกต ช่วงอุณหภูมิดังกล่าวตัวเคลือบจะ
            ขยายตัว ในช่วงนี้ถ้าเพิ่มอุณหภูมิเร็วเกิดไปน้ำเคลือบจะแตกร้าว และร่อนออกจากชิ้นงาน
          - อุณหภูมิ 570 – 600 oC ช่วงนี้เป็นช่วงที่วัตถุดิบในน้ำเคลือบขยายตัว ถ้าควบคุมการเผาไม่ดี
            ตัวเคลือบอาจมีการแยกตัว
          - อุณหภูมิมากกว่า 600oC  ด้วยในน้ำเคลือบจะเติมสารลดอุณหภูมิการหลอม เรียกว่า ฟลักซ์
            (flux) ฟลักซ์ประเภทตะกั่ว และบอแรกซ์ จะทำให้เคลือบหลอมตัวที่อุณหภูมิดังกล่าว
            เนื่องจากเคลือบตะกั่วสามารถละลายได้ในน้ำส้ม และเคลือบบอแรกซ์ สามารถละลายได้ในน้ำ
            ภาชนะเซรามิกส์ เผาเคลือบด้วยฟลักซ์ ดังกล่าวจึงเป็นอันตรายต่อผู้บริโภค ในปัจจุบันนิยมใช้
            เฟลด์สปาร์ (โพแตสเซียม) เป็นส่วนผสมของน้ำเคลือบ ซึ่งทำหน้าฟลักซ์ได้ดี นอกจากนี้
            ยังมีแร่และสารต่างๆ ที่ใช้ในการทำฟลักซ์ของน้ำเคลือบ ซึ่งแต่ละชนิดมีข้อดี และข้อจำกัด
            ต่างกัน
          - อุณหภูมิการสุกตัว หรืออุณหภูมิของการเคลือบ คือช่วงอุณหภูมิที่ตัวเคลือบหลอมตัวดี
            ทั้งหมด หรือเรียกว่าสุกตัว แบ่งย่อยตามอุณหภูมิได้เป็น 3 แบบ คือ 
            การเคลือบไฟต่ำ เคลือบจะสุกตัวที่อุณหภูมิ 800 – 1,100oC
            การเคลือบไฟกลาง เคลือบจะสุกตัวที่อุณหภูมิ 1,150 – 1,200o
            การเคลือบไฟสูง เคลือบจะสุกตัวที่อุณหภูมิ 1,230 – 1,300oC
          - ในกรณีที่เซรามิกส์ มีการวาดด้วยสี ก่อนการปิดทับด้วยน้ำเคลือบ การเผาเพื่อให้เกิดสีต้อง
             เผาที่อุณหภูมิ ในช่วง 1,150 – 1,300oC

 


วีดิทัศน์เรื่อง กระบวนการเผา