Preparation of low thermal expansion glaze for ceramic cookware body of direct flame type การเตรียมเคลือบที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ สำหรับเนื้อดินภาชนะเซรามิกหุงต้มประเภทสัมผัสเปลวไฟโดยตรง

Abstract

          ภาชนะเซรามิกหุงต้มประเภทสัมผัสเปลวไฟโดยตรง มีสมบัติค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ มีความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างเฉียบพลันได้ดี มีค่าการดูดซึมน้ำต่ำ และมีค่าความแข็งแรงสูงสามารถนำมาใช้เป็นภาชนะสำหรับปรุงอาหารบนเตาแก๊สโดยไม่เกิดแตกร้าวและทนทาน ดังนั้นเคลือบสำหรับภาชนะเซรามิกหุงต้มประเภทนี้จะต้องมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำกว่าหรือเท่ากับเนื้อดิน และต้องมีความเข้ากันได้ดีระหว่างวัสดุเนื้อพื้นและผิวเคลือบ ในงานวิจัยนี้ทดลองเตรียมสูตรเคลือบสำหรับเนื้อดินภาชนะเซรามิกหุงต้มเนื้อดินคอมโพสิทคอร์เดียไรต์/สปอดูมีน ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ 2.83×10^-6 /^oC โดยคำนวณสูตรเคลือบจากระบบ Li₂O-CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ และแปรค่าอัตราส่วนจำนวนโมลของอะลูมินา ตั้งแต่ 0.483-0.653 และแปรค่าอัตราส่วนจำนวนโมลของซิลิกา ตั้งแต่ 4.308-4.508 โดยเตรียมจากวัตถุดิบตั้งต้นจาก แร่เพทาไลท์ แคลเซียมซิลิเกต ทัลค์ อะลูมินา ซิลิกา และเซอร์โคเนียมซิลิเกต บดผสมแบบเปียกด้วย เคลือบชิ้นทดสอบเผาที่อุณหภูมิ 1275 องศาเซลเซียส ยืนไฟ 1 ชั่วโมง จากนั้นนำมาวิเคราะห์องค์ประกอบทางเฟสด้วยเครื่อง XRD หาค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนด้วยเครื่องไดลาโตมิเตอร์ ทดสอบความทนทานการรานตัวของเคลือบตามมาตรฐาน ASTM C424-80 ด้วยเครื่อง autoclave ที่ความดัน 250 psi ผลการทดลองพบเฟสหลัก 2 เฟส คือ เพทาไลท์ และ เซอร์คอน ที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ผิวเคลือบมีความเรียบเนียนและปราศจากการรานตัวของผิวเคลือบ.

Preparation of low thermal expansion glaze for ceramic cookware body of direct flame type

         Ceramic flameware bodies have a low thermal expansion coefficient, excellent thermal shock resistance, low water absorption and high strength. It can be used for direct flame cooking on stove-top without cracking. Therefore, a glaze for ceramic cookware body requires thermal expansion coefficient value lower than or similar to that of the body to get compatibility between matrix and coating. This study focused on the glaze of cordierite/spodumene composite for ceramic cookware body which has low thermal expansion coefficient of 2.83×10^-6 /^oC. The glazes in a Li₂O-CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ system were calculated by varying the mole ratio of Al₂O₃ between at 0.483-0.653 and SiO₂ between of 4.308-4.508. The starting material including petalite, calcium carbonate, talc, alumina, silica and zirconium silicate were mixed via wet ball milling. The samples were coated onto the composite body and fired at 1275 ^oC with 1 h soaking time. Phase content was analyzed by XRD. Thermal expansion coefficient was tested by dilatometer. The crazing resistance was tested using an autoclave at 250 psi followed ASTM C424-80. The microstructure quantitative analysis and elemental archived by SEM&EDX technique, respectively. The results showed petalite and zircon as two main phases, providing thermal expansion coefficient with smooth and crack-free surfaces.