دانسیته چیست و چرا اندازه‌گیری آن مهم است؟

مقدمه

شاید مهمترین اندازه‌گیری برای میزان دانسیته (چگالی یا جرم حجمی) باشه. دانسیته برای مایعات (دوغاب و لعاب) کاربرد داره، نه برای گل خشک یا پودرها. دلیلش هم اینه که دانسیته به معنای جرم واحد حجم ماده‌ی جاریه؛ وقتی گل خشک یا پودر باشه، هوا بین ذراتش هست و اندازه‌گیری مستقیم حجم واقعی ذرات سخت میشه و اصلا معنی نمی‌ده.

دانسیته دقیق دوغاب و لعاب روی کیفیت نهایی سرامیک تاثیر مستقیم داره، از یکنواختی لعاب گرفته تا استحکام بدنه. همین‌طور از اسمش پیداست،

دانسیته میشه نسبت جرم به حجم دوغاب (g/cm³ یا kg/L). یعنی میزان جرم دوغاب یا لعاب رو اندازه بگیریم و تقسیم بر حجمش کنیم، دانسیته به دست میاد. حالا برای اینکه بهتر بشه ارزیابی کرد این میزان حجم رو 100 سی‌سی در نظر میگیریم و بعد جرم اون 100 سی‌سی رو اندازه میگیریم.

فرمول دانسیته:

وزن مایع (گرم g) حجم مایع (میلی‌لیتر ml)

حالا این عدد به ما چی میگه؟

برای دوغاب ارتن‌ور و استون‌ور و پرسلان باهم کمی متفاوته. پرسلان و استون‌ور نیاز به دانسیته بالاتری دارن که بتونن در قالب گچی دیواره‌ی یکنواخت و بدون ترک و پوکی رو به ما بدن. اگه فرضا دانسیته ما کم باشه و رقیق باشه برای قالب تزریقی ماگی که دسته داره، ترک در قسمت دسته ایجاد میشه، ضمن اینکه به قالب گچی هم به مرور آسیب میزنه. اگه هم دانسیته بالا و غلیظ باشه، باعث میشه دوغاب به کندی وارد قالب بشه و ترک‌های ریز سطحی به وجود بیاد و در قالب‌های غیر تزریقی هم شره و ناصافی رو خواهیم داشت و میزان پرداخت ما خیلی بیشتر میشه، و همه تلاش ما برای پرداخت کمتر هست، نه فقط برای صرفه‌جویی در زمان، بلکه برای اینکه همه پرداخت‌ها یکسان نخواهد شد. حالا اعدادی که مهم هستن رو بگیم:

دوغاب ارتن‌ور (سرامیک دما پایین)

• دانسیته مناسب: حدود 1.65–1.75 g/ml
• اگه کمتر باشد: دوغاب رقیق است، دیواره در قالب دیر می‌بندد و قطعه پوک می‌شود.
• اگه بالاتر باشد: دوغاب غلیظ می‌شود، تخلیه سخت، سطح ناهموار و احتمال ترک بدنه در حالت خشک.

دوغاب استون‌ور

• دانسیته مناسب: حدود 1.70–1.80 g/ml
• استون‌وری باید کمی سنگین‌تر باشد چون درصد جامدات بیشتر است.
• پایین‌تر از 1.70 یعنی آب‌داری زیاد و ضعف مکانیکی.
• بالاتر از 1.90 معمولاً نشانه دفلکولانت ناکافی یا ته‌نشینی زیاد است.

دوغاب پرسلان (چگال‌ترین بدنه سرامیکی)

• دانسیته مناسب: حدود 1.70–1.85 g/cm³
• پرسلان نیاز به دوغاب بالامواد دارد تا دیواره یکنواخت و بدون ترک بسته شود.
• دانسیته پایین باعث پوکی و ایجاد ترک روی دیواره می‌شود.
• دانسیته خیلی بالا باعث گرفتگی قالب، کندشدن ریخته‌گیری، ترک‌های ریز سطحی و شره‌کردن.

حالا در مورد اینکه چرا پرسلان بیشترین دانسیته‌ دوغاب رو داره باید گفت که چون پرسلان کائولن، سیلیس و فلدسپات بیشتری داره و ذرات ریز هستند و نظم بهتری هم دارند، با آب کمتری هم روان میشه. بنابراین سنگین‌تر هست.

و استون‌ور هم معمولا ذرات درشت‌تری داره. به همراه بالکلی (پلاستیکی و آب‌دوست هست) بیشتر و درصد آب کمتر (برای رسیدن به گرانروی قابل قبول برای ریخته‌گری) و برای همینه که دانسیته کمتری نسبت به پرسلان داره.

ارتن‌ور هم که کمترین دانسیته‌ی دوغاب رو داره چون هم درصد آب بیشتری نسبت به بقیه داره و هم مواد جامد کمتری داره. ارتن‌ور‌ها بیشتر خاک‌محورن. جامدات غیرپلاستیک (مثل سیلیس و فلدسپات) کمتری دارن و واسه رسیدن به روانی مناسب آب بیشتری نیاز دارن.

در واقع ارتن‌ور چون قرار نیس به میزان بالای ویتریفیکیشن برسه پس خیلی ضروری هم نیس که دوغابش سنگین و با دانسیته بالا باشه. دلیل دیگه‌ای که برای میزان آب بیشتر در ارتن‌ور وجود داره اینه که میزان روان‌ساز محدودتری داریم و برای گرانروی مناسب نمیشه که روان‌ساز بیشتری استفاده کنیم و در نتیجه آب بیشتری می‌ریزیم. این کار رو برای بدنه ‌های دما بالا نمیشه انجام داد و اونجا به جای آب بیشتر باید میزان روان‌ساز رو بیشتر کرد که گرانروی پایین‌تر بیاد و مناسب ریخته‌گری بشه چون بدنه چگال نیاز داریم از اضافه کردن آب تا جایی که میشه خودداری می‌کنیم.

لعاب

دانسیته لعاب، یکی از شاخصه‌های مهم هست برای کنترل ضخامت لعاب. هر بار که لعاب می‌سازیم لازمه که دانسیته اون رو اندازه بگیریم که بتونیم تا جایی که ممکنه کنترل روی اعمال لعاب و نتیجه کارمون داشته باشیم. ضخامت لایه لعاب روی بدنه بیسکوییت ما، تاثیراتی مهمی میتونه روی کیفیت نتیجه لعاب داشته باشه. دانسیته مناسب باعث میشه لعاب نه بیش از حد ضخیم بنشیند و نه آن‌قدر رقیق باشد که پوشش ناقص ایجاد کنه. پس ثبات در میزان دانسیته، مخصوصا برای کارهایی که تکرارشونده هستن، اهمیت زیادی داره برای داشتن نتیحجه نهایی یکنواخت و قابل تکرار.

بازه‌ی دانسیته مناسب و استاندارد برای لعاب با توجه به نیاز شما، از 1.40 تا 1.65 g/ml ( معمولترش بین 1.40 تا 1.50 هست) می‌تونه باشه و حتی بیشتر ازین. اگه نیاز هست که لعابتون ضخیم اعمال بشه این عدد بالای 1.50 میتونه باشه و اگه رقیق نیاز دارین نزدیک به 1.40. عدد مناسب برای لعابتون رو با تجربه خودتون باید به دست بیارین که چه عددی بهترین نتیجه رو واستون داره. روش‌هایی که به طور سطحی معمولا انجام میشه تست کردن چشمی با ریختن لعاب با دست هست که من توصیه نمیکنم. اصولی کار کنیم بهتره.

البته که برای تکرارپذیری لعابمون، داشتن دانسیته مناسب به تنهایی کافی نیست و باید ویسکوزیته (گرانروی)، زمان غوطه‌وری و جذب بدنه و … هم بررسی کنیم.

اندازه گیری دانسیته

روش اول: اگه ابزار سنجش دانسیته رو داشته باشیم (پیکنومتر) کارمون خب راحت‌تر هم میشه. پیکنومتری که در بازار هست با حجم ثابتی که داره همون کاری که ما گفتیم رو انجام میده. پیکنومترهایی از جنس تفلون و فلزی توسط فروشگاه‌های ابزار سرامیک قابل تهیه هستند. نحوه کار کردن باهاش هم راحته. اول حجم خود پیکنومتر رو به دست میاریم. برای این کار پیکنومتر خالی که قبلا شستیم و تمیزش کردیم رو اندازه می‌زنیم. بعد پیکنومتر رو با آب کاملا پر میکنیم و باز اندازه میزنیم. اختلاف این جرم‌ها رو یادداشت کرده. چگالی آب رو که میدونیم (چگالی آب در دمای محیط 1.00 g/cm³) و با استفاده از فرمول چگالی (دانسیته)، حجم پیکنومتر به دست میاد. در مرحله بعد پیکنومتر رو با مایع موردنظر (دوغاب یا لعاب) پر می‌کنیم و درشو میذاریم و اندازه می‌زنیم. این عدد رو منهای جرم پیکنومتر خالی میکنیم و جرم مایع به دست میاد. با تقسیم کردن جرم مایع بر حجم پیکنومتر، دانسیته مایع به دست میاد.

روش دوم: کاری که خودم انجام میدم اینه که یا با سرنگ 10cc یا 100‌cc و یا با سیلندر 10 یا 100‌cc دانسیته رو اندازه می‌زنم و این خیلی خیلی راحتتره. گرچه به دقت پیکنومتر نیس ولی هم سریع هست و هم نیازی به محاسبه کردن هم نیست. برای اینکه دقت کارمون رو بهتر کنیم هر بار از یه ابزار و یک ترازو استفاده کنیم یعنی مثلا یه سرنگ 10 باشه هر بار. کارمون هم راحته چون دیگه حجم آب مشخصه. جرم سرنگ خالی رو اندازه میزنیم و دکمه tare فشار میدیم. حالا سرنگ یا سیلندرمون رو با 100cc (یا 10 سی‌سی) از مایع پر میکنیم و باز اندازه میزنیم. عددی که روی ترازو می‌بینیم (اگه با سرنگ 10سی‌سی اندازه زدیم عدد روی ترازو رو در 10 ضرب می‌کنیم) همون عدد دانسیته مایع ماست.