การเตรียมเซรามิกเซอร์โคเนียความหนาแน่นสูงจากเศษเจียระไนคิวบิกเซอร์โคเนีย

Abstract

ในแต่ละปีอุตสาหกรรมเจียระไนเครื่องประดับคิวบิกเซอร์โคเนียในประเทศไทยมีปริมาณเศษเจียระไนคิวบิกเซอร์โคเนียปริมาณมากหลายร้อยตันถูกทิ้งอย่างสูญเปล่า จึงเกิดแนวคิดในการศึกษาวิจัยเพื่อพัฒนากระบวนการผลิตเซรามิกเซอร์โคเนียความหนาแน่นสูงโดยใช้เศษเจียระไนคิวบิกเซอร์โคเนียจากอุตสาหกรรมเป็นวัตถุดิบหลักในการทดลอง ร่วมกับการใช้สารตัวเติมแคลเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟตเพื่อช่วยทำให้โครงสร้างเกิดเฟสของเหลวในขั้นตอนการเผาผนึก โดยทำการเตรียมตัวอย่างจากการนำเศษเจียระไนมาผ่านการเผาแคลไซน์ที่อุณหภูมิ 1000 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1 ชั่วโมง เพื่อกำจัดสิ่งเจือปนที่มาจากขั้นตอนการผลิตเครื่องประดับ ก่อนนำไปทำการบดผสมกับแคลเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟตในอัตราส่วนร้อยละ 5 และ 10 โดยน้ำหนัก บดผสมเป็นเวลา 24 และ 48 ชั่วโมง จากนั้นนำไปอัดขึ้นรูปที่ความดัน 50 MPa เพื่อให้ได้ชิ้นงานที่มีลักษณะเป็นแผ่นกลมขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 mm และนำไปเผาผนึกที่อุณหภูมิ 1650 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 1, 2 และ 4 ชั่วโมง และแบ่งการศึกษาเป็นการเปรียบเทียบการเผาผนึกแบบสถานะของแข็งที่ไม่มีการใช้เติมสารตัวเติม และการเผาผนึกแบบเฟสของเหลวที่มีการเติมสารตัวเติมช่วยในการเผาผนึก โดยจากผลการทดลองพบว่าเงื่อนไขที่ดีที่สุด คือ ชิ้นงานที่ผ่านกระบวนการบดผสมกับสารตัวเติมในอัตราส่วนร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก บดผสมเป็นเวลา 24 ชั่วโมง และเผาผนึกเป็นเวลา 2 ชั่วโมง พบว่าได้ค่าความหนาแน่นสูงถึง 5.27 g/cm3 ค่าการดูดซึมน้ำร้อยละ 0.12 และมีค่าความแข็ง 6.72 GPa ดังนั้นจึงทำการเลือกเงื่อนไขนี้มาเตรียมเป็นชิ้นงานแท่งสี่เหลี่ยมขนาด 60x10x5 mm เพื่อนำไปทดสอบความแข็งแรงด้วยเทคนิค 3-point bending จากผลการทดสอบพบว่าค่าความต้านทานแรงดัดมีค่าเท่ากับ 90.66 MPa ซึ่งผลจากงานวิจัยนี้ชี้ให้เห็นว่าการใช้สารตัวเติมแคลเซียมไดไฮโดรเจนฟอสเฟตช่วยให้เกิดเฟสของเหลวในกระบวนการเผาผนึกที่ส่งผลต่อโครงสร้างทางจุลภาคและสมบัติทางกลของชิ้นงานเซรามิกเซอร์โคเนียความหนาแน่นสูง