تحولی در لعابهای عملکردی صنعت کاشی و سرامیک
در تازهترین پژوهش منتشرشده در مجله Materials Research Bulletin (Elsevier, 2025)، گروهی از پژوهشگران دانشگاه تبریز موفق به طراحی و ساخت نوعی کاشی چینی با لعاب حاوی اکسید بیسموت (Bi₂O₃) شدهاند که میتواند تا ۶۷ درصد از پرتوهای گاما و X را جذب کند. این پژوهش گامی مهم در جهت تولید کاشیهای هوشمند و ایمن بهعنوان جایگزینهای غیرسمی سرب در فضاهای پرتوزا بهشمار میآید.
هدف پژوهش
با افزایش نیاز به مصالح ساختمانی ایمن در بیمارستانها، مراکز پرتودرمانی، آزمایشگاهها و فرودگاهها، استفاده از مواد دارای خاصیت جذب پرتو، اهمیت روزافزونی یافته است.
این مطالعه با هدف بررسی اثر افزودن مقادیر مختلف Bi₂O₃ (۱۰، ۲۰ و ۳۰ درصد وزنی) به لعاب کاشی چینی انجام شد تا تأثیر آن بر خواص رئولوژیکی، حرارتی، ساختاری و جذب پرتو بررسی شود.
روش اجرا
نمونههای لعاب با استفاده از فریت صنعتی شرکت یکتا صنعت ایران تهیه شدند. پس از افزودن Bi₂O₃ و مواد افزودنی (CMC و STPP)، لعابها در دمای 1180 درجه سانتیگراد پخته و سپس آزمونهای زیر انجام گرفتند:
- رئولوژی (چگالی، زمان ریزش، زتا پتانسیل)
- ریزساختار (SEM، EDS)
- تحلیل فاز (XRD، FTIR)
- آزمایش جذب پرتو گاما و X با منبع ^241Am (60 keV)
نتایج کلیدی
✅ خواص فیزیکی و فرآیندی
- افزودن Bi₂O₃ چگالی لعاب را از 1.85 به 2.20 g/cm³ افزایش داد.
- مقدار آب لازم برای دستیابی به زمان ریزش استاندارد (۶۰ ثانیه) از ۴۰٪ به ۲۶٪ کاهش یافت.
- زتا پتانسیل از +26.7 mV به −44.1 mV تغییر کرد که نشانهی پایداری بیشتر و یکنواختی بالاتر لعاب است.
✅ ساختار و پخت
- Bi₂O₃ در نقش فلاکس باعث تراکم کامل لعاب و حذف تخلخلها شد.
- ضریب انبساط حرارتی (TEC) لعاب از 7.34×10⁻⁶ به 6.25×10⁻⁶ K⁻¹ کاهش یافت.
- در غلظت پایین، Bi₂O₃ بهعنوان تغییردهنده شبکه (Network Modifier) و در غلظت بالا، بهعنوان سازنده شبکه (Glass Former) عمل کرد.
✅ عملکرد در جذب پرتو
- بدنه چینی بدون لعاب: ۴۲٪ جذب پرتو
- لعاب پایه بدون بیسموت: ۴۹٪ جذب
لعاب با ۳۰٪ Bi₂O₃: ۶۷٪ جذب پرتو در ضخامت تنها ۱.۲ میلیمتر
این میزان جذب، تنها کمی پایینتر از صفحات سربی (≈۸۰٪) است، اما بدون خطرات زیستمحیطی و سمی سرب.
تحلیل فنی و صنعتی برای ایران
افزودن اکسید بیسموت به لعابهای صنعتی، بدون نیاز به تغییر اساسی در خط تولید، میتواند بهعنوان یک فناوری ساده و ارزشافزا در کارخانههای کاشی کشور بهکار رود.
مزیتهای این روش برای صنعت ایران:
- کاهش مصرف آب و انرژی در آمادهسازی لعاب
- بهبود کیفیت سطح و براقیت کاشی
- افزایش چسبندگی لعاب به بدنه و کاهش تنشهای حرارتی
- امکان تولید کاشیهای “Radiation Shield Tiles” با ارزش صادراتی بالا
کاربرد این فناوری در بیمارستانها، مراکز تصویربرداری، نیروگاهها و فضاهای پرتوزا میتواند زمینهساز ورود صنعت کاشی ایران به حوزهی مصالح عملکردی و تخصصی شود — گامی از «تزئین» به «کارکرد».
مشخصات مقاله
عنوان: Preparation and characterization of porcelain tile containing bismuth oxide in the glaze for radiation shielding applications
نویسندگان: Mojtaba Ahmadi, Hamed Asgharzadeh, Mohammad Rezvani
دانشگاه: University of Tabriz, Iran
منتشرشده در: Materials Research Bulletin, Elsevier
سال انتشار: 2025
دانلود متن کامل مقاله : سرامی اسکوپ
