Вопрос 2 Основные этапы производства керамических изделий

1. Обработка сырья и приготовление формовочных массы сводится к очистке сырья от примесей, грубому и тонкому измельчению его, смешению сырьевых компонентов в соответствии с рецептурой и тщательному перемешиванию.

К основным сырьевым материалам относятся пластичные и непластичные (отощающие), плавни, глази и керамические краски.

Пластичные материалы представляют собой тонкодисперсные горные породы (глина, каолин и бентонит), при смешивании с водой способны принимать под действием внешних сил различные формы и сохранять их после сушки и обжига.

Глины разнообразны по химическому и минералогическому составу и свойствам. Пригодность глин для изготовления керамических изделий, помимо состава, определяется их пластичностью (связующей способностью), усадкой (воздушной и огневой), огнеупорностью, белизной и т.д.

Основными соединениями, содержащимися в глинах, являются кремнезем (до 80 %), оксид алюминия и вода. С повышением содержания кремнезема (более 80 %) снижается пластичность глин и из них невозможно получить изделие.

Отощающие материалы применяют для регулирования технологических свойств и получения изделий с заданными свойствами ( для уменьшения усадки, деформации и растрескивания). Различают искусственные и естественные отощители.

К искусственным относится шамот – обожженная при Т=700-900^оС глина (потеря пластических свойств) и отходы производства (бой).

К естественным отощителям относят кварц, кварцевый песок, кремень и др. материалы, не обладающие пластическими свойствами.

При температуре ниже 1000^оС эти материалы ускоряют процесс сушки изделий, образуют каркас, который цементируется при сушке и обжиге пластичными материалами, способствуют спеканию черепка и предотвращают деформацию изделий.

Содержание отощающих материалов в керамических массах колеблется от 30 до 80 %. (В твердом фарфоре более 50 %, в мягком - 30-36 %).

К плавням относятся вещества, которые при взаимодействии с компонентами керамических масс образуют легкоплавкие соединения. Способствуют снижению температуры обжига, повышают плотность и механическую прочность, снижают термическую стойкость и прочность, повышается просвечиваемость черепка в тонких слоях.

Плавни – полевой шпат, калиевый ортоклаз, нефелиновые сиениты, мел и др.

Глазури представляют собой тонкий стекловидный слой на поверхности керамических изделий.

Глазури различают по химическому составу, температуре плавления и прозрачности.

Глазури должны соответствовать основному черепку по коэффициенту термического расширения, иначе может произойти разрушение глазурного слоя. Они также должны обладать высокими химической и термической стойкостью, механической прочностью, хорошо сплавляться с черепком, равномерно разливать по поверхности изделия и придавать ей блеск. Глазури не должны содержать вредных для организма человека веществ.

Цель подготовки сырья – разрушение природной структуры материалов до мельчайших частиц для получения однородной массы.

2. Формование изделий производится двумя способами:

- из пластичной массы (изделия, имеющие форму тел вращения - тарелки, кружки, салатницы и др.) - используют массу влажностью 22- 24 %. Формование производят в гипсовых или других формах, на автоматах.

- литьем в гипсовые формы - для изделий сложной формы (чайники и д.т.). Используют сметанообразную массу влажностью 34-36 %.

Для формования плоских изделий небольшой толщины, например, тарелок, применяют полусухое прессование. В этом случае подготовленную пластическую массу высушивают до остачной влажности (2-3 %), тонко измельчают и получают порошок, в который добавляют специальный пластификатор. Из этого порошка формуют изделия в металлических формах под большим давлением. Изделия, получаемые таким методом, имеют правильную форму, точные размеры, более высокую механическую прочность и малую влажность, что значительно сокращает время сушки перед обжигом.

При формовании из-за небрежного обращения, изношенности форм могут образовываться такие дефекты, как деформация, волнистый край, концентрические трещины, неодинаковая толщина изделий, неровность поверхностей и т.д.

3. Сушка - производят до остаточной влажности 2-4 %.

Основная задача сушки - исключить образование внутреннего напряжения, приводящего к деформации, трещинам при обжиге.

Сушка проводится в два этапа: предварительная (подвяливание) – в формах и окончательная – без форм.

4. Обжиг - формируются структура черепка и свойства керамических изделий. Обычно проводят двукратный обжиг.

Первый обжиг - утельный - назначение - удалить механически и химически связанную влагу, придать черепку необходимую прочность при достаточной для впитывания глазури пористостью.

Для фарфора температура первого (предварительного) обжига 900-1000 ^оС; для фаянса (первый обжиг является основным) - 1250-1280 ^оС; для майолики - 940-1100 ^оС.

После первого обжига изделия глазуруют - наносят глазурь в виде суспензии методом окупания, обливания или пульверизации.

Верхний край у фарфоровых изделий очищают от глазури для предупреждения сплавления с подставкой во время политого обжига. (Этим фарфоровые изделия отличаются от фаянсовых, которые полностью покрываются глазурью).

(Шамотный капсель - гнездо, предохраняющее изделия от сплавления при политом обжиге).

Цель второго - политого - обжига - завершение физико-химических превращений компонентов, полное формирование структуры черепка, расплавление глазури и зеркальный ее розлив.

Ведется в 5 этапов, на каждом строго соблюдается определенные режимы: температура, скорость ее подъема, время выдержки и газовая среда.

1-й этап - температура 900-940 ^оС. Скорость увеличения температуры 100-140 ^оС в час - удаляется остаток гигроскопичной влаги, разлагаются глинистые вещества, выгорают органические примеси. Газовая среда - окислительная.

2-й этап - температура 940-1040^оС. Газовая среда сильно окисленная.

Завершаются процессы 1-го этапа, полностью должен выгореть сажистый углерод (т.к. в противном случае, если углерод не выгорит до расплавления глазури, изделия приобретут сероватый или буроватый оттенок или покроются мельчайшими кратероподобными точками - наколами). Начинает образовываться муллит, который повышает прочность, термостойкость и химическую стойкость черепка.

3-й этап - температура - 1040-1250 ^оС. Скорость увеличения температуры - 30-35 ^оС в час. Газовая среда восстановительная - для перевода окисного железа (Fe ³⁺) в закисную форму (Fe ²⁺) для образования силикатов, которые придают черепку голубоваты оттенок.

Происходит существенная усадка черепка, начинается расплавление глазури.

4-й этап - Т_нач = 1250 Т_кон = 1380-1410 ^оС. Газовая среда нейтральная. Завершается формирование черепка, происходит розлив глазури и сплавление ее с черепком. Укрупняются кристаллы муллита, чем выше тепмература тем ниже пористость черепка вследствии заполнения пустот черепка стекловидной массой и др. структурными элементами. Необходимо тщательно следить за температурой, т.к. с повышением температуры может происходить выделение газов из полевошпатного стекла, следовательно, происходит вздутие черепка, что существенно снижает качество изделий.

5-й этап - выдержка изделий при максимальной температуре и охлаждение до 600-530 ^оС со скоростью снижения температуры 250-200 ^оС в час, после чего скорость снижения замедляется, т.к. происходит изомеризационные превращения кварца и др. компонентов, что вызывает возникновение внутреннего напряжения в изделии.

5. Декорирование.

К наиболее часто применяемым способам данного вида художественной отделки различных керамических изделий относятся декалькомания (способ переводных картинок) и печать (контур будущего изображения, предварительно выгравированный на металлическом барабане или доске, покрывается слоем краски и при необходимом прессующем давлении переносится на заранее слабоувлажненную специальную папиросную бумагу. Полученное изображение отпечатывается с мокрого листа этой бумаги на очищенной поверхности сухого изделия прокаткой войлочным валиком, после чего закрепляется соответствующим (политым или декоративным) обжигом); фотокерамика (нанесение цветных изображений с помощью фотографирования; живопись; усик, отводка, лента (круговая полоска краской или золотом разной ширин от 1 мм до 15-16 мм); крытъе; трафарет; штамп.

Дополнительными разделками фарфоровых и фаянсовых изделий являются: пестрение, арабеска, дорисовка, блик, подправка, помазка рельефа, цировка и медальон.

В зависимости от характера расположения рисунков и их количества на изделии различают разделки «букет», «раскидные», «бортовые» и «сплошные».

Раздел 9