§ 7. Отощающие материалы

Отощающие материалы — это добавки к пластичным материалам, снижающие пластичность и усадку масс при сушке и обжиге. Отощающие материалы вводят в керамические массы для регулирования их структурно-механических и технологических свойств. К ним относятся кремнеземистые материалы, шамот (обожженная глина), череп (бой) глазурованных и неглазурованных

изделий. В керамической промышленности в основном применяют кремнеземистые материалы: жильный кварц, кварцевые пески, кварцевые отходы каолиновых обогатителььных фабрик (побочный продукт), кварц из пегматитов, диатомит, трепел, а также бой изделий.

Наиболее качественные отощающие материалы — жильный кварц и кварц из пегматитов. Их основная составляюшая — кремнезем SiO₂ — может быть в различных формах: р- и а-кварц, α-, β - и γ-тридимит, α- и β-кристобалит и кварцевое стекло. В процессе обжига керамических изделий кремнезем претерпевает модификационные превращения, которые существенно влияют на качество продукции, так как сопровождаются обратимыми изменениями объема изделий.

Например, модификация кварца в виде γ -тридимита при температуре 117°С переходит в β-тридимит, при этом изделия увеличиваются в объеме на 0,2%; β-кристобалит при температуре 180...270°С переходит в α -кристоболит с увеличением в объеме на 2,8%; β-кварц при температуре 573°С в α-кварц с увеличением в объеме на 0,82%. Поэтому при обжиге в этих интервалах температур, особенно при температуре 573°С требуется определенная выдержка изделий без резкого, подъема температуры. В противном случае возможно их растрескивание, Этот эффект используют для облегчения помола кварца, который обжигают при температуре 900°С, а затем резко охлаждают. В результате куски кварца растрескиваются и затем легко измельчаются.

В качестве искусственных отощающих добавок применяют шамот и бой керамических изделий. Шамот поручают специальным обжигом огнеупорных глин с по-последующим их измельчением. Бой изделий в производстве художественной керамики используют также после Предварительного измельчения.

§ 8. Плавни

Плавни — вещества, которые способствуют образованию при обжиге легкоплавких соединений и снижению температуры обжига изделий. Отощающие материалы и плавнями называют также каменистыми материалами.

Плавнями считаются материалы, которые при данном составе керамической массы раньше других переходят во время обжига в расплавленное состояние и служат растворителями для остальных компонентов. К ним от-

носятся легкоплавкие материалы или те, которые, вступая во взаимодействие с другими компонентами, образуют легкоплавкие соединения. К первым причисляют полевые шпаты, ко вторым — карбонаты щелочноземельных металлов (кальция и магния).

Полевые шпаты — широко распространенные породообразующие минералы, представляющие собой алюмосиликаты¹ щелочных и щелочноземельных металлов (ортоклаз — К₂О • Аl₂ О₃ • 6SiO ₂, альбит — Na ₂O • Аl₂О₃ • 6SiO₂ , анортит — СаО • Аl ₂О₃ • 2SiO₂, цельзиан — ВаО • Аl₂ О₃ • 2SiO ₂, нефелин — Na ₂O • Аl₂О₃ • 2SiO₂ и др.). Эти минералы способны образовывать твердые растворы. Натриево-кальциевые полевые шпаты (альбит и анортит) образуют плагиоклазы; калиево-натриевые полевые шпаты — ортоклазы. Калиевый полевой шпат придает наибольшую вязкость расплаву, что уменьшает чувствительность керамических масс к перепаду температур.

Полевые шпаты, «проросшие» кварцем, называются пегматитом.

В производстве художественной керамики полевые шпаты применяют одновременно в качестве плавней и отощающих материалов.

Использование полевого шпата как плавня основано на его способности плавиться при температуре 1200°С в очень вязкое стеклообразное тесто — полевошпатовое стекло, которое, заполняя все промежутки между частицами керамической массы, склеивают их и при охлаждении застывает с ними в монолитную массу. Одновременно происходит растворение части кварцевых и глинистых зерен керамической массы в стеклообразном тесте с образованием муллита 3Аl₂ О₃ • 2SiO ₂.

Полевые шпаты имеют различный цвет: красный, розовый, белый, серый. В качестве примесей в полевых шпатах присутствуют биотит, магнетит и др., которые окрашивают стекло и загрязняют его темной выплавкой — «мушкой».

Карбонаты щелочноземельных металлов (кальция и магния) широко используют в производстве художественной керамики. К ним относятся: углекислый кальций СаСО₃ — известняк, мел, мрамор; углекислый магний MgCO ₃ — магнезит; двойная углекислая соль кальция к магния СаСО₃ • MgCO₃ — доломит. Сами по себе эти карбонатные материалы не являются плавнями. Однако образующиеся в результате их разложения при температуре 800...1000°С оксиды кальция СаО и магния MgO вступают во взаимодействие с составляющими керамической массы, при этом получаются легкоплавкие соединения, которые, играя роль плавней, снижают огнеупорность и температуру спекания керамической массы. Однако при этом также уменьшается температурный интервал спекания массы, что создает опасность деформации изделий при обжиге и образования пузырей даже при незначительном превышении температуры или времени обжига.

Известняк — осадочная горная порода, состоящая главным образом из кальцита СаСО₃ (56% СаО и 44% СО₂). Различают известняки химического и органического происхождения. Примером известняков органического происхождения служит мел, в котором содержится 96...99% СаСО₃. В качестве примесей в нем присутствуют оксиды алюминия, железа и кварц. Мел отличается от других известняков мягкостью (твердость по шкале Мооса — 1), тонкозернистостью, землистым изломом. Мрамор относится к известнякам химического происхождения.

Мрамор — кристаллическая горная порода, состоящая в основном из кристаллов кальцита и доломита. В качестве примесей в нем присутствуют кварц, полевой шпат, рутил и др.

Магнезит — кристаллическая горная порода, которая встречается в природе в аморфном и кристаллическом виде. Магнезит менее распространен, чем известняк; часто встречается в смеси с доломитом. Магнезиты применяют как флюсующую добавку при получении фарфоровых масс повышенной белизны и некоторых глазурей.

Доломит — осадочная карбонатная горная порода; в природе встречается в виде крупно-, средне- и тонкозернистой твердой кристаллической породы, а также в виде более мягкой породы, называемой опокой. Цвет доломита светло-серый, иногда с желтоватым оттенком; твердость по шкале Мооса — 3,5...4,0. В качестве примесей в доломите присутствуют кальцит, магнезит, карбонаты железа, марганца и др.

На завод доломит поступает в виде опоки. Доломит оказывает значительно более активное флюсующее действие, чем в отдельности СаСО₃ и MgCO₃ .

Тальк — гидросиликат магния 3MgO • 4SiO₂ • Н₂О, мягкий материал (твердость по шкале Мооса — 1); содержит примеси оксидов алюминия, железа, кальция. Цвет талька белый. Присутствие оксида железа FeO окрашивает тальк в зеленый, а оксида железа в виде Fe₂O₃ — в бурый цвет. Добавки талька в керамическую массу повышают его устойчивость к изменению температуры. Его используют главным образом для изготовления тонкокаменных масс.

Пирофиллит представляет собой мягкий материал, имеющий химический состав Аl ₂О₃ • 4SiO₂ • Н₂О. По физико-химическим и технологическим характеристикам он подобен тальку. Применяют в производстве художественной керамики. Благодаря мягкости из него можно механической обработкой изготовить изделие, которое после обжига сохраняет свою форму и размеры и приобретает большую механическую прочность.

Гусевский камень (вторичный кварцит) — твердая порода, состоящая в основном из кварца (50...60%), каолинита (20...30%), гидрослюды (до 6...10%) и примесей. После соответствующего обогащения вторичный кварцит может служить превосходным материалом для изготовления высококачественных фарфоровых изделий, отличающихся повышенной белизной (до 80%) и просвечиваемостью.

¹ Алюмосиликаты — материалы, содержащие оксиды алюминия и кремния.