28. Укажите основные этапы обжига керамических изделий. Как определить способность керамического материала к спеканию?

После обжига снижается пористость изделий, увеличивается их прочность, водонепроницаемость, изменяется цвет, создается декоративное покрытие - изделие приобретает целостность.

Порядок и схема обжига

Обжиг керамики может проходить в один или в два (2-ух этапная схема), или в три 3 и даже более этапов.

Чаще применяется 2-ух этапная схема обжига

1 обжиг – утильный (промежуточный). В первом обжиге участвует хорошо высушенное изделие, которое или совсем не декорировано, или частично декорировано ангобом или цветной глиной. Результатом первого обжига является не готовое изделие, а полуфабрикат – утиль, он же черепок или бисквит.

2 обжиг – политой. Проводится после первого обжига и после того, как на черепок наносится глазурь и краски. Температура политого обжига, как правило, зависит от температуры обжига применяемых для декорирования материалов.

В 2-ух этапной схеме обжига возможны два варианта:

1) фарфоровая схема – политой обжиг проводят при более высокой температуре, чем утильный. Эта схема обычно используется в производстве фарфора. Такой порядок обжига позволяет без труда декорировать изделие после первого низкого обжига. В то время как окончательную прочность, водонепроницаемость и другие полезные свойства изделия приобретают уже во втором политом обжиге.

2) фаянсовая схема обжига – политой обжиг проводят при более низкой температуре, чем утильный. Фаянсовая схема обычно используется при обжиге масс, которые и после высокого обжига сохраняют достаточную пористость для нанесения глазури (фаянсовые массы). А также в тех случаях, когда требуется декорирование низкотемпературными глазурями.

Обжиг в 1-этап

Обжиг в один этап считается экономически более выгодным, так как требует меньше энергетических и других затрат – загрузка изделий в печь, складские расходы и др. Но обжиг в 1-этап имеет и множество минусов:

- приходится декорировать изделие, не имеющее прочности утиля, что требует особой аккуратности в работе;

- практически исключается глазурование методом окунания

- глазурование внутренней и внешней части изделий приходиться проводить с большим перерывом;

- требуется применение добавок, позволяющих закрепить глазурь или другой декор на изделии

Температура обжига и основные процессы

25–200°С – происходит медленный нагрев изделий, при котором удаляется межслоевая и частично адсорбированная (связанная) вода. В этот период могут проявиться все недостатки и просчеты, допущенные ранее при сушке – это воздушные пузыри и другие неоднородности.

200-400°С – завершается удаление связанной воды, а также происходит сгорание большей части органических веществ, содержащихся в массах.

400°С рекомендуется сделать выдержку 15-20 минут, для удаления выделяющихся газов и выравнивания температуры в пространстве печи.

400-600°С – начинается дегидратация глинистых минералов и выделение химически-связанной воды, входящей в их кристаллическую решетку.

600 — 800 При этих температурах начинается расплавление надглазурных покрытий, а также легкоплавких флюсов (свинцовых и других).

750 — 800 В этом интервале, который иногда называют третьим декорирующим обжигом, происходит выгорание сульфидов, а также размягчение поверхности глазури и диффузия красок, золота и т.п.

850 — 950 В этом интервале происходит разложение содержащихся в керамической массе мела и/или доломита. Начинается взаимодействия составной части керамической массы — кремнезема — с карбонатом кальция и магния. Эти процессы сопровождаются выделениями углекислого газа.

На этом этапе также заканчиваются все превращения глинистых веществ: прочность черепка обеспечивается за счет спекания самых мелких частиц.

1000 -1100 На этом этапе происходит уплотнение и деформация черепка, начинают размягчатся полевые шпаты. Жидкая фаза появляется как результат интенсивного взаимодействия кремнезема и извести. Также интенсивно разлагаются сульфаты, что сопровождается выделением сернистого газ.

1200 -1250 В данном интервале спекаются фаянсовые и беложгущиеся керамические массы. В расплаве полевого шпата растворяются кремнезем и каолинит.

1280 — 1350 В этом температурном интервале иглы муллита пронизывают фарфоровую массу, что после выхода из обжига является основой высокой прочности и термостойкости. Процесс носит название муллитообразования. Также тонкодисперсный кварц преобразуется в кристобаллит.

1200 — 1420 Этот интервал используется для обжига фарфора.

Особенно важно проводить медленное охлаждение керамических масс с высоким содержанием кварца – каменные массы, фарфор. Это связано с тем, что в период охлаждения около температур 573°С и 230°С, высокотемпературные формы кварца переходят в низкотемпературные кристаллические формы, с существенным изменением объема, что может стать причиной возникновения локальных напряжений в остывающем черепке и вызвать скрытые дефекты, и даже разрушение изделий.

!!! Под спекаемостью в общем случае понимают способность веществ при обжиге уплотняться с образованием твердых камнеподобных тел. Спекание обусловлено преимущественно избыточной свободной поверхностной энергией системы. При уменьшении этой энергии возникает капиллярное давление (лапласовские силы), под действием которого образуются контакты между частицами, и уменьшается пористость. В общем случае капиллярное давление обратно пропорционально среднему размеру частиц порошка, поэтому характеристика дисперсности в значительной степени определяет его спекаемость.

Условно выделяют три стадии спекания: 1 - припекание -образование контактов между соседними частицами; 2 - основная стадия - слияние частиц между собой без образования замкнутых пор; 3 - образование закрытых пор и их зарастание. Зависимости усадки (1) и водопоглощения (2) керамического образца от температуры.

Участки:

- небольшого расширения материала,

- его интенсивной усадки (температурный интервал спекания),

- максимальной усадки (интервал спекшегося состояния);

- расширения (пережога).