9

Вопросы и задания для самопроверки

1.Поясните, что понимают под керамикой.

2.Сделайте группировку керамики по различным признакам.

3.Охарактеризуйте основные признаки грубой и тонкой керамики.

4.Укажите, какую роль выполняет глазурование керамики?

5.Каково состояние и перспективы развития современного рынка керамики?

6.Поясните схему производства керамики. Имеется ли разница в производстве различных видов керамики?

7.В чем особенности строения черепка тонкой и грубой керамики?

8.Укажите условия хранения керамики.

Тема 1.3. Фарфоровые изделия. Состав, строение, свойства. Основы производства

Приступая к изучению темы, необходимо помнить, что фарфор относится к тонкой керамике с характерным по составу, структуре и цвету черепком. Необходимо знать отличительные признаки черепка фарфора по водопоглощению (пористости), плотности, цвету, просвечиваемости, звуку при ударе о край изделия, характеру глазурования поверхности изделия. Фарфор характеризуется комплексом специфических свойств, отличающих его от других видов керамики. Черепок фарфора плотностью 2,4-2,5 г/см³, белизна для изделий 1-2 сорта не ниже 58 % (в сравнении с баритовой пластинкой),просвечиваемость для изделий с толщиной черепа не более 2,5 мм не ниже 15 %,термостойкость не менее 185° С, водопоглощение по черепку не более 0,2 %.При этом следует знать, что белизна фарфора зависит от степени очистки сырья от примесей Fe, Ti, Cr и других окрашивающих соединений, а также от качества обжига. Белизна повышается также с увеличением в массе черепка каолина.

Необходимо учитывать, что по технологическим особенностям различают два вида фарфора: твердый и мягкий. Основную массу фарфоровых изделий изготавливают из твердого фарфора. Он отличается повышенным содержанием в массе каолина и глины и меньшим содержанием плавней в сравнении с мягким фарфором. Типовой состав твердого фарфора включает глинистых материалов - 50%, полевого шпата и кварца – по 25%. Эта особенность отражается на формах фазового состояния керамики и ее потребительских свойствах.

Для фарфора характерно наличие стекловидной, кристаллической фаз и пор, что определяет его механическую прочность, твердость, термическую и химическую стойкость, а также декоративные достоинства. Термостойкость фарфоровых изделий, зависящая от соотношений коэффициентов линейного расширения черепка и глазурей, составляет не ниже 8 теплосмен (110-16-185), а у фаянса - не ниже 6. Химическая стойкость фарфора значительно выше фаянса, что обусловлено малым содержанием окислов щелочных металлов в составе глазурей.

Мягкий фарфор благодаря повышенному содержанию плавней имеет тонкий и просвечивающий черепок с высокими декоративными свойствами, но уступает твердому фарфору по механической прочности и термической стойкости. Типовой состав мягкого полевошпатового фарфора включает каолин и глину -25-30%, кварц- 25-45%, полевой шпат – 30-36%. Разновидностями мягкого

10

фарфора являются фриттовый, бисквитный и костяной фарфор. Необходимо знать их отличительные особенности. Так, бисквитный фарфор не подвергается глазурованию. Костяной фарфор является наиболее ценным и выпускается Ломоносовским фарфоровым заводом. Маркировку мягкого фарфора с товарным знаком ЛФЗ необходимо знать. Важно знание товарных знаков и других заводовизготовителей отечественного фарфора. Фриттовый фарфор занимает промежуточное положение между твердым фарфором и стеклом, но ввиду сложности производства (быстрое размягчение черепка и деформация изделия), малой термической стойкости и высокой стоимости не производится отечественной промышленностью.

Существенным в формировании свойств фарфора является технология производства. Схема производства керамики включает несколько операций: массоприготовление, формование заготовки, декорирование и оценка качества на каждом этапе производства. Сырьем для производства фарфоровой массы являются пластичные материалы, непластичные материалы (полевой шпат, мел, пегматит, нефелиновые сиениты, сподумены и др.), а также материалы для гла-

зурей и керамические краски.

Пластичные материалы (глина, каолин, бентонит) при замешивании с водой способны принимать необходимую форму и сохранять ее после сушки и обжига. В глинах содержится до 80% каолинита (Al2O3·2SiO2·2H2O), а также кварцевый песок (SiO2), известняк (СаСО3), полевой шпат (R2O·Al2O3·6SiO2). По минералогическому составу глины делят на мономинеральные (содержат в основном каолинит) и полиминеральные (кроме каолинита содержат монотермит, кварц, слюду). Примеси придают изделиям различные оттенки. По цвету различают глины беложгущиеся, красножгущиеся и цветные. С повышением содержания в глинах свободного кремнезема снижается их пластичность, прочность при сжатии и изгибе и резко повышается пористость. По степени огнеупорности глины могут быть:

огнеупорные (t плавления свыше 1580°С ); тугоплавкие (t плавления от 1350°С до 1580°С); легкоплавкие (t плавления менее 1350°С).

Для производства фарфора используют огнеупорные беложгущиеся глины. Содержание в глине глинозема (Al2O3) повышает ее огнеупорность. Напротив, примеси соединений железа снижают огнеупорность глин и обусловливают

деформацию изделий и такие дефекты, как выплавки и мушки, которые ухудшают внешний вид и снижают сортность изделий. Углекислые и сернокислые соли способствуют появлению на изделиях белых выцветов. Известняк снижает огнеупорность и повышает усадку изделий.

Непластичные материалы –это отощающие (обезжиривающие) и плавни. 1. Отощающие материалы применяют для уменьшения деформации, рас-

трескивания, усадки изделий при тепловой обработке глинистых материалов. Они делятся на искусственные и синтетические.

Искусственные отощители:

шамот (обожженная при 700-900° С глина); фарфоровый бой.

11

Естественные отощители:

кварц; кварцевый песок с небольшим содержанием оксидов железа (0,2-0,3%); кремень; глинозем; полевой шпат; шлаки и др.

2. Плавни (флюсы) – это вещества, которые при взаимодействии с сырьевыми материалами шихты образуют легкоплавкие соединения. Они способствуют:

растворению других минералов; уплотняют черепок;

увеличивают плотность, просвечиваемость обожженных изделий; уменьшают пористость.

Следует помнить, что полевые шпаты, введенные в керамическую массу, вначале действуют как отощители, а при достижении температуры размягчения

– как плавни, способствуя образованию стекловидной фазы. Лучшими плавнями в тонкокерамическом производстве являются полевые шпаты и пегматиты. Их заменителями служат нефелиновый сиенит (щелочная горная порода, состоящая из нефелина и минералов-примесей) и перлит (водосодержащее стекло вулканического происхождения).

Материалы для глазури. Керамическая глазурь представляет собой стекловидное вещество и для ее производства используют те же материалы, что и для стекол различного назначения. Декоративные глазури могут быть тугоплавкими, легкоплавкими, потечными, цветными и бесцветными, прозрачными и глушенными, матовыми, кракле, кружевными, люстрами и восстановительного обжига.

Для фарфора применяются тугоплавкие глазури, по составу близкие к фарфоровому черепку, различных групп декора. Для их получения применяют полевой шпат, кремнезем, карбонаты кальция и натрия, глинозем, окись цинка и другие материалы. Образование стекла у этих глазурей происходит на самом изделии, и предварительного сплавления компонентов глазури (фриттование) не производится. Напротив, для фаянса и майолики применяются легкоплавкие глазури более разнообразного состава (свинцовые, борные, свинцово-борные, стронциевые и др.), которые фриттуют для повышения легкоплавкости и химической стойкости компонентов глазурей.

Состав глазурей должен быть хорошо подобран к составу фарфорового черепка, иначе при обжиге возникнут дефекты – сухость и матовость глазури, цек (сетка трещин), отскок глазури и т.д. Наносят глазури окунанием, поливом, пульверизацией.

Керамические краски. Для их получения используют окрашенные окислы различных металлов (железа, хрома, никеля, марганца, ванадия и др.) или окрашенные сложные соединения, например,CaO*Al2O3 * 2SiO2, 2Zn*SiO2 и др. Следует помнить, что, кроме красящих пигментов, краски содержат обычно свинцовые и боросвинцовые флюсы, а также различные бесцветные добавки ( окислы цинка, мел, глинозем), которые вводят для большей устойчивости красок и повышения чистоты их тона. Это отражается на санитарно-гигиенических свойствах фарфора.

По особенностям применения различают краски подглазурные и надглазурные. Подглазурные краски испытывают действие расплавленной глазури при утельном обжиге и частично растворяются в ней. Набор таких красок ограничен

12

преимущественно синими, зелеными и красно-коричневыми тонами (соли кобальта, марганца, хрома, железа, никеля). Благодаря защитному слою глазури эти краски прочно держатся на фарфоре. Подглазурные краски должны быть термостойкими и тугоплавкими, ими покрывают высушенные или только обожженные изделия. Напротив, надглазурные краски наносят на предварительно обожженные при политом обжиге изделия. Палитра их значительно шире, чем подглазурных, но прочность закрепления на изделиях меньше.

Кроме керамических красок, для декорирования применяют специальные препараты золота (12% жидкого или 52% порошкообразного). Жидкое золото после обжига дает зеркальную пленку, порошкообразное - матовую. Люстры и деколи для фарфора по составу и особенностям получения аналогичны применяемым для стекла.

Кроме сырья, на качество фарфора влияет технология приготовления шликера, что определяет способ формования заготовки изделия. Знание схемы производства керамики позволит яснее понимать причины появления дефектов керамики и определять оптимальные режимы ее использования и хранения. Необходимо учитывать правильность проведения подготовительных процессов сортировки, измельчения, тонкого помола в шаровых мельницах, промывки, электроочистки или магнитной сепарации глинистого сырья, а также соблюдение методик приготовления жидкого шликера или пластичного теста: роспуск сырья в воде, перемешивание в шаровых мешалках, процеживание в виброситах, обезвоживание в фильтр-прессах, проминка в вакуум-мялках, вылеживание в камерах и формование заготовки.

Формование заготовки изделия в гипсовых формах проводят тремя методами: пластическим - из шликера влажностью 18-25%; литьевым - при влажности шликера до 40 %, по технологии литья при-

меняют сливной и наливной способы формования. Пластическим формованием вырабатывают изделия простых форм (форма тел вращения) и ограниченных размеров;

прессованием из порошкообразной массы при влажности шликера до 2-3%. Необходимо также учитывать влияние на качество фарфора режимов суш-

ки черепка (воздушной или огневой). Обычно усадка при сушке составляет 2- 8%, достаточная для отделения изделия от гипсовых форм. Чем медленнее сушка, тем больше усадка, и возможны деформация и трещины изделия. При добавлении отощающих материалов усушка уменьшается.

Обжиг является завершающим этапом в формировании структуры черепка; придает черепку необходимую механическую прочность, огнеупорность, водонепроницаемость, формоустойчивость и внешний вид. При обжиге необходимо соблюдать условия газовой среды в печи для окисления органических примесей и для восстановления окислов железа, имеющиеся в массе, в закиси, что обеспечивает черепку бело-голубоватую окраску.

Керамика подвергается двукратному обжигу – утельному (до глазурования), политому (после глазурования), а также муфельному (для закрепления надглазурных красок). Утельный обжиг в зависимости от состава черепка и назначения фарфора проводится при температуре 900-1000°С, политой – при 1350-1400°С, муфельный обжиг – при 600-850°С.