3. Основы производства керамики

Искусственный керамический материал, отформованный из глинистого сырья, получается в результате сложных физических, химических и физико-химических изменений, происходящих при обжиге, т.е. при воздействии высоких температур.

Производство керамических изделий включает следующие основные операции: приготовление массы, формование изделий, сушку, обжиг и декорирование.

Глинистые материалы выдерживаются после доставки на складах в течение двух лет, удается достичь сравнительной однородности массы как по гранулометрическому, так и по минеральному составу. Приготовление керамической массы осуществляется последовательным выполнением ряда технологических процессов; очистки сырья от вредных минеральных включений, дробления, размола, просеивания через сита, дозирования и смешивания.

Одной из важнейших операций при изготовлении керамических изделий является формование. Исходные материалы перетираются с водой до получения гелеобразной суспензии, которая затем формуется. Формуют изделия из пластических и жидких (шликер) керамических масс. В зависимости от влажности формовочной массы способы подразделяются на сухой (пресс-порошок имеет влажность 2–6 %), полусухой (смесь с влажностью 8–12 %), пластический (влажность массы 18–24 %) и литьевой (шликерный, влажность массы от 40 до 60 %).

Сухим способом изготавливают плотные керамические изделия: плитку для полов, некоторые виды кирпича, изделия из фаянса и фарфора. Полусухим способом выпускают изделия: кирпич, фасонные изделия, плитку. Наиболее экономичным и распространенным является способ пластического формования, этим способом получают: кирпич, камни, плитки, черепицу, трубы, фасонные изделия. Литьевым способом изготавливают керамические изделия сложно геометрической формы: сантехнические изделия (раковины, унитазы, писсуары и т.д.), которые декоративные изделия, плитку для внутренней отделки помещений.

В зависимости от способа изготовления влажность сырьевых смесей колеблется в широких пределах от 2 до 60 %. Удаление воды из отформованных изделий сопровождается усадочными деформациями и возникновением внутренних напряжений. Сырые изделия просушиваются. Сушка способствует повышению прочности керамических изделий, сформированных из пластической массы или отлитых из шликера. Сушку проводят в конвекционных (конвейерных, камерных и туннельных) и радиационных сушилках при температуре теплоносителя 120–150 С до остаточной влажности 46 %.

После сушки изделия обжигают при 1200 С или при более высокой температуре в случае повышенного содержания глины. Обжиг керамических изделий является одним из наиболее ответственных технологических этапов, во многом определяющих свойства получаемых материалов. В процессе обжига при температуре вблизи:

– от 120 до 450 С – происходит удаление связанной кристаллогидратной воды, каолинит превращается в метакаолинит;

– от 1000 до 1200 С – образуется соединение – силлиманит с игольчатыми кристаллами или тонковолокнистыми агрегатами;

– 1100 С – медленно плавится полевой шпат. Он заполняет пустоты, что приводит к сжатию до 40 об.%. Затем начинаются реакции между минералами глины и полевым шпатом;

– от 1200 до 1300 С – метакаолинит разлагается на муллит и аморфный кремнезем.

В результате сложных физико-химических превращений, проходящих при высоких температурах, образовавшиеся минералы обеспечивают керамическим изделиям механическую прочность. Для обжига используются печи двух видов: туннельные (непрерывного действия) и горны (периодического действия). С учетом воздушной усадки суммарные деформации керамических изделий в процессе изготовления составляют 5 – 15 %. После обжига полученные изделия медленно охлаждаются.

Микроструктуру керамики после охлаждения можно сравнить с бетоном. Цемент и песок связывают крупные куски заполнителя – гравия. Стекло и муллит связывают частицы кварца. В фарфоре остается значительная пористость (до 20 %) и содержится много микротрещин. В производстве строительных материалов, таких как кирпичи и черепица, непосредственно используется естественная глина, которая наряду с названными тремя компонентами содержит и многие другие примеси. В производстве фарфоровых и фаянсовых изделий состав контролируется более тщательно, при этом применяются более чистые сорта глин, кремния и полевого шпата.

Керамические изделия могут быть неглазурованными и глазурованными. Глазурь – стекловидное защитно-декоративное покрытие на керамике, закрепляемое обжигом (прозрачное или непрозрачное, бесцветное или окрашенное). Глазурованные изделия могут быть одинарного обжига и двойного (на первично обожженное изделие наносится эмаль и оно подвергается повторному обжигу). Толщина пленки глазури 0,1-0,3 мм, толстый слой глазури уменьшает термостойкость изделия. Глазурь повышает водонепроницаемость черепка, предохраняет его от загрязнений, повышает механическую прочность и улучшает внешний вид изделия.

В результате различных вариантов сочетания технологических процессов (например, разовый или двойной обжиг), использования разного исходного материала, а также видов формовки производятся различные

виды керамических изделий, например, широкий выбор видов керамической плитки.

Декорирование изделий является завершающей стадией производства фарфоровых и фаянсовых изделий, глазурованных керамических плиток, заключающийся в нанесении на белье (неокрашенный полуфабрикат) специальных разделок ручным и полумеханизированным методом. Декорирование изделий проводят следующими способами:

• штамп – наиболее простой способ декорирования. Рисунок наносится резиновым штампом. Штамп служит дополнительным украшением к другим видам раскраски, например деколи, живописи;

• трафарет – наносят аэрографом при помощи пластин из тонкой жести или фольги, имеющие вырезы с контурами рисунка. Может быть одно- и многоцветным;

• деколь – основное место в декорировании изделий. Переносят рисунок на изделие при помощи переводной картинки, выполненной литографическим способом;

• печать – наносят на изделие с печатного оттиска на бумаге, при этом получают графический однокрасочный рисунок, который затем раскрашивают;

• крытье – сплошное, при равномерном покрытии краской; полукрытье – ширина покрытия от 20 мм и более; крытые с прочисткой, когда по сплошному крытью сделана прочистка рисунка;

• живопись – нанесение рисунка кисточкой или пером ручным способом;

• фотокерамика – рисунок в виде фотокопии видов городов, портретов людей;

• усик – круговая полоса краской или золотом, шириной до 1 мм; отводка – круговая полоска шириной 1–3 мм;

• лента – круговая полоска шириной более 3 мм; в зависимости от ширины подразделяют на узкую – 4–5 мм, среднюю – 6–9 мм и широкую – 10–13, буфетную – 15–16 мм, которую наносят на фаянсовую посуду.

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