Тема 8. Состав строение свойства керамики В керамических массах глинистые материалы являются превалирующими Основными компонентам, входящими в состав керамических масс, из которых изготавливают керамические бытовые изделия, являются пластичные материалы, добавочные материалы и плавни. К пластичным относят глинистые материалы, к добавочным – отощающие, пластифицирующие, порообразующие, окрашивающие и др. вещества.

Фарфоровая масса Для изготовления фарфора из особой керамической глины сначала получают фарфоровую массу, которую затем формуют, подвергают сушке, глазуровке и окончательному обжигу в печах с постоянной и довольно высокой температурой порядка °C (для обжига обычной керамики достаточно температуры °C). Высокая температура изменяет физический состав глины, и она становится прозрачной и полностью водонепроницаемой.

Состав твёрдого фарфора В состав твёрдого фарфора входит 50% глинистых веществ (главным образом каолин) и по 25% кварца и полевого шпата. В структуре черепка, обоженного при 1380 – 1420ºС, стекловидная фаза составляет 40 – 60 %, кристаллическая – до 30 – 35% и газовая 5 – 7%.

Состав мягкого фарфора Мягкий фарфор, называемый также художественным или фриттовым, состоит преимущественно из смесей стекловидных веществ, так называемых фритт, содержащих песок или кремень, селитру, морскую соль, соду, квасцы и толченый алебастр. По истечении времени плавки к этой массе добавляется мергель, содержащий гипс и глину.

Состав костяного фарфора Костяной фарфор представляет собой известный компромисс между твердым и мягким фарфором. Его состав открыт в Англии и там же около 1750 года началось его производство. Кроме каолина и полевого шпата, он содержит фосфат извести из пережженной кости, делающий возможной более легкую плавку.

Тонкодисперсные осадочные породы Глинами называют тонкодисперсные осадочные породы, образовавшиеся по поверхности земли в результате выветривания магматических горных пород. Состоят они в основном из минерала каолинита и поэтому называются каолинами. Месторождения каолинов отличаются большой мощностью залегания. Первичные каолины содержат в своём составе много кварца в виде крупных зерен и поэтому требуют обязательного обогащения. Вместе с тем благодаря низкому содержанию оксидов железа и титана, определяющих окраску керамического черепка после обжига, первичные каолины применяют в качестве основного сырья для изготовления керамики с белым черепком – фарфора.

Глинистые материалы В фарфоровых массах глинистые материалы являются наиболее важным по значимости компонентом, поскольку именно оно в увлажнённом состояние образует пластичное тесто, способное под влиянием внешних механических воздействий деформироваться без нарушения сплошности и сохранить приобретённую форму при последующей сушке и обжиге.

Каолинитовые глины Для производства фарфора важнейшей составной частью керамической массы являются каолинитовые глины. Они делятся на пластичные – размокающие в воде и хорошо формируемые, и сухарные – почти не размокающие и в измельчённом состоянии образующие с водой малопластичные массы. Как первичные, так и вторичные, подобные минеральные образования относятся к огнеупорным (температура плавления выше 1700ºС); обладают самой низкой абсорбционной способностью и степенью набухания (3 – 10%).наиболее характерны для таких глин светло- серые, рыже-белые, серовато-жёлтые и чёрные цвета.

Глины Глины, образовавшиеся в морской среде, имеют много примесей и в производстве тонкой керамики не используются. Однако, если мощные пласты морских глин постоянно увеличиваются в результате переноса реками огромного количества осадков, содержащих глинистые минералы, запасы континентальных глин, особенно высококачественных, довольно ограниченно. Каолинит содержит наибольшее среди других глинистых минералов количество глинозема, определяющего ряд важнейших его свойств, в том числе огнеупорность. Кроме того, в кристаллической решётки каолинита нет железа и титана, что очень важно для производства фарфора. [9] В зависимости от вещественного состав глинистые вещества могут быть мономинеральными (каолины) и полиминеральными, что в совокупности с химическим и зерновым составом обуславливает их характерные технические свойства и пригодность для производства тех или иных фарфоровых изделий. В глинах, как правило, присутствуют кислород, кремний и алюминий, суммарное содержание которых достигает 80%, а также в заметных количествах – железо, кальций, магний, калий, натрий и титан. Современная минералогия насчитывает 40 наименований глинистых минералов.

Монтмориллонитовые глины Монтмориллонитовые глины распространены весьма ограниченно, в чистом виде встречаются в небольших количествах и крайне редко. Окраска монтмориллонитовых глин преимущественно светлая; зеленовато- серая, кремовая, светло-серая, иногда – белая. Они отличаются жирным блеском, во влажном состояние жирные на ощупь, легко разбухают в воде. Применяются в качестве компонента фарфоровых масс.

Тема 9. Процесс приготовления керамических масс Процесс приготовления керамических масс состоит из следующих основных операций: грубое дробление, рассев, тонкий помол, смешивание, ситовая очистка, магнитная очистка, приготовление пластичной (формовочной) массы, приготовление литейного шликера, транспортировка керамических масс к формовочным и литейным участкам

Каменистые материалы измельчаются в бегунах Каменистые материалы измельчаются в бегунах под действием массы катков, причем из-за разности скоростей скольжения катков по поду, одновременно с раздавливанием кусков материала, происходит и их интенсивное истирание. Максимальные размеры частиц, размолотых на бегунах каменистых материалов, составляют 3 – 4 мм. Для размола материалов менее твердых, чем кварц и полевой шпат, применяются молотковые дробилки.

Производственный процесс изготовления керамических изделий Производственный процесс изготовления керамических изделий состоит из нескольких этапов: подготовки сырья, приготовления массы, формования изделия, обжига, глазурования и украшения. Подготовка сырья - очистка исходных материалов от примесей, тщательное измельчение, просеивание, сушка и т. д. Приготовление массы - смешивания сырьевых материалов в определенных пропорциях и перемешивании смеси с водой до получения однородной жидкой фарфоровой массы. Массу пропускают через сито, очищают (электромагнитом) от примесей железа и обезвоживают (на фильтр-прессах или вакуум- прессах) для получения формовочного теста.

Способы формования изделия Существует несколько способов формования изделия: свободное формование на гончарном круге; пластическое формование ручным оттиском в форме; пластическое формование во вращающейся гипсовой форме с помощью формующих шаблона или ролика; шликерное литье в гипсовые формы; изготовление керамических изделий сочетанием нескольких способов формования.

Формование изделий Формование изделий. Изделия, имеющие формы тел вращения (тарелки, кружки, салатники и т.д.), формуют из пластичной массы влажностью 20 – 25% в гипсовых или других формах, под давлением ролика или шаблона, на полуавтоматах и автоматах. Формовка на формовочных станках является основным способом изготовления фарфоровых изделий бытового назначения, так на отечественных заводах до 95% всей продукции изготавливают способом формовки на формовочных станках и полуавтоматах. Формование изделий, имеющих форму тел вращения, изготавливают при помощи роликовой головки.

Способ свободного формования керамических изделий Способ свободного формования керамических изделий на гончарном круге заключается в механическом воздействии рук гончара на заготовку глины в виде пластического теста. Первая стадия - первичная обработка заготовки. Затем формуют внутреннюю полость изделия, края заготовки, вновь внутреннюю полость. Мастер вытягивает заготовку до нужной высоты. Во время всех этих операций мастер вращает ногой или приводным механизмом гончарный круг. Заканчивается процесс отделкой наружных поверхностей, подрезкой дна, сушкой. Во время сушки изделие украшают лепными деталями печатками, отштампованными налепками.

Отливка жидкой массы в гипсовые формы. Изделия сложной конфигурации, с тонкими стенками рельефным или ажурным рисунком изготовляют отливкой жидкой массы в гипсовые формы. 1,2 половинки гипсовой формы; 3 формуемая масса

Процесс литья Процесс литья состоит из следующих операций: очистка формы от остатков массы, сборка формы, заливка шликера, набор черепка, слив излишка шликера, подсушка, срезка литников, разъем формы, выборка отливки из формы. На конвейере осуществляются все операции литья изделий: сушка гипсовых форм, сборка форм, заливка форм шликером, доливка шликера, слив избытка шликера, разбор форм, выемка изделий и предварительная оправка. Влажные формы подсушиваются в сушилке при температуре 65 – 75 ºС.

Пластическое формование ручным оттиском Пластическое формование ручным оттиском осуществляется с помощью гипсовых форм. Формы могут быть открытыми и разъемными; открытые применяют для формования плоских изделий; разъемные - при выработке изделий по объемным моделям сложных форм.

Пластическое формование во вращающейся гипсовой форме Пластическое формование во вращающейся гипсовой форме с помощью шаблона или ролика происходит следующим образом. Форму, раскрывающуюся на две половины, в собранном виде устанавливают во вращающуюся чашу станка. Во внутреннюю полость формы подают ком глины, рассчитанный на объем изготовляемого изделия. В полость формы опускают формующий шаблон, который равномерно распределяет глиномассу во внутренней стороне формы, после чего поднимают и выводят из формы. Затем форму с изделием снимают с установочного станка, сушат, раскрывают, изделие вынимают и продолжают дальнейшую обработку (приставка деталей - носиков, ручек, крышки и другая дополнительная монтировка).

Формование способом шликерного литья Формование способом шликерного литья в гипсовые формы основано на свойстве гипса впитывать влагу и способности глины при снижении влажности переходить из жидкого шликера в состояние пластического теста. Шликер заливают во внутреннюю полость гипсовой формы, в результате чего происходит перераспределение влаги между шликером, который отдает влагу, и гипсовой формой, которая эту влагу впитывает. На внутренней рабочей поверхности гипсовой формы из шликера образуется слой глиномассы, переходящей в состояние пластического теста. Когда форма "набрала" заданную толщину слоя глиномассы, шликер выливают из внутренней полости формы, а слой глиномассы на внутренней поверхности формы остается. Этот слой загустевшего шликера - отформованное пустотелое керамическое изделие - сырец. По мере высыхания находящийся в форме сырец, уменьшаясь, отделяется от ее стенок.

Обжиг Обжигом называют процесс высокотемпературной обработки глиняного сырца, в результате которой он превращается в камнеподобное тело, стойкое против механических, физических и химических воздействий. Обычно проводят двукратный обжиг. Первый обжиг называется утельным, для фарфора он является предварительным (900 – 1000ºС), полуфабрикат приобретает необходимую прочность и устойчивость к размоканию. Обжиг проводят в электрических печах, которые бывают периодического и непрерывного действия.. После первого обжига изделия глазуруют водной суспензией глазури. Цель второго политого, обжига фарфора (1350 – 1420ºС) – завершение физико-химических превращений компонентов, полное формирование структуры черепка, расплавление глазури и зеркальный разлив её.

Глазурь Глазурью называют тонкое, стеклообразное покрытие, образующееся в результате наплавления на поверхность керамических изделий легкоплавких силикатных соединений. Глазурь предохраняет поверхность керамических изделий от загрязнений, воздействия кислот и щелочей, от проникновения газов и жидкостей. Глазурирование осуществляется путём покрытия обожжённого изделия тонкой (толщиной 0,1 – 0,3 мм) стекловидной плёнкой, закрепляемой на отделываемой поверхности с последующим обжигом.

Способы декорирования В керамической технологии используются следующие способы декорирования : а) Глазурирование; б) ангобирование; в)раскрашивание керамическими красками; д) нанесение на поверхность предварительно выполненных изображений; е) окрашивание естественными минеральными красителями; ж) двухслойное формование; и) офактуривание поверхности.