Технология художественной керамики

- высокопластичные - ЧП>25;

- среднепластичные - ЧП≤25…15;

- умеренно пластичные - ЧП≤15…7;

- малопластичные - ЧП<7;

- непластичные – ЧП=0.

4.Важнейшей характеристикой  глин является огнеупорность, которая  обусловлена содержанием Al2O3+TiO2 (tпл.=2050°С). По огнеупорности глины можно разделить на:

- огнеупорные (tпл.=1580°С); Каолины являются огнеупорными;

- тугоплавкие (tпл.=1580 – 1350°С);

- легкоплавкие (tпл.<1350°С).

5.По содержанию Al2O3+TiO2 глины  классифицируются на, % по массе:

- высокоосновные (Во) ≥40;

- основные (О) – 40…30

- полукислые (Пк) – 30…15;

- кислые (К)≤15.

6. По температуре спекания  глины делятся на:

- неспекающиеся (t до 1100°С);

- высокотемпературного  спекания (t>1100°С).

7.Степень спекания глин  определяют по величине водопоглощения  В спекшегося образца и различают  на:

- сильноспекающиеся (В≤2%);

- среднеспекающиеся (2%≤В≤5%);

- неспекающиеся (В>5%)

Важнейшим качеством глин является дисперсность, определяемая содержанием тонких частиц (ТЧ) размером менее 1мкм.

8.По дисперсности глины  можно разделить на:

- тонкодисперсные (ТЧ>60% по массе);

- дисперсные (ТЧ=60…20% по массе);

- грубодисперсные (ТЧ<20% по массе).

Для ТХОМ исключительно важным свойством является наличие в глинах окрашивающих соединений (Fe2O3, α- Fe2O3 – гематит, предопределяет красный, розовый и т.д.).

Все свойства глин, особенно пластичность, зависят от наличия глинистого вещества, т.е. от содержания глинистых минералов.

Глинистое вещество – это глинистые минералы. По структуре они представляют собой mAl2O3•nSiO2•pH2O гидроалюмосиликаты разных составов. Большинство глинистых минералов относятся к слоистым гидроалюмосиликатам. Основным структурным элементом являются пакеты, которые состоят из 2 или 3 слоев, представленных тетраэдрами [SiO4] и октаэдрами [Al(O,OH)6]. Глинистые минералы делят на три основные группы:

- каолинитовую  группу;  К этой группе относится дикит, накрит, галлуазит. Однако основным является минерал каолинит Al2O3•2SiO2•2H2O.В нем содержание глинозема Al2O3 составляет 39,5%. Каолинит, как и все глинистые минералы, имеет кристаллическую решетку, состоящую из двухслойных пакетов. Каждый пакет имеет толщину 0,7нм. Между отдельными пакетами существует водородная связь, имеющая высокую прочность, которая обуславливает слабую набухаемость и тем самым наименьшую пластичность этих глин.

- монтмориллонитовую  группу; Сюда относят монтмориллонит, бейделит, нонтронит, бентонит - самый ценный минерал, обладающий самой высокой пластичностью, и др. Монтмориллонит Al2O3•4SiO2•H2O•pH2O имеет также кристаллическую решетку, но состоящую из трехслойных пакетов. Пакеты между собой связываются через ион кислорода. Эта связь более слабая, чем водородная, поэтому сюда легче проникает вода. При набухании глин водой расстояние между пакетами может  увеличиваться от 96 до 214 нм. Высокая прочность этой глины обусловлена повышенным содержанием тонких и тонкодисперсных частиц.

- гидрослюдистую  группу; К этой группе относится иллит, хлорит, глауконит, вермикулит и др. Иллит K2O•MgO•4Al2O3•7SiO2•2H2O имеет также трехслойную структуру. Эти глины легкоплавкие и применяются в производстве кирпича. По пластичности занимают место между каолинитовой и монтмориллонитовой глиной.

Глины могут содержать один или несколько глинистых минералов и соответственно бывают моно- и полиминеральными.

Примесями в глинах являются кварц, полевые шпаты, слюды, карбонаты, рутил, пирит, органические соединения и уголь. Эти примеси снижают пластичность глины, но, в общем, положительно влияют как на процесс обжига, так и на свойства глины.

                                2.2.2. Отощители и плавни

При использовании высокопластичных глин, для уменьшения усадки в процессе сушки вводят отощающие материалы – отощители. Они уменьшают пластичность, облегчают сушку и повышают прочность. В качестве отощителей применяют как естественные – кварц, кварцевый песок, кремень, так и искусственные, такие как шамот, бой, брак керамических изделий и шлаки.

Плавни. Для образования легкоплавкой жидкой фазы при обжиге керамики в нее вводят добавки – плавни. Плавни бывают двух видов:

- плавни  первого рода - это материалы, которые сами плавятся при относительно низких температурах;

- плавни  второго рода – это материалы, которые сами по себе не являются плавнями, т.е. не плавятся, но при обжиге, взаимодействуя с керамической массой, образуют легкоплавкие соединения – эвтектики.

В ряде случаев в керамическую массу вводят различные добавки. Так, для получения высокопористых керамических изделий в состав массы вводят выгорающие добавки – уголь, древесные опилки и др. Также в керамическую массу добавляют минерализующие добавки – минерализаторы, ускоряющие процесс обжига.

 2.3. Приготовление керамической массы и формование керамики

Любое производство керамики складывается из следующих технологических стадий: - подготовка сырьевых материалов (дробление);

- приготовление керамической  массы;

- формование изделий;

- сушка;

- обжиг;

- декорирование.

Керамическая технология предъявляет жесткие требования к однородности керамической массы, ее влажности, тонкости измельчения сырьевых компонентов, к зерновому составу материалов.

           2.3.1. Способы приготовления керамической массы

Керамическая масса должна представлять собой технически однородную смесь, соответствующую данному рецепты. Она должна быть хорошо перемешана, равномерно увлажена и обеспечивает формование из нее полуфабриката изделий, соответствующей формы.

Существуют четыре способа приготовления керамических масс:

- сухой – приготовление  сухих порошков;

- пластический;

- шликерный;

- комбинированный.

Выбор способа приготовления керамической массы определяется свойствами исходного сырья. Составом шихты, размерами и формой изготавливаемых изделий и требованиями к готовой продукции.

Сухой способ применяется тогда, когда глина малопластична, трудно перерабатываема и имеет высокую чувствительности к сушке.

Пластический способ, самый древний, используется для глины, которая легко набухает, имеет высокие пластические свойства и хорошо перемешивается с каменистыми отощителями и плавнями. Такую массу можно получить двумя способами:

- из предварительно полученных  сухих порошков с последующим  увлажнением до 16…25% влажности;

- обезвоживанием шликера  с влажностью около 40% до 16…25% (комбинированный способ).

Шликерный способ используют для получения литейного шликера.

                     2.3.2. Способы формования изделий

Способы формования керамических изделий определяют в основном свойствами керамической массы, видом, формой и требованием готовых изделий, назначение любого способа формования – предать плотность, размер и необходимую прочность полуфабрикату. Существует три принципиально различающихся способа формования:

- полусухое прессование  из сухих пресс-порошков с влажностью  массы 4-11%;

- пластическое формование  изделий с влажностью массы 16-25%;

- литье изделий из литейных  шликеров.

Полусухое прессование применяют, когда необходимо получать изделия с точными размерами и правильной формы. Это обеспечивает получение изделий с высокой прочностью и низкой влажностью, что позволяет исключить стадию сушки, совместив его с обжигом. Этот способ применяют в технологии кирпича, огнеупорных изделий, облицовочной и половой плитки, декоративных изделий.

Пластичный способ формования является самым древним и самым распространенным. Его широко применяют в производстве различных видов керамики - фарфора, фаянса.

Для пластичного формования в промышленном производстве применяют машинные способы формования:

- выдавливание массы через  мундштук пресса;

- штемпельное прессование;

- раскатка в теле вращения;

- формование вращающимися  роликами.

Для получений декоративно-художественных изделий применяются лепка, набивка, раскатка и выдавливание.

Литье изделий из литейных шликеров имеет три разновидности:

- литье из водных шликеров;

- горячее литье с использованием термопластического связующего (парафина);

- литье тонких пленок  из шликера на полимерных связующих.

Наиболее распространен и широко применим способ шликерного литья из водных суспензий. Его применяют при формовании тонкой, декоративной и художественной керамики, в том числе тонкостенных изделий и изделий сложной формы.

                                   2.4. Сушка керамики

                       2.4.1. Физико-химические процессы

Сушка материалов и изделий (полуфабрикатов) производится с целью изменения их технологических и физико-технических свойств: для снижения влажности до минимума и повышения механической прочности.

Влага в керамической массе и полуфабрикатах содержится в следующих видах:

- физическая влага (H2O);

- химическая влага;

При сушке керамика и керамических материалов удаляется только физическая влага, но не химическая.

Процесс сушки, т.е. удаление физической влаги, осуществляется в результате переноса теплоты и массы, градиента температур и массопроводности.

В первый период сушки материал или изделие омываются горячими газами или горячим воздухом (теплоносителями). При этом с поверхности удаляется влага, т.е. имеет место внешняя диффузия. Затем возникает из-за разности концентрации влаги на поверхности и внутри изделия внутренняя диффузия. Сушка в результате удаления влаги сопровождается усадкой, т.е. уменьшением размеров изделия. Движущей силой усадки при сушке является изменение энергии поверхностного натяжения.

                     - поверхностное натяжение

Процесс сушки керамики в зависимости от времени сушке можно представить диаграммой (рисунок 2.1.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.1. Зависимость усадки и влагосодержания от времени сушки керамики.

Первый  период сушки характеризуется тем, что кривая влагосодержания и усадки практически совпадают и имеют максимальные значения. Это обусловливает возникновение значительных внутренних механических напряжений, приводящих к образованию трещин. Для предотвращения этих нежелательных явлений необходимо регулировать режим сушки таким образом, чтобы он был оптимален. Здесь в основном удаляется внешняя влага.

Во втором периоде сушки  значительно уменьшается удаление влаги, при этом уменьшается и усадка, причем она происходит за счет внутренней диффузии. Этот период менее опасен с точки зрения образования внутреннего напряжения и появления брака.

В третьем периоде, когда удалена вся усадочная влага, напряжения в изделии не возрастают и процесс сушки можно ускорять.

                                   2.4.2. Способы сушки

Сушка может осуществляться как в естественных условиях, так и в принудительных условиях (специальных сушилах). Промышленная сушка осуществляется в промышленных агрегатах-сушилах.

Скорость сушки, т.е. скорость удаления влаги, зависит от: качества отформованного полуфабриката и наличия тощающих добавок, их дисперсности, чувствительности глин к сушке, вида изделий, их формы.

Форма изделий существенно влияет на скорость сушки. Изделия шарообразной формы высыхают равномерно по всей поверхности, а изделия с острыми углами высыхают быстрее вдоль ребер, по углам, там, где тонкие стенки.