Технология производства фарфоровой и фаянсовой посуды

Оксиды металлов, входящие в состав подглазурных красок, должны обладать огнестойкостью, т. е. сохранять красящие свойства при температуре розлива глазури, не разлагаться, не растворяться, не вызывать дефектов глазури.

Оксид кобальта Со2О3 в чистом виде подвержен воздействию восстановительной среды при обжиге в печи, поэтому его применяют в соединениях с каолином, глиноземом, полевым шпатом, кварцем, фарфоровой массой и глазурью. Содержание оксида кобальта в этих смесях колеблется от 5% и более в зависимости от заданного тона смеси.

Оксид хрома Сr2О3 не требует специальных добавок, так как не подвержен действию восстановительной среды при обжиге керамических изделий. Он не растворяется в расплавленной глазури, а образует с ней суспензию, сохраняя свою окраску. Смесь, состоящая из 3 масcовых частей оксида хрома и 1 массовой части оксида кобальта, дает сине-зеленые оттенки. Для осветления основного тона в состав красителя вводят глинозем и оксид цинка.

Черную и коричнево-черную краски получают, смешивая в различных соотношениях оксиды хрома Сr2О3, железа Fe2O3, кобальта Со2О3 и марганца Мn2О3.

Для получения розовой краски используют золото, серой - платину, черной - иридий.

Подглазурные краски закрепляют на изделии обжигом. В процессе обжига цвет краски изменяется под действием температуры и газовой среды в печи. Поэтому при декорировании подглазурными красками к режиму обжига предъявляют особо строгие требования.

Подглазурные краски наносят на обожженные или хорошо высушенные изделия, затем покрывают слоем глазури и обжигают. Подглазурные краски рассчитаны на проявление цвета под глазурью. Цвет их зависит от толщины глазури, ее состава, условий обжига. Благодаря блестящему и прозрачному слою глазури, покрывающей подглазурные краски сверху тонким слоем, эти краски более устойчивы, чем надглазурные.

В зависимости от температуры обжига подглазурные краски можно подразделить на две группы: краски с температурой обжига до 1300°С и краски с температурой обжига 1300-1450°С.

Подглазурные краски с температурой обжига до 1300°С применяют для декорирования керамических материалов, например фаянса, температура политого1 обжига которых не превышает 1300°С. Поэтому эта группа подглазурных красок носит название фаянсовых подглазурных пигментов и красок. Они отличаются большим разнообразием тонов и оттенков.

К подглазурным краскам с температурой обжига 1300-1450°С относятся Подглазурные краски для фарфора. По сравнению с фаянсовыми они имеют более бедную цветoвую палитру, так как многие из них не выдерживают воздействия высокой температуры и восстановительной среды обжига фарфоровых изделий.

Краски-растворы составляют особую группу подглазурных красок. От порошковых красок они отличаются тем, что их приготовляют из растворимых в воде солей. Для закрепления красок-растворов на черепке их переводят в нерастворимые в воде вещества - в безводные оксиды соответствующих металлов. Для этого декорированное изделие прокаливают при температуре 800°С. При этом цвет красок-растворов меняется. Затем изделие глазуруют и направляют на высокотемпературный обжиг. В процессе высокотемпературного обжига оксиды металлов, полученные при разложении солей во время прокаливания, взаимодействуют с составными частями черепка изделия и глазури и окрашивают их.

Люстры - это тончайшие прозрачные надглазурные пленки, переливающиеся различными цветами в зависимости от вида используемых оксидов металлов, составляющих основу люстровых красок, и благодаря интерференции лучей в тонком слое краски.

Люстры бывают бесцветные (висмутовые, глиноземные, свинцовые и цинковые), окрашенные (урановые, железные, хромовые, кобальтовые, никелевые, медные, кадмиевые), смешанные (полученные смешением бес цветных с окрашенными) и металлические (составленные с серебром, золотом и платиной).

До нанесения на черепок люстры представляют собой растворы металлов или оксидов металлов в эфирных маслах. После обжига они без последующей обработки приобретают блеск. Металлические люстры очень близки к блестящим металлам (глянц-металлам). Люстровый слой на глазури закрепляется при довольно низких температурах (800°С) за счет введения в состав соединений оксида висмута.

Препарат "жидкого" золота представляет собой раствор органического соединения золота, так называемого харца, со скипидаром, нитробензолом и хлороформом. Содержание металлического золота в препарате обычно колеблется от 10-12 до 56%. После обжига изделий с нанесенным на них препаратом "жидкого" золота образуется зеркально-блестящая золотая пленка. Оттенки пленки зависят от концентрации препарата и от добавок незначительного количества других металлов (родия, серебра, хрома). Разбавление препарата золота приводит к изменению его свойств после обжига и браку изделий.

Препараты "жидкого" золота должны отвечать следующим требованиям:

1.  Содержание Аu в 10% препарата не менее 9,98%;

2.  Контуры, выполняемые пером, не должны растекаться;

3.  Препарат на изделии должен высыхать за 10-20 минут, составляя блестящую коричневую пленку;

4.  Должен выдерживать температуру обжига в пределах 750-810°С без выгорания;

5.  Пленка после обжига должна быть прочной и не сниматься пальцем;

6.  Поверхность после обжига должна быть блестящей, без матовых налетов и пятен.

Ангобы - белые или цветные жидкие керамические массы, представляющие собой диспергированные в воде, окрашенные или неокрашенные частицы глиняной массы. Ангобы наносят на поверхность изделия до его обжига в виде сплошного или частичного покрытия для получения более гладкой поверхности, маскировки нежелательной окраски изделий, создания рельефного рисунка и т. п. Ангоб может быть покровным слоем, не требующим дополнительной обработки и придающим изделию законченную фактуру и цвет, или промежуточным покрытием между черепком и последующим слоем глазури.

По составу ангобы подразделяются на глинисто-песчаные, флюсные и "античные лаки".

Глинисто-песчаные ангобы состоят из глины и коалина; в небольшом количестве в их состав входят песок или молотый шамот, мел и окрашивающие оксиды металлов (дли цветных ангобов). Глинисто-песчаные ангобы, обладающие высоким водопоглощением, используют для сплошного покрытия и нанесения рисунка на керамические изделия преимущественно гончарного производства, терракоты, майолики. Такие ангобы наносят, как правило, на сырые изделия.

В состав флюсных ангобов кроме глин и песка входят плавни. Плавни вводят для приближения свойств ангоба и свойствам глазури и снижения температуры спекания материалов, входящих в состав ангоба, по сравнению с температурой спекания материала самого изделия. Для легкоплавких флюсных ангобов (температура обжига 1050°С) в качестве плавней применяют свинцовые соединения, для тугоплавких (температура обжига свыше 1050°С) - полевой шпат, мел, доломит, известь.

Флюсные ангобы, обладающие невысоким водопоглощением, создают на изделиях гладкую малопористую одноцветную или многоцветную поверхность и одновременно служат их защитным покрытием.

Флюсные ангобы применяют преимущественно в архитектурно-художественной керамике как покрытия, уменьшающие водопроницаемость, не требующие дальнейшей дополнительной обработки и отличающиеся высокими декоративными качествами.

"Античные лаки" - разновидность  флюсных ангобов, представляющая  собой тонкие глинистые покрытия, получаемые отстаиванием взмученной  глинистой суспензии (с добавлением соды) в течение суток. Отстоявшийся верхний равномерно взмученный слой сливают. Шликеры, дающие красный цвет, можно получить, отстаивая взмученные, свободные от глины пески.

И состав "античных лаков" могут входить продукты местного сырья, кремнезем, красящие оксиды железа, меди, марганца, титана, кобальта, хрома. Обжигают лаковые покрытия при температуре 900-1000°С. При обжиге в окислительной среде отстой белой глины дает белый цвет, если глина содержит оксиды железа, то красный цвет. При восстановительном обжиге оба состава дают черный цвет.

Ангобы приготовляют следующим образом. Предварительно промытые и отсортированные твердые материалы (пегматит, мел, стекольный бой) размельчают при сухом помоле на бегунах или в шаровых мельницах. Затем исходные материалы дозируют согласно составу и загружают в шаровую мельницу, куда добавляют 40% воды и при необходимости тонкомолотые красящие пигменты, пропущенные через сито. Помол и смешивание составляющих ангоба производят в течение 20-25 ч, затем суспензию процеживают и сливают в емкости.

Ангоб наносят на сырые, слегка подвяленные, иногда на сухие и даже предварительно обожженные изделия окунанием, поливом, пульверизацией или кистью. После нанесения ангоба изделие можно сразу покрыть глазурью и обжечь, но более эффективно нанести глазурь на ангобированнoe обожженное изделие.

Основные условия качественного покрытия изделий ангобами: безукоризненно чистая поверхность изделия, соответствие воздушной и огневой усадки ангоба и ангобируемого материала, шероховатая поверхность изделия для о6еспечения спекания ангоба с основным материалом. Толщина наносимого слоя ангоба не должна превышать 0,2 мм, так как более толстое покрытие при высыхании и обжиге может отслоиться.

 

Раздел 2. Характеристика этапов производства фарфоровой и фаянсовой посуды 

 

2.1 Расчет керамических  масс по рациональным составам  компонентов

В расчетах керамических масс большинство из использующихся сложных соединений дается в виде составляющих их элементов, соединенных с кислородом - окислов. Например, формула, представляющая собой натриевую соль борной кислоты Na2B4O7 представляют как Na2O*2B2O3

В химическом анализе, например, кремний (Si) дается в виде SiO2, алюминий (А1) как Al2O3, кальций (Са) как СаО и т.д. Для полной оценки неизвестной глины необходимо знать, какие в ней присутствуют минералы и в каких количественных соотношениях. Эти данные можно получить непосредственно из так называемого рационального анализа или пересчетом данных химического анализа на минеральные составляющие.

Соответствующими исследованиями (Зегер и др.) было установлено, что высокие сорта каолинов и огнеупорных белых глин состоят в основном из собственно глинистого вещества, кварца и полевого шпата. Пользуясь избирательной способностью кислот и щелочей растворять составляющие глину минералы, был разработан особый способ анализа - рациональный. Крепкая серная кислота (H2SO4) разлагает при нагреве глинистое вещество на глинозем и кремнезем. При этом глинозем (определяемый затем аналитически) растворяется в серной кислоте, а кремнезем переходит в такую модификацию, которая может быть растворена уже в щелочах. Кварц и полевой шпат практически не растворяются в серной кислоте. Их обрабатывают другими способами. Таким образом, путем рационального анализа можно получить данные минеральных составляющих глины или каолина.

Формула Зегера (молекулярная). В формулах сложных составов основные окислы типа R2O (К2О, Na2O, Li2O и т. п.) и типа RО (СаО, MgO, SrO и т. п.) принято писать в одной группе и приводить их сумму молей (грамм-молекул) всегда к единице, т.е. к одному молю, при этом число молекул типа R2O3 (AI2O3, Сr2О3 и т. п.) и число кислотных окислов типа RO2 (SiO2, TiO2) и некоторых других вычислять, т. е чтобы все силикаты можно было выражать единой молекулярной формулой.

По содержанию R2O и RО считают, что повышение содержания К2О за счет СаО в фарфоре способствует снижению температуры обжига такой массы. В фаянсовой массе увеличение содержания К2О за счет СаО содействует получению более прочного и твердого фаянса. В обоих случаях повышение содержания СаО содействует образованию стеклофазы в фарфоре повышенной хрупкости.

Химический анализ глин мало говорит об их технических особенностях. Учитывая рациональный и химический составы, можно предсказать не только технические и утилитарные свойства керамики, но даже художественные, как, например, просвечиваемость и "теплоту" черепка. Подчеркнем, однако, что химический анализ без других данных мало характеризует технические особенности глин и глинистых масс.

2.2 Подготовка пластических  масс и литейных шликеров

Все сырьевые материалы, кроме обогащенного каолина, подвергаются сортировке, т.е. удалению из них примесей. Из глины отсортировывают куски, содержащие большое количество посторонних включений (корни растений, торф, уголь) или сильно запесоченные, из полевого шпата и кускового пегматита - куски с железистыми включениями, кварцем, слюдой. При сортировке боя (черепка) изделий удаляют черепки с железистыми выплавками и другими включениями.

Кварц, полевой шпат и пегматит поступают на заводы в крупных кусках. Эти каменистые материалы обладают высокой прочностью, что затрудняет их дробление и помол. Для облегчения дробления и последующей сортировки кварц и полевошпатовые материалы предварительно обжигают в камерных печах периодического действия при 850-900°С. Полевой шпат в больших количествах обжигают также во вращающихся печах. При обжиге и в особенности при последующем резком охлаждении куски камня растрескиваются, благодаря чему легко обнаруживаются вредные, содержащие железо включения - слюда, роговая обманка и другие, так как при обжиге кварц и полевошпатовые породы с примесями железистых соединений окрашиваются в желто-коричневый цвет. Обжиг и резкое охлаждение каменистых материалов облегчают не только их дробление на бегунах и помол в шаровых мельницах, но и снижают износ гранитных катков, футеровки мельниц, повышает производительность оборудования, благодаря чему частично компенсируются затраты на предварительный обжиг.

Обожженные, отсортированные и промытые каменистые материалы (полевой шпат, пегматит, кварц, гусевский камень и другие), а также кусковые (мрамор, доломит, фарфоровый и фаянсовый бой) измельчают на дробильно-помольных машинах. В процессе измельчения применяются дробление и помол.

Способы измельчения выбирают в зависимости от физических свойств материала, степени крупности кусков и степени измельчения. По степени крупности материал подразделяют на крупный (размеры кусков более 500 мм), средний (размеры кусков от 500 до 10 мм), мелкий (размеры кусков менее 10 мм).

Наиболее распространены следующие способы измельчения материалов: раздавливание, истирание, изгиб, удар, раздавливание и изгиб, удар и истирание и т.д.

Все сырьевые материалы проходят магнитную сортировку, так как при транспортировке и переработке они загрязняются металлическими включениями, которые в процессе обжига окрашивают изделия в неприемлемые цвета или образуют пятна.

Магнитная сепарация основана на способности железосодержащих материалов притягиваться к полюсам магнита. По магнитной восприимчивости материалы подразделяются на сильно магнитные (железо, магнетит и др.), слабомагнитные (сидерит, гематит, циркон, корунд и др.) и немагнитные (гранит, кварц, рутил, пирит, доломит и др.).