Керамика

Применение полевого шпата как плавня основано на его способности плавится при 1200°С, проявляя при этом флюсующее действие (он плавится в очень вязкое стеклообразное тесто, заполняя все промежутки между составными частями керамической массы, производя их склеивание, и при охлаждении застывает с ними в монолитную массу). Тут же происходит растворение части кварцевых и глинистых зерен керамической массы в полевошпатовом стекле с образованием муллита. Ввиду большой вязкости массы плавление идет без нарушения формы. Полевые шпаты до начала размягчения играют роль отощающих материалов, их применяют в производстве фарфора, а также иногда в производстве твердого фаянса, кислотоупоров, некоторых видов каменного товара, как, например, метлахских плиток. Кроме того, они входят в состав глазурей.

Важнейшие месторождения полевых шпатов высокого качества сосредоточены в Карелии, на Урале, Красноярской области, в районе Байкала, на Украине (Мариуполь, Волынь).

Пегматиты - это полевые шпаты, закономерно проросшие более или менее удлиненными кристаллами кварца. С точки зрения учения о камнях, пегматиты представляют собой твердый раствор кварца и полевого шпата - преимущественно ортоклаза. Эти породы образовались при высоких температурах на большой глубине. Они обладают крупнокристаллическим строением и отличаются содержанием летучих примесей. Предельное количество кварца в пегматите, при котором последний еще пригоден для применения в качестве плавня, составляет 30%. Пегматиты применяют в фарфоро-фаянсовом производстве в качестве заменителя полевого шпата, поскольку запасы последнего ограничены. Они встречаются в кислых водородах гранитного типа в виде жил или линз. Большие месторождения пегматитов в СНГ сосредоточены преимущественно в Карелии и на Урале.

Не собственно плавни - это вещества, обладающие сами по себе высокой температурой плавления, но при обжиге дающие легкоплавкие соединения с компонентами массы. Они одновременно являются сырьем для производства огнеупоров. Сюда относятся главным образом карбонатные материалы - углекислый кальций, доломит, магнезия и кварцевые материалы (при высоких температурах).

Углекислый кальций - один из наиболее распространенных карбонатных материалов, применяемых в керамическом производстве. Главное значение в производстве художественной керамики имеют скопления углекислого кальция в виде мрамора и мела. Все разновидности природного углекислого кальция подвергаются термической диссоциации при нагревании до 910°С. в этот период углекислый кальций играет роль отощителя и разрыхляющей добавки. При температуре выше 1000°С образующаяся окись кальция вступает во взаимодействие с составляющими керамической массы, давая при этом легкоплавкие соединения; следовательно, при высоких температурах углекислый кальций играет роль плавня, понижая огнеупорность и спекаемость керамической массы. Однако при этом происходит уменьшение так называемого интервала спекания, что создает опасность деформации изделия при обжиге. Для получения керамического изделия, отличающегося белизной, вместо мела в массу добавляют мрамор, так как он обладает свойством давать после обжига более светлый материал, чем мел. В керамической промышленности углекислый кальций используют преимущественно как плавень и для приготовления глазури. Скопления углекислого кальция в виде мрамора встречаются в СНГ на Украине, Кавказе, в Сибири, в Карелии.

Магнезит - минерал, представляющий собой углекислый магний, в природе часто образует большие скопления горных пород, начинает разлагаться уже при 180°С. Быстрое разложение магнезита происходит при температуре выше 640°С с переходом в объемистую, рыхлую массу при температурах 800-950°С. В керамической промышленности магнезит применяют как флюсующую добавку при получении специальных видов фарфора и каменного керамического товара. Кроме того, он находит применение для получения некоторых глазурей. В природе магнезит встречается намного реже, чем углекислый кальций. В СНГ наиболее важные месторождения сосредоточены на Урале и в Сибири.

Доломит - минерал, представляющий двойную соль, состоящую из углекислого магния и углекислого кальция. В природе доломит встречается в виде плотной и твердой породы, а также в виде мягкой породы, так называемой опоки. На завод доломит поступает в виде опоки. Термическая диссоциация доломита протекает при 765-895°С. доломит оказывает намного более сильное флюсующее действие на керамическую массу, чем углекислый кальций и магнезит, взятые в отдельности. В керамической промышленности применяется преимущественно в производстве фарфора как заменитель мрамора. Встречаются доломиты в Московской и Ленинградской областях, в Карелии, на Украине, Кавказе, Средней Азии.

ГЛАЗУРИ И АНГОБЫ

Глазурь - это тонкая стекловидная пленка прозрачная либо цветная, служащая для улучшения технических и эксплуатационных свойств и повышения декоративных качеств керамических товаров. Глазурь повышает механическую прочность изделий, препятствует проникновению жидкости и газов в поры изделий, придает поверхности гладкость и блеск, повышает их декоративность и сохраняет подглазурный декор. Виды глазурей и требования к ним зависит от назначения изделий. Глазурь должна обладать достаточной кислотностью, ударной вязкостью, твердостью 6-7 по шкале Мооса, иметь хороший блеск, ровный розлив и быть хорошо сплавленной без дефектов поверхности. Глазурный покров обычно бывает толщиной 80-260 мкм, т.е. в среднем 120-140 мкм и представляет собой силикатное стекло непостоянного химического состава. В поверхностном слое глазурь имеет равномерное строение, изменяющееся по мере приближения к поверхности черепка в результате прорастания кристаллами муллита, взаимодействия с материалом черепка и проникновения в его поры. Количественно преобладающей фазой глазури является прозрачное стекло. Структура глазурного покрова и его состав оказывают влияние на усадку, деформацию и белизну черепка. При высоком содержании оксидов кальция, бария, стронция глазурь может тормозить усадку в пределах от 0,8 до 1%. Это объясняется различием в температурах спекания и плавления, поверхностного натяжения и других параметров глазури и черепка.

По составу различают глазури полевошпатовые, борносвинцовые, циркониевые, литиевые и др. Полевошпатовые глазури отличаются большой твердостью и высокой температурой плавления. Их используют в производстве изделий из твердого фарфора и твердого фаянса. По просвечиваемости глазури бывают прозрачные и глухие. Глушение глазурей основано на явлении кристаллизации под влиянием вводимых в их состав добавок, не растворяющихся в глазурном прозрачном расплаве и препятствующих проникновению света в черепок за счет рассеивания и отражения его. Глухие глазури полностью скрывают естественную окраску изделий после обжига.

По окраске глазури бывают бесцветные и окрашенные. Прозрачные бесцветные глазури используют в производстве всех тонкокерамических изделий. При добавлении в заглушенную глазурь красителя цветовой тон становится тем светлее, чем прозрачнее была глазурь. Окрашивают глазурь, вводя в ее состав красящие оксиды и соли, растворяющиеся в глазурном расплаве, т.н. молекулярные красители, или огнеупорные красящие вещества в тонкодисперсном состоянии, равномерно распределяющиеся в массе глазури, т.е. коллоидные красители. Матовость глазури на изделиях достигается за счет изменения их состава и путем соответствующей обработки: недожогом, образованием мельчайших газовых пузырьков при разложении карбонаты, кристаллизацией прозрачной глазури при охлаждении, снижением коэффициента кислотности свинцовых глазурей и т.д. на получение матовой глазури также оказывает влияние скорость охлаждения и печная атмосфера. Кристаллизация глазури может быть двух видов: крупнокристаллическая и мелкокристаллическая.

Крупнокристаллическая глазурь имеет группы кристаллов, внедренные в нее или находящиеся на ее поверхности в виде сферолитов. Мелкокристаллические глазури содержат кристаллы, равномерно распределенные в массе, отражающие и поглощающие световые лучи. Эти глазури имеют золотистый оттенок. Кристаллические глазури получают при соответствующем режиме обжига путем пересыщения глазурного распада оксидами, способными при охлаждении создавать центры кристаллизации, снижения вязкости глазури в направлении, благоприятствующем росту зародившихся кристаллов. Металлизация глазури достигается также за счет восстановления оксидов меди, никеля, кобальта и других до металлического состояния путем создания восстановительной среды при соответствующих температурах обжига изделий.

Глазури «Кракле» получают путем искусственного образования густой сетки трещин глазури из-за большого несоответствия глазури и черепка, а также резкого охлаждения изделий холодной водой. Образовавшиеся трещины глазурного покрова заполняют красителями и покрывают слоем глазури и повторным обжигом закрепляют краски. По температуре плавления глазури бывают легкоплавкими и тугоплавкими. Тугоплавкие глазури богаты кремнеземом и бедны щелочными и щелочноземельными оксидами, а легкоплавкие - наоборот.

По способу приготовления глазури бывают нефриттованные - сырые и фриттованнные. Сырые глазури используют, если в их составе нет компонентов, растворимых в воде, а фриттованные - если отдельные их части растворимы в воде. В этом случае всю глазурованную шихту или часть ее предварительно фриттуют, т.е. сплавляют, при этом растворимые компоненты переходят в нерастворимое состояние. Фриттование способствует понижению температуры розлива глазури и делают ее более однородной. Сырые глазури используют в производстве фарфоровых и полуфарфоровых изделий, а фриттованные — в производстве фаянсовых, майоликовых, тонкокаменных изделий, изделий из низкоспекающихся масс, мягкого фарфора. Глазурованный покров снижает белизну изделия на 5-7%.

В состав глазурей независимо от вида и способа производства изделий всегда входят кремнезем и глинозем в сумме 82-90%. Глазури для фарфоровых изделий малокомпонентны, тугоплавки, по составу близки к составу черепка изделий. Это способствует образованию развитого контактного слоя между черепком и глазурью с минимальными напряжениями, что исключает возможность возникновения цека. Бесполевошпатовые глазури обладают повышенной механической прочностью и химической стойкостью. Глазури для фаянса отличаются от глазурей для фарфора большим количеством входящих в их состав оксидов, меньшим коэффициентом кислотности, большей склонностью к цеку ввиду значительного отличия от состава фаянса, слабо развитым слоем, меньшей твердостью и прозрачностью. Они более легкоплавкие, чем фарфоровые.

В глазури вводят: оксид алюминия - он повышает тугоплавкость и вязкость расплава, улучшает упругость и химическую устойчивость глазури. Оксид свинца удлиняет интервал плавкости, улучшает розлив, повышает блеск и яркость надглазурных красок, снижает твердость в глазури. Диоксид кремния повышает тугоплавкость, вязкость расплава, механическую прочность и химическую устойчивость глазури. Карбонат бария повышает блеск глазурей, способствует розливу, понижает стойкость против цека. Оксиды калия, натрия, лития - сильные плавни, понижают температуру розлива глазури, способствуют растворению в глазури других оксидов, изменяют вязкость, снижают прочность и химическую устойчивость глазури. Оксид калия придает глазури прочность и блеск.

Диоксид циркония используют во фриттованных глазурях для изделий, обжигаемых при температурах 1050-1180°С. Качество глушения глазури зависит не только от содержания в ней диоксида циркония, но и от соотношения других оксидов. В качестве основного плавня в состав фритты вводят оксид бария в виде буры или гидроборацитов при общем содержании щелочных оксидов в пределах 4-7%.Свойства глазурей принято характеризовать в расплавленном и твердом состоянии. В расплавленном состоянии глазури характеризуется температурой начала розлива, вязкостью и поверхностным натяжением. Температура начала розлива определяется появлением первых капель расплава глазури на поверхности изделий. Температура розлива - это интервал температур, в которых глазурь равномерно распределяется в расплавленном состоянии на изделии, не всасывается его порами и после охлаждения образует ровный и зеркальный слой. Эти показатели глазури зависят от ее состава, тонины помола исходных компонентов и длительности нагрева.

Температура плавления глазурей