Керамика

Степень измельчения компонентов глазури и фритты значительно влияют на цветовой тон глазури. Это объясняется тем, что при впитывании черепком глазурной суспензии твердые частицы глазури движутся к черепку с различной скоростью, поэтому гранулометрический состав глазурного слоя на поверхности изделия и на черепке будут различными, что не может не влиять на цвет обожженной глазури. На цвет глазури также влияет температура обжига.

Вязкость глазури оказывает большое влияние на ее розлив и кристаллизацию, а на саму вязкость влияет изменение эффективного радиуса ионов элементов, вводимых в глазурь. Увеличение ионного радиуса элемента способствует повышению вязкости расплава глазури. Вязкость глазури регулируют вводом в ее состав соответствующих добавок, таких как кремнезем и глинозем.

Ангоб - это матовое белое или цветное покрытие, наносимое обычно на лицевую поверхность изделия для получения более гладкой поверхности, скрытия нежелательной окраски черепка, создания рельефного рисунка. Приготовляют ангобы из тугоплавких, светложгущихся глин или же из легкоплавких глин. для получения необходимой окраски используют красящие пигменты. По составу ангобы бывают глинисто-песчаные и флюсные. Наносят ангобы на сырые, слегка подвяленные изделия. Иногда на изделия, покрытые ангобом и обожженные, наносят прозрачную глазурь.

Ангоб по своим свойствам является промежуточным слоем между черепком и глазурью, т.е. не полностью расплавленным, но по сравнению с материалом изделия более плотным. Спекшийся ангоб должен обладать рядом свойств, присущих глазури. Почти полное спекание ангобного слоя обеспечивает достаточную прочность сцепления его с изделием.

Производство изделий из керамики.

Различные керамические изделия изготавливают разными технологическими приемами, но основные этапы их производства являются общими и состоят из добычи глины, подготовки формовочной массы, формования сырца, сушки и обжига изделий.

Схема производства керамических изделий

Основные сырьевые материалы поступают на переработку в виде кусков (кроме песка). Материал на переработку поступает в двух видах в кусках и уже предварительно измельченным. Кусковые материалы моют и обжигают. Моют их в шпатомойке. Помол бывает грубый, мокрый и сухой.

Помол грубый проводится при помощи щековой дробилки, в которой материал раздавливается между подвижной и неподвижной щеками. Такому помолу обычно подвергается полевой шпат, пегматит, доломит, кварц и бой изделий. После помола материал просеивается через сита с разным диаметром отверстий. Все инородные включения и мусор удаляются. Для более мелкого и тщательного помола кварца, пегматита и боя изделий применяют бегуны. Принцип действия бегунов основывается на раздавливании и одновременным истирании материала, что обеспечивает увеличенное содержание мелких фракций в продуктах размола. Чтобы в массу не попали металлические фрагменты, катки бегунков изготовляют из прочного гранита и песчаника. При необходимости выделения тонких фракций из продуктов размола применяют воздушные сепараторы, работающие по замкнутому циклу с бегунами.

Мокрый помол проводится в водной среде, что ускоряет этот процесс. Тонкий помол повышает реакционную активность относительно инертных при нормальной температуре каменистых компонентов массы, создает условия для дополнительной очистки их от вредных примесей, ускоряет протекание сложных процессов формирования черепка при высоких температурах обжига и физико-технических свойств изделий. Мокрый помол сырьевых материалов способствует разрушению структуры материала, частичной деформации кристаллической решетки. Изменяются и поверхностные свойства материалов. При длительном помоле происходит слипание частиц, что отрицательно сказывается на технологических свойствах массы. Осуществляется в шаровых мельницах с загрузкой и разгрузкой через люк. Максимальный размер кусков загружаемого материала не должен превышать 20-40 мм. Чем меньше куски загружаемого материала, тем эффективнее работа шаровой мельницы. Измельчение происходит под воздействием давления на материал кремневыми, стеатитовыми брусками и реже резиновыми плитами и мелющими телами - кремневой галькой и т.д. При вводе материалов в шаровую мельницу материалы тщательно просеивают через сито.

Сухой помол производят в конических шаровых, ударно-отражательных и струйных мельницах. Помол в струйных мельницах практически сводит к минимуму загрязнение материала и обеспечивает высокую однородность материала с остроугольной формой частиц.

Подготовка глинистых материалов. Роспуск глинистых материалов, перемешивание тонкомолотых каменистых материалов с распущенными в воде глинистыми материалами, а также поддержание шликеров, масс и глазурей во взвешенном состоянии осуществляют в емкостях (мешалках), оборудованных винтовым смесителем пропеллерного типа.

Последовательность операций при роспуске глинистых материалов

Мешалка загружается водой до 75% объема. Длительность роспуска каолина 2-4 часа в зимнее время и 2-3 часа в летнее время, глины соответственно 5-6 и 3-4 часа. При наличии гидроциклонов суспензию глины разбавляют дополнительно водой до влажности 85%. Лопастные мешалки просты по устройству, однако они занимают много места, непроизводительны, металлоемки, имеют большую массу. В настоящее время их повсеместно заменили пропеллерные мешалки. За рубежом используются дисковые мешалки непрерывного действия, обеспечивающие роспуск комовых глин за 10-30 минут. Новшество в промышленности - это быстроходные мешалки с рециркуляцией шликера центробежными турбинными насосами, футерованными резиной. Для роспуска глинистых материалов используют и струйные центробежные диспергаторы. Скорость вращения диска диспергатора до 1800 об/мин роспуск глинистых материалов происходит почти в 30 раз быстрее, чем роспуск их в мешалках других типов.

Подготовка керамической массы

Природная глина, добытая из карьера, в естественном состоянии непригодна для изготовления изделий. В силу условий своего образования осадочные глины отличаются более или менее явно выраженной сложностью структуры, что предопределяет послойное различие, как состава, так и свойств используемого глинистого сырья. для придания глине требуемых технологических свойств выполняют ряд операций, предусматривающих разрушение ее естественной структуры, удаление вредных примесей (камней, гальки, металлов, корней и частиц растений и т.д.), измельчение, увлажнение, усреднение влаги в массе и, наконец, получение однородной смеси-шихты.

В технологии изготовления фарфоро-фаянсовых изделий при подготовке формовочных масс важным процессом является отмучивание глины. Отмучивание проводят с целью освободить глинистое сырье от сопровождающих его примесей: песка, слюды, полевого шпата, титановых минералов, частиц пирита и карбонатов. Процесс отмучивания заключается в смешивании глины с большим количеством воды до текущего состояния, при этом более тяжелые включения оседают на дно аппарата, а глинистые частицы находятся долгое время во взвешенном состоянии в воде. Глинистую массу пропускают через сито, а затем направляют в отстойники, на дне которых происходит осаждение глинистых частиц. Вода над осевшей глиной удаляется из отстойника, а оставшаяся глина, имеющая консистенцию сливок, насосом подается к фильтр-прессам, где производится ее обезвоживание до влажности 20-25%.

Бытовые изделия производятся в основном двумя способами — из пластичной массы и литьем из шликеров. Приготовление шликеров получают беспрессовым и прессовым способами. Беспрессовый шликер получают путем совместного, а чаще всего раздельного помола глинистых и отощающих материалов в водной среде и их последующего смешивания с добавками. Прессовый шликер сначала готовят так же, как и беспрессовый, затем его обезвоживают на фильтр-прессах, а полученные коржи вновь распускают в пропеллерных мешалках. При обезвоживании шликера вместе с водой из массы уходят растворимые соли, что дает возможность в дальнейшем регулировать ее свойства.

Пластический метод подготовки сырья

Формование изделий

Осуществляется 2 основными способа: литье массы в гипсовые формы, пластическое формование, 3 дополнительный способ в данное время практически не используется - гончарный круг. Рассмотрим более подробно способы.

Пластическое формование

Формование изделий из пластичных масс в производстве бытовой керамики является основным. Оно также широко используется в технологии строительной керамики, химически стойких изделий. Преимущество этого способа перед другими заключается в возможности формования изделий различных размеров, имеющих форму тел вращения, на относительно несложном, но производительном оборудовании. Пластическое формование основано на явлении пластической деформации керамической массы под воздействием внешних сил. Непременное условие пластического формования - использование достаточно вязких масс. Существенный недостаток способа то, что масса, сжимаемая с двух сторон поверхности формы и формующей головки, устремляется в свободное пространство, приобретая анизотропную структуру. При таких условиях формования плотность и напряжение по всему обрабатываемому объему массы будут различны.

Последовательность операций при пластическом формовании

Последовательность формования тарелок при агрегатном способе производства, последовательность формования тарелок на механизированных линиях, а также последовательность изготовления чашек и кружек на автоматизированных линиях вы сможете посмотреть и познакомиться в приложении 2.

Изготовление изделий этим способом подразделяют на несколько других способов: формование от руки, формование лепкой в гипсовых формах, формование в формах с помощью шаблона (ролика), формование на гончарном кругу и формование на шнековых и других прессах. Для формования плоских фарфоровых и фаянсовых изделий широко используют полуавтоматы ПТ-5 и ПТ-6. Эти полуавтоматы отличает одностадийность формования плоских изделий обогреваемым роликом вместо шаблонов. На базе указанных полуавтоматов созданы новые полуавтоматы более совершенных конструкций: АСФ-05, АСФ-06, АСФ-07, АСФ-08, а для формования полых изделий - роторные полуавтоматы ФАП- 18 и ФАП-22. Полуавтомат АСФ-07 предназначен для формования плоских изделий (тарелок диаметром 240 мм) и является усовершенствованной моделью полуавтомата ПТ-6. Уникальные роторные полуавтоматы ФАП- 18 и ФАП-22 для формования полых изделий — двухшпиндельные, снабженные роликовыми шаблонами из фторопласта. Формование изделий производится одновременно на двух позициях при повороте восьмигнездного стола. Цикл формования 10 секунд. Для формования чашек также используют одношпиндельные полуавтоматы типа К/ДВД производительностью 300-900 чашек в час и более производительными моделями К/ДSА производительностью 1,2-1,6 тыс. чашек в час, а для формования тарелок - полуавтоматы типов К/ДТД и К/ДSА производительностью 300-650 шт. в час. Новый метод разработан фирмой «Рам» США, для формования изделий используют гидравлический пресс большой мощности. Такой метод обеспечивает высокое качество изделий и снижает отходы на всех последующих стадиях. Таким методом изготовляют хозяйственный фарфор и полуфарфор, электрофарфор, химический фарфор.

После формования изделия оправляют. Оправка заключается в снятии заусенцев и неровностей на их поверхности, обдувке и зачистке влажной губкой. Оправка полых изделий наиболее трудоемка, чем плоских: первоначально срезают швы, оправляют края, заглаживают влажной губкой поверхность. Выполняют оправку сухим или влажным способами.

Формование литьем

Отливка изделий в гипсовых формах имеет ряд преимуществ перед пластическим формованием: сокращается производственный цикл обезвоживания массы в результате устранения фильтрации и переработки массы, появляется возможность транспортировать шликер на любые расстояния и изготовлять тонкостенные изделия, отпадает необходимость в бомзах для чашек и др. Кроме того, при отливки изделий можно использовать малопластичные массы. Существенными недостатками формования изделий литьем являются: высокая трудоемкость, тяжелые условия труда, необходимость использования электролита и значительных производственных площадей, быстрый износ гипсовых форм, существенные возвратные отходы, отсутствие высокопроизводительного оборудования - привели к резкому сокращению литья на заводах.

Способы литья

Отливают изделия вручную на литейных столах, механизированных установках и на литейных полуавтоматах.

Известны следующие способы формования литьем: наливной, сливной и доливной (комбинированный). При наливном способе набор стенок изделия осуществляется между двумя стенками гипсовой формы. Шликер непрерывно доливают в форму до полного заполнения ее массой. Для литья наливным способом требуются сложной конфигурации. При наливном способе изделия не имеют разнотолщинности стенок, а влажность и расход шликера минимальны. При сливном способе шликер, налитый в форму, сливают после набора стенок изделия требуёмой толщины. Набор стенки осуществляется односторонне — внутренней поверхностью гипсовой формы. При заливке шликера в форму необходимо следить за тем, чтобы струя шликера не била в стенку формы, «не захватывала» воздух. Шликер должен равномерно без вспенивания заполнять форму. Это достигается при использовании специального наконечника - литейного корпуса, прикрепляемого к резиновому шликеропроводу. При наливном способе отливки особое внимание уделяют правильной сборке форм и промазке каналов в форме, по которым поступает шликер. Для промазки используют смесь минерального масла 30% и стеарина 70%. Наливной способ более сложен и трудоемок из-за необходимости использования разборных форм. Сливной способ проще, однако, шликера расходуется больше, толщина стенок неравномерна, так как набор черепка происходит односторонне. Используют сливной метод для литья мелких тонкостенных изделий. При доливном способе сначала отливают приставные детали, затем их собирают в составной гипсовой форме и доливают шликер для окончательного оформления изделия, например, корпуса чайника. Этот способ применяют редко. Схема литейного аппарата расположена в приложении 3.

Сушка изделий

Сушку проходят все керамические изделия. В процессе сушки полуфабрикат отдает часть имеющейся в нем влаги, что способствует отделению изделий от формы, приобретает значительную прочность, водоустойчивость к размыванию, что позволяет наносить на его поверхность глазурь при однократном обжиге изделий.

В процессе сушки вода удаляется частично, даже в высушенном полуфабрикате всегда сохраняется 2-4% свободной влаги. Перемещение воды в материале в процессе сушки происходит как в жидком состоянии, так и в виде пара. Обычно на всем протяжении сушки встречаются оба вида перемещения влаги. Перемещение влаги ускоряется с повышением температуры. Режим сушки - это комплекс мероприятий, предусматривающий минимальное время, необходимое для сушки изделий с учетом их свойств, формы, размеров и особенностей сушильных устройств, а также рациональный подвод теплоты к высушенному изделию с минимальными потерями теплоты и изделий. Процесс сушки характеризуется тремя периодами: подогрева, постоянной и подающей скорости сушки, за которыми следует период равновесного состояния. Первый период сушки характеризуется ускоренным прогревом массы полуфабриката от начальной температуры до температуры насыщенного теплоносителя при данном его влагосодержании. Второй период характеризуется интенсивностью сушки, которая зависит уже не от скорости испарения влаги с поверхности изделий, а от скорости перемещения ее из внутренних слоев материала наружу. При этом влага перемещается в виде пара, и изделие теряет большую часть влаги. Третий период характеризуется падающей скоростью сушки и повышение температуры полуфабриката.