Что такое "керамик" и "керамика"? Виды керамики и ее значение в строительстве. Что такое керамика
Керамика является одним из древнейших материалов, используемых для изготовления посуды и других изделий. Она обладает рядом положительных свойств: прочностью, термостойкостью, экологической и химической безопасностью, изделия из нее обладают высоким эстетическим потенциалом, это и определяет ее широкое использование.
Керамика - это изделия из глины (или глинистых веществ) с минеральными добавками или без них, полученные путем формования и последующего обжига. Для улучшения потребительских эстетических свойств керамику покрывают глазурью.
Материалы, используемые в производстве керамики, принято подразделять на пластичные материалы: глины (полиминеральные горные породы, состоящие из каолинитов, соды, окислов кремния, полевого шпата, железа и др.); каолин (мономинеральная порода, состоящая из каолинита); отощающие материалы - снижают усадку при сушке и обжиге: кварцевый песок, глинозем, бой фарфора и фаянса, шамот; плавни - снижают температуру спекания и создают стекловидную фазу (полевой шпат и пегматит); материалы для глазури.
В качестве факторов, формирующих потребительские свойства и качество керамических бытовых товаров, выделяют те же, что и для стеклоизделий: вид керамики, способ формования и вид декорирования.
В зависимости от строения различают тонкую керамику (черепок стекловидный или мелкозернистый) и грубую (черепок крупнозернистый). Основными видами тонкой керамики являются: фарфор, полуфарфор, фаянс, майолика, а грубой - гончарная керамика.
Фарфор - имеет плотный спекшийся черепок белого цвета (иногда с голубоватым оттенком) с низким водопоглощением (до 0,2%), при ударе издает высокий мелодичный звук, в тонких слоях может просвечивать. В виду парного обжига изделий край борта или основание изделия не покрыто глазурью.
Различают твердый и мягкий фарфор. Твердый фарфор применяют для производства столовой и чайно-кофейной посуды повседневного использования. Мягкий фарфор может быть: бисквитный (не покрыт глазурью, используется для выработки художественно-декоративных изделий), костяной (в состав вводится костная мука, по внешним признакам напоминает белый мрамор, характеризуется высокой белизной и прозрачностью, используется для производства чайно-кофейной посуды праздничного ассортимента), полевошпатовый ("тонкостенный", по свойствам и назначению схож с костяным, но его белому цвету присущ голубоватый оттенок); низкотемпературный ("фриттовый" - термостойкий, механически прочный, обычно его покрывают цветными глазурями, за рубежом один из основных видов керамики для производства повседневной посуды).
Сырьем для производства фарфора служат каолин, песок, полевой шпат и другие добавки.
Полуфарфор по свойствам занимает промежуточное положение между фарфором и фаянсом, черепок его белый, водопоглощение - 3~5%, используется в производстве посуды хозяйственного назначения.
Фаянс имеет белый черепок с желтоватым оттенком, пористость черепка - 9-12%. Ввиду высокой пористости изделия из фаянса полностью покрываются бесцветной глазурью. Глазурь имеет невысокую термостойкость, поэтому данный вид керамики находит применение в производстве столовой посуды повседневного использования. Вырабатывают его из беложгущихся глин с добавлением мела и кварцевого песка.
Майолика имеет пористый черепок (водопоглощение около 15%), изделия имеют гладкую поверхность, высокий блеск, малую толщину стенок (что определено способом формования - литьем), покрывают их цветными глазурями, они могут иметь декоративные рельефные украшения. Для производства майолики применяют беложгущиеся глины (фаянсовая майолика) или красножгущиеся глины (гончарная майолика), плавни, мел, кварцевый песок.
Гончарная керамика - черепок имеет красно-коричневый цвет (используются красножгущиеся глины), большую пористость (водопоглощение до 18%). Изделия могут покрываться бесцветными глазурями, расписываются цветными глиняными красками - ангобами. Ассортимент представлен кухонной и хозяйственной посудой (горшки для жаркого, крынки для молока) и декоративными изделиями.
Процесс производства керамических бытовых товаров в упрощенном виде можно представить следующими этапами: подготовка сырьевых материалов; получение керамической массы; формование изделий; сушка и правка; обжиг; глазурование; декорирование.
Основными способами формования керамических изделий являются: метод пластического формования; литье, полусухое прессование.
При формовании изделий пластическим способом используют керамическую массу влажностью 22-24%, формирование производится на станках-автоматах или полуавтоматах. При этом способе керамическую массу помещают на дно формы и раскатывают шаблоном, в зазоре между формой и шаблоном образуется изделие. Используют данный способ при получении изделий из твердого фарфора, фаянса, гончарной керамики.
Способ литья предполагает применение керамической массы (шликера) влажностью 32-36% (сметанообразная консистенция), которая заливается в пористые гипсовые или поливинилхлоридные формы. Используют данный способ для выработки изделий из мягкого фарфора (кроме фриттового), твердого фарфора (изделия сложной формы), майолики.
Для плоских изделий несложной формы используют способ полусухого прессования. Керамическая масса при этом имеет остаточную влажность 2-3%, прессование проводят в металлических формах. Применяют данный способ при выработке изделий из фаянса, полуфарфора, низкотемпературного фарфора. Преимуществами данного способа являются увеличение скорости выработки и сокращение затрат энергоносителей (исключаются процессы сушки и правки), но используют его для ограниченного числа видов изделий: тарелки мелкие, блюдца и т. п.
Окончательно керамика образуется в процессе обжига. Различают два вида обжига: утельный и политой. Утельный обжиг предшествует глазурованию, при этом формируется черепок, устойчивый к размоканию. Политой обжиг проводят после глазурования с целью формирование структуры глазури.
При декорировании керамических бытовых товаров применяется ряд способов: живопись, украшения в виде полос, трафарет, шелкография, деколь. К специфическим видам декорирования керамических бытовых товаров можно отнести следующие:
Крытье - покрытие поверхности изделия красками (различают сплошное; частичное; с прочисткой; с прочисткой и дорисовкой; нисходящее и восходящее) с помощью аэрографа, трафарета, специальных шаблонов;
Штамп - мелкий однокрасочный поверхностный рисунок, наносимый красками и препаратами золота с помощью резиновых штампов или лент; обычно его применяют в сочетании с другими видами украшений;
Печать - контурный рисунок, образованный точками, черточками, штрихами (краска с печати переносится на изделие, либо вначале на папиросную бумагу, а затем на изделие); рисунки однокрасочные, могут быть надглазурными и подглазурными, дополняться живописью (с дорисовкой), трафаретом;
Фото по керамике - применяется для декоративных (подарочных) изделий;
Украшения декоративными глазурями: цветными, потечными, кристаллическими, матовыми, кружевными, люстровыми, кракле.
Рельефно-вырезные украшения: ажурный борт, вырезной край, рельефный борт (и их комбинации); декоративные рельефы;
Дополнительные украшения красками и препаратом золота: промазка - сплошное покрытие элемента изделия; пестрение - частичная зарисовка (мазок), подчеркивающая отдельные элементы изделия.
Все рисунки по характеру расположения на изделии подразделяются на бортовые; сплошные; букетом (до трех лепков); раскидные с большим букетом; медальон (рисунок, находящийся в обрамлении в виде круга, овала, многоугольника); арабеска (узкий бортовой орнаментальный рисунок).
Украшения бывают надглазурными и подглазурными. Большинство видов поверхностных пленочных украшений подлежат обжигу.
Керамическими бытовыми товарами, или бытовой керамикой, называют изделия культурно-бытового назначения из глинистых материалов с различными минеральными добавками, обожженные до камневидного состояния.
Виды керамики
Различают следующие виды керамики:тонкая керамика: фарфор, фаянс, полуфарфор, майолика;
грубая керамика — гончарные изделия;
архитектурно-строительная керамика — кирпич, черепица, облицовочная плитка;
техническая керамика — свечи зажигания в автомобилях, тракторах, изоляторы на линиях электропередачи и др.
Важнейшие физико-механические и химические свойства керамики, определяющие потребительную ценность изделий, обусловлены особенностями её состава и строения.
Твердый фарфор (классический состав) массы включает 50 % глинистых веществ (в основном каолина), 25 % полевого шпата, 25 % кварца. Мягкий полевошпатовый фарфор содержит меньше (на 5—8%) глинистых компонентов и соответственно больше вводимого полевого шпата. Мягкий костяной фарфор имеет в массе вместо полевого шпата 43—50% костяной муки. Глазурь для фарфора во всех случаях тугоплавкая, полевошпатовая.
Фаянс характеризуется большим содержанием глинистых веществ (50—55 %) и кварца (40—50 %) и невысоким содержанием (5—10 %) полевого шпата. В качестве глинистых веществ в фаянсовых массах применяют не каолин, а беложгущуюся глину. Фаянсовая глазурь в отличие от фарфоровой содержит оксиды типа К20, N20 или другие компоненты, повышающие её легкоплавкость. С этой же целью, а также для уменьшения растворимости в пищевых средах компоненты фаянсовых глазурей предварительно сплавляют (фриттуют).
Полуфарфор по составу близок к фарфоровым массам, отличается от них уменьшенным содержанием (9—10 %) полевого шпата. Глазурь для полуфарфоровых изделий фриттованная и по составу близка к фаянсовым.
Майолика имеет более специфичные составы. Полевой шпат здесь не применяется. Для масс характерно высокое содержание (до 63—68 %) легкоплавких глин, 15—20 % мела, 5—17% кварцевого песка, кварцевых отходов и подобных материалов. Майоликовые глазури представляют собой цветные легкоплавкие, в отдельных случаях — свинецсодержащие стекла.
Компоненты керамических масс в результате сложного физико-химического взаимодействия при обжиге образуют керамический черепок. Одновременно с этим протекают процессы плавления глазурной шихты и образования на поверхности черепка слоя глазурного стекла. Свойства керамики разных типов определяются структурой обожженного черепка и глазури, количественным соотношением составляющих их фаз.
Структура обожженной керамики представляет собой сложную гетерогенную систему, состоящую из стекловидной, кристаллической и газовой фаз.
Стекловидная фаза образуется при плавлении полевого шпата (частично кварца и других компонентов) и состоит из 70-80 % Si02, 8-16 % А1203, 8-12 % К20 + Na20. В фарфоре её содержание колеблется: до 85 % в мягком, до 60 % в твердом. Соединяя в одно целое структурные составляющие фарфорового черепка, стекловидная фаза обеспечивает его просвечиваемость. В то же время она несколько снижает термическую стойкость и механическую прочность фарфора из-за напряжений, возникающих на границах стекловидной и кристаллической фаз. Стекловидная фаза в фаянсе и полуфарфоре представлена слабее. Здесь она не является основной непрерывной фазой, а распределяется в виде тончайших пленок между другими фазовыми составляющими черепка, обеспечивая их прочную связь. В обожженной майолике содержание стекловидной фазы ещё меньше, однако она играет важную роль в сокращении размера пор и сближении зерен кристаллической фазы вследствие натяжения расплава.
Кристаллическая фаза образуется в результате сложных преобразований глинистых компонентов массы и кварца. Ее характер и количественное соотношение составляющих неодинаковы у керамики разных типов. Кристаллическая фаза фарфора состоит в основном из муллита (ЗА12Оз"28Ю2) и зерен непрореагировавшего кварца. Кристаллов муллита в фарфоре немного (2,5—5 %). Зарождение их происходит при температуре около 1200 °С, при этом образуется первичный мелкий, субмикроскопический муллит. Значительно большее значение имеет вторичный муллит в виде игольчатых кристаллов длиной 2—6 мкм, образующихся при более высоких температурах. Кристаллы вторичного муллита в черепке фарфора существенно повышают его механическую и термическую стойкость. Содержание нерастворенного кварца в полевошпатовом расплаве колеблется от 8 до 18 %. Повышая механическую прочность, остаточный кварц в то же время снижает термическую стойкость вследствие модификационных превращений зерна кварца при нагревании и охлаждении. Образующиеся при этом напряжения пропорциональны общей поверхности зерен остаточного кварца.
У фаянса, полуфарфора, майолики кристаллическая фаза преобладает. При этом кристаллы муллита здесь мелки, а в майолике вообще не образуются. Основу кристаллической фазы этих типов керамики образуют глинистое вещество, измененное в процессе обжига, и кварц.
Газовая фаза заполняет все поры керамического черепка. Причиной её образования в основном является воздух, заключенный в порах, а также газообразные продукты разложения сырьевых материалов. В черепке фарфора газовая фаза составляет 2—5% его объема. Поры равномерно распределены в черепке, имеют округлую форму, преобладающий размер их 10—15 мкм. Вследствие замкнутого характера пор водопоглощение фарфорового черепка значительно меньше его общей пористости.
Фаянс, полуфарфор, майолика характеризуются значительно большей пористостью. Поры у этих типов керамики преимущественно незамкнутые, менее однородны по размеру и характеру распределения в черепке, чем у фарфора. Поры в керамическом черепке снижают его механическую, термическую и химическую устойчивость, а у фарфора также и просвечиваемость.
Материалы для керамических изделий. Разнообразные материалы для бытовых керамических изделий в зависимости от назначения можно разделить на материалы для черепка, глазурей, декорирования.
Материалами для образования черепка бытовых керамических изделий являются глинистые, отощающие материалы и плавни.
Глинистые материалы (глины, каолины) — тонкодисперсные (1—0,01 мкм) природные водные алюмосиликаты, образовавшиеся в результате разрушения полевошпатовых горных пород. При замешивании с водой они образуют пластичное тесто, из которого можно формовать различные изделия, приобретающие после сушки и обжига определенную прочность.
Глины — полиминеральные горные породы, содержащие глинистое вещество (каолинит А12Оз"28Ю2"2Н20), слюду, полевой шпат, оксиды железа и кремния, углекислый кальций и др. Основными свойствами глин, обусловливающими возможность их использования в керамическом производстве, являются огнеупорность, пластичность, спекаемость, цвет после обжига.
По огнеупорности, т.е. способности противостоять, не расплавляясь, действию высоких температур, различают глины огнеупорные (огнеупорность не ниже 1580 °С), тугоплавкие (огнеупорность от 1350 до 1580 °С), легкоплавкие (огнеупорность ниже 1350 °С). Огнеупорные глины в основном применяют при изготовлении фарфора, полуфарфора, фаянса; легкоплавкие — для майоликовых и гончарных изделий.
Пластичность глин характеризует их свойство в смеси с водой принимать под влиянием внешних воздействий необходимую форму без разрывов и трещин и сохранять ее, когда эти воздействия прекращаются. Глины высокой пластичности называют жирными, низкой — тощими. Особо высокой пластичностью обладают бентонитовые глины, добавки которых используют для получения высококачественных фарфоровых масс.
Спекаемость— способность глины образовывать при об-жиге камнеподобное водонепроницаемое тело. Очень важен интервал между температурами спекания и плавления глины. У легкоплавких глин он мал (120—160 °С), поэтому во избежание деформации изделия из этих глин при обжиге не доводят до спекания.
Цвет глин после обжига зависит от содержания красящих примесей. Различают глины красножгущиеся, светложгущие-ся (светло-серого, светло-кремового, желтоватого цветов) и беложгущиеся. В производстве фарфора и фаянса применяют беложгущиеся (содержание оксидов железа не более 0,8—1 %) огнеупорные высокопластичные глины. Легкоплавкие красножгущиеся глины используют при изготовлении гончарных, майоликовых и других изделий.
Каолин (в отличие от глины) — мономинеральная порода, состоящая почти из одного каолинита. Очищенный от оксидов железа он имеет чисто-белый цвет. Каолины высокоогнеупорны (температура 1730— 1740 °С), имеют широкий интервал температур между фазами спекания и плавления (500—700 °С), но более низкую, чем у глин, пластичность. Каолин является основным глинистым материалом при получении фарфора. В фаянсовых массах он применяется в виде добавок для улучшения свойств.
Отощающие материалы вводят в керамические массы для снижения усадки и связанной с ней деформации изделий из глин и каолинов при сушке и обжиге. Эти материалы, раздвигая пластинчатые частицы глинистых компонентов, способствуют ускорению выделения влаги из необожженного черепка. В процессе обжига, особенно при высоких температурах, кварцевые материалы, взаимодействуя с компонентами массы, участвуют в образовании черепка керамического изделия.
В качестве отощающих материалов применяют шамот (глину, предварительно обожженную до 1350 °С), тонкомолотый кварц, кварцевый песок, глинозем, бой фарфоровых, фаянсовых и других обожженных керамических изделий. Чаще всего используют кварцевый песок. Содержание оксидов железа в песке для фарфора и фаянса не должно превышать 0,2 %, для других видов керамики содержание красящих оксидов может быть большим. С середины 1860-х гг. фарфоровые заводы стали применять гусевский фарфоровый камень — дацитовые горные породы. В состав гусевского камня входят 50—55 % кварца, 20—30 % каолинита, оксиды К20 + Na20 и др. Используют его взамен кварца и частично каолина в составе фарфоровых масс. Массы с гусевским камнем обладают высокой белизной и просвечиваемостью.
Плавни (флюсы) применяют для снижения температуры спекания керамических масс. Образуя стекловидную фазу при обжиге, они способствуют растворению кварцевых и глинистых зерен и кристаллизации новых кристаллических фаз из расплава (муллита). Лучшими плавнями в тонкокерамическом производстве являются полевые шпаты и пегматиты. Их заменителями служат нефелиновый сиенит (щелочная горная порода, состоящая из нефелина и минералов-примесей), перлит (водосодержащее стекло вулканического происхождения) и некоторые другие материалы. Плавни применяются главным образом в производстве фарфора и фаянса. Использование плавней в составе черепка других видов керамики ограничено.
Керамическая глазурь представляет собой стекловидное вещество. Для её получения используют те же материалы, что и для стекол разного назначения. Тугоплавкие фарфоровые глазури по составу весьма близки к фарфоровому черепку. Для их получения применяют полевой шпат, кремнезем, карбонаты кальция и магния, глинозем, оксид цинка и др. Образование стекла у этих глазурей происходит на самом изделии, и предварительное сплавление компонентов глазури (фриттование) не производится. Легкоплавкие глазури для фаянса, майолики более разнообразны по составу. По своей природе это многокомпонентные свинцовые, борные, свинцово-борные, бессвинцовые и безборные, стронциевые и другие стекла. Для повышения легкоплавкости, химической стойкости и других свойств основные компоненты этих глазурей, как правило, предварительно сплавляют. Тщательный расчет и подбор составов глазурей к керамическому черепку повышают потребительную ценность готовых изделий.
Керамические краски используют для художественно-колористического оформления. Исходными материалами для их получения служат окрашенные оксиды различных металлов (Fe203, Cr203, NiO, MnO, V203 и др.) или окрашенные сложные соединения (например, С0ОА12О3, CaOAl203*2Si02, 2ZnOSi02 и др.). Краски кроме красящих пигментов содержат обычно свинцовые или борно-свинцовые флюсы, а также различные бесцветные добавки (оксиды цинка, мел, глинозем), которые вводятся для большей устойчивости красок и повышения чистоты их тона.
По особенностям применения различают краски подглазурные и надглазурные. Под глазурные краски испытывают действие расплавленной глазури и частично растворяются в ней. Поэтому набор таких красок ограничен (преимущественно синие, зеленые, коричнево-красные тона). Благодаря защитному слою глазури эти краски весьма прочно держатся на изделиях. Надглазурные краски закрепляются на глазури специальным обжигом. Палитра их значительно шире, чем подглазурных, но прочность закрепления на изделиях меньше.
Для декорирования применяют также специальные препараты золота, люстры, керамические переводные картинки (деколи) и др. Золото обычно используют в виде 12%-ного жидкого или 52%-ного порошкообразного препаратов. Жидкое золото после обжига дает зеркально-глянцевую пленку, порошкообразное — матовую. Люстры и деколи по составу и особенностям получения аналогичны применяемым в стекольном производстве.
Введение
Производство керамических изделий - посуды и хозяйственной утвари является, пожалуй наиболее древним занятием человека, именно по характеру черепков, найденных в местах древних поселений археологи определяют их принадлежность к той или иной культуре.
Несмотря на свою древность, керамика находит свое применение и в 21 веке, при этом наибольшая часть объема производства приходится на керамическую посуду.
В Республике Беларусь, где придается большое значение повышению качества жизни народа, работает большое количество крупных промышленных предприятий по производству керамической посуды: Добрушский фарфоровый завод, ОАО «Белхудожкерамика» Радошковичи, ивенецкий завод художественной керамики, ЗАО «Художественная керамика» Бобруйск.
В настоящей работе рассмотрены вопросы производства керамических изделий и их товароведение.
Классификация, состав и строение керамики.
Керамику классифицируют по характеру строения, степени спекания (плотности) черепка, типам, видам и разновидности, наличию глазури.
По характеру строения керамику подразделяют на грубую и тонкую. Изделия грубой керамики (гончарные изделия, кирпич, черепица) имеют пористый крупнозернистый черепок неоднородной структуры, окрашенный естественными примесями в желтовато-коричневые цвета.
Тонкокерамические изделия отличаются тонкозернистым белым или светлоокрашенным, спекшимся или мелкопористым черепком однородной структуры.
По степени спекания (плотности) черепка различают керамические изделия плотные, спекшиеся с водопоглощением менее 5% - фарфор, тонкокаменные изделия, полуфарфор и пористые с водопоглощением более 5% - фаянс, майолика, гончарные изделия.
По составу и свойствам керамические изделия делят на типы, виды и разновидности. Основные типы керамики - фарфор, тонкокерамические изделия, полуфарфор, фаянс, майолика, гончарная керамика.
Тип керамики определяется характером используемых материалов, их обработкой, особенно тонкостью помола, составом масс и глазурей, температурой и длительностью обжига. В состав масс всех типов керамики входят пластичные глинистые вещества (глина, каолин), отощающие материалы (кварц, кварцевый песок), плавни (полевой шпат, пегматит, перлит, костяная зола и др.) При обжиге отформованных изделий в результате сложных физико-химических превращений и взаимодействий компонентов масс и глазурей, формируется их структура. Структура черепка неоднородна и состоит из кристаллической, стекловидной и газовой фаз.
Кристаллическая фаза образуется при разложении и преобразовании глинистых веществ и других компонентов массы. Она включает кристаллы муллита 3Al 2 O 3 * 2SiO 2 , остатки измененного глинистого вещества, оплавленные зерна кварца. Кристаллическая фаза и особенно муллит придают черепку прочность, термическую и химическую устойчивость.
Стекловидная фаза возникает за счет расплавления плавней и частично других компонентов. Она соединяет частицы массы, заполняет поры, повышая плотность черепка; в количестве до 45 - 50% увеличивает прочность изделий, при большем содержании - вызывает хрупкость изделий, снижает их термостойкость. Стекловидная фаза способствует уменьшению водопоглощения, обуславливает просвечиваемость черепка.
Газовая фаза (открытые и замкнутые поры) оказывает неблагоприятное влияние на физико-химические свойства изделий; снижает прочность, термическую и химическую устойчивость, вызывает водопоглощение и водопроницаемость черепка.
Различие между отдельными типами керамики обусловлено спецификой их внутренней структуры, то есть составом и соотношением отдельных фаз, составом и структурой глазури.
Основными типами керамики являются следующие:
Фарфор - тонкокерамическое изделие с плотным, спекшимся, блестящим в изломе черепком белого цвета с голубоватым оттенком. Его подразделяют на два вида: твердый и мягкий.
В состав твердого фарфора входят 50% глинистых веществ и по 25% отощитенлей и плавней. В структуре обожженного при 1380-1420 о С черепка кристаллическая фаза составляет 30-35%, стекловидная фаза - 40-60, газовая фаза - 5-7%. Поэтому твердый фарфор отличается высокой степенью спекания (водопоглощение 0,1-0,2%), прочностью, термической и механической устойчивостью. Просвечивает в толщине до 2,5 мм, при ударе издает чистый звук. Используется при изготовлении посуды и художественных изделий.
К твердому фарфору по своим свойствам близок низкотемпературный фарфор . Низкотемпературный фарфор содержит 41-46% глинистых веществ и 45-52% плавней, что позволяет снизить температуру обжига до 1180 о С. Он характеризуется высокой прочностью. В тонком слое не просвечивает, так как покрывается непрозрачной глазурью. Применяется такой фарфор в основном для изготовления посуды, предназначенной для предприятий общественного питания.
Мягкий фарфор выпускают нескольких разновидностей. В нашей стране изготавливают мягкий костяной и высокополевошпатовый фарфор.
Мягкий костяной фарфор отличается высоким содержанием в массе плавней - 53% полевого шпата и костяной золы, глинистых веществ - 32% и кварцевых (отощителей) - 15%. Ввиду этого его обжигают при 1260оС; в структуре черепка до 85% стекловидной фазы. Черепок очень тонкий, высокой белизны и просвечиваемости (до 4 мм). Однако, костяной фарфор имеет меньшую, чем твердый фарфор прочность и термостойкость. Используют его для изготовления высокохудожественной чайной и кофейной посуды, декоративных изделий.
Мягкий полевошпатовый фарфор предназначен в основном для художественно-декоративных изделий.
Тонкокаменные изделия имеют спекшийся непросвечивающийся белый или окрашенный в сероватые, голубые, бежевые тона черепок с водопоглощением 0,5-3,0%. Они отличаются повышенной механической прочностью и термостойкостью. Применяют их в производстве посуды и художественных изделий, а некоторые разновидности - для жаростойкой кухонной посуды.
Полуфарфор - это тонкокерамические изделия с непросвечивающимся белым или окрашенным черепком с водопоглощением 0,5-5,0%. Из полуфарфора изготавливают посуду различного назначения и художественно-декоративные изделия.
Фаянс представляет собой тонкокерамические изделия с пористым непросвечивающимся черепком белого цвета с желтоватым оттенком. В нашей стране вырабатывают твердый фаянс с водопоглощением 9-12%. Он содержит 60-63% глинистых веществ и лишь 5-15% плавней. Поэтому основной фазой черепка, обожженного при 1250-1280 о С, является кристаллическая. Стекловидная фаза (около 20% объема) располагается между структурными элементами черепка, обеспечивая их связь, но не заполняя пор. Общая пористость 26-30%.
Ввиду высокой пористости фаянс всегда глазируют, но и в этом случае он склонен к влажностному набуханию. При ударе фаянс издает глухой звук. Он отличается более низкой по сравнению с фарфором прочностью и термостойкостью. Пониженная термостойкость фаянса обусловлена высоким термическим расширением легкоплавкой глазури и резким отличием ее по составу от глинисто- кварцевого черепка. Фаянс используют в производстве посуды, главным образом столовой, и художественных изделий.
Майолика - это тонкокерамические изделия с пористым непросвечивающимся черепком. Их подразделяют на два вида: майоликовые изделия из масс на основе беложгущихся глин и из масс на основе цветных глин. Водопоглощение майолики с белым черепком - 12%, с цветным - 16%. Майолика менее прочна и термостойка, чем фаянс, но исключительно декоративна.
Гончарная керамика - это грубокерамические изделия с крупнозернистым естественно окрашенным черепком. Вырабатывают их из гончарных глин с добавками отощителей; водопоглощение - 15-16%; частично или полностью покрывают легкоплавкими глазурями. Из гончарной керамики изготавливают хозяйственную посуду и частично декоративные изделия.
По наличию глазури керамические изделия подразделяют на глазурованные и неглазурованные. Глазури могут быть прозрачными и заглушенными, бесцветными и цветными (одно- и многоцветными), с поверхностью блестящей, матовой, ирризирующей, с рисунком «кракле» и другие.
Наверняка даже в обыденной речи вы нередко встречали фразы “керамические изделия” или “посуда из керамики”. Под эти определения подходит огромное количество приборов и предметов, которые окружают нас и которыми мы пользуемся практически каждый день. Поэтому следует разобраться, что такое керамика и какой она бывает. Об этом речь пойдет в данной статье.
Керамика: определение
В переводе с греческого языка "керамика" - это "глина". Именно поэтому в узком значении ею называют обожженную глину и глиняные изделия, которые прошли обжиг. В широком значении слова керамика представляет все то, что изготовлено при воздействии высоких температур из неорганических материалов, а также их смесей с различными минеральными добавками.
Издавна керамика применялась в качестве посуды (преимущественно из глины либо с примесью других материалов). На сегодняшний день понятие сильно расширилось. Теперь керамика используется в сферах строительства, медицины, промышленности, искусства и других.
Есть два основных вида керамики - тонкая и грубая, которые между собой различаются строением. Самыми распространенными примерами тонкого вида можно назвать фарфор и фаянс, а грубого - гончарную керамику.
Для создания фарфора основными добавками выступают полевой шпат, песок и каолин. При изготовлении гончарной керамики применяются красножгущие глины. Затем она обычно покрывается глазурью или цветными глиняными красками.
Значения других интересующих вас терминов вы можете найти по алфавиту в нашем разделе .
В истории человечества насчитывается немало материалов, которые сопровождали людей едва ли не с самого зарождения цивилизации. Первым приходит на ум дерево, но не стоит забывать о керамике - обожженной глине, посуду из которой начали изготавливать с незапамятных времен.
Положительных качеств у такого материала хватает: керамика прочная, устойчивая к химическим и высокотемпературным воздействиям, отличается полной экологической безопасностью, да и с внешним видом у нее все в порядке. Кроме того, плитка из не гниет и не покрывается грибком, что позволяет с успехом использовать ее для отделки самых различных технологических помещений и ванных комнат.
Вообще керамика — это посуда или другие вещи из глины (с минеральными присадками или без них), полученная при помощи формовки и последующего высокотемпературного обжига. Чтобы внешний вид таких изделий был красивее, их глазируют.
Какие материалы могут быть использованы в производстве?
Мы уже говорили, что для этих целей используется преимущественно глина, но бывают исключения. Итак, на керамику могут идти следующие материалы:
- Пластичная основа. Это как раз таки глина или каолин (порода, состоящая из каолинита).
- Материалы, которые минимизируют осадку при обжиге, позволяют сохранить форму изделия. В дело идет качественный кварцевый песок, некондиция фарфора (бой), шамот.
- Породы, дающие плотную стекловидную массу при спекании. Идеально подходит полевой шпат, пегматит.
- Глазурь. Может использоваться как материал из природного сырья, так и многочисленные аналоги, полученные путем химического синтеза.
Классификация
Вот мы и узнали, что керамика - это специальным образом обработанная глина. В качестве факторов, предопределяющих потребительские качества изделия, выделяют вид керамики, способ ее декорирования или формовки.
Различают керамику тонкую (мелкая зернистость на сломе черепка), а также грубую (крупная зернистость). Из тонких разновидностей каждому знаком фарфор, полуфарфор, а также фаянс, плитка из которого есть едва ли не в каждой ванной комнате. Соответственно, грубая керамика (фото вы найдете в статье) - это гончарные горшки. Вещь у нас не слишком распространенная, но известная с глубочайшей древности.
Свойства разных видов керамики
Отличительным признаком фарфора является тонкий, плотный и белый мелкозернистый черепок. Материал очень плохо поглощает влагу (до 0,2 %). Ценные вазы или чашки (очень тонкие) можно просматривать на свет. Края бортика (чаще дно) из-за технологии обжига не покрывают глазурью. Для производства используется преимущественно каолин и
Полуфарфор - промежуточный вариант между вышеописанным фарфором и фаянсом. Несколько грубее, поглощение воды от 3 до 5 %, чаще всего применяется в изготовлении посуды хозяйственного назначения.
Что касается самого фаянса, то он отличается толстым пористым черепком, который на сломе имеет чуть желтоватый оттенок. Способность к поглощению воды высокая, в пределах 9-12 %. Именно из-за этого, а также из-за высокой пористости, любые изделия из керамики этого типа в обязательном порядке покрываются слоем тонкой глазури.
Так как используемая глазировка весьма нестойка к термическим воздействиям, используют эту разновидность керамики исключительно в производстве недорогой посуды повседневного использования, а также для хозяйственных емкостей. Для выделки берут не слишком качественные сорта глин, мел и кварцевый песок. Технология керамики этого сорта также допускает использование (в качестве основы) битого фарфора. Разумеется, перед началом производства его дробят и мелко растирают.
Майолика - это весьма привлекательная внешне керамика. Цена на нее - около тысячи рублей за среднестатистическую вазу. Отличительный признак - очень пористый черепок, может поглощать вплоть до 15 % влаги. Несмотря на это, изделия отличаются тонкими блестящими поверхностями, имеют малую толщину стенок. Последнее обусловлено тем, что майолика изготавливается по технологии литья. Как правило, изделия украшаются глазировкой, также нередко встречаются декоративные барельефы. В производстве этого сорта керамики используются беложгущиеся глины, кварцевый песок, мел и плавни.
Гончарная керамика (фото которой есть в статье). Отличается черепком специфичного красно-коричневого цвета (красножгущиеся глины) и очень большой пористостью. Коэффициент поглощения влаги - до 18 %. Для раскрашивания используются специальные глиняные краски, ангобы. Чтобы защитить их от воздействия влаги, сверху изделия покрываются тонким слоем бесцветной глазури. Что касается сферы использования, то ассортимент представлен не только декоративными горшками, но и вполне практичной посудой для домашнего хозяйства.
Кроме того, к этой же категории относится теплая керамика. Так называются кирпичи, изготовленные из грубо обожженной глины. При производстве такого рода керамики используются специальные вспенивающие реагенты, которые резко повышают пористость материала, а потому его теплоизоляционные качества становятся намного лучше.
Как проходит процесс производства?
Само производство керамики легко разделить на несколько следующих этапов:
- Добыча и соответствующая подготовка сырья.
- Формовка, нанесение декоративных узоров или проделывание функциональных отверстий.
- Литье, полусухая штамповка.
- Правка, первое просушивание.
- Высокотемпературная обработка.
- Глазировка.
- Повторное обжигание.
- Декоративная обработка (теплая керамика и аналоги в ней не нуждаются).
Качественные показатели готового изделия определяется характеристиками внешнего вида, полным соответствием функциональному назначению, а также долговечностью.
Технология изготовления
Об основных этапах производства мы поговорили, а потому сейчас давайте обсудим каждый из них в отдельности. Чтобы приготовить первоначальную керамическую массу, выполняются следующие технологические операции: сырье тщательно очищается от посторонних минеральных и органических примесей, дробится и перемалывается. После этого наступает черед перемешивания и добавления различных присадок.
Формовка изделия
Формовка выполняется из жидких или пластичных керамических масс. У пластического формования имеется ряд преимуществ. В первую очередь это выражается в том, что можно делать изделия практически любых форм и размеров. Кроме того, для их изготовления можно приспособить даже самое простое и технологичное оборудование.
Что же касается литья, то для этого применяется масса с влажностью 34-36 %. Заливка производится в гипсовые формы. Это незаменимый способ для изготовления действительно сложных керамических изделий, форма которых физически не допускает применения прочих способов формовки. Кроме того, так производится плитка. Керамика для нее делается не из самых лучших сортов глины (ниже требования), но толщина готовых изделий должна быть как можно более равномерной.
Литье может быть как ручным, так и полностью автоматизированным. После первоначальной просушки продукцию вынимают из форм, после чего приклеивают различные декоративные и функциональные элементы, для присоединения которых используется специальный клей. В прошлом для этой цели применяли глиняное тесто, но оно обеспечивало не слишком высокую прочность.
Сушка
Сушка - наиболее ответственный этап, так как от правильности его проведения зависит как механическая прочность изделия, так и его декоративные характеристики. Разумеется, крайне важно и правильное распределение глазури, от которой зависит устойчивость изделий к воде, а также химическим агентам. Сушка - обязательное условие производства керамики. Для нее используют конвейерные, радиационные и камерные сушилки. Температура на всем протяжении процесса не должна превышать 70-90 °С.
Исключение составляет разве что плитка. Керамика в этом случае весьма толстая, так что в некоторых случаях допускается использование высокотемпературного режима на непродолжительное время.
Обжигание
Вторым по важности технологическим этапом является обжиг керамики. Цель - формовка черепка с точно заданными физико-химическими свойствами, закрепление красящего состава и глазури на поверхности. Обжигание важно тем, что в его ходе протекает множество физико-химических процессов, которые и предопределяют основные потребительские качества изделия. Обычно обжиг проводят в две ступени, но если на поверхность глазури была нанесена краска, проводится так называемый муфельный обжиг (третья ступень).
Первая ступень осуществляется при температуре от 900 до 1250 °С (в зависимости от вида и сорта керамики). Вторая ступень требует температурного режима от 1020 до 1410 °С. Последнее значение используется исключительно для фарфора. Прочую керамику редко обжигают в таком режиме, так как высок риск растрескивания. Если речь идет о среднестатистической красной глине, то изделия из нее и вовсе зачастую «жгут» однократно, при температуре не выше 960-1020 градусов по Цельсию.
Для обжига могут быть использованы печи для керамики двух типов: периодические (горны), а также непрерывные. Разновидностей последних очень много, но более всего распространены тоннельные и роликовые.
О различных дефектах
Специфика изготовления керамических изделий состоит в том, что на различных этапах производства возможно возникновение большого количества самых разнообразных дефектов. Бывают повреждения черепка, глазури или декоративного покрытия. Что касается дефектов черепка, то они чаще всего появляются еще на этапе первичной формовки и первоначальной просушки.
Какая-то часть производственного брака проявляется практически сразу, а пятна или что-то подобное появляются только после обжига. В связи с «капризностью» конечной продукции имеется требование жестко контролировать чистоту всех используемых на производстве инструментов.
Описание основных понятий
Глазурь - это специальные расплавы, которые наносятся на поверхность готового изделия. Толщина их составляет 0,12—0,40 мм. Назначение глазурей довольно разнообразно. Во-первых, поверхность плитки или посуды покрывается плотным декоративным слоем, который не только способствует возникновению приятного внешнего вида, но и значительно повышает механическую прочность. Кроме того, покрытие дает надежную защиту от физических и химических воздействий, что особенно актуально для хозяйственной посуды.
Под декорированием понимается нанесение декоративной окраски или узоров. Нередко в условиях используются фигурные штампы, с помощью которых массовое производство однотипных изделий. Для нанесения узора на края горшка используется штемпельный валик. Соответственно, заключительные операции заключаются в устранении мелких дефектов, шлифовке ножки и края.
Некоторые сведения о глазури и красках
Глазури подразделяются на прозрачные и непрозрачные разновидности, бывают они окрашенными и полностью бесцветными. Керамические краски применяют для украшения практически всех разновидностей изделий из обожженной глины. В основе их лежат или металлы, или их оксиды. При нагревании они образуют стойкие соединения, которые не только красивы, но и весьма долговечны. Такая керамика, отзывы о которой всегда прекрасны, с давних пор была украшением во многих зажиточных домах.
Краски делятся по способу их нанесения: или на слой глазури, или же под него. Как можно понять, в последнем случае красящий состав наносится непосредственно на черепок. Только потом его закрывают слоем глазури, а изделие обжигается в печи. Если состав наносится непосредственно на слой глазури, его фиксируют температурой не меньше 600-850 °С.
Что касается вспомогательных материалов, то их используют для изготовления форм для обжига и литья.
Сведения об изготовлении литейных форм
Чтобы изготовить достаточно прочные и качественные формы, используется формовочный гипс. Его делают, тонко измельчая порошок полуводного гидрата сернокислого кальция. Особенность такого гипса в том, что при смешивании с водой он должен превращаться в достаточно пластичное и упругое тесто. Но главное - этот состав должен схватываться в точно определенные сроки, что гарантирует действительно качественный обжиг. Если гипса по каким-то причинам нет, может быть использован карборунд. Допускается применение прочих огнеупорных материалов.
Вот Это такой материал, без которого невозможно себе представить ни одной кухни или ванной комнаты. Впрочем, есть и другая ее разновидность, изделия из которой могут быть настоящими украшениями любого дома.
Художественная керамика
Под «художественными» понимаются изделия, украшенные особенно тонким рельефом или лепниной. Конечно же, прочих отличий от обычной керамики фактически нет, но в технологии изготовления есть немало тонкостей. О них-то мы сейчас и поговорим.
Первоначальная подготовка сырья
Как вы понимаете, художественная керамика мало в чем отличается от своих «бытовых» аналогов, но при ее изготовлении нужно требовательнее подходить к отбору сырья. Все то же самое, что и в прошлом случае, но все операции выполняются более тонко. Кроме того, использовать следует исключительно мелкоизмельченный каолин (диаметр частиц менее 2 мкм).
Что это дает? Такой подход позволяет получать намного более пластичную массу, а также минимум в два раза увеличивает прочность просушенных изделий. Кроме того, следует брать только мелкий так как он резко уменьшает осадку готовой продукции, что для художественной керамики крайне важно.
Сушка художественной керамики
Как мы уже указывали в первой части статьи, сушка - один из самых важных этапов. Если говорить о художественной керамике, то это утверждение становится еще более актуальным. Следует знать, что усадочные явления при обжиге тонких изделий протекают неравномерно, что может привести к большим неприятностям, вплоть до порчи всего изделия. А потому крайне важно выбрать правильный режим нагрева, дабы художественная керамика не превратилась в кучу черепков.
Если изделия плоские, то их настоятельно советуется сушить исключительно в формах. Сперва их слегка подвяливают, пока будущая керамика не приобретет необходимой плотности, и только после этого ее можно вынимать и досушивать до влажности 1-2,5 %.
Чтобы проводить данный процесс массово, используют специальные конвейерные сушилки. В особенно сложных случаях высушивание проводится в устройствах, которые работают по периодическому принципу. Так делают ради того, чтобы тонкая керамика не пересохла и не треснула. Длительность сушки колеблется от 30 минут до трех часов.
Вот вы и узнали, что такое керамика. Это один из самых старых материалов, что когда-либо производился человечеством. Несмотря на свою древность, керамика весьма востребована и по сей день.
Загрузка...
