2. Виды керамических материалов

Керамика как поликристаллическое твердое тело состоит в общем случае из трех основных фаз: основной - кристаллической, состоящей из зерен, стекловидной аморфной - в виде прослоек располагающихся между зернами, и газовой - в виде пор между зернами, окруженными прослойками аморфной фазы. Основное отличие различных керамических материалов заключается в различном составе и соотношении между собой всех трех фаз, определяющих свойства керамического изделия. Структура, т. е. строение керамического тела, зависит от состава сырья и технологии данного материала.

Керамические материалы принято различать прежде всего по дисперсности (т. е. размерам) элементов структуры. Если керамика состоит из мелкодисперсных зерен, ее излом однороден и частицы мало различимы, то такой материал относится к тонкокерамическим. Напротив, если в структуре керамики наблюдаются крупные зерна, сама структура неоднородна, перед нами грубокерамическое изделие.

Для грубокерамических изделий характерны не только крупнодисперсная структура, но и видимое отсутствие аморфной стекловидной фазы. Это значит, что для производства таких изделий не используют (или используют в малом количестве) плавни (флюсы), образующие в процессе обжига жидкую фазу. Такие изделия имеют достаточно высокую пористость, редко покрываются глазурью, чаще ангобом. Типичными изделиями, относящимися к этому классу, являются шамотные.

Для связывания зерен шамота в шамотных изделиях используют глины, замешивая предварительно смоченные водой зерна шамота с нужным количеством глины до образования пластичной массы.

Формуют изделия способами лепки или набивки, реже полусухого прессования и шликерного литья. Спекание проводят при достаточно высоких температурах - до 1200°С. Из шамотированных масс изготавливают скульптуры малых форм, кирпичи, напольные вазы и т. п.

Часто к грубокерамическим изделиям причисляют гончарные (табл.2), имеющие относительно высокую пористость и изготавливаемые из легкоплавких глин без применения каких-либо других компонентов помимо небольших добавок кварцевого песка. Гончарные изделия формуют способами пластического формования и обжигают при температурах до 1000°С. Изделия нередко покрывают ангобами и глазурями, получая разнообразную посуду, украшения и сувениры.

К грубокерамическим изделиям причисляют также терракоту - однотонный неглазурованный материал, изготавливаемый из качественных малоусадочных глин, имеющих равномерную окраску и относительно высокую температуру плавления. Иногда терракоту покрывают ангобом. Формуют изделия способами пластического формования, преимущественно набивкой в гипсовые формы и обжигают при температурах около 1000°С. Из терракоты производят бытовые, строительные и художественные изделия: изразцы, скульптуру, плитки и т. п.

Как гончарные изделия, так и терракоту, изготовленные из качественных глин без примеси крупных частиц, можно причислить также к тонкокерамическим изделиям, что говорит об условности такого деления.

Таблица 2 Основные виды материалов хозяйственно-бытовой и строительной керамики Вид материала Керамические изделия Особенности Гончарная керамика Бытовые и декоративные Пористые, мелкозернистые, с естественным цветом глины, часто неглазурованные Терракота Декоративные и архитектурные Пористые, мелкозернистые, с моделированным цветом глины, неглазурованные Каменные керамические изделия Строительные и бытовые Плотные, мелкозернистые, непропускающие воду, часто глазурованные Шамотные изделия Декоративные и Архитектурные Пористые, грубозернистые, чаще светлые, иногда глазурованные Майолика Бытовые, декоративные, архитектурные Пористые, мелкозернистые, глазурованные, ярко окрашенные. Материал цвета глины или более светлый Фаянс Бытовые, декоративные и строительные Глазурованные, непросвечивающиеся. Пористый, мелкозернистый материал белого цвета Фарфор Бытовые и декоративные Глазурованные полупросвечивающиеся. Плотный, мелкозернистый материал белого цвета

Типичный представитель группы тонкокерамических изделий - фаянс имеет свою разновидность - шамотированный фаянс, занимающий промежуточное положение между грубо - и тонкокерамическими материалами. Этот материал, называемый фаейртоном, содержит в исходном сырье наряду с пластичной глиной и каолином большое количество зерен шамота. Изделия формуют способами пластического формования и шликерного литья, покрывают ангобом для устранения шероховатости и грязноватого цвета, после чего глазуруют и обжигают при температурах выше 1250°С. используют фаейртон для производства крупногабаритных санитарных изделий, например, ванн, раковин и т. п.

Фасадные изделия, прежде всего керамические плитки, кирпичи, профили и камни должны обладать невысокой пористостью, для того чтобы противостоять воздействию атмосферы. Для их получения используют массы, содержащие помимо глин и кварцевого песка добавки плавней - полевого шпата, пегматита и т. п., что приводит к образованию в процессе спекания плотного низкопористого керамического тела (“черепка” по заводской терминологии). Такие изделия формуют различными способами: прессованием, литьем, пластическим формованием. Обжиг проводят при температурах от 950° до 1250°С в зависимости от вида применяемого сырья. Эти изделия, за исключением некоторых видов черепицы и фасадного кирпича, можно отнести к тонкокерамическим. Их часто ангобируют и глазуруют, иногда последовательно выполняя эти операции.

Еще один вид тонкокерамических изделий - каменные или тонкокаменные, в производстве которых используют в качестве сырья смесь тугоплавких глин, каолинов, шамота, кварцевого песка и плавней - полевого шпата или пегматита. Иногда их состав ограничивают тугоплавкой глиной. Изделия формуют различными способами и обжигают один или два раза (для получения глазурованного изделия) при максимальной температуре обжига 1230-1300°С. Несмотря на присутствие в некоторых составах шамота, изделия характеризуются плотноспекшимся телом. Таким образом изготавливают посуду, вазы и т. д.

В изделиях типа Веджвуд в качестве сырья используют пластичные светложгущиеся (белого или кремового цвета после обжига) глины с разнообразными добавками, играющими роль плавней. После ангобирования и декорирования изделия воспроизводят фактуру природных камней (яшмы, мрамора, базальта и др.). На таком фоне эффектно смотрятся накладные белые рельефные вставки.

Часто Веджвудом называют прозрачный в тонких слоях английский костяной фарфор, содержащий костяную золу и обжигаемый на бисквит.

Фаянсом называют мелкопористый керамический материал белого цвета (название от итальянского города Фаэнца). Различают полевошпатовый фаянс, в состав сырья которого входит полевой шпат, и глинистый - с большим содержанием в исходном сырье глинистых материалов. Известен также известковый фаянс - с небольшим содержанием в сырьевой смеси мела или доломита. Полевошпатовый фаянс называют твердым фаянсом, два других - мягкими фаянсами. Основное сырье для производства фаянса - тугоплавкие беложгущиеся глины, каолины, кварцсодержащие материалы. Плавни используют в малых количествах, вводя для твердого фаянса немного полевого шпата, для известкового - мела или доломита, для глинистого фаянса плавни поступают в массу со значительным количеством глины. Изделия формуют шликерным литьем или раскаткой. Обжигают в два приема, причем температура утельного обжига (от 1100°С для известкового фаянса до 1280°С для полевошпатового фаянса) на 100-180°С превышает температуру политого обжига. Фаянсовые изделия обязательно глазуруют из-за значительной пористости.

Полуфарфор отличается от фаянса добавками большого количества полевых шпатов или иных плавней (талька и т. д.), но по составу и технологии близок к полевошпатовому твердому фаянсу. Полуфарфор менее порист, чем фаянс.

Известен также низкотемпературный фарфор, образующий после обжига непросвечивающее прочное белое керамическое тело. В состав сырья для его производства помимо глинистых материалов входят кварц и полевой шпат. Низкотемпературный фарфор, относящийся к группе мягких фарфоров, обжигают при температурах 1160 - 1200°С, как при утильном, так и при политом обжиге, что делает его похожим на фаянс.

Майоликой называют изделия из цветной обожженной глины с крупнопористым телом, покрытые эмалью или глазурью (название от острова Мальорка). По составу сырья майолика подобна фаянсу, однако для ее производства используют легкоплавкие окрашенные глины. Для производства белой майолики полученный фон маскируют ангобом или используют беложгущиеся глины. Температура политого обжига для майоликовых изделий 900-1000°С, что позволяет применять большую палитру цветных глазурей. Изделия (посуда, вазы, плитки для облицовки и т. д.) формуют всеми способами, преимущественно литьем и раскаткой.

Фарфором называют белый плотноспекшийся материал, просвечивающий в тонких (1-3 мм) слоях. Различают твердый и мягкий фарфор, в составе первого преобладают глинистые вещества (до 65%), остальные компоненты - кварц и полевой шпат распределены примерно в одних пропорциях; в составе мягкого фарфора преобладают полевые шпаты, как правило, до 45% (до 65% - лишь в фарфоре под названием “париан”), примерно такое же количество глинистых, остаток - кварц. Большое содержание плавней приводит к образованию значительного количества стекловидной фазы, отсюда - просвечиваемость фарфора. Температуры политого обжига твердого фарфора 1320-1450°С, мягкого- 1250-1300 °С, утильного обжига - 900-1000° С. Высокие температуры обжига и большое количество расплава ведут к образованию игольчатых кристаллов муллита - двойного оксида алюминия и кремния. С образованием этой фазы резко возрастает механическая прочность изделия. Образование соединений, близких по составу к муллиту, наблюдают практически во всех керамических материалах, в состав которых входят глины, каолины, кварц, однако лишь в фарфоре процесс муллитообразования идет наиболее полно.

Выпускается фриттовый фарфор, в состав исходной массы которого входит до 70-80% фритты. Такой фарфор имеет структуру близкую к стеклу, температура утильного обжига составляет 1230-1250°С, политого - 1150°С.

Высокие температуры обжига фарфора сужают палитру подглазурных керамических красок и глазурей, применяемую для его декорирования. Основное преимущество фарфора с декоративной точки зрения - его белизна. Чтобы реализовать это преимущество, исходные материалы подвергают тщательной магнитной сепарации (процессу удаления красящих железосодержащих примесей), а обжиг фарфора ведут в регулируемой газовой среде. В начале обжиг ведут в окислительной газовой среде для выжигания всех органических примесей и углерода, затем в восстановительной для перевода неудаленного при обогащении рыжего оксида железа в закись железа голубоватого цвета и, наконец, в нейтральной среде.

Бисквитный фарфор отличает отсутствие глазурного покрытия, его редко расписывают, чаще оставляют белый цвет изделия, подобный цвету мрамора. В его составе присутствует большое количество полевых шпатов или фритты. Обжиг ведут в одну стадию при температуре 1250-1300°С.

Многообразие видов керамических изделий обусловлено прежде всего многообразием методов керамической технологии, включая декорирование, позволяющих из исходного сырья, незначительно различающегося по своему химическому составу (в основном, гидроалюмосиликаты и оксид кремния), создать различные типы структур, которые определяют свойства изделий.

В табл.3 приведены примерные соотношения исходных компонентов и температуры обжига основных видов керамических материалов. При всем различии приведенные в табл.3 виды изделий можно разбить на две условные группы, наиболее яркими представителями которых являются фаянс и фарфор. Материалы, попадающие в первую группу, имеют более высокую температуру утельного обжига, в процессе которого в основном заканчивается спекание керамического тела. Политой обжиг обычно проводиться при более низких температурах с применением широкой палитры легкоплавких глазурей. К этой группе относится кроме фаянса майолика. Материалы второй группы – фарфор, каменные и фасадные изделия, как правило, имеют низкую температуру утильного обжига (900-1000°С), который служит для предварительного спекания изделия. Более высокая температура политого обжига сужает палитру применяемых глазурей и повышает долю брака на окончательной стадии производства в общем объеме брака.

Некоторые из материалов (например, каменные изделия, полуфарфор, и некоторые другие) можно обжигать однократно, покрывая глазурью прочные высушенные изделия. Конкретные составы масс могут обжигаться при температурах, неуказанных в таблице, не все материалы требуют обязательного глазурования, - поэтому данные табл. 3 носят рекомендательный, но исчерпывающий характер.

Таблица 3 Составы и параметры обжига основных видов керамических материалов Вид изделия Содержание компонентов в исходной смеси, % Температура обжига, оС Глинистых Кварцевых Плавней Утильного Политого Гончарные изделия 80-100 0-20 - 300-950 900-1200 Терракота 80-100 Шамот 0-20 - 900-1000 - Шамотные изделия 30-70 Шамот 30-70 - 1250-1350 1250-1350 Каменные изделия 40-50 Шамот 24-45 5-15 900-1000 1230-1300 Фасадные изделия 20-70 0-10 8-65 900-1250 950-1100 Майолика 32-44 28-42 15-35 1040-1050 880-1000 Фаянс (в целом) 35-85 15-48 0-20 1050-1280 1000-1180 Глинистый 75-85 15-25 - 1230-1250 1150-1180 Известковый 35-55 30-45 5-20 1060-1160 1000-1160 Полевошпатный 40-65 25-55 3-12 1230-1280 1000-1180 Смешанный 35-60 30-48 6-12 1180-1230 1000-1140 Полуфарфор 45-59 23-30 10-20 1230-1280 1000-1120 Фарфор (в целом) 25-68 8-45 9-65 900-1000 1200-1450 Низкотемпературный 41-46 18-30 45-52 750-1250 1160-1180 Мягкий 25-50 10-45 30-55 900-1000 1200-1250 Фарфор “Веджвуд” 25-30 - 70-75 1200-1300 1120-1180 Фарфор “Париан” 33-40 - 60-67 1200-1250 Твердый 34-65 12-40 16-30 900-1000 1320-1400

Литература

2015-02-09 fireplace.su камины и печи 4.36 (авторизуйтесь, чтобы поставить оценку)


Советуем прочитать:

up
Наличие и цена
Заполните форму ниже и закажите обратный звонок
Ваше имя
Заполните пож-ста поле ИМЯ !
Ваш телефон
Укажите пож-ста Ваш телефон !