Материалы для изготовления керамики
Производство керамики – это процесс, известный с давних времен, который заключается в создании большого ряда продукции преимущественно из естественных глин, в частности, в сочетании с добавками минеральной и органической природы. В ходе работы сырье обжигают до камнеобразного вида, также перед этим оно проходит ряд иных технологических этапов.
Виды керамики
В целом, в зависимости от структуры, керамика бывает тонкой (со стеклоподобным или из мелких зерен черепком) и грубой (с черепком из крупных зерен). Тонкая, в свою очередь, подразделяется на следующие подвиды: майолика, фаянс, продукты из камнемасс, фарфор, полуфарфор. Главный представитель грубой – гончарные изделия. Также отдельно можно выделить карбидную (карбиды W и Si), алюмооксидную, циркониевую (основанную на диоксиде циркония), нитридную (на основе алюмонитрида) и прочие подвиды керамики.
Фарфору характерны плотный спеченный черепок белого окраса (в ряде случаев присущ голубой оттенок) и малое влагопоглощение (до 0,2 %). Отличительная черта – тонкий приятный отголосок, возникающий при стуке. Края бортов фарфоровых изделий не заделываются глазурью. Основным сырьем для этого вида керамики выступают белая глина, песок, полевые шпаты и прочие добавки.
У фаянса черепок обладает пористостью 9-12 % и белым с желтизной цветом. Высокопористость объясняет полное покрытие фаянса не имеющей цвета глазурью небольшой термостойкости. В основном, из фаянса изготавливают посуду на каждый день. А сырьем для него выступают беложгущиеся глины совместно с мелом и белым песком. Между фарфором и фаянсом есть еще один подвид – полуфарфор – материал, характеризующийся черепком белого окраса и влагопоглощением 3-5 %. Задействуется также при создании посуды.
Майолика – это керамические изделия с черепком пористой структуры, небольшой толщей и влагопоглощением приблизительно 15 %. Поверхностям свойственны гладкость и блеск, они могут быть покрыты глазурями разных цветов и иметь объемный декор. Изготавливается майолика путем литья. А материалом для нее служат бело- и красножгущиеся глины. Первые – для фаянсового подвида, вторые – для гончарного. А также в работе используются плавни, мел и белый песок.
Гончарная керамика с черепком коричнево-красного окраса производится, соответственно, из красножгущихся глин. Ей свойственны высокая пористость и значительное влагопоглощение (до 18 %). Она может отделываться не имеющей цвета глазурью, иметь цветную роспись глиняными красками.
Технология изготовления
Основные этапы керамикопроизводства такие: создание шликера (рабочей массы), формирование предмета, высушивание, изготовление глазури и эмалирование плюс обжиг и сортирование по группам. Шликер создается согласно конкретному рецепту, являет собой смесь исходника и основу керамочерепка, который определяет форму изделия. Изначально необходимые для работы материалы дозируются, а после тщательно смешиваются. Вид полученной массы может быть как жидким, так и тестообразным. Формование предмета может происходить или пластическим путем, или в процессе литья с задействованием гипсоформ. Пластичное бывает ручным (ручное лепление + отминание по формам + вытяжка гончарным кругом) и механическим (с применением современной техники). Литье используют для создания сложных и с тонкими стенками изделий. Сформованным предметам обычно характерна влажность примерно 20-28 %. Поэтому их поддают сушению для достижения необходимого процента влаги. В результате высушивания они становятся прочнее, устойчивее к формоизменению и растрескиванию при обжигании. Очень важный технологический этап – обжиг, в ходе которого создается правильная структура черепка, обозначающая в дальнейшем тех. свойства изготавливаемого предмета (ячеистость, механическую крепость, термостойкость и т.д.). Обжиг может быть одно- и двукратным, а иногда и трехкратным. Третий, при t до 800 °С, необходим для фиксации красящих веществ и позолоты.
Сырье для керамической отрасли
Все сырье можно поделить на пластичное (глины и каолины) и непластичное. Главный материал, который необходим для создания всевозможной керамики – глины. Это объемная группа осадочных пород, которые формируются сверху земной коры в ходе всевозможных геопроцессов. Особое значение в керамикопроизводстве имеют пластичные свойства глины, обнаруживающиеся при ее сочетании с водой. Также ценно появление твердого черепка при обжиге. Каолин, как вариант глинистых пород, обладает таким отличием, как значительное количество в его составе глинозема. Именно он определяет максимальную белизну, без которой невозможно создание фарфора и фаянса. Стоит отметить, что чистая глина крайне редко используется при создании керамоизделий. Различные добавки, в том числе, отощающие материалы и плавни, задействуются для улучшения качественных характеристик керамики. Такие материалы, как плавни (полевые шпаты, известняк, карбонат магния, доломит, пирофилит) интенсифицируют появление в рабочей массе легкоплавких сочетаний веществ, отвечающих за улучшенное спекание черепка и уменьшение t обжига. Что касается отощающих материалов (белого песка, шамота, черепа), то они минимизируют усадку глины, предотвращают растрескивание в технопроцессах высушивания и обжига. Также они улучшают структуру и механические свойства. Кроме того, задействуются в керамикопроизводстве для придания особых свойств: - стеклообразователи, например, свинцовый сурик или бура; - порообразующие добавки, являющиеся одновременно и отощающими (древесные опилки, угольный порошок, торфяная пыль); - пластификаторы, в частности, бетониты и ПАВ; - спец. добавки, в том числе, оксиды металлов.
Вспомогательные добавки для изготовления керамики
Калийная селитра (нитрат калия). Неорганическое соединение в виде твердого не имеющего цвета вещества с легкой гигроскопичностью и отсутствием запаха. Отлично растворяется в воде, не растворяется в чистых этиловом спирте и эфире. Нитрат калия вводят в состав глазурей для керамических изделий, сплавляя ее с другими компонентами.
Борная кислота. Белая твердая масса, состоящая из бесцветных кристаллов. Растворению поддается в глицерине, этиловом спирте и диэтиловом эфире. Применяется для создания глазури, в которую привносит блеск, снижает кислотоустойчивость и расположенность к «цеку», а также увеличивает термическую стойкость и уменьшает ТКЛР глазури. Она не только улучшает качество, увеличивает хим. и механическую прочность, но и упрощает производственный процесс, уменьшает расходование энергетических ресурсов и количество брака, способствует лучшему сцеплению глазури и обрабатываемой поверхности.
Оксид кобальта (окись кобальта). Кристаллическая порошкообразная масса. Цвет может варьироваться от серо-зеленого до черного. В воде и иных растворителях не растворяется, растворению поддается лишь в разведенных кислотах и медленному – в горячих щелочах. В керамическом изготовлении окись кобальта задействуют для создания подглазурной краски (передглазурное покрытие). Такое применение обуславливает устойчивость пигмента к большим температурам. Совместно с другими веществами, зависимо от их совокупности и пропорций, дает разные цвета: синий, серо-голубой, зеленый и черный.
Сульфат кобальта (кобальт сернокислый). Твердое гигроскопичное кристаллическое вещество. Цвет – от розового до красного. Растворение в воде – хорошее, но медленное, в этиловом спирте и концентрированной H2SO4 – плохое, в глицерине и метиловом спирте – несколько лучшее. Это вещество активно применяется для окрашивания керамики. Его вводят в состав фаянсовых масс и глазурей.
Оксид магния. Внешне это белые кристаллические структуры, рыхлая порошкообразная масса, не растворяющаяся в воде. Данное вещество вводят в состав рабочей массы для придания пригодности глинистому сырью. Оно меньше влияет на качество керамических изделий, нежели, скажем, оксид кальция. Но, все же, в некоторой степени воздействует на микроструктуру керамики.
Оксид меди (II) (основной оксид меди). Черный или коричнево-бурый порошок, образованный кристаллами. В воде не растворяется. Активно применяется в качестве пигмента в фарфоровом направлении керамикопроизводства. Его добавляют в состав керамики, в частности, фарфора, а также в эмали и стекло для получения зеленого или голубого окраса. Также его задействуют в создании медно-рубинового стекла.
Бихромат натрия (натрий двухромовокислый). Насыщенная неслеживающаяся порошкообразная масса, сформированная кристаллами. Цвет – от ярко-оранжевого до темно-красного. Отлично растворяется в воде и полярных растворителях. В производстве керамики ценна роль данного вещества как неорганического пигмента.
Оксид никеля (окись никеля). Внешне это кристаллическая порошкообразная масса разных оттенков зеленого цвета. В воде не растворяется. В керамике используется для создания коричневых тонов. Также его вводят в шихту для изготовления керамических изделий, чтобы увеличить механическую прочность и минимизировать испаряемость.
Сурик свинцовый (оксид свинца (II, IV)). Тяжелый порошок, имеющий насыщенный оранжевый окрас. Вводится в состав глазурей, является сильным плавнем, содействующим розливу. Однако при этом он в разы уменьшает твердость глазури, делает ее растворимой в кислотах.
Оксид сурьмы (ІІІ) (триокись сурьмы). Вещество, сформированное белыми кристаллами. В воде не растворяется. Входит в состав оптических стекол и эмалей. Служит покрытием-пигментом для фарфоровых изделий. В электропромышленности находит применение при изготовлении немагнитного фарфора.
Оксид хрома (ІІІ) (хромовая зелень). Очень твердая тугоплавкая порошкообразная масса. Цвет – зеленый. В воде не растворяется. В состав глазури для керамики вводится для получения зеленого окраса.
Оксид цинка. Белый порошок, состоящий из бесцветных кристаллов. В воде не растворяется. При нагревании желтеет. Оксид цинка широко применяем в производстве керамики и стекла. Его вводят в состав глазури для придания блеска, при этом, хим. устойчивость ее несколько понижается. Кроме того, на основе данного соединения часто разрабатываются керамические материалы для термоэлектрического применения.
Тальк. Мягкий молотый порошкообразный состав белого цвета. Керамическое производство, главным образом радиоизоляционное, является важной сферой использования талька. Применяется он в качестве наполнителя керамической плитки, посуды, фарфорово-фаянсовых, сантехнических и электрокерамических изделий, а также глазури. Качественный тальк отличается высокой прочностью и термоустойчивостью, улучшенными электроизоляционными характеристиками, возможностью создавать экологическую продукцию, за счет отсутствия в его составе амфибол и кристаллического кварца, небольшого количества тяжелых металлов.
Остались вопросы по теме «материалы для изготовления керамики»? Обращайтесь! С радостью поможем найти на них основательные ответы!
