Производство костяного фарфора

ВСТУП

     Кераміка належить до найдавніших створіннь людини, народженим з його життєво необхідних потреб. У первісні часи її виробництво визначалося виключно чинниками користі. Творчих задумів спочатку не було. Високорозвинені культури давнини заявляли, однак, в цій сфері дуже певні претензії, з часом все більш посилюються. Експериментували не тільки в технологічному плані, але свідомо звертали увагу на художню цінність виробу. Удосконалювалося якість черепка, і одночасно зростало прагнення виробляти форми більш різноманітні, а оформлення зовнішньої поверхні робити багатшими. Так, зрештою, кераміка стає об'єктом художньої творчості, і починається її яскрава історія, неухильно спрямована всі до більш високих цілей.

     Вираз "кераміка" слід зводити до грецького позначенню глини, від якого походить і грецьке слово keramos - глиняний посуд. Під керамікою, отже, розуміються такі вироби, для яких глина (при нагоді каолін), змішана з польовим шпатом, кварцом або вапном, є головною сировиною. Ці вихідні речовини перемішуються і переробляються в масу, яка або від руки, або на поворотному колі формується і потім обпалюється. Фарфор - найблагородніший і найбільш досконалий вид кераміки. Залежно від складу фарфорової маси і глазур розрізняються твердий і м'який фарфор. Якийсь проміжний вид представлений так званим кістяним фарфором.

1 ХАРАКТЕРИСТИКА  ПОРЦЕЛЯНОВИХ ВИРОБІВ

  1.1 Історія  розвитку порцелянових виробів  

  Історія фарфору налічує більше 3-тисяч років. Початок виробництва порцеляни в Китаї відноситься приблизно до 6-7 століття, коли шляхом вдосконалення технологій і підбору вихідних компонентів стали отримувати вироби, що відрізняються білизною і тонкістю черепка. Китайські майстри вирішували проблему, з якого матеріалу робити посуд і кухонне начиння для привелигірованих верств суспільства. Дерево вважалося занадто простим, дорогоцінні метали недостатньо практичними. Таким чином один китайський майстер, у пошуках складу для нового виду виробів випадково відкрив рецептуру, яка в подальшому і була використана для виробництва тонкостінних керамічних виробів, в тому числі і порцеляни. Довгий час склад вихідної сировини тримався в таємниці, так що виробництво порцеляни за межі Китаю не виходила. Перші спроби європейців розгадати секрети китайських майстрів у виробництві порцеляни робилися ще в 15 столітті. Проте всі вони були марними аж до 17 століття. Саме ця епоха ознаменувалася великим відкриттям. Німецький алхімік Йоганн Фрідріх Беттер і вчений Еренфрід фон Чірінгауз розкрили таємницю приготування порцеляни, який, до речі, за якістю анітрохи не поступався китайському.

     Майже всі перші вироби з  німецької порцеляни були білого  кольору, покриття ніжною глазур'ю  і прикрашені ліпниною. Тобто  повністю копіювали зразки китайських  майстрів. Однак, завдяки художнику  Херольду, виробництво німецької порцеляни зробило великий крок вперед. Херольд не тільки значно удосконалив саму технологію виготовлення вихідної маси, але і зміг розширити палітру фарб і квітів. Такі зміни звернули на себе увагу навіть монарших осіб з інших держав. Більше не було необхідності замовляти фарфор з Китаю. До того ж, значно розширився і асортимент продукції. Це вже були не тільки сервізи, вази, а й порцелянові туалетні прилади, статуетки, годинник, прикрашений фігурками, бонбоньєрки, табакерки, прилади для письма і т.д.

     У країнах Європи з'являється безліч фабрик з виготовлення фарфорових виробів. Їх розвиток всіляко підтримують найясніші сімейства. І тільки англійські підприємства діють на комерційній основі. Та й сам фарфор власного виробництва «укорінився» в Англії набагато пізніше, ніж в інших європейських державах.

     В кінці 18 століття в Челсі випускаються англійські аналоги виробів у вишуканому східному стилі, а також в стилі рококо. Антикварні вироби цього періоду представлені оригінальними супницею у формі тварин або фруктів, овочів, тарілками з рослинними орнаментами, табакерками. А також: флаконами для парфумів, коробочками для шпильок, шпильок. А ось чайні та кавові сервізи першою стала випускати фабрика Вустер.

     На початку 19 століття Дж. Слоудом був винайдений англійська кістяний фарфор. Це дуже тонкий, «повітряний» фарфор незвичайної білизни.

1.2 Характеристика матеріалів для черепка та їх вплив на якість виробів  

  Сировинні матеріали, які використовуються для виготовлення фарфорових і фаянсових виробів, поділяються на пластичні і непластичні.До пластичних матеріалів відносяться: глини, каоліни і бентоніти. Ці матеріали в поєднанні з певною кількістю води утворюють пластичну масу, а після випалу здобувають міцність каменю.До охляли матеріалів відносяться: кварцовий пісок, мелений кварц, мелений бій неглазурірованной виробів, що пройшли випал (шамот), дегідратірованной глина (обоженная на температуру 600-750 ° С). Кількість отощающих матеріалів впливає на пластичність мас і перешкоджає скорочення розмірів виробів при сушці і випаленні.

    До плавним  відносяться матеріали, які при  максимальній температурі випалу  або плавляться і переходять  в розплав, або утворюють з  іншими матеріалами маси силікати (розплави), що сприяють утворенню  міцного матеріалу. Від кількості  утворюється розплаву залежить  ступінь спікання матеріалу. Плавнями  є польові шпати (альбіт, ортоклаз, анортіт), кварц-польовошпатова сировину, пегматити, сиеніти та ін.

     До глинистим  матеріалів відносяться глини,  каоліни і бентоніти. Глини  та каоліни - природні матеріали  полімінерального складу, що утворилися в результаті руйнування (вивітрювання) алюмосилікатних гірських порід (польових шпатів, пегматитів, гранітів та ін.)    

До найважливіших глинистих  мінералів відносяться: каолініт - Аl2О3 • 2SiO2 • 2Н2О, монтморилоніт - (Са, Mg) O • Аl2О3 • 4 - 5SiO2 • xН2О, гідрослюда (Ілліт) - К2О • MgO • 4Аl2О3 • 7SiO2 • 2Н2О і ін.

     Глини, що  складаються переважно з каолініту  або мінералів каолінітової групи,  називаються каолінами. Вони мають  ясно виражену кристалічну будову  і включають великі зерна кварцу. Від звичайних глин каолін  відрізняється високим вмістом  глинозему Аl2О3, меншою пластичністю  і має властивість підвищувати  білизну обпалених керамічних  виробів. Глини в порівнянні  з каолінами мають складніший  мінералогічний склад. У них  у вигляді домішок присутні  зерна кварцу, польових шпатів, слюди,  оксиди і гідроксиди заліза  і марганцю, вапняні і гібсовой включення та інші мінерали, а також органічні домішки (рослинні залишки - деревина, торф, вугілля та ін.)

     Зміст окису  кальцію (у вигляді карбонатів  і сульфатів кальцію) у деяких  глинах досягає 25%. Ці сполуки  кальцію скорочують період спікання  глин, що погіршує умови випалювання  керамічних виробів. Такий же  вплив на випалювання виробів  надає і окис магнію, що знаходиться  в глинах у вигляді карбонату  MgCO3 і доломіту MgCO3 • CaCO3. У незначних  кількостях у глинах зустрічається  у вигляді домішок сірчистий  ангідрид SO3. Однак якщо він знаходиться  в сполуках з магнієм або  натрієм, то він може шкідливо  впливати на міцність виробів.  Корисними домішками можна вважати  окис калію і окис натрію, які  служать плавнями, знижувальними  температуру випалу виробів і  додають їм більшу міцність. Окису  різних металів, наприклад марганцю, титану та ін, містяться в дуже невеликих кількостях і мало впливають на властивості глин. Взагалі на властивості глин впливає не тільки кількісний вміст тих чи інших оксидів, але і їх співвідношення.

     Домішки надають  великий вплив на властивості  глин. Так, при підвищеному вмісті  вільного кремнезему, не пов'язаного  з Аl2О3 в глинисті мінерали, зменшується єднальна здатність  глин, підвищується пористість обпалених  виробів і знижується їх міцність. З глин, що містять SiO2 більше 80-85% і Аl2О3 менше 6-8%, керамічні матеріалои отримати неможливо. З'єднання заліза, будучи сильними плавнями, знижують вогнетривкість глини. Вуглекислий кальцій СаСО3 знижує вогнетривкість, зменшує інтервал спікання і збільшує усадку при випалюванні, збільшує пористість і цим знижує міцність і морозостійкість виробів.

      Вода міститься  в глинах як у вигляді вільної,  так і хімічно пов'язаної, тобто  входить до складу глінообразующіх мінералів. Наявність в глині ​​тих чи інших мінералів дає можливість судити про кількість хімічно зв'язаної води і, отже, про відношенні до сушки і випалу. Від вмісту органічних речовин, що знаходяться в глині ​​у вигляді залишків рослин і гумусових речовин, також залежать втрати глин при випалюванні і, отже, усадка виробів. Крім того, підвищена кількість органіки знижує вогнетривкість глин.

     Найважливіші  властивості глин: пластичність, набухання  усадка, спікливість, вогнетривкість, здатність утворювати стійкі  суспензії.

     Пластичність - здатність глин утворювати з  водою тістоподібні маси, приймаючі  під тиском будь-яку форму і  зберігають її після висихання.  Пластичність залежить від мінералогічного  складу і дисперсності глин. З  пластичністю пов'язана здатність  глин утворювати з отощающими матеріалами (кварц, шамот тощо) міцну і тверду однорідну масу.

     За пластичності  глини бувають сполучні, пластичні,  худі та непластичні. Сполучні  глини, що мають найбільшу пластичність, не знижують своєї здатності  утворювати пластичне тісто при  добавці більше 50% непластічних матеріалів. У пластичні глини можна додавати до 50% непластічних матеріалів, не знижуючи здібності глини утворювати пластичне тісто, в худі - тільки до 20%. Непластичні глини не утворюють пластичного тіста.

     Набухання  - здатність глини збільшуватися  в об'ємі при змішуванні з  водою. Це властивість залежить  від мінерального і зернового  складу глин.

     Повітряна  усадка - це зменшення обсягу глини  та виробів з неї при сушінні,  а вогнева усадка - при випалюванні.  Повітряна та вогнева усадки  залежать від мінералогічного  складу глинистої речовини, дисперсності  і шлажності виробів. Повітряна усадка тим більше, чим вище пластичність глин. Повітряна усадка коливається від 1,5 до 13%, вогнева - досягає 23% від обсягу сирого зразка. Додавання отощающих матеріалів знижує усадку.

     Спікливість  глин полягає в їх здатності  при випалюванні утворювати каменеподібний тверде тіло (черепок), що характеризується високою механічною міцністю і хімічною стійкістю. Ступінь спікання залежить від складу глинистої маси та режиму випалу. Температура спікання у різних глин коливається від 450 до 1400 ° С. За ступенем спікання при температурі випалу 1350 ° С глини діляться на сільноспекающіеся, здатні при випалюванні давати черепок з водопоглинанням не більше 2%, среднеспекающіеся - з водопоглинанням не більше 5% і неспекающегося - з водопоглинанням більше 5%.

     Вогнетривкість - здатність глин протистояти, чи не розплавляючись, впливу високих температур. Вогнетривкість залежить від хімічного складу глин, дисперсності, наявності домішок.

     За вогнетривкості глини діляться на високовогнетривкі (температура плавлення 1700 ° С і вище), вогнетривкі (температура плавлення від 1580 до 1700 ° С), тугоплавкі (температура плавлення 1350-1580 ° С) і легкоплавкі (температура плавлення менш 1350 ° С).

     Адсорбційні  властивості характеризуються здатністю  глин поглинати з навколишнього  середовища і утримувати на  поверхні частинок глинистих  мінералів ті чи інші іони  і молекули. Адсорбційні властивості  глин залежать від їх складу  і дисперсності. Глини, утворені  за рахунок вулканічних туфів,  мають найбільш активними адсорбційними  властивостями.

     Бентонітові  глини утворилися в результаті  расстекловиванія і хімічного перетворення склоподібної фази вулканічного попелу або туфу. За своїми властивостями вони надзвичайно неоднорідні. Колір бентонітів - від білого до темно-коричневого. Бентоніт має здатність при замішуванні водою до 10 разів збільшуватися в об'ємі і перебувати тривалий час в підвішеному стані в шлікери. Його вводять в масу як пластифікуючі добавки. Введення в масу до 4% бентоніту дозволяє замінити пластичні глини каолінами і підвищити білизну фарфору. Бентоніт збільшує міцність напівфабрикату у висушеному стані. Його температура спікання 1100-1200 ° С, плавлення 1250-1400 ° С, тобто бентоніт є матеріалом (плавнем), інтенсифікує процеси спікання виробів у випалюванні. До складу бентонітів входять монтморрілоніт (основний мінерал) і домішки кварцу, слюди, польових шпатів, карбонатів і ін

     Якість майбутніх  виробів залежить від способу  збагачення сировинних матеріалів  і від дотримання технології  збагачення. Так, додавання в каолінову  суспензію коагулянтів призводить  до укрупнення і осадження  глинистих частинок, але одночасно  може викликати небажані явища,  що спостерігалися в заводській  практиці, наприклад, сприяє утворенню  заторів у шлікеропроводах і недоливу виробів при шлікерного лиття.

     Плавнями в  керамічних масах називаються  речовини, які сприяють спікання  черепка, утворюють у ньому  скловидну і кристалічну фазу, ущільнюючи і зміцнюючи черепок.

     Польові шпати  - універсальний плавень в технології  тонкої кераміки та у виробництві  глазурей. Земна кора складається більш ніж на 50% з польовошпатових порід, але родовища польових шпатів, придатних для керамічної промисловості дуже обмежені і в основному вичерпані. Представляють собою алюмосилікати лужних і лужноземельних металів.