Технология получения тонкой керамики

Плитки для  полов (называемые также металлическими) относятся к изделиям со спекшимся  черепком. Они отличаются высокими плотностью, прочностью, сопротивлением истиранию и поэтому применяются главным образом в санитарных узлах жилых зданий, общественных зданиях с высокой интенсивностью людских потоков, коммунальных и иных предприятиях с влажным режимом (бани, прачечные, мясокомбинаты)  и промышленных зданиях с повышенными требованиями к чистоте помещений.

При изготовлении плиток для полов используются тугоплавкие  и огнеупорные глины и различные  добавки; каолин, кварцевый песок, пегатит, нефелин-сиенит. Кроме того, пр изготовлении цветных плиток применяют красители  – хромовую и железную руду, пиролюзит  и др.

Технологический процесс изготовления плиток для  полов вкючает пять технологических  пределов: подготовку порошка, прессование  плиток, их сушку, обжиг, сортировку и  упаковку. Различают три способа  проихводства плиток: сухой, пластический и шликернный. Которые отличаются способами подготовки прессовочного порошка.

Сухой способ подготовки прессовочного порошка при использовании так называемых глин-натуралов, т.е. пригодных для производства плиток без каких-либо добавок и красителей. Процесс подготовки порошка по этому способу включает следующие операции: склад глины → дробление глины (стругач, зубчатые или дезинтеграторные вальцы) → сушка глины (сушильный барабан) → помол глины (центробежная ил ротационная мельницы, бегуны сухого помола) → просев глины (сито-бурат) → вылеживание порошка (бункера).

Пластический  способ применяют при необходимости введения в глину добавок, регулирующих термические свойства глины, или красителей. Из глины приготовляют сухим способом порошок по приведенной выше схеме, а добавки готовят в виде шликера, которым замачивают глиняный порошок до состояния пластического теста. Из него затем формуют валюшки (заготовки), сушат их, размалывают и просеивают для получения прессовочного порошка.последовательность операций при пластическом способе следующая.

Шликерный способ обеспечивает наиболее тесное перемешивание компонентов при многокомпонентной шихте и наибольшую однородность массы как по свойствам, так и по цвету. Способ является наиболее надежным для изготовления цветных плиток, а также при использовании глин, характеризующихся непостоянством состава и требующих его усреднения в процессе подготовки порошка. При этом способе готовят отдельно шдикеры из глины (путем ее распускания в пропеллерных мешалках), из твердых добавок и из красителей, затем шликеры дозируют и смешивают, а смесь их сушат в распылительных сушилках.

Схема приготовления  порошка шликерным способом имеет следующий вид:

Прессование плиток

Прессование происходит в две ступени при  давлении : I ступень 40-60 и II ступень 220-300 кГ/. Сброс давления между I и II ступенями прессования обеспечивает удаление из прессуемого порошка воздуха, что исключает его запрессовку. Предел прочности при изгибе спрессованной плитки должен быть не ниже 6 кГ/.

Сушки плиток. Наиболее лучшими показателями обладают туннельные вагонеточные сушилки. В них сушат плитки либо без капселей, укладывая их стопками на деревянные полки вагонеток, либо в капселях. Длительность  сушки без капселей составляет 12-14, а в капселях 24 ч.

Наиболее  совершенными для сушки плиток являются конвейерные сушилки ленточного типа с однорядгой сушкой плиток и  отоплением панельными или микрофакелными газовыми горельками. Длительность сушки в них плиток для полов составляет 16 – 24 мин. Плохо спрессованная плитка в этих сушилках взрывается, благодаря чему они одновременно с сушкой автоматически предотвращают поступление плохо спрессованных плиток в обжиг.

Обжиг плиток. Более 80% плиток для полов обжигают на действующих заводах в вагонеточны туннельных печах открытого пламени со штабельным обжигом, или, как их принято называть, в туннельных печах “нормального сечения”. В таких печах плитки для полов обжигают в капселях или на этажерках и в стопках. Температура обжига составляет 1100 – 120С, длительность обжига 40 – 45 ч.

Наиболее  прогрессивным является однорядный обжиг плиток, для которого  экспериментировался  два типа печей – роликовые  и с шагающим подом ппри однорядом  обжиге плиток для полов р роликовой  печи длительность обжиг может быть сокращена до 30 мин.

Обоженные пликти сортируют и упаковывают в  бумагу по 10 -20 шт., пакеты перевязывают шпагатом. Эти операции недавно выполнялся вручную, однако уже созданы экспериментальные образцы автоматов для их механизации – сортировочный автомат плиток для полов СМ-801, упаковочный автомат для полов СМ-860.

2.6. Виды грубых керамических материалов.

Терракота

Терракота – разновидность грубой керамики. Она известна с эпохи  неолита, т.е. более 5 тыс. лет до н.э. Слово терракота итальянское. Его дословный перевод означает обожженная земля. Терракота выпускается промышленностью в виде неглазурованных однотонных керамических изделий с пористым черепком красного, коричневого или кремового цветов. Цветовой оттенок терракоты в значительной степени зависит от условий обжига. Ее водопоглощение от 8 до 10%. Глины для производства терракоты распространены довольно широко. В современном строительстве терракота используется в виде архитектурно-декоративных изделий и применяется для художественной отделки интерьеров, оформления садов и парков в виде вставок, розеток, барельефов, плиток для стен и садовых дорожек, камней для оград и штакета для клумб.

При обжиге глины в атмосфере  углеводородов, образующихся, например, при сжигании смолистых корней хвойных  деревьев, можно получить керамические изделия серебристо-черных тонов. Этот цвет обусловлен графитом, образующимся при каталитическом разложении углеводородов  на поверхности раскаленной глины. Данным приемом исстари пользовались украинские кустари-гончары, изготавливая свою известную черную неглазурованную  керамическую посуду.

Дренажные трубы

Дренажные трубы применяют при  мелиоративных работах в сельском хозяйстве, при осушении торфяных болот, а также при осушении местности  под зданиями и сооружениями.

Их изготавливают из кирпичных  глин, не содержащих гальки. Их пористость может достигать 20%. Дренажные трубы  чаще всего делают гладкими, неглазурованными, без раструбов для укладки  впритык. Иногда выпускают глазурованные  трубы с отверстиями для воды и фланцами. Эти трубы более  прочные и менее размокают  в сырых грунтах.

Майолика

Майолика близка по свойствам и  качеству к терракоте, только в отличие  от последней покрыта глазурью. Глазурь  придает изделию влагонепроницаемость, предохраняет от загрязнений, улучшает внешний вид, повышает прочность. Для  грубых керамических изделий, к числу  которых относится и майолика, доступной и дешевой является соляная глазурь. Для ее нанесения  на поверхность изделия в топку  раскаленной печи (1040...1180°C) вводят каменную соль (NaCl) и водяной пар. При этой операции в окислительной атмосфере цвет изделия будет коричнево-желтым, а в восстановительной – серым. Изделия, покрытые соляной глазурью, имеют неровную поверхность, что снижает качество изделий. При соляном глазуровании происходит гидролиз хлорида натрия и хорошие глазури имеют состав от Na₂O·0,5Al₂O₃·2,8SiO₂ до Na₂O·Al₂O₃·5,5SiO₂.

Полноценная глазурь – прозрачное бесцветное или окрашенное стекловидное покрытие, хорошо растекающееся при  нанесении на черепок. Глазурь обеспечивает изделию гладкость поверхности  и декоративный эффект. Прочности  сцепления глазури с черепком способствует оксид кальция CaО. Он приводит к образованию промежуточного слоя, воспринимающего и гасящего напряжения, возникающие между глазурью и  черепком при быстрой смене температур вследствие различных коэффициентов  температурного расширения. Поэтому  в майоликовых массах для производства печных кафелей (для которых неизбежны  частые температурные перепады) содержание CaО доходит до 37...38%.

Глазури можно рассматривать как  неопределенного состава химические соединения кремнезема с другими  оксидами. Состав наиболее распространенных глазурей можно выразить соотношением основных компонентов: 1(M₂О + M΄О):(0,5...1,4)Al₂O₃:(5...12)SiO₂, где М – ионы щелочных, а M΄ – ионы щелочно-земельных металлов, а также Pb (II), Fe (II), Низкие пределы Al₂O₃ и SiO₂ характерны для фаянсовых глазурей, а высокие – для фарфоровых. Как правило, глазурь наносится на уже обожженное фарфоровое или фаянсовое изделие, после чего проводят дополнительный обжиг. При этом обжиге глазурь реагирует с черепком с образованием промежуточного слоя, который обеспечивает их сопряжение.

Высказываются предположения, что  слово «майолика» происходит от острова  Мальорки в Средиземном море –  главного центра по экспорту испано-мавританской керамики в Италию. Майолика широко применялась уже в 2...1 тысячелетии  до н.э. в Ассиро-Вавилонии, затем  в Средней Азии, позднее в Испании  и Италии. В X...XII вв. в Киевской Руси майолику использовали для облицовки стен, настилки полов, обрамления оконных и дверных проемов в церковных и дворцовых зданиях. В наше время она широко применяется для отделки интерьеров общественных и промышленных зданий. Со временем на поверхности майолики появляется сетка волосяных трещин, что свидетельствует о большом различии коэффициентов температурного расширения глазури и черепка.

Терракотовые и майоликовые  изделия часто имеют сложную  конфигурацию. Для ее придания изделия  отливают в гипсовых формах или штампуют на прессах в металлических пресс-формах.

Фаянс

До изобретения фарфора фаянс  был самым ценным керамическим материалом. От фарфора он отличается гораздо  большим содержанием глины (до 85%) и характеризуется гораздо более  высокой пористостью, водопоглощением (до 20%), а также меньшей, по сравнению  с фарфором, механической прочностью. Температура обжига фаянса значительно  ниже (вплоть до 950°C), чем температура  обжига фарфора. В зависимости от качества глины цвет фаянса изменяется от белого до кремового. По причине  высокой пористости фаянсы всегда покрывают  глазурью. Поэтому некоторые виды майолики приближаются к фаянсу. Глазурь  может быть прозрачной, цветной или  глушоной. Введением в состав фаянсовой  массы шамота – алюмосиликатного материала, содержащего 30...45% оксида алюминия Al₂O₃ и 54...70% диоксида кремния SiO₂, получают шамотированный фаянс, который обладает повышенной термостойкостью и устойчивостью к ударам. Из такого фаянса изготавливают ванны, раковины и другие санитарно-технические изделия.

Название «фаянс» произошло  от города Фаэнца (Северная Италия), в  окрестностях которого в XIV...XV вв. было широко развито керамическое ремесленничество. В третьей четверти XVI в., вследствие восхищения китайским фарфором, который ввозился в Италию через Венецию, в Фаэнца налаживается и интенсивно развивается производство белой майолики. Однако нужно иметь в виду, что в это время в Европе майоликовые изделия называли фаянсовыми.

Фаянс, производившийся в Европе, характеризовался непросвечиваемостью. Персидский фаянс, производство которого прошло длительную эпоху подъема  и расцвета (с X по XVII вв. н.э.), имел хорошо просвечивающий черепок. Он готовился из массы, богатой кварцем, с небольшими добавками остекленной после обжига глины. На всех старинных фаянсовых изделиях на глазури имеется сетка мелких трещин. (Специалисты называют сетку этих трещин – цеком. На фарфоровых глазурях цек встречается гораздо реже.) Для коллекционеров и ценителей керамики сетка трещин служит признаком возраста изделия. Причиной разрыва глазури и образования трещин является склонность фаянса к обратимому поглощению влаги и набуханию, вследствие чего объем черепка увеличивается в пределах 0,016...0,086%.

Фарфор

Фарфор – самая благородная  керамика. Это материал, состоящий  из каолина, глины, кварца и полевого шпата. Его характерные признаки: белый цвет, отсутствие пористости, высокая прочность, термическая  и химическая стойкость. Для хозяйственного фарфора ценится просвечиваемость. Различают две основные разновидности  фарфора.

1. Твердый – с небольшими  добавками плавня (полевого шпата)  и потому обжигаемый при сравнительно  высокой температуре (1380...1460°C). Масса  классического твердого фарфора  состоит из 25% кварца, 25% полевого  шпата и 50% каолина и глины. 2. Мягкий – с повышенным содержанием  плавней, обжигаемый при температуре  1200...1280°C. Кроме полевого шпата  в качестве плавней используют  мрамор, доломит, магнезит, жженую  кость или фосфорит. С увеличением  содержания плавней возрастает  количество стекловидной фазы  и потому улучшается просвечиваемость  фарфора, но снижаются прочность  и термостойкость. Глина сообщает  фарфоровой массе пластичность (необходимую  для формования изделий), но снижает  белизну фарфора. В качестве  эталона для оценки белизны  фарфора используют свежеосажденный  сульфат бария BaSO₄. Белизна характеризуется интенсивностью рассеивания света, которая регистрируется фотометром.

Благодаря прекрасным декоративным свойствам, фарфор привлек внимание европейцев с начала XVI в., когда он впервые был привезен в Европу португальскими купцами из Китая – родины фарфора. В Китае же он был известен уже в 220 г. до н.э. В сравнительно больших количествах китайский фарфор стал ввозиться в Европу в середине XVI в. Естественно, что в разных странах Европы были попытки открыть секрет производства фарфора. Рецептуру европейского фарфора разработал в 1703 г. немецкий физик Эренфрид Чирнгауз, который в 1707 г. привлек к своим работам Беттгера. В 1708 г. Чирнгауз внезапно умирает и Беттгер выдает себя за изобретателя состава и технологии производства фарфора. В 1715 г. он основывает знаменитую и по сей день Майсенскую фарфоровую фабрику.

В России состав фарфора был разработан Д.И. Виноградовым в 1746 г. и налажено его производство на императорском заводе под Петербургом (ныне фарфоровый завод им. М.В. Ломоносова).

Природа создала благоприятные  предпосылки для изобретения  фарфора именно в Китае. Дело в  том, что в провинции Цзянь-си близ города Дзинь-дэ-чжэнь имеются  неисчерпаемые запасы уникального  минерала – «фарфорового камня», благоприятный  состав которого значительно упрощает составление композиции фарфоровой массы. Конечно, в любом ремесле  есть свои секреты и нюансы. Например, для улучшения формовочных свойств  сырья фарфоровая масса, шедшая на изготовление знаменитого китайского фарфора  «яичной скорлупы», т.е. изделий с  очень тонкими стенками, выдерживалась  в закрытом состоянии в земле  по 100 лет!