Технология производства фарфора

Введение  

Фарфор - основной представитель  тонкой керамики. Характерные признаки фарфора - белый цвет с синеватым  оттенком, малая пористость и высокая  прочности, термическая и химическая стойкость и природная декоративность. Его особенности определяются химическим составом и строением черепка, которые  зависят от назначения изделия, условий  их эксплуатации и предъявляемых  к ним требований.

Фарфор обладает высокой механической прочностью, химической и термической стойкостью, электроизоляционными свойствами и применяется для  изготовления высококачественной посуды, художественно-декоративных и санитарно-технических  изделий, электро- и радиотехнических деталей, коррозионностойких аппаратов  химической технологии, низкочастотных изоляторов и т. д.

     Фарфор обычно получают высокотемпературным обжигом тонкодисперсной смеси каолина, полевого шпата, кварца и пластичной глины (такой фарфор называется полевошпатовым). Термин «фарфор» в англоязычной литературе часто применяется и к технической керамике: цирконовый, глинозёмный, литиевый, борнокальциевый и др. фарфор, что отражает высокую плотность соответствующего специального керамического материала.

     Фарфор также различают в зависимости от состава фарфоровой массы на мягкий и твёрдый. Мягкий фарфор отличается от твёрдого не твёрдостью, а тем, что при обжиге мягкого фарфора образуется больше жидкой фазы, чем при обжиге твёрдого, и поэтому выше опасность деформации заготовки при обжиге.

     Твёрдый фарфор богаче глинозёмом и беднее флюсами. Для получения необходимой просвечиваемости и плотности он требует более высокой температуры обжига (до 1450 °C). Мягкий фарфор более разнообразен по химическому составу. Температура обжига достигает 1300 °C. Мягкий фарфор используется преимущественно для изготовления художественных изделий, а твёрдый обычно в технике (электроизоляторы) и в повседневном обиходе (посуда).

   Одним из видов мягкого фарфора является костяной фарфор, в состав которого входит до 50 % костяной золы, а также кварц, каолин и т. д., и который отличается особой белизной, тонкостенностью и просвечиваемостью.

   Фарфор, как правило, покрывают глазурью. Белый, матовый не покрытый глазурью фарфор называется бисквит. В эпоху Классицизма бисквит употреблялся в качестве вставок в мебельные изделия 

ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА 

1.  Подготовка сырьевых материалов

     Состав керамической массы и метод ее подготовки определяют исходя из назначения из назначения изделия, его формы и вида сырья. Цель подготовки сырья - разрушение природной структуры материалов до мельчайших частиц для получения однородной массы и ускорения взаимодействия частиц в процессе фарфорообразования. Ее проводят в основном пластическим способом, который обеспечивает получение равномерной по составу массы.

Пластичные материалы (глину, каолин) распускают в воде в  лопастных мешалках. Полученную массу  в виде суспензии пропускают через  сито (3600 - 4900 отверстий на 1 см2) и  электромагнит для удаления крупных  включений и железистых примесей.

Отощающие материалы  и плавни сортируют, освобождают  от посторонних т вредных примесей. Кварц, полевой шпат, пегматит и другие компоненты подвергают обжигу при температуре 900-1000шС. При этом кварц претерпевает полиформные изменения, в результате которых растрескивается. Это, во-первых, облегчает помол, а во-вторых, позволяет  удалить куски, загрязненные железистыми  примесями, так как при обжиге кварц с примесями железистых соединений приобретает желто-коричневый цвет.

Каменистые материалы, в том числе и фарфоровый бой, промывают, подвергают дроблению и  грубому помолу на бегунах, после  чего просеивают. Тонкий помол производят в шаровых мельницах с фарфоровыми или уралитовыми шарами. Для интенсификации помола в мельницу вводят поверхностно-активную добавку - сульфитно-спиртовую барду (от 0,5 до 1%), которая, заполняя микротрещины, оказывает как бы расклинивающее действие. Помол ведут до остатка 1-2% на сите с 10 000 отверстий на 1 см2.

Пластичные и отощающие  материалы, плавни и фарфоровый бой  тщательно смешивают в мешалке  пропеллерного типа. Однородную массу  пропускают через сито и электромагнит  и обезвоживают в специальных  фильтр-прессах или вакуум-фильтрах. Полученную пластичную массу влажностью 23-25% направляют на две недели на вылеживание  в помещение с высокой влажностью. При вылеживании происходят окислительные  и микробиологические процессы, гидролиз полевого шпата и образование  кремниевой кислоты, что способствует разрыхлению массы, дальнейшему  разрушению природной структуры  материалов и повышению пластических свойств массы. После вылеживания  массу обрабатывают на массомялках  и вакуум-прессах для удаления включений воздуха, а также пластичности и других физико-механических свойств, необходимых для формирования изделий.

2. Виды фарфора

    В зависимости от состава фарфоровой массы и глазури различаются твердый и мягкий фарфор. Некий промежуточный вид представлен так называемым костяным фарфором.

     Твердый фарфор содержит в основном два исходных материала: каолин и полевой шпат (чаще всего в соединении с белой слюдой; относительно легко плавится). К этим основным веществам добавляется кварц или песок. Свойства фарфора зависят от пропорции двух главных веществ: чем больше каолина содержит его масса, тем труднее ее плавить и тем она тверже. Смесь эту перемалывают, замешивают, промалывают и затем высушивают до степени способного к принятию формы тестообразного состояния. Возникает пластичная масса, которую можно либо отливать в формах, либо обтачивать на гончарном круге. Готовые предметы обжигают дважды: сначала без глазури при температуре 600-800 градусов С, потом с глазурью – при 1500 ⁰С. В качестве плавней используют полевой шпат или пегматит.

«Иногда для усиления просвечиваемости дополнительно вводят доломит, известковый шпат. Покрывают  твердый фарфор, твердой глазурью. Тонкие сорта покрывают глазурью из шпата без извести, поэтому  изделия получаются матовыми, молочно-кремового  оттенка. А вот более простые  сорта покрывают совсем прозрачной известковой глазурью. Глазурь и  фарфоровая масса состоят из одних  веществ, только в разной пропорции. Благодаря этому они соединяются  и глазурь ни отбить, ни отслоить уже нельзя» .

    Твердый фарфор отличается крепостью, сильной сопротивляемостью жару и кислотам, непроницаемостью, прозрачностью, раковистым изломом и, наконец, чистым колокольным звуком. Изобретён в Европе, в 1708 году в Мейсене Иоганном Фридрихом Бётгером.

     Мягкий фарфор, называемый также художественным или фриттовым, состоит преимущественно из смесей стекловидных веществ, так называемых фритт, содержащих песок или кремень, селитру, морскую соль, соду, квасцы и толченый алебастр. По истечении определенного времени плавки к этой массе добавляется мергель, содержащий гипс и глину. В принципе, значит, речь идет о плавленом стекловидном веществе с прибавкой глины. Всю эту массу размалывают и фильтруют, доводя до пластичного состояния. Отформованный предмет обжигается при 1100-1500оС, делаясь сухим и непористым. Глазурь преимущественно из стекла, те есть из легкоплавкого вещества, богатого окисью свинца и содержащего, кроме того, песок, соду, поташ и известь. Уже глазурованные изделия подвергаются вторичному обжигу при 1050-1100оС, когда глазурь соединяется с черепком. По сравнению с твердым, мягкий фарфор прозрачнее, белый цвет еще более нежного, иногда почти сливочного тона, однако жароустойчивость этого фарфора ниже. Излом прямой, причем неглазурованная часть в изломе зерниста. Начальный европейский фарфор в большинстве был мягким, чему примером прекрасные и очень ценимые изделия севра. Изобретен он в XVl веке во Флоренции (фарфор Медичи).

    Костяной фарфор представляет собой известный компромисс между твердым и мягким фарфором. Его состав открыт в Англии и там же около 1750 года началось его производство. Кроме каолина и полевого шпата, он содержит фосфат извести из пережженной кости, делающий возможной более легкую плавку. Обжигается костяной фарфор при 1100-1500оС. Итак, речь идет по существу о твердом фарфоре, но таком, который путем перемешивания пережженной кости делается мягче.

     Его глазурь в основе та же, что на мягком фарфоре, но содержит, кроме окиси свинца, некоторое количество буры для лучшего соединения с черепком. При соответствующем калильном жаре эта глазурь плавится и прочно соединяется с черепком. По своим свойствам костяной фарфор занимает промежуточное положение между твердым и мягким фарфором. Он выносливее и тверже мягкого фарфора и менее проницаем, но с ним у него общего довольно мягкая глазурь. Цвет его не такой белый, как у твердого фарфора, но белее, чем у мягкого. Впервые костяной фарфор применен в 1748 году в Бау Томасом Фраем.

     Из выше изложенного можно сделать вывод; что основных, для изготовления фарфора, существует три вида, которые отличаются по составу, температуре обжига и используются для разных видов изделия. Так же для каждого вида изготовляется своя глазурь. 
 

ТЕХНОЛОГИЯ  ПРОИЗВОДСТВА ФАРФОРА 

1. .  Производство фарфора

Производственный  процесс изготовления керамических изделий состоит из нескольких этапов:

•         подготовка сырья;
•        приготовление массы;
•       формирование изделия, обжиг;
•       глазурование и декор.

Подготовка сырья  заключается в очистке исходных материалов от примесей, тщательном измельчении, просеивании, сушке и т. д. Приготовление  массы состоит из смешивания сырьевых материалов в определенных пропорциях и перемешивании смеси с водой  до получения однородной жидкой фарфоровой массы. Массу пропускают через сито, очищают (электромагнитом) от примесей железа и обезвоживают (на фильтр-прессах или вакуум-прессах) для получения формовочного теста.

Далее следует процесс  формования изделия. Существует несколько  способов формования изделия:

·   свободное  формование на гончарном круге;

·   пластическое формование ручным оттиском в форме;

·    пластическое формование во вращающейся гипсовой форме с помощью формующего шаблона  или ролика;

·   Формование сосуда способом кругового налепа. Формование способом шликерного литья  в гипсовые формы;

·   изготовление керамических изделий сочетанием нескольких способов формовки.

Способ свободного формования керамических изделий на гончарном круге заключается  в механическом воздействии рук  гончара на заготовку глины в  виде пластического теста. Вначале  мастер готовит гончарный круг к  работе. Первая стадия - первичная обработка  заготовки. Затем формуют внутреннюю полость изделия, края заготовки, вновь  внутреннюю полость. После этого  мастер вытягивает заготовку до нужной высоты. Во время всех этих операций он вращает ногой или приводным  механизмом гончарный круг. Заканчивается  процесс отделкой наружных поверхностей, подрезкой дна, сушкой. Во время сушки  изделие можно украсить лепными  деталями печатками, отштампованными  налепками.

Пластическое формование ручным оттиском осуществляется с помощью  гипсовых форм. Формы могут быть открытыми и разъемными; открытые применяют для формования плоских  изделий; разъемные - при выработке  изделий по объемным моделям сложных форм.

Пластическое формование во вращающейся гипсовой форме с  помощью шаблона или ролика происходит следующим образом. Форму, раскрывающуюся на две половины, в собранном виде устанавливают во вращающуюся чашу станка. Во внутреннюю полость формы  подают ком глины, рассчитанный на объем  изготавливаемого изделия. В полость  формы опускают формующий шаблон, который равномерно распределяет глиномассу во внутренней стороне формы, после чего поднимают и выводят из формы. Затем форму с изделием снимают с установочного станка, сушат, раскрывают, изделие вынимают и продолжают дальнейшую обработку (приставка деталей - носиков, ручек, крышки и другая дополнительная монтировка).

Формование способом шликерного литья в гипсовые формы  основано на свойстве гипса, впитывать  влагу, и способности глины при  снижении влажности переходить из жидкого  шликера в состояние пластического  теста. Изделия формуют следующим  образом. Шликер заливают во внутреннюю полость гипсовой формы, в результате чего происходит перераспределение  влаги между шликером, который  отдает влагу, и гипсовой формой, которая  эту влагу впитывает. После перераспределения  влаги на внутренней рабочей поверхности  гипсовой формы из шликера образуется слой глиномассы, переходящей в состояние  пластического теста. Когда форма "набрала" заданную толщину слоя глиномассы, шликер выливают из внутренней полости формы, а слой глиномассы на внутренней поверхности формы  остается. Этот слой загустевшего шликера  представляет собой отформованное  пустотелое керамическое изделие - сырец. По мере высыхания находящийся в  форме сырец, уменьшаясь, отделяется от ее стенок.