вопросы материаловедение. 1. Классификация керамических изделий по свойствам (перечислить, знать основные отличия) (билет 1, 11, 15, 23)
 Скачать 0.82 Mb.
|
|
среда обжига. 1. Окислительную среду создают, обеспечивая свободный доступ воздуха; 2. Восстановительную - недостатком воздуха в печи (в случае газовой печи); 3. Нейтральную, если доступ воздуха минимален. Среда оказывает большое влияние на химические процессы, происходящие в обжигаемом изделии, меняет его цвет и другие свойства. Особое значение в придании фарфору белизны играет период обжига в восстановительной среде, при котором происходит переход рыжего оксида железа (III) Fe2O3 в синий (II) FeO. Большинство керамических изделий обжигают в условиях свободного доступа воздуха, т. е. в окислительной среде. Физический смысл стадии обжига керамики заключается в процессе спекания - образования из отдельных дисперсных частиц, связанных в отформованном изделии прослойками технологической связки, монолитного плотного поликристаллического тела. После обжига изделие приобретает свои основные свойства: механическую прочность, твердость, необходимый цвет; форму изделия уже нельзя изменить, не разрушая его. Первая стадия обжига - нагрев изделия до температуры выдержки - наиболее ответственная. Именно в течение этой стадии из изделия удаляется оставшаяся после сушки вода и начинается физико-химические превращения материала, в первую очередь - удаление химически связанной, т. е. включенной в структуру соединений, воды. Большинство керамических изделий изготавливают из традиционных сырьевых материалов, прежде всего глин. В составе глин находится много воды, которая при нагревании будет удаляться из материала в виде паров. Процесс удаления воды называют дегидратацией. Он происходит и при сушке, но тогда удаляется свободная (механически связанная) и физически связанная с частицами глины вода, т. е. не входящая в их химическую структуру. Дегидратация глин проходит при их нагревании до температур 600-800 градусов С, в этом диапазоне температур в процессе обжига удаляется химически связанная вода. До температуры 800 градусов С происходят наиболее резкие изменения объемах глинистых частиц и модификационные превращения кварца (бета- SiO2 в альфа-SiO2). До температуры 900 градусов С с выделением газообразных продуктов идет разложение карбонатов, часто содержащихся в глинах, и окисление примесей органического происхождения (остатков растений, угля и т. п.). Поэтому процесс нагрева изделий ведут достаточно медленно, не превышая 100 град/ч и нередко делая промежуточные выдержки. Конечная температура обжига и время выдержки при этой температуре в основном определяются температурой спекания материала, из которого изготовлено керамическое изделие. Обычно полноту спекания определяют по объему открытых, т. е. сообщающихся с поверхностью, пор. Чем меньше таких пор осталось в изделии после обжига, тем лучше спекся материал. Охлаждение изделия после выдержки при максимальной температуре в зависимости от материала и габаритов обжигаемого изделия ведут либо по особому режиму, постепенно снижая температуру и делая остановки - выдержки при температурах модификационных превращений образовавшихся в процессе обжига фаз, либо охлаждая изделия вместе с печью. (Так, например, переход кварца из альфа-формы в бета-форму происходит при 575 градусов С и сопровождается значительным изменением объема, в результате чего может быть разрушено изделие.) Контроль над температурой в печи осуществляют различными способами, из которых самый распространенный - контроль с помощью термопары. Термопара представляет собой металлическую проволоку из особых сплавов, две жилы которой спаяны, и спай помещен в контролируемую зону печи. Свободные концы проволоки выведены за пределы нагреваемой зоны и соединены с прибором, показывающим преобразованный сигнал, поступающий от спая термопары. Термопара, находящаяся в печи, спрятана в огнеупорный чехол, защищающий ее от агрессивной среды печи. Используются также пирометры - приборы, позволяющие по излучению, исходящему от нагретого изделия, определить его температуру. Пирометры устанавливают напротив небольших окошек – «гляделок» в корпусе или дверце печи. Если термопарой или пирометром можно определить температуру непосредственно во время обжига изделия, то пироскопами (конусами Зегера) - небольшими конусами, отформованными из масс определенных составов, можно определить максимальную температуру достигнутую в обжиге, рассматривая после обжига степень деформации пироскопа. Каждый конус, согласно своему номеру, при определенной температуре деформируется, касаясь своей вершиной подставки. С помощью пироскопов удобно измерять температурное поле в рабочем пространстве печи и определять места, где нежелательно ставить изделия из-за их возможного пережога или недожога. Как в промышленных, так и в большинстве небольших печей, используемых в мастерских, для удобства и высокого качества обжига используют регуляторы мощности, соединенные с задатчиками температуры. Достаточно установить время достижения определенных температур и после пуска печи автоматика будет поддерживать заданный режим обжига. Количество точек с заданными параметрами (температура и время ее достижения) может колебаться от двух до нескольких десятков в зависимости от материала и формы изделия. Крупногабаритные изделия сложной формы требуют сложного режима обжига. Основная проблема выбора режима обжига - не только определение температуры и времени выдержки, достаточных для спекания материала, но и предотвращение образования дефектов в процессе нагрева и охлаждения изделия. Происходящая при обжиге усадка - огневая усадка, должна протекать равномерно, не приводя к образованию трещин. После образования единого керамического тела на стадии охлаждения опасность представляют не только возможные модификационные превращения отдельных минералов, образовавшихся в материале, но и растрескивание изделия в местах концентрации напряжений из-за слишком резкого охлаждения. Таким образом, для получения высококачественного керамического изделия необходимо тщательно отрабатывать режим обжига - скорость нагрева и охлаждения, время и температуру выдержки, среду обжига. 6. Фарфор (виды, состав, t обжига, основные свойства, применение) (билет 2, 6, 17, 22) Фарфор - разновидность керамики, изделий из тонкой белой глины (каолина) со спёкшимся «остеклованным» (из-за присутствия в шихте полевого шпата и кварца) после обжига около 900—1000° С, звонким и полупрозрачным в тонких слоях (в отличие от фаянса и полуфаянса) «черепком»: профессиональный термин, обозначающий неглазурованную обожжённую массу: бисквит, либо массу, покрытую прозрачной свинцовой глазурью. В сравнении с керамическими изделиями из обожженной глины и фаянса фарфор обладает отличительными свойствами: ● имеет стекловидную фактуру на изломе черепка; ● Белизна, механическая твердость, плотность; ● полупрозрачен — при визуальном исследовании хорошо видны утолщения и рисунки со стороны, обращенной к свету; ● имеет прочность и упругость в пустотелых изделиях бо́льшую, чем предметы из других видов керамики; ● при необходимости позволяет изготавливать изделия с чрезвычайно тонкими стенками без потери прочности и упругости; ● тонкостенные изделия из фарфора обладают выдающимися акустическими свойствами: при ударе извне фарфоровое изделие издает тонкий мелодичный звук Состав и разновидности: Состав: каолин, кварц, полевой шпат. Фарфор получают путём обжига крупнодисперсной смеси каолина (Al 2 O 3 *2SiO 2 *2H 2 O), кварца (SiO 2 ), полевого шпата (ряд К[AlSi 3 O 8 ] — Na[AlSi 3 O 8 ] — Са[Al 2 Si 2 O 8 ]) и пластичной глины (в основном каолин, с включениями ионов-хромофоров). В зависимости от состава фарфоровой массы фарфор также делится на мягкий и твёрдый. Мягкий фарфор отличается от твёрдого не только химическим составом, но и более низкой температурой обжига, а также повышенной хрупкостью и чувствительностью к колебаниям температуры. Твердый фарфор (47—66 % каолина, 25 % кварца и 25 % полевого шпата) - используется для производства высококачественной посуды, обладает высокой белизной, твердостью и хим. стойкостью. Обжиг от 1320-1450 градусов С. Твёрдый фарфор используется обычно в технике (электроизоляторы) и в повседневном обиходе (посуда). Мягкий фарфор (более разнообразен по химическому составу и состоит из 25—40 % каолина, 45 % кварца и 30 % полевого шпата) - имеет высокую просвечиваемость, высокую белизну, блеск, широкую палитру красок. Используется для изготовления художественных изделий. Термическая и химическая стойкость ниже, чем у твердого, так как в нем находится большое количество флюса (полевой шпат), из-за чего т.о. ниже, чем у твердого - t обжига 1250-1280 градусов С. Одним из видов мягкого фарфора является костяной фарфор. Костяной фарфор внешне отличается особой тонкостью стенок, которые слегка просвечиваются, если сквозь них смотреть на источник света. Посуда из костяного фарфора не только тоньше, но и заметно легче, чем аналогичные изделия из обычного фарфора. Состав: каолин, глина (10%), полевой шпат, костяная зола (50%). Обжиг: 1 обжиг - 1280 градусов С; 2 обжиг - 1160 градусов С. У такого фарфора очень низкие эксплуатационные свойства: не термостоек, низкая механическая прочность. Зато больше эстетических качеств: просвечиваемость, бежевый цвет. Костяной фарфор впервые был разработан в Китае, где был известен под названием «яичная скорлупа». Для получения тонкостенного фарфора там могла использоваться не только костяная зола, но и собственно перетёртая яичная скорлупа, которая и дала общее название этому типу фарфора, и рыбья чешуя. Затем в англии в 18 веке. Фарфор, как правило, покрывают глазурью. Белый, матовый, не покрытый глазурью фарфор называется бисквитом. 7. Фаянс (состав, t обжига, основные свойства, применение) (билет 3, 19) Фаянс - тонко-керамические изделия из беложгущихся глин. Имеет пористую мелкозернистую структуру, практически не просвечивает. В неглазурованном виде впитывает и пропускает воду. Двухкратный обжиг: 1 обжиг без глазури t 1250-1280 градусов; 2 обжиг с глазурью t 1100-1140 градусов. В зависимости от состава и температуры обжига фаянс может быть: мягким, твердым, глинистым, шамотным и известняковым. Фая́нс (фр. faïence, от названия итальянского города Фаэнца, где производился фаянс) — керамические изделия (облицовочные плитки, архитектурные детали, посуда, умывальники, и др.), имеющие плотный мелкопористый черепок (обычно белый), покрытые прозрачной или глухой (непрозрачной) глазурью. Для изготовления фаянса применяются те же материалы, что и для производства фарфора (меняется лишь соотношение компонентов), и сходная технология (различия в режиме обжига). Высшим сортом фаянса считается Опак. Для изготовления твердого фаянса используются высококачественные глины (50 – 65%), полевой шпат и кварц (примерно 10%). Такие изделия отличаются высокой прочностью и долговечнее других. Чаще всего из твердого фаянса выполняют посуду. В состав мягкого фаянса входит больше глины (75 – 83%). (Отличием фаянса от фарфора является пропорция компонентов, которые добавляют в сухую смесь. В его составе больше примесей, чем основы — глины. В составе настоящего фарфора глина преобладает, а искусственных добавок, которые могут быть вредными, токсичными, намного меньше.) 8. Виды декорирования керамических изделий (живописный, скульптурный, технологический – описание, сущность, преимущества и недостатки, оборудование) (билет 3, 9) Для придания изделию окончательного вида его подвергают декорированию - процессу украшения рельефом, глазурью, росписью и т. д. Декорирование осуществляют разными методами: Скульптурными - созданием рельефа, контррельефа, гравировкой и т. д. Декорирование скульптурными методами производят на свежеотформованном или подвяленном изделии, находящемся в кожетвердом состоянии. Живописными - росписью керамическими красками, ангобами, глазурями и т. д. Декорирование живописными методами ведут на высушенном, обожженном, глазурованном изделиях. Технологическими, которые не только украшают изделие, но и улучшают его свойства - покрытие изделий глазурями, ангобами, эмалями, люстрами. После основного декора на изделиях - телах вращения часто выполняют отводку, проводя кистью круговую полоску или узкий орнамент (арабеск) на изделии, установленном на турнетке - небольшом столике с площадкой в виде диска, имеющего возможность вращения. Поворачивая одной рукой изделие на диске турнетки, другой выполняют отводку. Особенно распространена отводка золотом. Декалькомания - способ печатания многоцветных изображений с помощью перевода на изделие рисунков с деколи - бумаги с клеевой основой. При смачивании водой деколи, нанесенной на изделие, смазанное особой мастикой, бумажный слой отделяется, оставляя на изделии рисунок, выполненный керамическими красками. После обжига рисунок прочно припекается к изделию. Шелкографией называют способ нанесения на изделие рисунка с помощью сетчатых трафаретов, через которые продавливают краску, прижимая их к изделиям роликом или иным способом. Наибольшее распространение этот способ получил для декорирования плоских изделий. Декорирование штампом проводят, прижимая каучуковое клише с заранее нанесенной на него краской к изделию. Этим методом наносят несложные одноцветные рисунки и узоры. Для нанесения сложных и многоцветных рисунков можно использовать аэрографию - нанесение рисунка разбрызгиванием краски на наложенный на изделие трафарет. Распыление краски проводят сжатым воздухом с помощью специальных устройств - аэрографом в шкафах с вентиляцией и краскоуловителями. Для многоцветной печати необходимо использовать несколько трафаретов. Существует также метод перевода печати - переноса рисунка, выгравированного на металле и заполненного керамическими красками на изделие через увлажненную папиросную бумагу. 9. Шликерное литье керамических изделий (виды, описание метода литья, преимущества и недостатки, оборудование) (билет 3, 8, 22) Формование керамических изделий способом шликерного литья состоит в получении из сырьевых компонентов устойчивого литейного шликера, наполнения им пористой гипсовой формы и выдержки для набора массы на внутренней поверхности формы. После значительного обезвоживания массы в результате всасывания воды под действием капиллярных сил в мелкие поры гипсовой формы заготовка уменьшается в размерах (“дает усадку”) и приобретает прочность, достаточную для разборки формы и сушки изделия перед обжигом. 1.Перед заполнением гипсовая форма должна быть высушена при температуре не выше 65°С и иметь остаточную влажность не менее 4%. Если форму пересушить, процесс набора массы будет идти слишком быстро с образованием дефектов. Различают два способа шликерного литья: Наливной, при котором количество шликера, залитого в форму должно быть достаточно для полного формования изделия, и Сливной, при котором избыточное количество шликера выливается (или отсасывается с помощью вакуума) из формы после заранее определенного времени. Первым способом чаще формуют толстостенные и сплошные изделия, например, скульптуры, вторым - большинство полых и тонкостенных изделий: посуду, вазы и т. п. В формах для наливного способа предусмотрена верхняя полость с избытком шликера, поступающего в форму по мере набора массы - так называемая прибыль. 2.Как было уже сказано, литейный шликер (т. е. шликер готовый для литья в форму) должен быть однороден, не содержать крупных частиц, способных быстро оседать, так как при этом произойдет его расслаивание. Литейный шликер должен содержать как можно меньше воды, но при этом легко заливаться в форму. Минимальное содержание воды в литейных шликерах обеспечивают введением электролитов - химических соединений, влияющих на взаимодействие частиц глин с водой, и регулированием вязкости (текучести) шликера путем изменения основности (рН) среды. При использовании малых количеств (не более 0,5%) таких электролитов, как сода (Na2CO3), силикат (Na2SiO3) или полифосфат (Na3PO4) натрия и др., удается снизить влажность шликеров до 30-33% , тогда как шликер с такой же вязкостью и текучестью из распущенной глины без электролита имеет влажность от 40 до 65%. 3.Приготовленный шликер поддерживают во взвешенном состоянии (т. е. не допуская оседания твердых частиц), используя механические пропеллерные и лопастные мешалки, перемешивающие большие количества шликера в бассейнах. При перемешивании важно избежать захвата лопастями мешалок воздуха, который может образовать пузыри в отливках. 4.Наполнение шликером гипсовой формы ведут таким образом, чтобы не захватывать воздух, не создавать сильной струи - медленно и непрерывно, желательно слегка меняя ее направление. Необходимо дать время для выхода воздуха из узких частей формы, не прерывая при этом процесса литья. 5.После наполнения формы шликером начинается процесс набора массы - образование слоя массы на внутренней поверхности формы. При этом вода, содержащаяся в шликере, всасывается в микропоры (размером 1,5-5 мкм) гипсовой формы. 6.Когда необходимая толщина заготовки достигнута, при сливном способе литья избыток шликера медленно сливают, поворачивая форму по окружности, чтобы не оставлять следов на поверхности заготовки в виде натеков или удаляют с помощью вакуума (в литьевых автоматах). После набора массы влажность образованного на поверхности формы слоя составляет 18-24%. Однако форму еще нельзя разобрать, не разрушив заготовку. |