вопросы материаловедение. 1. Классификация керамических изделий по свойствам (перечислить, знать основные отличия) (билет 1, 11, 15, 23)
 Скачать 0.82 Mb.
|
|
7.После набора массы наступает второй период - закрепления заготовки. Обычно его проводят в течение более длительного времени - от часа до нескольких суток, исходя из массивности изделия и условий, в которых содержится форма. Форму с заготовкой оставляют на стеллажах мастерской (цеха) или сушат принудительно в сушильных шкафах или сушилах при температурах до 60-65°С. После первого периода сушки - подвялки, когда заготовка отдаст еще несколько процентов воды (слегка “усядет”) и ее поверхности отойдут от стенок формы, форму можно разбирать. Заготовка приобретет прочность, достаточную для того, чтобы можно было взять ее в руки не смяв и не оставив на ее поверхности глубоких следов. Это так называемое “кожетвердое” состояние, в котором заготовка может быть обработана: на ней можно вырезать контррельеф или отверстия, налепить рельеф или приставить детали, ее можно отполировать или придать ее поверхности особую фактуру, наконец, можно замыть или зачистить дефекты поверхности. Приставные, т. е. приклеиваемые детали должны быть из той же самой массы, а их влажность должна соответствовать влажности заготовки. Склеивание ведут тем же шликером, для густоты и увеличения склеивающей способности в него добавляют декстрин. Операции по удалению дефектов на отформованной, иногда высушенной, но не обожженной заготовке называют оправкой. Замывкой называют удаление с помощью влажной губки натеков, швов от разъема формы и т. д., зачисткой - обработку наждачной бумагой, металлической сеткой или металлическим инструментом (ножом, скребком, шпателем, клюшкой и т. д.). Широко применяется литье в гипсовые формы под давлением, ускоряющим процесс набора массы. 10. Глина. Классификация глин для керамических изделий (билет 4, 10, 12, 18) Глина - относится к осадочным породам, состоящим из гидроалюмосиликатов – с общей химической формулой nAl2O3·mSiO2·zH2O. В глинах присутствуют примеси кварцевого песка, полевых шпатов, карбонатов, некоторых оксидов и органических остатков. Глиняные частицы имеют малый размер (0,01- 10 мкм) и в основном пластинчатую форму. Они способны включать воду не только в свою химическую структуру (химически связанная вода), но и удерживать ее вокруг частиц в виде тонких прослоек (физически связанная вода). Это качество определило способность глины, затворенной водой, обладать свойством пластичности. Пластичность - способность изменять свою форму под воздействием нагрузки без разрушения и удерживать форму после прекращения действия нагрузки. Цвет глины. Цвет сырых глин в зависимости от характера примесей разнообразен: бывает белым, желтым, зеленым, красным, коричневым, синим и других промежуточных тонов. Цвет, сообщаемый глине примесями органического происхождения, не имеет существенного значения в керамической практике, так как при проведении обжига они выгорают. Цвет глины после обжига играет большую роль в производстве художественной керамики. Выделяются связующие глины, пластичные, непластичные и тощие. Самыми высокими показателями обладают связующие глины, которые сохраняют способность образования пластичного теста даже при добавлении больше 50% непластичных компонентов. У пластичных глин этот показатель составляет до 50%. Тощие глины теряют пластические качества в случае, когда примеси превышают 20%. Непластичные глины характеризуются тем, что вообще не образовывают пластичное тесто. У гончаров существует такое понятие, как границы пластичности. Верхняя характеризуется содержанием в глине такого количества влаги, при котором она начинает растекаться. При нижней границе влаги в глине настолько мало, что тонкие валики или нити, скатанные из глины, не соединяются друг с другом. На гигроскопические способности глины влияет другое ее важное качество — пористость, которая определяет способность глины к поглощению или испарению воды. Концентрация в глине влаги определяет такие свойства, как набухание и усадка. Набуханием специалисты называют увеличение глины в объеме, при ее смешивании с водой, степень которого определяется минеральным и зерновым составом глин. Процесс уменьшения размеров изделия без изменения формы в процессе его высушивания именуется усадкой. Существуют два основных вида усадки: воздушная и огневая. Первая происходит при высушивании перед обжигом и варьируется от 1 до 15%. Вторая значительно выше. При обжиге изделие может уменьшиться до 25% от первоначального «сырого» объема. С технологической точки зрения глины подразделяются на жирные и тощие. Жирные глины отличаются от тощих более высокой пластичностью, содержат меньше примесей, характеризуются высокой огнеупорностью. Жирные глины нежны на ощупь, легко полируются. Сырые жирные глины часто окрашены в черные или темные тона вследствие содержания органических примесей, которые выгорают при обжиге. Тощие глины обладают невысокой пластичностью, содержат сравнительно много примесей, отличаются невысокой огнеупорностью. На ощупь они шероховатые, а в изломе – матовые. Сырые тощие глины окрашены в желтоватые, красноватые, сероватые тона. Жирные глины при замешивании требуют большего количества воды и соответственно дают большую усадку при обжиге и сушке. Тощие глины, напротив, вбирают меньшее количество влаги, зато меньше теряют в объеме и трескаются в процессе дальнейшей обработки. Однако уменьшение размеров и объема изделия в процессе обжига и сушки зависит не только от степени влажности, но и от состава минералов этого глинистого вещества, а также дисперсности входящего в состав глины частиц. Одним из главных способов снижения усадки является добавление различных отощителей, специального песка. Спекаемость глин представляет собой способность глины при обжиге образовывать черепок, то есть твердое, камнеподобное тело, обладающее высокой химической устойчивостью и механической прочностью. Определяют степень спекания, состав глинистой массы и температурный режим обжига. Последний у разных глин варьирует от 500 до 1500°С. Индикатором степени спекания является температура обжига в 1350 °С. Если в результате получается черепок, имеющий водопоглощение не больше 2%, его относят к сильно спекающимся, не больше 5% - средне спекающимся, имеющим водопоглощение больше 5% - к неспекающимся. Качество спекаемости определяет способность сосудов из тех или иных глин удерживать воду. Способность глины выдерживать без расплавления воздействие высокой температуры называется огнеупорность. Температура плавления зависит от дисперсности, химического состава и наличия примесей, в том числе особых компонентов — флюсов, представляющих собой специальные легкоплавкие стекла. По этому признаку глины подразделяются на: ● легкоплавкие глины, имеющие температуру плавления меньше 1350°С; ● тугоплавкие глины, имеющие температуру плавления от 1350 до 1600°С; ● огнеупорные глины, имеющие температуру плавления от 1600 до 1700°С; ● высокоогнеупорные глины, температура плавления которых больше 1700°С. Кроме перечисленных свойств, определенное значение при подборе глин для различных производственных целей и задач имеют адсорбционные свойства, т. е. способность глин притягивать из окружающей природной среды и сохранять на поверхности глинистого минерала различные молекулы и ионы. Адсорбционное свойство глин имеет прямую зависимость от дисперсности и состава. Самыми активными адсорбционными свойствами обладают глины, сформированные при разрушении вулканических туфов. Сфера применения человеком различных глин очень разнообразна. Для разных видов изделий применяются разные по своему составу глины. Некоторые глины используют в чистом виде, другие подвергают предварительным операциям: просеиванию, смешиванию разных сортов, введению добавок и другим операциям. Природные глины могут иметь самые разные исходные цвета: белый, голубой, серый, синий, темно-синий, зеленовато-бурый, желтый, красный, коричневый, черный и многие другие. Многообразие цветовой гаммы определяется минеральным и химическим составом глин, а также наличием и количеством присутствующих в них примесей. Мономинеральные глины обычно имеют светло-серый или белый цвет. Самыми распространенными в природе видами глин являются: белые (каолин, или огнеупорная глина, и белая, или майоликовая), красные, пористые и каменные, а также сланцеватые и мергелевые глины. Например, наличие окислов железа сообщает глине оттенки красно- коричневых и фиолетовых тонов цветовой гаммы, бурый железняк - желтых, оксиды марганца придают глинам буроватость, органические вещества - темные цвета, такие как черный, серый и темно-серый. Гидрослюдистые глины часто окрашены в голубой или зеленый цвет. Очень часто в процессе обработки глина кардинально меняет свой цвет. В результате обжига сырая темно-серая глина может стать почти белой, а также наоборот. В зависимости от цвета обожженного черепка выделяют следующие разновидности глин: бело-жгущиеся (после обжига получается черепок белого цвета), светло-жгущиеся (светло-желтый или светло-серый черепок), темно-жгущиеся (черепок красного или коричневого оттенков). Различные добавки, использование определенных технологических приемов делают исходный цвет глины признаком вторичным. В местах скопления больших залежей того или иного вида глин получили распространение определенные виды растений, которые стали своеобразным индикатором для их поиска. 11. Глазури, ангобы, эмали и лаки для керамических изделий. (Процесс глазурования и приготовления глазури, основные отличия, применение) (билет 4, 11, 15, 17, 20, 23) Глазурь - стекловидное покрытие на поверхности изделия толщиной 0,1- 0,3 мм. Глазурь придает изделию большую механическую прочность, защищает от загрязнений и служит одним из основных средств декора. Глазури могут быть прозрачными, непрозрачными (глушенными) - скрывающими цвет материала изделия, блестящими и матовыми, бесцветными и цветными. Процесс глазурования: Глазурование проводят окунанием изделия в глазурный шликер, поливом изделия шликером, распылением шликера на изделие. Чаще всего перед глазурованием изделие подвергают первому предварительному обжигу - утильному обжигу, после которого изделие набирает достаточную механическую прочность, чтобы не разрушиться при намокании глазурным шликером. Крупногабаритные изделия после тщательной сушки можно покрывать глазурным шликером без предварительного обжига. Утильный (утельный) обжиг предотвращает возникновение дефектов глазури, связанных с газовыделением из изделия через слой глазури во время обжига. Второй обжиг, который проводят для образования глазурного покрытия, называют политым. Однократный обжиг неглазурованного изделия, при котором оно приобретает конечные свойства, называют бисквитным, а само изделие после обжига - бисквитом. Для закрепления надглазурных керамических красок проводят третий - муфельный или декоративный обжиг. Приготовление глазури: Долгое время глазури готовили с использованием соединений свинца, придающих глазурям хороший блеск, растекаемость и легкоплавкость. Однако в последнее время, учитывая токсичность свинца, для многих керамических изделий (посуда), стали использовать бессвинцовые глазури. Приготавливая глазури для фаянса и майолики, смесь их компонентов предварительно расплавляют, затем выливают в холодную воду. Этот процесс называют фриттованием. Образовавшуюся фритту подвергают помолу. Фриттование необходимо для перевода водорастворимых соединений, которые присутствуют во многих исходных составах глазурей, в нерастворимую форму. Нефриттованные глазури, называемые сырыми, приготавливают из природных компонентов и используют для глазурования фарфора. Эмали. Глухие глазури, чаще белого цвета, называют эмалями и используют для маскировки цвета керамики, а также в качестве сырого фона для росписи красками и солями металлов. Ангобом называют матовое, белое или цветное покрытие, наносимое на керамическое изделие для маскировки цвета изделия, создания рисунка и т. д.. В отличие от глазури нанесенный на поверхность ангоб при обжиге не образует стекловидного слоя, а создает плотный декоративный слой, обладающий некоторой пористостью. В состав ангоба входит глина. Ангоб наносится в виде более густой, чем глазурный шликер, суспензии и всегда на необожженное изделие. Благодаря пористости ангобного покрытия газы, образующиеся в керамическом теле при обжиге, могут выйти через него. Если ангоб наносят несплошным слоем, его называют барботином. Лаки. Ангобы, образующие тонкие глинистые покрытия в виде глянцевых пленок, иногда называют лаками. 12. Майолика (состав, t обжига, основные свойства, применение) (билет 5, 8) Майолика - изделия из гончарной глины, порытые глазурями или эмалями. Для изготовления используются легкоплавкие глины в чистом виде, либо с отощающими или флюсующими добавками. Отощающие добавки уменьшают пластичность массы - следовательно уменьшается усадка при сушке и обжиге. К таким добавкам относятся: кварцевый песок, мел, известняк, которые способствуют крепкой связи между глазурью и черепком изделия. Снижают усадку. Часто майоликовые изделия покрывают слоем белой глины. Майолика обжигается дважды: 1. Без глазури при t 800-850 градусов и 2. С глазурью при t 950-1050 градусов. Невысокая температура обжига с глазурью расширяет цветовую палитру изделий, так как не все глазури выдерживают высокие температуры. Майолика (итал. Maiolica) — разновидность керамических изделий, изготовляемых из белой или серой обожжённой глины с пористым «черепком», в отличие от обычной керамики, покрытым не одним, а двумя слоями глазури. Вначале — непрозрачным слоем белой, оловянной, что позволяло расписывать поверхность изделия яркими красками по белому «сырому» фону ещё до обжига, аналогично фреске в архитектуре, а затем, поверх росписи, — прозрачным слоем блестящей свинцовой глазури, с последующим обжигом около 1000 °С. Кроме настоящей майолики существует меццо-майолика (итал. mezzo — средний, полу-), или полуфаянс (название «фаянс» возникло по одному из центров производства — городу Фаэнца, Эмилия-Романья, в Средней Италии). Меццо-майолика имеет черепок красного цвета, который покрыт слоем белого ангоба. Для меццо-майолики характерен декор типа сграффито — процарапывания верхнего, белого слоя глины до красной основы, после чего такое изделие покрывается слоем прозрачной свинцовой глазури и подвергается обжигу при той же температуре. Материалом для майолики служит обычная красная глина, мел, кварцевый песок, известняк. Черепок у такой глины пористый, цвет — в диапазоне от светло-кремового до красного. Раньше глину добывали обычно по берегам рек, потом тщательно обрабатывали и сушили. 13. Оборудование для производства керамических изделий (билет 5) Гончарный круг состоит из железного вертикально установленного стержня, который прикрепляется к рабочему столу, и двух деревянных кругов разных диаметров. Большой круг диаметром 95-105 см закрепляется в нижней части, а малый диаметром 30-40 см – в верхней части. Для того чтобы привести в движение гончарный круг, мастер ногой вращает нижний круг, а вся работа осуществляется на верхнем круге, где и проходит формовка изделия. Кроме собственно гончарного круга, при ручной формовке используются некоторые инструменты: деревянный резан, кусок плоской резины, грецкая губка, металлическая клюшка кусочки натуральной кожи и оргстекла. Печи для обжига керамических изделий. 1. Печки для обжига керамики с разным расположением нагревательных элементов: ● Камерные. Нагреватели устроены непосредственно внутри рабочей емкости. ● Муфельные. Греющие элементы находятся вокруг бокса из огнеустойчивого материала. Муфель выступает разделителем между обрабатываемым материалом и нагревателем, что позволяет выполнить обработку поверхности максимально качественно. 2. Электропечи для обжига керамики с разным типом загрузки: ● Вертикальные (дают возможность равномерно распределять жар). ● Горизонтальные (стандартные конструкции с загрузкой спереди). ● Колпаковые (рассчитаны на обработку крупногабаритных изделий). Время обжига керамики зависит не только от технологии производства, но и возможностей оборудования. Определенные модели могут достигать нужной отметки в течение разного периода. Промышленные печи бывают общецелевыми с воздушной внутренней средой. Также используется вакуумная и газовая среда. 3. Печи для обжига керамики с разной предельной рабочей температурой: Температура обжига керамики в муфельных и камерных печах может достигать различных пределов. Максимумом считаются показатели от 1400ºC до 1800ºC, минимумом – ниже 500ºC. В зависимости от накала можно получить изделия разных оттенков: ● От белого до оранжевого цвета (самые горячие электропечи). ● От бордового до темно-красного тона (печки со средней температурой). ● В красной палитре (печи с низкими термопоказателями). Обжиг керамики позволяет достигать всевозможных эффектов. В натуральные материалы добавляют различные примеси. Самая распространенная температура для работы с глиной или керамикой – от 900ºC до 1450ºC 4. Печи для обжига керамики с разной мощностью. Режим обжига керамики в печах можно выставлять в соответствии с типом обрабатываемого материала и поставленным задачам. Это непосредственно влияет на расход энергии, при этом возможности оборудования напрямую зависят от мощности прибора. Технология обжига керамики предполагает равномерную обработку поверхностей, их сушку и нагрев. Большую роль играют и дополнительные материалы, используемые для создания различных изделий. Стоит учитывать их реакцию на повышенные температуры. Мощность печки зависит не только от типа нагревателей и внутренней среды, но и от объема рабочей камеры. 14. Подготовка сырья для производства керамических изделий (получение формовочной массы) (билет 5, 16, 17) Пластичные сырьевые материалы - глины и каолины имеют непостоянную влажность, зависящую от сезона. Для выравнивания влажности и повышения однородности глины применяют длительное вылеживание ее в ямах. При этом вода равномерно распределяется по всей массе, масса в таких условиях как бы “зреет” для формования. Хорошо сказывается на глине ее промораживание в условиях пониженных температур, что связано также с перераспределением воды в массе и ее саморазрыхлении. Основная задача первых стадий обработки сырья - получение однородной массы определенной влажности. Поэтому из глины необходимо удалить вредные включения - камни, корни деревьев, куски угля и известняка, другие примеси, которые могут усложнить формование и обжиг изделия. Для достижения этой цели применяют отмучивание - глину размешивают в воде и выдерживают некоторое время. При этом на дно сосуда оседают тяжелые включения, а растворимые соли переходят в раствор. На керамических заводах для первичной обработки глины, ее измельчения используют разнообразные устройства - глинорезки, глинорыхлители, бегуны, валковые дробилки. Однородности и постоянной влажности массы можно достигать различными путями, которые зависят от выбранного способа формования. Наиболее эффективным способом достижения однородности многокомпонентной сырьевой смеси - шихты является смешивание компонентов в водном шликере. Формуют изделия из пластических и жидких (шликер) керамических масс. В зависимости от влажности формовочной массы способы подразделяются на сухой (пресс-порошок имеет влажность 2–6 %), полусухой (смесь с влажностью 8–12 %), пластический (влажность массы 18–24 %) и литьевой (шликерный, влажность массы от 40 до 60 %). Для получения шликера необходимо измельчить смешиваемые компоненты до такого размера частиц, чтобы они при медленном перемешивании шликера не оседали на дно сосуда. Шликер, содержащий взвесь твердых частиц, время оседания которых на дно сосуда будет составлять десятки минут, считается седиментационно-устойчивым (устойчивым к оседанию). Для приготовления шликера из глины, состоящей из дисперсных частиц, необходимо распустить ее куски в воде, при этом образуется достаточно устойчивый шликер. Для уменьшения количества добавляемой к глине воды нередко применяют разжижающие добавки - электролиты. Тонкое измельчение частиц отощающих компонентов, иногда вместе с пластичными, проводят в шаровых мельницах. Вращаясь в металлическом барабане в смеси с твердыми шарами или цилиндрами, материал измельчается до нужных размеров. Чаще тонкий помол в шаровой мельнице проводят мокрым способом, добавив к сухому материалу примерно столько же воды. Размер полученных частиц контролируют, просеивая полученный шликер (при мокром помоле) или порошок (при сухом) через сито с определенным размером ячеек. Контроль размера частиц. В качестве самого мелкого наиболее распространено сито 0063 с размером отверстий 0,063 мм (63 мкм) или 10000 отверстий на 1 см². Тонкость помола контролируют по остатку материала на сите. После измельчения компонентов достигают однородности шликера, перемешивая его в сосудах (бассейнах) с пропеллерными или лопастными мешалками (рис.4). Нередко для избавления от красящих, в основном железосодержащих примесей, проводят магнитную сепарацию шликера, при этом частицы шликера, содержащие такие примеси, осаждаются на магнитах. Отбивка. Для отбивки глиняной массы применяются деревянные молотки - киянки. Смысл этой операции состоит в удалении пузырьков воздуха, попадающих в массу при ее перемешивании. Пузырьки воздуха играют отрицательную роль - при формовании они снижают пластичность массы, “отощают” ее, при сушке, расширяясь и выходя на поверхность изделия, образуют трещины. Для перемешивания пластичных масс и удаления из них воздуха на керамических заводах применяют массомялки и вакууммялки, напоминающие большие мясорубки с устройством для вакуумирования. Приготовить пластичную массу и полусухой порошок можно из шликера. Для этого его надо обезводить - удалить лишнюю воду. Для приготовления пластичной массы необходимо довести ее влажность до 18-25% при начальной влажности шликера 40-65%. Обезвоживание небольших количеств шликера в условиях мастерской проводят, выливая шликер в гипсовые формы. При сушке форм в сушильном шкафу (температура сушки форм не более 60˚С) нужно уловить момент, когда масса не потеряет свою пластичность. На керамических заводах для обезвоживания шликера применяют фильтр-прессы - устройства, в которых шликер под давлением фильтруют через ткань, после чего с нее снимают образовавшийся слой пластичной массы. Приготовить из шликера полусухой (6-8% влажности) пресс-порошок сложнее - для этого надо удалить большую часть воды. На заводах пресс- порошок получают в башенных распылительных сушилках (БРС) распылением шликера в башне с газовыми горелками. При этом капли шликера, высыхая, превращаются в сферические гранулы размером 100-300 мкм. В некоторых производствах специально идут на дополнительные расходы, первоначально приготавливая керамический шликер, затем обезвоживая его до пластичной массы. При таком способе подготовке можно вылеживать пластичную массу, улучшая ее качество, а затем использовать ее либо для пластического формования, либо, предварительно распустив, для шликерного литья. 15. Материалы для производства керамических изделий (пластичные материалы, флюсующие материалы, отощающие материалы). Применение и влияние на свойства массы для формования керамических изделий (билет 6, 14, 19, 23) Наиболее древним и по-прежнему основным сырьем для производства керамических изделий является глина. Глина относится к осадочным породам, состоящим из гидроалюмосиликатов – с общей химической формулой nAl2O3·mSiO2·zH2O. В глинах присутствуют примеси кварцевого песка, полевых шпатов, карбонатов, некоторых оксидов и органических остатков. Глиняные частицы имеют малый размер (0,01- 10 мкм) и в основном пластинчатую форму. Они способны включать воду не только в свою химическую структуру (химически связанная вода), но и удерживать ее вокруг частиц в виде тонких прослоек (физически связанная вода). Это качество определило способность глины, затворенной водой, обладать свойством пластичности. Пластичность - способность изменять свою форму под воздействием нагрузки без разрушения и удерживать форму после прекращения действия нагрузки. На пластичности глинистых минералов основан метод пластического формования глиносодержащих масс. Наряду с глинами в качестве пластичных материалов используют каолины - разновидности глинистых пород, содержащие глинообразующий минерал каолинит (Al2O3·2SiO2·2H2O), который отличается белым цветом и высокой огнеупорностью. Каолин - непреложный компонент традиционных составов сырья для производства фарфора и фаянса. По внешним признакам - цвету, дисперсности, однородности - можно лишь приблизительно оценить возможность использования глины в производстве керамики. Так, рыжий и бурый цвета большинства встречающихся повсеместно глин говорит о содержании в них оксидов железа. Такие глины относят к небеложгущимся и они имеют невысокую температуру спекания. Сильно запесоченные глины трудно формуются и плохо спекаются. Неоднородные, содержащие крупные включения, имеющие разную окраску кусков, требуют проведения тщательного обогащения, т. е. процесса удаления примесей. Для качественной оценки глины необходимо знание ее химического и минерального составов и определение целого ряда технологических свойств, показывающих поведение глины при формовании, сушке и обжиге. После такого анализа можно говорить о возможности применения глины для производства того или иного вида керамики. По пластичности глины разделяют на 5 групп - от высокопластичных до непластичных. По чувствительности к сушке - возможности принудительной сушки изделия без образования трещин, глины делят на 3 категории - от высокочувствительных до малочувствительных. По спекаемости - объему открытых, т. е. сообщающихся с поверхностью, пор в отформованном и обожженном образце, - глины разделяют на 3 категории - от сильноспекающихся до неспекающихся. Отощающие материалы. Кроме пластичных материалов в производстве керамики применяются непластичные, так называемые отощающие материалы - кварцевый песок, полевые шпаты, шамот и т. д. Введенные в глину они с одной стороны уменьшают пластичность массы, затрудняя формование, но с другой - способствуют успешной сушке изделия, уменьшая возможность образования трещин и деформации, облегчая удаление воды из полуфабриката. Плавни. Кроме улучшения сушки отощающие материалы могут играть роль плавней - веществ, вступающих в процессе обжига во взаимодействие с компонентами сырья с образованием более легкоплавких соединений, чем исходные. Тем самым снижается температура обжига керамики и улучшается ее спекаемость. Флюсы. В качестве плавней, называемых также флюсами, используют прежде всего разновидности полевых шпатов (алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных металлов). Исходный состав массы для производства конкретного керамического материала определяется необходимостью получения нужного химического состава и микроструктуры (формы и размеров зерен) после обжига, обеспечивающих нужные эксплуатационные свойства изделия. Для несложных бытовых гончарных изделий достаточно использовать пластичную спекающуюся глину; для производства прочного и белого фарфора необходимы огнеупорная глина, каолин, кварцевый песок и полевой шпат. 16. Порошковое формование керамических изделий (полусухое и изостатическое прессование – описание методов, оборудование, преимущества и недостатки) (билет 6, 18) Формовочной массой для порошкового формования керамических изделий служит порошок, который содержит 4-10% воды. Полусухое прессование - прессование из полусухих масс (порошков). Полусухое прессование имеет преимущества: прочнее сырец, точнее конфигурация и размеры, меньше усадка в сушке и обжиге, проще механизация. Поэтому оно применяется чаще, чем пластическое формование (особенно для плоских тонкостенных изделий). Теория полусухого прессования изучает зависимость свойств изделий от свойств пресс-порошка и условий прессования. Пресс-порошок – трехфазная система: твердое вещество, вода и воздух. Степень его уплотнения зависит от влажности и соотношения фракций. Прессование включает три стадии уплотнения порошков: 1. Уплотнение за счет сближения частиц при удалении воздуха. 1. Пластические деформации частиц с увеличением контактной поверхности, выжимание влаги из глубинных слоев на поверхность частиц и увеличение сцепления силами поверхностного натяжения влаги. 2. Упругая деформация частиц с их разрушением и максимальным уплотнением за счет развития поверхности контактов между зернами. После снятия нагрузки и извлечения изделия из формы возможно его расширение, которое может быть до 8%, и растрескивание, так как давление прессования распределяется по толщине изделия неравномерно (затухает по мере удаления от штампа), что зависит от величины бокового трения и от влажности порошка. В центре давление выше, чем у краев. Для его снижения смазывают форму, подогревают ее, повышают влажность порошка, применяют двухстороннее или двухступенчатое прессование, его замедление для удаления воздуха, вызывающего растрескивание за счет обратного последействия. Пороки прессования: трещины расслоения от перепрессовки. Они располагаются на боковых поверхностях изделия перпендикулярно давлению. Не всегда причиной их возникновения является высокое давление. Это скорее упругое расширение прессовки. Причина этих деформаций – в запрессовке воздуха, упругом последействии его и деформированных частиц. Чем меньше частицы, тем выше должно быть давление. Поэтому нельзя допускать сегрегацию (разделение на отдельные фракции) частиц. Таким образом, для устранения перепрессовки необходимо: - повышение однородности порошка по зерновому составу и влажности; - понижение влажности и отощение грубозернистых фракций; -снижение давления и скорости прессования; - применение двухстороннего и двухступенчатого прессования, - вакуумирование массы; снижение бокового трения шлифовкой форм. Прессы полусухого прессования разделяют по направлению прессования, способу передачи усилия и назначению: ● По направлению прессования – одно- или двухсторонние. ● По способу передачи усилия – ударного действия, рычажные и гидравлические; ● По назначению – для прессования кирпича, плиток, черепицы. ● Для прессования кирпича и плиток применяются отечественные механические прессы и зарубежные, позволяющие изготовлять пустотелые (дырчатые) камни. Изостатическое прессование Изостатическое прессование (формование) – барометрическая обработка изделий посредством сжатого газа или жидкости в специальных аппаратах высокого давления. Сущность процесса изостатического прессования – в изменении первоначального объема взятого материала: до получения более компактной его формы. Происходит это за счет уменьшения пустот между отдельными фракциями, а также за счет пластической деформации частиц. В зависимости от заданной плотности компакта, подбирают нужные значения давления, периода воздействия (выдержки) и температуры. В результате произведенных действий получают заготовку, обладающую высокой технологической плотностью и не разрушающуюся при последующих обработках. Достоинства технологии: - практически 100 % уплотнение материалов при малых потерях их изначального объема; - получение изделий различной, близкой к конечной формы. Минимизация последующей обработки - изготовление составных конструкций различной сложности с внутренними полостями. - гибкость технологии, возможность быстрого перехода на новый вид изделия. Оборудование Устройства для изостатического прессования разделяют на холодные гидростаты (CIP) и горячие газостаты (HIP). Холодное изостатическое прессование (CIP) Обработка материала осуществляется в жидкой среде гидростата без дополнительного нагрева. Различают жидкостное и сухое методы прессования. Жидкостное позволяет получать изделия сложные по форме и большие по размеру. Когда контакт заготовки с рабочей жидкостью нежелателен, применяют сухое прессование. Прессование порошка происходит в герметичной эластичной форме, что обеспечивает равномерное сжатие всего объема и, как следствие, устранение локальных плоскостей концентрации деформаций и условий к нарушению структуры. Применение сухой формы позволяет автоматизировать процесс, что вкупе с небольшой длительностью цикла обеспечивает значительную производительность. Ограничения по форме и размеру изделия обуславливают применение сухого метода для производства несложных малогабаритных изделий. CIP в основном используют при работе с порошковыми материалами, в том числе с графитом, керамикой, пластиком. Перед прессованием они проходят предварительное формование. Для этого в них подмешивают специальные связующие вещества, скрепляющие частицы между собой. Впоследствии эти вещества удаляются из сформованной заготовки посредством выжигания, при этом плотность материала увеличивается. Метод применяют для производства: - огнеупорной керамики и тонкокерамических изделий; - металлических фильтров и изделий из редкоземельных металлов; - политетрафторэтиленовых соединений и тефлона; - изделий конечной формы из карбида вольфрама; - стоматологических имплантатов; - сопел/форсунок. Горячее изостатическое прессование (HIP) В газостатах материал подвергается обработке давлением при высоком температурном режиме в среде инертного газа. Технологический процесс обработки HIP может быть как самостоятельным, включающим в себя этапы холодного прессования и спекания, так и дополнительным этапом обработки изделий, полученных другими методами. Комбинация высокой температуры и высокого давления способствует достижению исключительных свойств материалов, максимально уплотняя заготовку. Такое воздействие обеспечивает наивысшее качество структуры, а полученные таким образом изделия, обладающие уникальными свойствами, проявляют отличные эксплуатационные характеристики. Технология HIP позволяет наделить обычные изделия новыми качествами, расширяя области их применения. Области применения: - техническая керамика; - производство режущих, твердосплавных инструментов; - производство деталей газовых турбин; - изготовление материалов для микроэлектроники; - спекание алмазного инструмента 17. Виды глазурей и их классификация (билет 7, 9) Принято пользоваться несколькими видами классификации, выделяя определяющий фактор. Разделяют разные виды глазури: ● по прозрачности (глухие и прозрачные глазури); ● по блеску (матовые, глянцевые, промежуточные); ● по окраске (цветные и бесцветные); ● по строению (нефриттованные сырые и фриттованные спеченные); ● по температуре розлива (легкоплавкие, тугоплавкие); ● по составу (борно-цинковые, бессвинцовые, свинцовосодержащие). Глазурь - стекловидное покрытие на поверхности изделия толщиной 0,1- 0,3 мм. Глазурь придает изделию большую механическую прочность, защищает от загрязнений и служит одним из основных средств декора. Глазури могут быть прозрачными, непрозрачными (глушенными) - скрывающими цвет материала изделия, блестящими и матовыми, бесцветными и цветными. 1. Глянцевые глазури – основа данной глазури белая глазурь. Белая глазурь для керамики смешивается с пигментом. Черепок (глина после обжига), на который нанесена глазурь, не просвечивает. Имеет ярко выраженный блеск. 2. Потечные – основа прозрачная глазурь, смешанная с пигментом для керамики. Имеет ярко выраженный блеск. Черепок, с нанесенной глазурью, просвечивает после обжига. Имеют различные степени тякучести и прозрачности. 3. Матовая – основа белая матовая глазурь смешанная с пигментом. Не имеет блеска, черепок не просвечивает. 4. Кракле – имеет глянцевый эффект, после обжига появляются трещины среднего размера. Глазурь бывает различных цветов. Тонирование темным цветом происходит после дополнительного затирания черной глазурью, после обжига и с обязательным последующим обжигом. 5. Базовые глазури делятся на две группы: белые и прозрачные. Белые различаются по температуре обжига и эффекту: глянцевые и матовые. Прозрачные делятся на пищевые, непищевые и по температуре обжига. 6. Дихроичные – имеют два видимых слоя, нижний прозрачный, окрашенный цветом. Верхний слой более «глухой» и имеет эффект в виде различных вкраплений. Оба слоя имеют различную степень текучести. За счет вариации с температурой обжига, толщины нанесенного слоя и формы изделия, на который наносится эта глазурь, можно достичь множество различных эффектов. 7. Кожаные – низкотемпературные глазури для керамики, имитируют эффект кожаной поверхности. Это матовые глазури, черепок не просвечивается. 8. Люстровые – имеют металлический оттенок, черепок не просвечивает. Как с матовым, так и глянцевым эффектом. Не пищевые глазури, нельзя применять при производстве посуды. 9. Глазурь раку – эффект достигается только при обжиге в газовой печи, в электрической печи раку не произвести. Раку получается путем использования одноименной техники раку. Черепок не просвечивает, имеет металлический оттенок. 10. Рефлекторные – глазури, эффект которых достигается в восстановительной (без воздуха) среде во время обжига или используя технику раку. Имеет яркие оттенки металлического цвета. Черепок не просвечивает. 11. Эффектарные – большая группа глазурей для керамики, в основе имеют как белую, так и прозрачные глазурь, также различные добавки и вкрапления. Бывают как матовые, так и глянцевые. Важнейшей характеристикой является химический состав. От него зависят физические свойства покрытия на керамике. По химическому составу глазури можно определить наличие в ней таких вредных для здоровья человека компонентов, как соединения свинца, бария или кадмия. Некоторые вещества являются модификаторами. К ним относятся кальк, оксиды натрия и калия, оксид лития и стронция. Оксид железа, оксид кобальта и оксид никеля выступают в качестве красящих веществ, хотя цвет – это отдельная характеристика глазури. Следующая характеристика – интервал обжига. Под ним подразумевается Диапазон температур, при котором происходят самые важные для обжига процессы. Глазурь плавится при температуре, примерно равной температуре созревания фарфора. Именно в этом режиме газы проходят через частицы глазури, поэтому удается добиться отсутствия дефектов. Низкие температуры обжига становятся причиной появления рябизны, непроплава, пузырей, чрезмерной матовости или неправильного цвета. Покрытия с перечисленными дефектами называют недожженными. Если же температура выше диапазона для той или иной глазури, то могут образоваться наколы, отдельные зоны стекания стекла, опять-таки неправильный цвет, а также матовость глянцевых поверхностей или блеск матовых. Потечность – показатель вязкости в расплавленном состоянии. Низкая вязкость нужна в тех случаях, когда мастер хочет добиться интересных рельефных эффектов. Но при простом покрытии потечную глазурь очень тяжело нанести. Она постоянно стекает на плиту, в результате чего изделия прилипают друг к другу. Термическое расширение Коэффициент термического расширения определяет относительное расширение единичного объема при повышении температуры на 1 градус. Для мастера не так важен сам коэффициент (КТР), как его соотношение с подобным показателем керамического черепка. Чтобы глазурь не давала цека (паутины трещин), необходимо, чтобы ее коэффициент был чуть ниже КТР поверхности. Исключением служат ситуации, когда «волосяные трещины» являются частью декора и задумкой мастера. На практике измерить коэффициент термического расширения очень сложно, поэтому приходится ориентироваться на химический состав глазури. Такие добавки, как каолин или кварцевый песок, снижают коэффициент, в то время как оксид меди, наоборот, его повышают. Без специальных лабораторных условия подбирать состав глазури к тому или иному черепку приходится методом проб и ошибок. Фактура В керамике, как в искусстве встречаются фактурные глазури. Фактура представляет собой различные эффекты, созданные мастером на поверхности черепка, это могут быть пятна, трещины, крапинки, узоры и даже рельеф. Несмотря на то, что фактура является характеристикой глазури, многое зависит не от состава, а от техники заливки. Твердость Наконец, твердость глазури – характеристика для конечного результата. Твердая глазурь востребована при изготовлении посуды. На тарелках и прочей кухонной утвари не должно оставаться следов после контакта с металлическими приборами. Получить твердое покрытие можно при помощи специального химического состава, а также, соблюдая технологию, которая исключает появление в готовом растворе мелких пузырьков. Процесс глазурования: Глазурование проводят окунанием изделия в глазурный шликер, поливом изделия шликером, распылением шликера на изделие. Чаще всего перед глазурованием изделие подвергают первому предварительному обжигу - утильному обжигу, после которого изделие набирает достаточную механическую прочность, чтобы не разрушиться при намокании глазурным шликером. Крупногабаритные изделия после тщательной сушки можно покрывать глазурным шликером без предварительного обжига. Утильный (утельный) обжиг предотвращает возникновение дефектов глазури, связанных с газовыделением из изделия через слой глазури во время обжига. Второй обжиг, который проводят для образования глазурного покрытия, называют политым. Однократный обжиг неглазурованного изделия, при котором оно приобретает конечные свойства, называют бисквитным, а само изделие после обжига - бисквитом. Для закрепления надглазурных керамических красок проводят третий - муфельный или декоративный обжиг. Приготовление глазури: Долгое время глазури готовили с использованием соединений свинца, придающих глазурям хороший блеск, растекаемость и легкоплавкость. Однако в последнее время, учитывая токсичность свинца, для многих керамических изделий (посуда), стали использовать бессвинцовые глазури. Фритта – основа для приготовления глазури, она представляет собой порошок из измельченного кварцевого песка или битого стекла. Приготавливая глазури для фаянса и майолики, смесь их компонентов предварительно расплавляют, затем выливают в холодную воду. Этот процесс называют фриттованием. Образовавшуюся фритту подвергают помолу. Фриттование необходимо для перевода водорастворимых соединений, которые присутствуют во многих исходных составах глазурей, в нерастворимую форму. Нефриттованные глазури, называемые сырыми, приготавливают из природных компонентов и используют для глазурования фарфора. 18. Керамические краски (виды, преимущества и недостатки, приготовление и нанесение) (билет 7, 10, 13, 16, 21) Керамические краски, используемые для декорирования керамики, разделяют на подглазурные, надглазурные и внутриглазурные. Для их производства используют керамические пигменты - соединения переходных металлов (оксиды и некоторые другие), сохраняющие или образующие цвет при обжиге и мало взаимодействующие с расплавом глазури. Подглазурные краски наносят на высушенное или прошедшее утильный обжиг изделие. Для этого подглазурную краску, содержащую помимо пигмента глазурь, смешивают со связкой (глицерином, раствором сахара и т. п.). После растирания краски ее наносят кистью на поверхность изделия по намеченному контуру рисунка. Иногда используют в качестве подглазурных красок растворы солей металлов в воде или глицерине. Такой способ росписи называют росписью солями. После нанесения краски изделие глазуруют и обжигают. Надглазурные краски наносят на изделия, прошедшие политой обжиг. Для этого надглазурную краску, содержащую помимо пигмента флюсы - легкоплавкие стекла, придающие блеск краскам и хорошее сцепление с глазурью, смешивают со скипидаром и скипидарным маслом. После быстрой сушки изделия подвергают декоративному обжигу. Палитра подглазурных красок гораздо беднее палитры надглазурных, что объясняется высокой температурой политого обжига фарфора и, следовательно, требованиями устойчивости к высоким температурам применяемых пигментов. Подглазурные краски обжигают вместе с глазурью при температурах до 1400°С, тогда как надглазурные краски обжигают в отдельном обжиге при температурах 600-900°С. В табл.1 приведены некоторые химические соединения – соли и двойные оксиды (шпинели), которые используют в качестве керамических пигментов для подглазурного декорирования. Из таблицы видно многообразие оттенков керамических красок. Однако необходимо помнить, что окончательный цвет керамической краски сильно зависит от условий обжига изделия. Внутриглазурные краски наносят так же, как надглазурные на глазурованное изделие и подвергают скоростному обжигу, при котором краски внедряются в глазурный слой. По температурам обжига и палитре внутриглазурные краски ближе к надглазурным. Помимо перечисленных выше соединений в качестве керамических пигментов используют для подглазурного декорирования препараты благородных металлов (золота, платины и др.) в виде органических соединений в растворителе, для надглазурного декорирования - люстры - соли смоляных кислот различных металлов, дающие после обжига перламутровый металлический блеск различных цветов. Керамические краски наносят на изделия следующими способами: ручной живописью - росписью, отводкой, декалькоманией, шелкографией, раскраской штампом, аэрографией (задувкой) или комбинацией нескольких способов. Роспись проводят вручную, используя для нанесения надглазурных красок или подглазурных красок кисти различной формы. Предварительно краски готовят, тщательно растирая их на стекле в связке. Используя палитры из красок, уже прошедших обжиг, кальки с нанесенными рисунками, проколотыми через миллиметр (припудривая кальку, наложенную на изделие растертым углем, можно получить контуры будущего рисунка) или без предварительного рисунка наносят мазки краски непосредственно на изделие. Некоторые химические соединения, применяемые в качестве керамических пигментов для подглазурного декорирования: 19. Дефекты при декорировании и изготовлении керамических изделий (виды, причины, устранение) (билет 8, 12, 18) При политом обжиге на поверхности пористого керамического тела образуется плотная пленка стекла; при этом возможно возникновение на глазури различных дефектов, портящих внешний вид изделия. |