Технология получения тонкой керамики

по способу  передачи прессующих усилий – прессы ударного действия, рычажные и гидравлические;

по основному  назначению – прессы для производства кирпича и тонкостенных плиток.

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1

    Двустороннее прессование.

1-верхний  пуансон,2-матрица,3-нижний пуансон.

 

 

3. Формование керамических изделий  литьем

 

Литьем керамических изделий называется их формование путем  заливки шликера в форму, внутренняя поверхность которой имеет негативное изображение формуемого изделия. Литьем формуют сложные по конфигурации, преимущественно тонкостенные изделия. Этот метод применяется в производстве санитарно-строительных изделий, хозяйственного  фарфора и фаянса, декоративной керамики и некоторых других изделий.

 

 

4. Сушка керамических изделий

Сушка керамических изделий может проходить как  в естественных условиях – на стеллажах  в мастерской, так и в принудительных – в сушильных шкафах и сушилах.  Скорость сушки, т.е. скорость удаления влаги из отформованного изделия, зависит  от температуры, влажности окружающей среды и воздухообмена. Кроме  того, скорость сушки зависит от формы и габаритов высушиваемого  изделия.

 

5. Обжиг керамических изделий

В технологии керамических изделий обжиг является завершающей и наиболее ответственной  стадией их изготовления. В процессе обжига формируется наиболее важные свойства керамического материала, определяющего его техническую ценность: прочность, водостойкость, морозостойкость и др.  Пороки обжига являются необратимыми дефектами в изделии. Обжиг изделий проводят в печах различной конструкции: в муфелях с рабочим пространством, защищенным от нагревателей огнеупорным коробом, в горнах  печах с рабочиим пространство в виде шахты, в туннельных печах с рабочим пространством в виде туннеля и других. Печи различаются также по виду топлмва. Широко распространены печи электросоппротивления со сприральными нагревателями из меттелических славов или с нагревателями из керамических стрежней различной формы (карбидкремниевых, хроомитлантановых и других), а также печи с назовыми горелками.

6. Декорирование керамических изделий

Для придания изделию окончательного вида его подвергают декорированию - процессу украшения рельефом, глазурью, росписью и т. д. Декорирование осуществляют разными методами (рис.7): скульптурными (созданием рельефа, контррельефа, гравировкой и т. д.), живописными (росписью керамическими красками, ангобами, глазурями и т. д.) и технологическими, которые не только украшают изделие, но и улучшают его свойства (покрытие изделий глазурями, ангобами, эмалями, люстрами). Декорирование скульптурными методами производят на свежеотформованном или подвяленном изделии, находящемся в кожетвердом состоянии. Декорирование живописными методами ведут на высушенном, обожженном, глазурованном изделиях.

Глазурованием называют процесс покрытия высушенного или обожженного изделия сырьевой суспензией - шликером, который в процессе обжига образует 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. 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.

При политом обжиге на поверхности пористого керамического тела образуется плотная пленка стекла; при этом возможно возникновение на глазури различных дефектов, портящих внешний вид изделия. Часть дефектов связана с неправильным подбором состава глазури к материалу, из которого сделано изделие: это цек - сеть мелких волосяных трещин на глазури, а также отслаивание глазури. Другая группа дефектов связана с неправильно выбранной температурой обжига изделия. При завышенной температуре обжига наблюдается сухость глазури - снижение блеска и шероховатость, матовость - при заниженной или завышенной температуре, плохой разлив, волнистость, слабый блеск - при недожоге, т. е. заниженной температуре обжига. При неправильном нанесении глазурного шликера могут возникнуть натеки - утолщения глазури в отдельных местах изделия. При плохой очистке глазуруемого изделия от пыли и жира могут возникнуть плешины - отсутствие глазури в отдельных местах. С той же причиной связана сборка - стягивание глазури в капельки и складки. При заниженной температуре утельного обжига могут образоваться наколы - точечные впадины, при слишком быстром нагреве в интервале температур 800-1000°С - пузыри или прыщи.

Необходимо заметить, что каждый из перечисленных дефектов может  иметь одну или несколько причин, связанных как с неправильным приготовлением глазури, так и с несоблюдением режима обжига или техники глазурования. Судить уверенно о том, какая из причин является определяющей, можно лишь после специально проведенных экспериментов. Для исключения возможных дефектов необходимо пользоваться специально подобранной для данного материала глазурью, тщательно соблюдать рекомендации по ее нанесению (не наносить толстый слой, не оставлять неглазурованных мест, добиваться равномерного покрытия, очищать изделие перед глазурованием от пыли, пятен жира и т. д.), соблюдать режим обжига и не торопиться извлекать глазурованное изделие из печи, не охладив его до 60-80°С. Глазурные дефекты иногда служат также элементами декора, так цек используют для создания глазурей типа кракле, оттеняя сеть волосяных трещин. Используют также декоративную сборку.

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.

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. Ангобы, образующие тонкие глинистые покрытия в виде глянцевых пленок, иногда называют лаками.

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.

 

 

 

 

 

2. Технология получения грубой керамики.

  

2.1. Технология кирпича

К стеновым керамическим изделиям относят глиняный строительный кирпич и керамические камни. Обыкновенный глиняный кирпич представляет собой  искусственный камень, имеющий форму параллелепипеда размером 250×120 ×65мм, изготовленный из глины, с добавками и без них, и обожженный. Все керамические изделия конструктивного назначения, имеющие размеры больше кирпича, называют керамическими камнями.

Кирпич является одним из наиболее древних искусственных  материалов, его возраст составляет примерно 5000 лет.

Производство  кирпича осуществляется двумя способами: формованием из пластичной массы  и прессованием из порошкообразной  массы. Иногда применяют так называемый комбинированный способ, заключающийся  в сухой подготовке массы и  в пластичном формовании изделий.

 

В производство строительного кирпича  применяется пластическое и полусухое  формование. Наиболее применим пластический способ, как менее трудоемкий.

Пластический способ формования обеспечивает более высокую водостойкость, но менее качественную поверхность граней, чем полусухой. Он состоит из операций подготовки массы, формовки, сушки сырца и обжига.

При подготовке массы глину для разрушения естественной структуры и измельчения пропускают через вальцы грубого, среднего и тонкого помола, затем через глиномешалку. В ней глина увлажняется (до 18…25%) и перемешивается до получения однородной пластичной массы, хорошо поддающейся формованию. Каменистые включения предварительно удаляют вальцами.

Формование кирпича производится в вакуумных ленточных прессах с вакуумированием или без него, если масса высокопластична. Для малопластичных глин вакуумирование обязательно, так как масса получается более плотной, что улучшает ее пластичность. Увлажнение следует производить паром. Отформованные изделия при этом быстрее высыхают и меньше растрескиваются. Готовая продукция имеет повышенную прочность. Максимальный вакуум может быть 630…700 мм рт. ст.

Глиняный брус, выходящий из пресса, разрезается на отдельные кирпичи-сырцы  полуавтоматическими струнами или  автоматическими резательными станками. Производительность вакуум-прессов  – до 10 000 шт./ч. 

В корпусе пресса вращается шнек-вал  с винтовыми лопастями. Глиняная масса перемещается с помощью  шнека к сужающейся переходной головке, уплотняется и выдавливается  через мундштук в виде непрерывного бруса или ленты под давлением 1,6 – 7 МПа. Мундштук ленточного пресса для производства обыкновенного  кирпича имеет прямоугольное  сечение. Для формования пустотелого  кирпича и керамических камней в  мундштуке пресса устанавливается  пустотообразующий сердечник, состоящий  из скобы с прикрепленными к ней  стержнями-пустотообразователями. Применяются  также фасонные вставки с узкими щелями для формования черепицы, кольцевые  – для керамических труб.

Жесткий способ формования является разновидностью современного развития пластического способа. Влажность  формуемой массы при этом способе  колеблется от 13 до 18%. Формование осуществляется на мощных вакуумных шнековых или  гидравлических прессах. В связи  с тем что «жесткое» формование осуществляется при относительно высоких (10 – 20 МПа) давлениях, могут быть использованы менее пластичные глины с низкой естественной влажностью.

Формование при пластическом и  жестком способах завершается разрезкой  непрерывной ленты (бруса) отформованной  массы на отдельные изделия на резательных устройствах.

Сушка кирпича производится в естественных условиях (в сушильных сараях) или в искусственных сушилках до остаточной влажности не более 5%. Для искусственной сушки применяются конвейерные, туннельные или камерные сушилки. Влага из кирпича-сырца удаляется потому, что он омывается воздухом, не насыщенным водяными парами. Вследствие разницы во влажности поверхностных и внутренних слоев сырца влага по капиллярам диффундирует из глубины к поверхности. В качестве теплоносителя чаще применяют отходящие газы из зоны охлаждения обжиговой печи.

Обжиг кирпича является завершающей операцией технологического процесса производства. Его условно делят на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и охлаждение. Процессы, происходящие в каждом из них, изложены в главе 2. Отличие состоит лишь в том, что выгорающие добавки повышают температуру в печи и формируют пористую структуру кирпича. Печи для обжига кирпича применяются кольцевые или туннельные. В кольцевой печи постепенность нагрева кирпича-сырца и замедленное охлаждение обожженного продукта достигаются благодаря тому, что в ней при неподвижном обжигаемом материале передвигается зона горения (путем переноса места загрузки топлива), а в туннельной печи – вследствие того, что при неизменном положении зоны обжига передвигаются на вагонетках обжигаемые изделия. В настоящее время кольцевые печи из-за больших затрат ручного труда почти не применяют. Туннельные печи легче автоматизировать, они более производительны, чем кольцевые. Температура обжига кирпича в зависимости от состава глины – 900…1050°С.

Полусухой способ производства глиняного кирпича имеет преимущество перед пластическим методом, так как дает возможность использовать малопластичные глины, за счет чего расширяется сырьевая база. Кроме того, при формовании применяют массу значительно меньшей влажности, поэтому сушка упрощается, сокращается расход топлива (кирпич можно не сушить, а сразу направлять в обжиг). Недостатки этого способа – более сложный процесс прессования и немного большая плотность получаемого материала. При полусухом прессовании глина и отощающие добавки, высушенные и измельченные в порошок, тщательно перемешиваются и увлажняются до 8…12%. Прессование производят на специальных прессах под давлением 15…25 МПа. Этот способ применяют чаще для лицевого кирпича с шликерной подготовкой массы, обеспечивающей однотонность цвета и четкость граней. Кирпич полусухого формования имеет почти такие же показатели свойств, что и кирпич, изготовленный пластическим формованием.