Керамические товары. Керамика

Керамические изделия вследствие их разнообразия изготовляют разными технологическими приемами, но основные этапы их производства примерно одинаковы и состоят из добычи глины, подготовки массы для формования, формования сырца, сушки и обжига изделий.

Добыча глины, подготовка керамической массы и формование изделий.

В большинстве случаев глину добывают открытым способом, для чего используют одно- или многоковшовые экскаваторы, скреперы и другие механизмы. На завод глину доставляют рельсовым транспортом, автотранспортом, ленточными транспортерами, подвесными дорогами, люлечными конвейерами.

Карьерная глина обычно непригодна для получении изделий. Поэтому технология любого керамического изделия начинается с приготовления так называемой керамической, или рабочей, массы. Цель этой стадии производства - разрушить природную структуру глиняного сырья, удалить из него вредные примеси, крупные куски измельчить, а затем обеспечить равномерное смешивание всех компонентов с водой до получения однородной и удобоформуемой керамической массы. В зависимости pi вида изготовляемой продукции и свойств исходного сырья керамическую массу получают пластическим, полусухим и шликерным (мокрым) способами. В связи с этим выбирают и способ формования изделий - пластическое формование, полусухое или сухое прессование, литье.

При пластическом способе подготовки массы и формования исходные материалы при естественной влажности или предварительно высушенные смешивают друг с другом с добавкой воды до получения теста. Влажность получаемой массы колеблется от 15 до 25 % и более. Подготовленная глиняная масса поступает в формующий пресс, чаще всего в ленточный обычный или снабженный вакуум-камерой (3.3). Разрежение способствует удалению воздуха из глины и сближению ее частиц, что повышает однородность и формуемость массы и прочность сырца. Глиняный брус требуемого сечения, выходящий через мундштук пресса, разрезают резательным аппаратом на изделия (сырцовые изделия). Пластический способ подготовки массы и формования наиболее распространен при выпуске массовых материалов (кирпича сплошного и пустотелого, камней, черепицы, облицовочных плиток и т. п).

При полусухом способе подготовки сырьевые материалы вначале подсушивают, дробят, размалывают в порошок, а затем перемешивают и увлажняют водой или, что лучше, паром, так как при этом облегчается превращение глины в однородную массу, улучшаются ее набухаемость и формовочная способность. Керамическая масса представляет собой малопластичный пресспорошок с небольшой влажностью: 8..Л2 % при полусухом и 2...8 % (чаще 4...6%) при сухом способе формования. Поэтому изделия из таких масс формуют под большим давлением (15...40 МПа) на специальных автоматических прессах. Изделия после прессования иногда можно сразу обжигать без предварительной сушки, что ведет к ускорению производства, сокращению расхода топлива и удешевлению продукции. В отличие от пластического способа формования можно использовать малопла-стнчные глины, что расширяет сырьевую базу производства. Полусухим способом прессования изготовляют кирпич сплошной и пустотелый, облицовочные плитки, а сухим способом - плотные керамические изделия (плитки для полов, дорожный кирпич, материалы из фаянса и фарфора).

По шликерному способу исходные материалы предварительно измельчают и тщательно смешивают с большим количеством воды (влажность смеси до 40 %) до получения однородной текучей массы (шликера). Шликер используют непосредственно для изготовления изделий (способ литья) или для приготовления пресспорош-ка, высушивая его в распылительных башенных сушилках. Шликерный способ применяют в технологии фарфоровых и фаянсовых изделий, облицовочных плиток.

Сушка изделий .

Сушка - весьма ответственный этап технологии, так как трещины обычно возникают именно на этом этапе, а при обжиге они лишь окончательно выявляются. Обычно достаточным является высушивание сырца до остаточной влажности - 6...8%.

В процессе сушки продвижение влаги из толщи керамического изделия к наружным слоям происходит значительно медленнее, чем влагоотдача с поверхности, особенно это проявляется в ребрах и углах изделий. При этом возникает различная степень усадки внутренних и внешних слоев, а следовательно, создаются напряжения, которые могут привести к растрескиванию материала. Для предотвращения этого к жирным глинам прибавляют отощители, которые образуют жесткий скелет, препятствующий сближению глинистых частиц, увеличивают пористость изделия, что способствует продвижению воды из его внутренних слоев к наружным. Для уменьшения чувствительности глин к сушке применяют также паропрогрев и вакуумирование глин, используют некоторые органические вещества в малых дозах ЛСТ, дегтевые и битуминозные вещества и др. (см. гл. 5).

Прежде сырец сушили преимущественно в естественных условиях (в сушильных сараях). Естественная сушка, хотя и не требует затрат топлива, но в значительной степени зависит от погоды и длится очень долго (10... 20 сут). В настоящее время сушку сырца, как правило, производят искусственно в специальных сушилках периодического или непрерывного действия. В качестве теплоносителя используют дымовые газы обжигательных печей или горячий воздух из калориферов. Срок сушки сокращается до 2...3 сут, а иногда до нескольких часов.

Обжиг изделий .

Обжиг - важная и завершающая стадия технологического процесса керамических изделий. Суммарные затраты на обжиг достигают 35...40 % себестоимости товарной продукции. При обжиге сырца образуется искусственный каменный материал, который в отличие от глины не размывается водой и обладает относительно высокой прочностью. Это объясняется физико-химическими процессами, происходящими в глине под влиянием повышенных температур.

При нагреве сырых керамических изделий до 110 °С удаляется свободная вода и керамическая масса становится непластичной. Но если добавить воду, пластические свойства массы восстанавливаются. С повышением температуры до 500...700°С выгорают органические примеси и удаляется химически связанная вода, находящаяся в глинистых минералах и других соединениях керамической массы, а керамическая масса безвозвратно теряет свои пластические свойства. Затем происходит разложение глинистых минералов вплоть до полного распада кристаллической решетки и образования аморфной смеси АЬОз и SiO2. При дальнейшем нагреве до 1000°С вследствие реакций в твердой фазе возможно образование новых кристаллических силикатов, например силлиманита Al2O3-SiO2, и далее при 1200...1300°С переход его в муллит 3Al2O3-2SiO2. Одновременно с этим легкоплавкие соединения керамической массы и минералы плавни создают некоторое количество расплава (жидкой фазы). Расплав обволакивает нерасплавившиеся частицы, частично заполняет поры между ними и, обладая силой поверхностного натяжения, стягивает их, вызывая сближение и уплотнение. После остывания образуется камнеподобный черепок. Этот процесс называют спеканием. Результатом процесса спекания является уплотнение обжигаемого материала и, как следствие, уменьшение его открытой пористости.

Температурный интервал между огнеупорностью и началом спекания называют интервалом спекания глин (3.4). Интервал спекания зависит от состава глин. Чем он шире, тем меньше опасность деформации изделия при обжиге. Большинство легкоплавких глин имеет узкий интервал спекания. Обжиг изделий из них обычно ведут при температуре 900-1000 °С. Огнеупорные и тугоплавкие глины имеют большой интервал спекания (более 100°С) и применяются для получения изделий с плотным спекшимся черепком; обжигают их при 1150...1400 °С.

Для обжига керамических материалов используют специальные печи (кольцевые, туннельные, щелевые, роликовые и др.).

После обжига изделия охлаждают постепенно, чтобы предотвратить образование трещин.

Обожженные изделия могут различаться между собой как по степени обжига, так и по наличию внешних дефектов. После выгрузки из печи их сортируют с учетом ГОСТов.

Керамические вазы, горшки, чайные наборы, подсвечники, тарелки, свистки и даже музыкальные инструменты – все это можно создавать самостоятельно.

Чтобы научиться делать керамику своими руками, главное – желание. Перед тем как стать керамистом, попробуйте слепить из глины простейшую безделушку, и вы поймете, стоит ли тратить деньги на покупку оборудования для работы. Если что-то не получилось – не беда, размочите брак и сделайте из него новую фигуру, до запекания изделие можно видоизменять бесконечно.

Из чего делают керамику и где взять материалы для работы

Керамика – это обожженная глина, которая и является главным материалом в работе керамиста. В отличие от , натуральная имеет природное происхождение, ее добывают из недр земли, не подвергая химической и другим видам обработки.

Опытные мастера в целях экономии добывают и готовят сырье самостоятельно. Этот процесс включает несколько этапов и вряд ли заслуживает внимания, если вы только начинаете свой путь и живете в городе.

Глина для изготовления керамики должна быть жирной и без вкраплений камешков и прочего мусора, иначе поделка растрескается в процессе запекания. Готовую массу хранят при определенных условия влажности.

Натуральная глина бывает разных видов :

• Белая – наиболее распространенная, изначально имеет сероватый оттенок, а после термической обработки обретает приятный оттенок слоновой кости.
• Красная – содержит оксид железа, придающий сырью зеленоватый тон. Основной цвет сырца – коричневый, после обжига изделия становятся красными. Хорошо поддается лепке, не крошится, идеальна для скульптур и крупных изделий.
• Фарфоровая – серая в сыром виде и белая после запекания.
• Голубая – чаще используется в косметологии и народной медицине.
• Черная или темно-коричневая керамическая масса – самая твердая глина, приобретающая оттенок слоновой кости после обработки в печи.

Также глины для керамики классифицируют по температуре обработки на легкоплавкие, среднеплавкие, тугоплавкие.

Удобнее всего покупать готовую гончарную глину, ориентируясь на размер фракции, цвет после обжига при разных температурах и другие характеристики и качественные показатели. Стоимость зависит от производителя, фасовки, фактуры. Есть уже готовые массы с добавками для облечения разных задач – лепки, формовки, гончарного круга.

Помимо глины, нужны глазури и эмали для покрытия изделий, пигменты для придания сделанной своими руками керамике нужного оттенка, специальные добавки для улучшения свойств и температурной обработки.

Для склеивания деталей используют шликерную массу – своеобразный клей из разведенной глины. Если просто соединить элементы, они могут отвалиться при нагреве. Все это продается в специализированных магазинах для керамистов.

Способы изготовления керамических изделий

Существует несколько способов превращения глиняной массы в красивое керамическое изделие.

Лепка – самый доступный способ изготовления изделий из керамики своими руками в домашних условиях. Сувениры, скульптуры, посуду, игрушки или другие поделки лепят руками, словно из пластилина, помогая себе специальными стеками или подручными приспособлениями.

Гончарное дело требует наличия вращающегося круга. С помощью этого древнего ремесла и сегодня создают вазы, кувшины, горшки, тарелки, чашки.

Отминка – наиболее простой вариант изготовления керамики для начинающих. В работе используют гипсовую форму, в которую выкладывают мягкую глину, а после застывания извлекают фигурное изделие. Гипсовые формы привлекательны тем, что впитывают излишнюю влагу, помогая глиняному изделию отвердеть и просохнуть.

Литье – здесь тоже используют формы, но другого плана. Разведенную глину разливают по формам, высушивают заготовки, извлекают и раскрашивают.

Глиняная поделка обретает прочность только после обжига – обработки в гончарных печах при температуре от 900 до 1300 градусов. Готовые сувениры покрывают акриловыми красками или специальной стекловидной глазурью для керамики. В случае с глазурью требуется еще один обжиг после окрашивания.

Если хочется получить естественный оттенок, используют молочение – покрывают неокрашенную запеченную керамическую фигурку молоком в несколько слоев и еще раз запекают при более низких температурах.

Гончарная печь – виды и предпочтения

Раньше печи для обжига керамики представляли собой вырытые в земле горны и разогревались исключительно дровами. Современные гончарные печи бывают газовыми, электрическими и дровяными. Последние, как правило, изготавливаются собственноручно, они подходят для эксплуатации в частных домовладениях. В условия квартиры удобнее всего работать с электропечами, для больших объемов можно подобрать газовую.

В металлическом корпусе таких печей скрывается огнеупорный кирпич или другой материал, удерживающий тепло и не боящийся нагрева. Для отвода влаги предусмотрены вентиляционные отверстия, управление процессом обжига керамики осуществляется программным регулятором. Электрические гончарные печи – недешевое удовольствие. Цена зависит от производителя, объема, мощности.

В продаже есть модели с вертикальной и горизонтальной загрузкой и колпаковые. По типу расположения нагревательного элемента гончарные печи подразделяют на муфельные и камерные. В муфельных он находится вокруг емкости из огнеупорного материала (муфеля). В камерных нагреватель расположен внутри, что сокращает потери тепла и делает оборудование более экономичным.

Если немного постараться, можно сделать печь для обжига керамики в домашних условиях своими руками, взяв за основу огнеупорный кирпич и что-то для корпуса, например, старую стиральную машину.

Запекание – самый важный процесс, который не прощает ошибок. Иногда даже опытные мастера видят вместо ожидаемого шедевра негодный брак. Изделия никогда не достают сразу, они должны остыть в печи.

Как выбрать гончарный круг

Гончарные круги нужны для лепки круглых предметов, поэтому этот инструмент необязательно покупать сразу же. Если вы только осваиваете керамику, начинайте с лепки или отминки. Круги бывают с ручным, ножным и электрическим управлением.

Технологический процесс производства керамических бытовых изделий складывается из следующих основных операций: подготовка сырьевых материалов, получение керамической массы, формование изделий, сушка, обжиг, декорирование. Общими особенностями производства бытовой керамики являются: широкий ассортимент и разнообразие формы изделий, большое количество разнотипных технологических операций, применение ручного труда на операциях.
Подготовка сырьевых материалов заключается в их сортировке, измельчении, обогащении.
Сортировку материалов производят для удаления нежелательных примесей (слюды, оксидов железа и др.), часто вручную.
Измельчение сырья выполняют раздельно или совместно. В первом случае помол каменистых и глинистых материалов осуществляется параллельно. Каменистое сырье измельчают сначала грубо, затем средне и тонко, а глинистое — распускают в воде. Совместный тонкий помол каменистых и глинистых материалов осуществляется одновременно. Тонкий помол материалов по совместной и раздельной схемам производят в шаровых мельницах, мелющие тела которых (шары) представляют собой природную кремнёвую гальку или изготовляются специально, например из фарфора. Нужная тонина помола достигается при определенном соотношении количества шаров, сырья и воды. Ускоряют процесс измельчения за счет добавки различных поверхностно-активных веществ. Размолотую в воде суспензию глинистых и каменистых материалов сливают в сборник-смеситель, где она во избежание расслаивания систематически перемешивается. Тонину помола контролируют процеживанием полученной керамической суспензии через контрольные сита.
Обогащение суспензии осуществляется для удаления отдельных недомолотых зерен, крупных частиц красящих оксидов и других примесей. С этой целью её пропускают через вибросито (3460 отверстий/кв. см) и постоянный ферромагнит.

Получение керамической массы

Обогащенная керамическая суспензия имеет влажность 45—50 %, в то время как для формования изделий она должна быть значительно меньше. Избыточную влагу удаляют на фильтр-прессе, который состоит из 35—80 чугунных рам с надетыми на них перфорированными металлическими пластинками и фильтр-прессовыми полотнами из капрона. Удаление воды из подаваемой в фильтр-пресс суспензии происходит за счет давления при сжатии рам
фильтр-пресса. При этом вода проникает через полотно, затем через перфорированную пластинку и стекает в водоотстойник. Далее рамы разбирают и выбирают массу, заполняющую промежутки между ними в виде коржей массой 20—25 кг и влажностью 23—25 %. Дальнейшая обработка массы зависит от того, готовят ли её в виде пластичного теста или суспензии сметано-образной консистенции (шликера).
Для получения пластинного теста массу дважды проминают на вакуум-мялках, чтобы снизить пористость и усадку отформованных из нее изделий, повысить их механическую прочность и химическую стойкость, и после суточной выдержки в контейнерах с влажной атмосферой для увеличения пластичности направляют на формование.
Шликер обычно приготовляют путем роспуска фильтр-прессовых коржей в мешалке с водой и электролитами. Электролиты (сода, жидкое стекло, танин и др.) дают возможность получить шликер необходимой текучести при минимальной, относительно невысокой (31—33 %) влажности суспензии.
Формование керамических изделий. Изделия бытовой керамики формуют двумя основными способами — из пластичной массы и литьем из шликера.

Формование из пластичной массы (рис. 4.1) осуществляется для изделий, имеющих форму тел вращения (тарелок, чашек, чайников и др.), на станках, полуавтоматах и автоматах. Во всех случаях формующими инструментами являются гипсовая или пористая пластмассовая форма и плоский стальной шаблон или вращающийся профильный ролик. При этом в форму
(для полых изделий) или на нее (для плоских изделий) подается определенная навеска керамической массы, которая затем обжимается шаблоном или профилированным роликом. Таким образом, у полых изделий наружная поверхность образуется формой, внутренняя — шаблоном. У плоских изделий формой профилируется внутренняя поверхность, шаблоном — наружная. В современной промышленности широко применяют полуавтоматы и автоматы, позволяющие формовать 600—1400 изделий в час (например, чашек).
Литьем из шликера получают изделия, не имеющие формы тел вращения (суповые вазы, овальные и прямоугольные блюда, салатники, кувшины и др.). Отливкой формуют тонкостенные изделия, которые трудно получить формованием из пластичной массы, и приставные детали (ручки, носики) к чайникам, чашкам, кувшинам и другим изделиям. Механизм отливки керамических изделий основан на способности шликера отдавать воду пористой гипсовой форме с образованием на её поверхности плотного слоя — стенок будущего изделия.
Наиболее распространены два способа отливки — сливной и наливной. При сливном способе избыток шликера после образования плотного слоя заданной толщины на внутренней поверхности формы сливается и затем используется для отливки других изделий. Применяется этот способ преимущественно для отливки изделий с примерно одинаковой толщиной стенок. При наливном способе шликером заполняется полость между двумя или несколькими разъемными формами. Изделие образуется отложением плотного слоя на двух поверхностях форм. Сначала образуется наружный плотный слой изделия, а потом внутренний жидкий слой по мере уплотнения пополняется из установленных на формах литников. Этим способом можно получить разнотолщинные изделия, приставные детали и др. Приставные детали приклеиваются к корпусу изделий жижелем — смесью шликера и декстрина.
Сушка производится для придания полуфабрикату механической прочности. Обычно её проводят в две стадии: предварительная (в гипсовых формах) и окончательная (без форм). Изделия сушат в сушилках разных конструкций до остаточной влажности 1—3 %. При большем содержании влаги керамический черепок повреждается в процессе транспортирования полуфабриката и растрескивается на стадии обжига.
Обжиг керамических изделий — важнейшая стадия керамического производства, во время которой формируется черепок со всеми его свойствами. Для большинства керамических изделий применяют двукратный обжиг: первый — на утель (утельный), второй — политой. Обжиг производят в печах периодического действия (одно- и двухэтажные горны) и непрерывного (туннельных). Обжигаемые изделия предварительно помещаются на этажерки и поддоны или в специальные высокоогнеупорные короба — капсели. Капсель предохраняет изделия от дымовых газов, от засорения сажей, золой и т.п. Но обжиг в капселях удорожает стоимость изделий, так как увеличивается расход теплоты, уменьшается полезная площадь печного пространства. Поэтому в современных туннельных печах применяется бескапсельный обжиг.
Обжиг фарфора на утель производится при температуре 900—1000 °С. Цель утельного обжига — придать фарфору механическую прочность, чтобы предотвратить повреждения полуфабриката при его транспортировании и обработке, и нераз-мокаемость при последующем глазуровании. По окончании утельного обжига изделия сортируют и обдувают струей сжатого воздуха для удаления пыли и посторонних частиц.
Глазуруют фарфоровые изделия окунанием в глазурную суспензию либо распылением её под давлением с помощью пульверизатора. Глазурованные (политые) изделия после короткой подсушки подают на заправку. При этом кистью удаляют следы пальцев глазуровщиц, натеки и неровности глазурного слоя. Специальными приспособлениями счищают глазурь с опорной поверхности изделий (края, ножки), что исключает их приплавление к капселю или друг к другу (при обжиге в спаренном состоянии).
Политой обжиг фарфора производят при температуре 1320— 1450 °С. Это наиболее ответственный технологический этап, в процессе которого окончательно формируются свойства фарфора.
Обжиг фаянса и других видов керамики имеет ряд особенностей. Утельный обжиг фаянса производится при температуре 1250— 1280 °С. В отличие от фарфора основные свойства фаянса формируются на стадии утельного обжига. Политой обжиг фаянса выполняется при более низкой температуре (1140— 1180 °С), так как его цель только в том, чтобы расплавить глазурь и обеспечить её нормальный разлив. Продолжительность политого обжига фаянса вдвое меньше, чем фарфора, отсутствует необходимость в строгом соблюдении восстановительного характера газовой среды при обжиге, имеются и другие особенности. Полуфарфор получают по схеме однократного обжига при температуре 1230—1280 °С с глазурованием по сырому черепку или по схеме двукратного обжига, как фаянс (утельный обжиг при 1230-1280 °С, политой при 1000-1120 °С). Обжиг майолики может быть однократным при температуре 900—950 °С, если это позволяет глина, и двукратным. В последнем случае на утель её обжигают при 900—1000 °С, на политой — при 880—900 °С. Гончарные изделия обжигают при температурах на 50—100 °С ниже, чем майоликовые.
По окончании политого обжига охлажденные изделия сортируют и подвергают различной обработке: шлифуют и полируют края и ножки изделий, удаляют надглазурную засорку и заделывают другие дефекты, моют и сушат для удаления песка и других следов шлифования и полирования, а затем направляют на декорирование.

Декорирование керамических изделий

В производстве бытовой керамики применяют надглазурное и подглазурное декорирование. Надглазурное глазурование наиболее распространено; оно позволяет использовать широкую палитру красок, разнообразные приемы их нанесения (ручные, механизированные); для закрепления надглазурных красок на изделии требуется дополнительный (муфельный) обжиг. Подглазурные краски, как указывалось выше, имеют цветовые тона значительно беднее, приемы нанесения их менее разнообразны. В то же время рисунки, выполненные подглазурными красками, весьма долговечны, так как они защищены от химических, механических и других воздействий слоем глазури. Лишь немногие заводы мира выпускают изделия, декорированные подглазурной живописью. Этот прием декорирования требует большого мастерства, знания технологических особенностей красок, специфики обжига керамики. На рис. 4.2 приводятся основные виды керамических изделий.

Рис. 1. Основные виды украшений керамических изделий:
а — отводка; 6— лента; в —трафарет; г—штамп; д — крытье сплошное;
е — крытье нисходящее; ж — печать; з — печать с раскраской;
и — декалькомания; /с — живопись; л — фото по керамике; м — разделка рельефа
Усик, отводка, лента — простейшие украшения (разделки) фарфорофаянсовых изделий. Они имеют вид непрерывной круговой полоски, выполненной краской или препаратом жидкого золота. Ширина усика 1 мм, отводки — от 1 до 3 мм, ленты — от 4 до 10 мм; на фаянсовой посуде ширина ленты может быть 13—16 мм, в этом случае она называется буфетной. Выполняют украшения кистью вручную, а также с помощью специальных инструментов, автоматически питаемых краской или препаратом жидкого золота.
Трафарет — это несложный однокрасочный, реже многокрасочный рисунок, наносимый аэрографом при помощи пластин (трафаретов) из тонкой жести или фольги, имеющих вырезы, контуры которых соответствуют наносимому рисунку.
Последовательно меняя трафареты и краски, получают многоцветный рисунок. Отличительные признаки этой разделки: резко очерченные контуры рисунка, отсутствие плавного перехода от одного тона краски к другому — отдельные части узора одного цвета как бы оторваны друг от друга (лепестки от головки цветка, цветок от стебля и т.п.).
Штамп — мелкий, всегда однотонный рисунок краской или золотом, наносимый на изделия резиновой пластинкой или валиком с рельефной поверхностью. Обычно штамп является не самостоятельным украшением, а дополнением к другим разделкам.
Крыты — однотонная или тоновая (с постепенным изменением тона) раскраска изделия краской из аэрографа. Однотонное крытье может быть сплошным, частичным, с прочисткой. При сплошном крытье краской покрывают все изделие, при частичном — часть корпуса изделия шириной от 20 мм и более (полукрытье). В случае крытья с прочисткой в сплошном крытье тем или иным способом счищают часть краски таким образом, чтобы освобожденные от краски места образовали заданный узор. Тоновое крытье может быть нисходящим (интенсивность краски уменьшают по направлению к ножке или поддону изделия) или восходящим (интенсивность краски по направлению к ножке или поддону возрастает). Крытье выполняется вручную или на полуавтоматах.
Печать — графический контурный рисунок, перенесенный с граверной доски на материал-посредник (папиросную бумагу, эластичную резиновую или пластмассовую мембрану и т.п.), а с них — непосредственно на изделие. Если рисунок получают с папиросной бумаги, последнюю разрезают на отдельные «лепки» и, пока краска не высохла, накладывают на изделие. Затем бумагу прокатывают войлочным валиком, краска при этом переходит на изделие и затем закрепляется обжигом. Более производителен способ получения рисунков с помощью эластичных резиновых, пластмассовых или других конусов. В действующем по такому принципу полуавтомате «Муррей» выгравированная доска автоматически покрывается краской. После удаления её избытка краска из углубленных элементов рисунка отпечатывается на мембране эластичного резинового конуса, а с нее на изделие. Печать — однокрасочный рисунок, поэтому его часто дополняют раскраской кистью от руки (одной краской или более). Рисунки печати весьма разнообразны. Особое место среди них занимает тематическая печать — пейзажи, портреты, исторические памятники.
Пластмассовых или других кону заключающийся в том, что шелковых сеток — трафаретов. Для этого на капроновом полотне сложным фотохимическим способом получают пленку с просветами, соответствующими требуемому изображению. Краска протирается на изделие через просветы рисунка резиновой раклей или роликом. Шелкография выполняется вручную и с помощью полуавтоматов. Для рисунка характерны рельефность, точечность. Изображения чаще одноцветные. Для получения многоцветных рисунков последовательно используют несколько сеток-трафаретовщно процесс декорирования осложняется тем, что необходима подсушка каждого цветового оттиска. Чтобы избежать промежуточной сушки, применяют термопластические быстротвердеющие краски, которые наносят в нагретом состоянии через обогреваемые сетчатые трафареты. При температуре около 30 °С эти краски становятся текучими и почти мгновенно затвердевают при соприкосновении с холодной поверхностью декорируемых изделий.
Декалькомания (деколь) — один из самых распространенных способов декорирования фарфорофаянсовых изделий. Для закрепления деколи на изделии проводится дополнительный обжиг, во время которого органические компоненты (пленкообразующий лак, мастика и др.) сгорают, а краска приплавляется к стенкам изделия.
Живопись выполняется вручную красками или препаратами жидкого или порошкообразного золота (реже серебра). Тематика живописных рисунков разнообразна, по художественной ценности они могут быть высокохудожественными и простыми. Живописные рисунки, выполненные красками, многоцветны, ярки, характеризуются наличием мазков (следов от кисти). Закрепляются они дополнительным обжигом.
Травление — прием получения декоративного рисунка путем химического травления глазури изделия (или имитации
травления) с последующей росписью золотом. Техника его выполнения такова. Способом печати с бумажного лепка на поверхность изделия переводят рисунок, выполненный асфальтовым лаком. При погружении поверхности изделия в плавиковую кислоту свободные от лака участки глазури протравливаются и приобретают матовую поверхность. Асфальтовый лак удаляют, а поверхность покрывают жидким золотом и обжигают в муфельной печи. После обжига на протравленных местах золото получается матовым, а на местах асфальтового лака — блестящим, что создает эффект рисунка. При имитации травления специальной мастикой на поверхность штампом наносят рисунок, который припорашивают краской. При обжиге мастика выгорает, а краска закрепляется на глазури шероховатым слоем. Поверхность изделия покрывают жидким золотом и снова обжигают. В результате на свободных участках рисунка золото получается блестящим, на краске — матовым.
Люстры получают путем нанесения на поверхность изделий растворов органических соединений металлов в органических растворителях и последующего обжига. При обжиге растворители выгорают, а пленка металлов или их оксидов закрепляется на поверхности.
Фотокерамика (фотопечать). Принцип получения этого украшения сходен с процессом декорирования стеклянных изделий.
Дополнительными украшениями к рассмотренным выше разделкам служат: арабеска —узкий бортовой орнамент, выполняемый кистью, вручную, золотом, реже краской; дорисовка — выполнение вручную элементов, дополняющих основной рисунок; разделка медальона — обводка или разрисовка от руки границ овала или круга; разделка рельефа золотом — разрисовка всех деталей рельефа; пестрение рельефа —частичная разрисовка, подчеркивающая отдельные детали рельефа; промазка рельефа —сплошное покрытие рельефа золотом; цировка — гравирование рисунка по матовому золоту (приложение 4).
Украшение декоративными глазурями применяют чаще для изделий декоративного назначения, чем для посуды. Во всех случаях требуются особые состав глазури и режим её обжига. Матовые глазури имеют мелкозернистую поверхность, получаемую «расстекловыванием» при охлаждении.Кристаллические глазури характеризуются наличием на поверхности мелких или крупных цветных кристаллов. Разновидностью их являются авантюриновые глазури изумрудно-зеленого цвета с золотистыми металлическими блестками. Глазури кракле имеют сетку неглубоких волосяных трещин, которые могут быть дополнительно окрашены погружением изделия в раствор медного купороса, сернокислого кобальта и т.п. Потечные глазури благодаря своей легкоплавкости, растекаясь по поверхности обычной глазури, образуют своеобразные потеки и узоры. Глазури восстановительного огня применяют обычно для майолики. Наиболее ценятся глазури фиолетово-красные с металлическим блеском или радужными переливами и т.п.

Вступление Сырьевыми материалами для производства керамических изделий являютсякаолины и глины. Применяются в чистом виде, а чаще – в смеси с добавками(отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами). Под каолинами иглинами понимают природные водные алюмосиликаты с различными примесями,способные при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камнеподобное состояние.Основа любого керамического изделия - глина. По цвету она делится на два основных вида: красножгущуюся, которая после обжига становится красной, и беложгущуюся, которая после обжига становится белой. Чтобы определить, с какой глиной имеете дело, нужно сделать пробу: обжечь небольшой кусок глины. Даже некоторые черные глины после обжига становятся белыми.

Глина - один из самых распространенных природных материалов, освоенных человеком еще в глубокой древности. Высокая пластичность материала позволяла изготавливать из него множество необходимых в быту предметов - главным образом посуду, украшения и всевозможные культовые фигурки.

Самые ранние изделия были хрупкими, боялись влаги, и в глиняных сосудах можно было хранить лишь сухие продукты. Но, разгребая золу угасшего костра, человек не раз замечал, что глинистая почва в том месте, где горел костер, становится твердой как камень. Эти наблюдения, видимо, и навели человека на мысль обжигать для прочности глиняные изделия.

Вещи из обожженной глины принято называть керамикой.

Современное керамическое производство имеет сложное техническое оборудование, применяет более совершенную технологию и новые материалы. Но создавать керамические изделия можно и дома, используя вполне доступные материалы и оборудование, применяя сравнительно несложную технологию.

Технология производства керамических изделий

Изготовление керамических изделий включает несколько этапов: приготовление тестообразной массы, формовка изделия, нанесение декора, сушка, обжиг в печи.

1) Глиняное тесто должно быть однородно по структуре, без слоистости и воздушных пузырей, равномерно перемешано с добавками, увлажнено до необходимой пластичности, способно принимать ту или иную форму при небольшом давлении. Кондиционная глина не прилипает к рукам, ее отдельные куски легко соединяются. Есть несколько способов приготовления глиняного теста. Один из них заключается в следующем: подсушенную и раздробленную глину заливают большим количеством воды, размешивают до текучего состояния, пропускают через сито в чистую емкость. Глина оседает на дно. Затем избыток воды удаляют путем испарения или при помощи насоса. Летом вода легко испаряется в широкой емкости.

Перед формованием глиняная масса подвергается дополнительной обработке: из нее удаляют пузырьки воздуха, переминая, придают ей однородную структуру.

Добытая глина обычно смешана с песком, мелкими камнями, остатками сгнивших растений и другими инородными веществами, которые должны быть полностью удалены, чтобы глина стала годной к употреблению.

Очищенная глина до ее использования хранится во влажном состоянии в закрытых помещениях. Выдержка глины в течение нескольких месяцев значительно улучшает ее рабочие качества, позволяя глине сохранять форму в процессе создания изделия, оставаясь податливой и пластичной. Свежую глину часто соединяют со старой, из предшествующей смешанной партии; это усиливает бактериальную активность и улучшает качество материала.

2) Формование керамических изделий осуществляют различными способами: пластическим формованием, литьем (с использованием гипсовых форм), прессованием, горячим литьем под давлением.

Наиболее часто применяются способы пластического формования: ручное - "от руки" (при производстве тонких художественных изделий - цветов, украшений и т. д.); формовка "полосками"; в гипсовых формах лепкой; в гипсовых формах с помощью шаблона; на гончарном круге.

Гончарный круг позволяет создавать симметричные, равномерно расширяющиеся или сужающиеся сосуды разнообразной формы. Он состоит из железного вертикального стержня, прикрепленного к рабочему столу и двух деревянных кругов - большого, нижнего (диаметр - 95-105 см), и малого, верхнего (диаметр - 30-40 см). Гончарный круг приводится в движение вращением ногой нижнего круга. Верхний круг является непосредственно рабочим местом, на котором формуют изделие. При этом необходимы некоторые инструменты: деревянный резан, кусок плоской резины, грецкая губка, металлическая клюшка, кусочки кожи и оргстекла.

Работа на гончарном круге требует виртуозного мастерства. Сырую глину, брошенную на гончарный круг, мокрыми руками вытягивают в конус. Нажимая на него сверху рукой, гончар опускает массу вниз. Это повторяется несколько раз (для выравнивания текстуры глиняной массы). Вытянутый ком в результате нажима большим пальцем превращают в полый цилиндр. Пропуская стенки цилиндра между двумя пальцами, вытачивают корпус и шейку изделия. С помощью деревянного резака массе придают необходимую форму. Во время формования руки следует периодически смачивать водой, чтобы усилить скольжение пальцев. Придав изделию законченную форму, его заглаживают мокрой губкой и кусочком резины, после чего тонкой проволокой или шпагатом срезают с гончарного круга и ставят для сушки - чаще всего на воздухе. Высохшее до 19-20 % влажности изделие устанавливают на центр верхнего круга, прикрепив кусочком глины, и подправляют соответствующими инструментами; вытачивают металлическим крючком, заглаживают мокрой губкой, полируют оргстеклом. Если изделие состоит из нескольких деталей, их склеивают. Далее идет декорирование.

Литье в гипсовых формах основано на способности гипса впитывать влагу. Разжиженную глиняную массу, так называемый шликер, заливают в гипсовую форму, влага впитывается и через некоторое время у стенок формы образуется ровный слой глины. Масса постепенно затвердевает, размеры формуемого изделия сокращаются и получаемый полуфабрикат легко отделяется от формы. Такие изделия отличаются рыхлостью и дают большую усадку.

3) Следующим этапом в производстве керамики является сушка. В свежеформованном или вылитом изделии содержится от 22 до 30 % влаги - в зависимости от способа формования. Изделие надо высушить до содержания влаги не более 5 % во избежание неравномерной усадки и растрескивания при обжиге. Сушку сырца проводят в тоннельных и камерных сушилках.

Процесс сушки при разном составе массы проходит неодинаково: чем жирнее глина, тем дольше она сушится. При неодинаковой плотности черепка усушка проходит неравномерно, что ведет к появлению трещин и деформации. Форма изделия также имеет значение: чем больше его площадь, тем быстрее оно сохнет. Во время сушки не должно быть сквозняков. Вначале изделие проходит предварительную сушку, при 19 % влагосодержания - декорируется, а затем уже идет окончательная сушка.

Основное назначение сушки изделия-сырца – снижение его влажности, приобретение прочности, достаточной для транспортирования в печь и последующего бездефектного обжига при минимальных энергозатратах.Плоские изделия обычно сушат в формах. Изделия, изготовленные методом литья, сначала подвяливают в формах до придания изделиям необходимой прочности, а затем извлекают из форм и досушивают до влажности 1...2,5%.Для сушки массовых изделий используют конвейерные сушилки с направленными потоками горячего воздуха. В этих сушилках процесс сушки совмещается с операцией транспортирования изделий в направлении технологического потока. Отдельные художественные изделия сушат в камерных сушилках периодического действия, где полуфабрикаты высушиваются на полках или вагонетках. Для особо сложных изделий применяют естественную сушку на многоярусных стеллажах, расположенных у рабочих мест. Длительность искусственной сушки зависит от типа применяемых сушилок, методов сушки и других факторов и колеблется в пределах от 0,25 до 3 ч.

4) Декорирование. Приемы художественной обработки керамических изделий в большой мере обусловлены особенностями материала, свойством глины. Таковыми являются роспись ручным способом, гравировка, сграффито, фляндровка, “мрамор”, лепка, лощение, резерваж и другие.

Роспись - наиболее широко применяемый способ художественной обработки. Расписывают ангобом - тонкорастертой жидкой глиной, белой или с примесью красителей. Рисунок ангобом наносят только на сырой черепок (19-20 % влажности). Пересушенное изделие расписывать нельзя, так как ангоб при сушке и обжиге опадает

Для лепки необходимы обычные скульптурные стеки - металлические и деревянные. Кроме этого, при работе необходима грецкая губка (мягкая тряпка, резиновая губка) для удаления ангоба.

Глазирование - широко применяемый художественно-технический прием обработки керамических изделий. Покрытие глазурью - стекловидной массой - изделия преследует не только эстетическую цель. Глазурь предохраняет его от проникновения влаги, делает более прочным. Глазури могут быть прозрачными (бесцветными и цветными) и непрозрачными. Прозрачные бесцветные глазури хорошо выявляют натуральный цвет глины, из которой сделано изделие.

Изделие после первого, утильного, обжига очищают от пыли специальными щетками. Приготовленную в емкости глазурь размешивают до эмульсионного состояния. Изделие окунают в глазурь или обливают ею, затем сушат.

Основой глазури является кварц, полевой шпат, каолин. В состав глазури вводят также окислы металлов, чем достигается термостойкость и другие качества.

Очень красивыми делают керамические изделия глазури восстановительного огня: при обжиге на поверхности образуется металлический блеск. Чем это достигается? Вначале обжиг идет обычным путем, но при температуре печи около 600 °С, когда глазурь на черепке уже неподвижна, доступ воздуха в печь перекрывается, в топку вводят восстановители в виде лучины, нефти, ветоши. В печи создается восстановительная среда, огонь удаляет кислород и окиси металла. Если начать восстановление, когда глазурь еще находится в жидком состоянии, то углерод может вплавиться в глазурь, в результате чего она станет матовой, серо-черной. Если же восстановительный огонь образовать после затвердения глазури, то восстановление не произойдет, изделие только покроется копотью. Процесс восстановления длится от двух до шести часов. Изделия вынимают из печи только после их остывания, иначе металлизация может прекратиться. Глазури, которые дают металлический блеск на керамических изделиях, всегда легкоплавкие - в их состав входят соединения свинца, легко восстанавливающегося.

Несмотря на все многообразие керамических изделий и при­меняемого для их изготовления сырья важнейшие процессы при их производстве, различаясь в деталях, по существу одни и те же. Получение керамических изделий состоит в основном из следую­щих технологических операций:

1) подготовка сырой керамической массы;

2) формование изделий;

3) сушка изделий и отделка их в необожженном виде;

4) обжиг изделий;

5) глазурование изделий (может предшествовать обжигу или выполняться после предварительного обжига с последующим об­жигом для закрепления глазури).

Приготовление керамической массы. В общем случае керамиче­ская масса состоит из четырех компонентов: глины (или смеси глин); отощителя; флюса и воды. В некоторых случаях, при подхо­дящих природных глинах, отсутствует необходимость в использо­вании отощителя или флюса. При необходимости получения по­ристого черепка в массу вводят порообразующие материалы.

Для того чтобы точно дозировать и равномерно смешивать с другими компонентами, глину подвергают сначала грубому, а за­тем тонкому измельчению. Необходимым условием нормальной работы агрегатов тонкого помола является невысокая влажность глины (не выше 7... 10 %). Поэтому излишне влажную глину сушат в сушильных барабанах сразу после грубого измельчения дробил­ками или глинорезками.

При другом способе производится помол всех компонентов в шаровых мельницах мокрого помола. Полученную керамическую суспензию пропускают через вибрационное сито и подвергают распылительной сушке, получая пресс-порошок влажностью 5...7%.

Для производства доброкачественных изделий необходимо при­дать глине высокую однородность, для чего ее перемешивают в глиномешалках, при необходимости доувлажняя и иногда разог­ревая для повышения пластичности.

Выбор схемы подготовки керамической массы осуществляется с учетом как особенностей сырьевых материалов, так и способа последующего формования, для которого главным моментом яв­ляется влажность W сырьевой смеси. Существуют три наиболее часто применяемых способа подготовки керамической массы: по­лусухой (W = 7... 12%), пластический (W = 17...22%) и мокрый (W> 30%).

Формование керамических изделий. Формование керамических изделий осуществляют пластическим способом, полусухим прес­сованием и шликерным литьем.

Пластическое формование (W- 17...22%) осуществ­ляют при помощи шнекового (ленточного) пресса. Современный безвакуумный ленточный пресс - сложный агрегат, однако прин­цип его работы чрезвычайно прост (рис. 5.1). Керамическая масса через воронку / и нагнетательные валки 2 подается на лопасти шнека (червяка) 4, который, вращаясь вокруг своей оси, захва­тывает массу и перемещает ее в сторону сужающейся части - головки 5. На выходе из головки устанавливается съемная насад­ка - мундштук 6, отверстие в котором имеет ту или иную форму, зависящую от конкретного изделия. При изготовлении кирпича мундштук имеет прямоугольное отверстие размером 250x120 мм. Под действием давления (1,6...7,0 МПа), развиваемого шнеком, масса выдавливается через отверстие мундштука и выходит в виде непрерывной глиняной ленты, которая разрезается на отдельные кирпичи стальными струнами.

Методом пластического формования изготавливают как пол­нотелый, так и пустотный (многодырчатый) кирпич, трубы, че­репицу и другие изделия. При производстве керамических труб используют вертикально формующие шнековые прессы.

Полусухое прессование производится при высоком дав­лении (25...35 МПа). В этом случае оптимальное содержание влаги в рабочей массе должно составлять 7... 12%. Формование осуще­ствляется на механических и гидравлических прессах.. Прес­сование производится в пресс-форме, куда из бункера с помо­щью каретки переносится порция пресс-порошка. Одновременно при движении вправо каретка сталкивает отфор­мованный сырец на приемное устройство.

При обратном движении каретки (влево) нижний штампопускается и пресс-порошок заполняет пресс-форму. После этого опускается и входит в пресс-форму верхний штамп, производя предварительное уплотнение массы при давлении около 2 МПа, в результате чего ее объем уменьшается на 30... 35 %. Дальнейшее прессование производится нижним штам­пом в две ступени. На первой ступени создается давление около 9 МПа. После этого нижний штамп опускается вниз, давая выход отжатому из прессуемой массы воздуху. Если этого не делать, то воздух, расширяясь после снятия давления, разрыхлит отформо­ванное изделие. Окончательное прессование производится при давлении около 30 МПа.

Полусухим прессованием получают керамические плитки, кир­пич, черепицу. Этот способ формования имеет преимущество пе­ред пластическим - при нем практически не требуется сушки изделий и они могут сразу направляться на обжиг.

Шликерное литье керамических изделий основано на спо­собности затвердевшего гипса впитывать воду. Применяют три спо­соба литья: сливной; наливной; комбинированный.

При сливном способе формования жидкую керамическую массу (шликер) наливают в гипсовую форму, пористые стенки которой впитывают влагу, отнимая ее от шликера, вследствие чего по внут­ренней поверхности формы образуется сплошной равномерный слой загустевшей массы. Когда этот слой приобретет нужную толщину, избыток шликера сливают, а изделие оставляют еще на некоторое время в форме для высыхания (подвялки), вследствие чего оно дает усадку и Легко отстает от стенок формы.

При наливном способе шликер заливают в пространство меж­ду сопрягаемыми частями разъемной формы. При этом способе процесс уплотнения массы протекает быстрее, так как влага от­бирается и с наружной, и с внутренней поверхностей заготовки. В отличие от сливного наливной способ позволяет формовать изделия более сложной формы и с большей точностью размеров.

В некоторых случаях целесообразно использовать оба способа (комбинированный способ). Например, у раковин и умывальни­ков «тело» чаши - наливное, а полые борта - сливные.

Методом литья изготавливают тонкостенные фаянсовые и фар­форовые санитарно-технические изделия, посуду, вазы, статуэт­ки, химическую посуду и приборы. Этот способ в отличие от дру­гих позволяет изготавливать изделия сложной формы.

Сушка изделий. Сушка изделий осуществляется в сушилках раз­нообразных конструкций (камерных, туннельных). Сушка кера­мических изделий является трудоемкой стадией производства, так как в процессе сушки получается большой процент брака вслед­ствие образования трещин и деформации заготовок.

Глазурование керамических изделий. Глазурью называется тон­кий стекловидный слой, наносимый на поверхность керамиче­ского изделия с целью придать ему красивый внешний вид и од­новременно повысить водонепроницаемость и стойкость к хими­ческим и механическим воздействиям. По составу и физическим свойствам глазури представляют собой разновидности стекол. Для приготовления глазури используют природные материалы, содер­жащие кремнезем и глинозем (кварцевый песок, глину, полевой шпат, тальк и др.), а также соли и оксиды различных металлов: калия, натрия, лития, бора, кальция, магния, бария, цинка, свин ца, олова и т.д. Оксиды металлов придают глазури ту или иную окраску, улучшают блеск и другие свойства, понижают темпера­туру плавления глазури.

Глазури могут быть прозрачными и непрозрачными (глухими). И те, и другие могут быть окрашенными и бесцветными.

Тонко измельченную глазурь смешивают с водой для полу­чения суспензии с консистенцией сливок (плотностью 1 350... 1 400 кг/м 3) и наносят на поверхность изделия путем полива, окунания или пульверизации. Во время обжига глазурь расплавля­ется, растекается по поверхности и при охлаждении превращает­ся в стекловидный слой.

Обжиг керамических изделий. Обжиг позволяет осуществить необратимое превращение керамической массы в твердое камне-видное тело. Этот процесс называется спеканием.

Процессы при обжиге начинаются с испарения той части ме­ханически примешанной воды, которая целиком не была удалена из изделия при сушке. При дальнейшем повышении температуры в интервале от 500 до 800 °С происходит выделение химически связанной воды. При этом, например, каолинит переходит в метакаолинит: А1 2 0 3 2Si0 2 2Н 2 0 -»А1 2 0 3 2Si0 2 + 2Н 2 ОТ. В интерва­ле температур от 800 до 900 °С происходит диссоциация глинообра-зующих минералов, например метакаолинита: А1 2 0 3 2Si0 2 --> А1 2 0 3 + + 2Si0 2 , а также присутствующего в массе углекислого кальция: СаС0 3 -> СаО + С0 2 .

Оксид кальция, так же как и остальные оксиды металлов, при последующем повышении температуры начинает реагировать с кремнеземом и глиноземом, образуя легкоплавкие смеси различ­ных силикатов и алюмосиликатов. Количество образующегося рас­плава увеличивается по мере нагрева; в соответствии с этим изме­няются и свойства черепка. Сначала пористый черепок начинает постепенно уплотняться и терять свою пористость, превращаясь в плотный клинкер. Для получения пористых изделий обжиг прово­дят при невысокой температуре. Если же необходимо получить изделие с плотным каменным черепком, то температуру повыша­ют до такого значения, при котором количество расплава стано­вится достаточным для заполнения всех промежутков и пустот между нерасплавленными частицами.

Температура обжига различных изделий строительной керами­ки составляет от 900 до 1 700 "С.

Печи для обжига, применяемые в керамической промышлен­ности, в основном непрерывно действующие. По форме печного пространства современные печи бывают туннельными и щелевы­ми.

Туннельная печь представляет собой длинный (100... 160 м) уз­кий канал, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом. Зона обжига в этой печи располагается примерно посередине. Обжигаемые изделия помещаются на вагонетки и вкатываются в печь одна за другой, образуя сплошной поезд. При вдвигании новой вагонетки с одного конца печи весь поезд перемешается так, что с другого конца выталкивается вагонетка с уже обожженным ма­териалом. Туннельные печи используются при производстве кир­пича, керамических труб, сантехнических изделий.

Щелевые печи применяются для обжига керамической плитки и черепицы. Они работают подобно туннельным печам, но имеют очень узкий щелевидный канал, в который подаются изделия с помощью роликового конвейера. Ширина канала щелевых одно­рядных печей - от 0,9 до 2,5 м, высота - 0,6...0,8 м; длина щеле­вой печи - от 24 до 65 м.