Лекция: Художественная обработка керамики. Способ обработки керамики резанием

Фундамент
12.03.2018

В истории человечества насчитывается немало материалов, которые сопровождали людей едва ли не с самого зарождения цивилизации. Первым приходит на ум дерево, но не стоит забывать о керамике - обожженной глине, посуду из которой начали изготавливать с незапамятных времен.

Положительных качеств у такого материала хватает: керамика прочная, устойчивая к химическим и высокотемпературным воздействиям, отличается полной экологической безопасностью, да и с внешним видом у нее все в порядке. Кроме того, плитка из обожженной глины не гниет и не покрывается грибком, что позволяет с успехом использовать ее для отделки самых различных технологических помещений и ванных комнат.

Вообще керамика — это посуда или другие вещи из глины (с минеральными присадками или без них), полученная при помощи формовки и последующего высокотемпературного обжига. Чтобы внешний вид таких изделий был красивее, их глазируют.

Какие материалы могут быть использованы в производстве?

Мы уже говорили, что для этих целей используется преимущественно глина, но бывают исключения. Итак, на керамику могут идти следующие материалы:

  • Пластичная основа. Это как раз таки глина или каолин (порода, состоящая из каолинита).
  • Материалы, которые минимизируют осадку при обжиге, позволяют сохранить форму изделия. В дело идет качественный кварцевый песок, некондиция фарфора (бой), шамот.
  • Породы, дающие плотную стекловидную массу при спекании. Идеально подходит полевой шпат, пегматит.
  • Глазурь. Может использоваться как материал из природного сырья, так и многочисленные аналоги, полученные путем химического синтеза.

Классификация

Вот мы и узнали, что керамика - это специальным образом обработанная глина. В качестве факторов, предопределяющих потребительские качества изделия, выделяют вид керамики, способ ее декорирования или формовки.

Различают керамику тонкую (мелкая зернистость на сломе черепка), а также грубую (крупная зернистость). Из тонких разновидностей каждому знаком фарфор, полуфарфор, а также фаянс, плитка из которого есть едва ли не в каждой ванной комнате. Соответственно, грубая керамика (фото вы найдете в статье) - это гончарные горшки. Вещь у нас не слишком распространенная, но известная с глубочайшей древности.

Свойства разных видов керамики

Отличительным признаком фарфора является тонкий, плотный и белый мелкозернистый черепок. Материал очень плохо поглощает влагу (до 0,2 %). Ценные вазы или чашки (очень тонкие) можно просматривать на свет. Края бортика (чаще дно) из-за технологии обжига не покрывают глазурью. Для производства используется преимущественно каолин и

Полуфарфор - промежуточный вариант между вышеописанным фарфором и фаянсом. Несколько грубее, поглощение воды от 3 до 5 %, чаще всего применяется в изготовлении посуды хозяйственного назначения.

Что касается самого фаянса, то он отличается толстым пористым черепком, который на сломе имеет чуть желтоватый оттенок. Способность к поглощению воды высокая, в пределах 9-12 %. Именно из-за этого, а также из-за высокой пористости, любые изделия из керамики этого типа в обязательном порядке покрываются слоем тонкой глазури.

Так как используемая глазировка весьма нестойка к термическим воздействиям, используют эту разновидность керамики исключительно в производстве недорогой посуды повседневного использования, а также для хозяйственных емкостей. Для выделки берут не слишком качественные сорта глин, мел и кварцевый песок. Технология керамики этого сорта также допускает использование (в качестве основы) битого фарфора. Разумеется, перед началом производства его дробят и мелко растирают.

Майолика - это весьма привлекательная внешне керамика. Цена на нее - около тысячи рублей за среднестатистическую вазу. Отличительный признак - очень пористый черепок, может поглощать вплоть до 15 % влаги. Несмотря на это, изделия отличаются тонкими блестящими поверхностями, имеют малую толщину стенок. Последнее обусловлено тем, что майолика изготавливается по технологии литья. Как правило, изделия украшаются глазировкой, также нередко встречаются декоративные барельефы. В производстве этого сорта керамики используются беложгущиеся глины, кварцевый песок, мел и плавни.

Гончарная керамика (фото которой есть в статье). Отличается черепком специфичного красно-коричневого цвета (красножгущиеся глины) и очень большой пористостью. Коэффициент поглощения влаги - до 18 %. Для раскрашивания используются специальные глиняные краски, ангобы. Чтобы защитить их от воздействия влаги, сверху изделия покрываются тонким слоем бесцветной глазури. Что касается сферы использования, то ассортимент представлен не только декоративными горшками, но и вполне практичной посудой для домашнего хозяйства.

Кроме того, к этой же категории относится теплая керамика. Так называются кирпичи, изготовленные из грубо обожженной глины. При производстве такого рода керамики используются специальные вспенивающие реагенты, которые резко повышают пористость материала, а потому его теплоизоляционные качества становятся намного лучше.

Как проходит процесс производства?

Само производство керамики легко разделить на несколько следующих этапов:

  • Добыча и соответствующая подготовка сырья.
  • Формовка, нанесение декоративных узоров или проделывание функциональных отверстий.
  • Литье, полусухая штамповка.
  • Правка, первое просушивание.
  • Высокотемпературная обработка.
  • Глазировка.
  • Повторное обжигание.
  • Декоративная обработка (теплая керамика и аналоги в ней не нуждаются).


готового изделия определяется характеристиками внешнего вида, полным соответствием функциональному назначению, а также долговечностью.

Технология изготовления

Об основных этапах производства мы поговорили, а потому сейчас давайте обсудим каждый из них в отдельности. Чтобы приготовить первоначальную керамическую массу, выполняются следующие технологические операции: сырье тщательно очищается от посторонних минеральных и органических примесей, дробится и перемалывается. После этого наступает черед перемешивания и добавления различных присадок.

Формовка изделия

Формовка выполняется из жидких или пластичных керамических масс. У пластического формования имеется ряд преимуществ. В первую очередь это выражается в том, что можно делать изделия практически любых форм и размеров. Кроме того, для их изготовления можно приспособить даже самое простое и технологичное оборудование.

Что же касается литья, то для этого применяется масса с влажностью 34-36 %. Заливка производится в гипсовые формы. Это незаменимый способ для изготовления действительно сложных керамических изделий, форма которых физически не допускает применения прочих способов формовки. Кроме того, так производится плитка. Керамика для нее делается не из самых лучших сортов глины (ниже требования), но толщина готовых изделий должна быть как можно более равномерной.

Литье может быть как ручным, так и полностью автоматизированным. После первоначальной просушки продукцию вынимают из форм, после чего приклеивают различные декоративные и функциональные элементы, для присоединения которых используется специальный клей. В прошлом для этой цели применяли глиняное тесто, но оно обеспечивало не слишком высокую прочность.

Сушка


Сушка - наиболее ответственный этап, так как от правильности его проведения зависит как механическая прочность изделия, так и его декоративные характеристики. Разумеется, крайне важно и правильное распределение глазури, от которой зависит устойчивость изделий к воде, а также химическим агентам. Сушка - обязательное условие производства керамики. Для нее используют конвейерные, радиационные и камерные сушилки. Температура на всем протяжении процесса не должна превышать 70-90 °С.

Исключение составляет разве что плитка. Керамика в этом случае весьма толстая, так что в некоторых случаях допускается использование высокотемпературного режима на непродолжительное время.

Обжигание

Вторым по важности технологическим этапом является обжиг керамики. Цель - формовка черепка с точно заданными физико-химическими свойствами, закрепление красящего состава и глазури на поверхности. Обжигание важно тем, что в его ходе протекает множество физико-химических процессов, которые и предопределяют основные потребительские качества изделия. Обычно обжиг проводят в две ступени, но если на поверхность глазури была нанесена краска, проводится так называемый муфельный обжиг (третья ступень).

Первая ступень осуществляется при температуре от 900 до 1250 °С (в зависимости от вида и сорта керамики). Вторая ступень требует температурного режима от 1020 до 1410 °С. Последнее значение используется исключительно для фарфора. Прочую керамику редко обжигают в таком режиме, так как высок риск растрескивания. Если речь идет о среднестатистической то изделия из нее и вовсе зачастую «жгут» однократно, при температуре не выше 960-1020 градусов по Цельсию.


Для обжига могут быть использованы печи для керамики двух типов: периодические (горны), а также непрерывные. Разновидностей последних очень много, но более всего распространены тоннельные и роликовые.

О различных дефектах

Специфика изготовления керамических изделий состоит в том, что на различных этапах производства возможно возникновение большого количества самых разнообразных дефектов. Бывают повреждения черепка, глазури или декоративного покрытия. Что касается дефектов черепка, то они чаще всего появляются еще на этапе первичной формовки и первоначальной просушки.

Какая-то часть производственного брака проявляется практически сразу, а пятна или что-то подобное появляются только после обжига. В связи с «капризностью» конечной продукции имеется требование жестко контролировать чистоту всех используемых на производстве инструментов.

Описание основных понятий

Глазурь - это специальные расплавы, которые наносятся на поверхность готового изделия. Толщина их составляет 0,12—0,40 мм. Назначение глазурей довольно разнообразно. Во-первых, поверхность плитки или посуды покрывается плотным декоративным слоем, который не только способствует возникновению приятного внешнего вида, но и значительно повышает механическую прочность. Кроме того, покрытие дает надежную защиту от физических и химических воздействий, что особенно актуально для хозяйственной посуды.

Под декорированием понимается нанесение декоративной окраски или узоров. Нередко в условиях используются фигурные штампы, с помощью которых массовое производство однотипных изделий. Для нанесения узора на края горшка используется штемпельный валик. Соответственно, заключительные операции заключаются в устранении мелких дефектов, шлифовке ножки и края.

Некоторые сведения о глазури и красках

Глазури подразделяются на прозрачные и непрозрачные разновидности, бывают они окрашенными и полностью бесцветными. Керамические краски применяют для украшения практически всех разновидностей изделий из обожженной глины. В основе их лежат или металлы, или их оксиды. При нагревании они образуют стойкие соединения, которые не только красивы, но и весьма долговечны. Такая керамика, отзывы о которой всегда прекрасны, с давних пор была украшением во многих зажиточных домах.


Краски делятся по способу их нанесения: или на слой глазури, или же под него. Как можно понять, в последнем случае красящий состав наносится непосредственно на черепок. Только потом его закрывают слоем глазури, а изделие обжигается в печи. Если состав наносится непосредственно на слой глазури, его фиксируют температурой не меньше 600-850 °С.

Что касается вспомогательных материалов, то их используют для изготовления форм для обжига и литья.

Сведения об изготовлении литейных форм

Чтобы изготовить достаточно прочные и качественные формы, используется формовочный гипс. Его делают, тонко измельчая порошок полуводного гидрата сернокислого кальция. Особенность такого гипса в том, что при смешивании с водой он должен превращаться в достаточно пластичное и упругое тесто. Но главное - этот состав должен схватываться в точно определенные сроки, что гарантирует действительно качественный обжиг. Если гипса по каким-то причинам нет, может быть использован карборунд. Допускается применение прочих огнеупорных материалов.

Вот что такое керамика. Это такой материал, без которого невозможно себе представить ни одной кухни или ванной комнаты. Впрочем, есть и другая ее разновидность, изделия из которой могут быть настоящими украшениями любого дома.

Художественная керамика

Под «художественными» понимаются изделия, украшенные особенно тонким рельефом или лепниной. Конечно же, прочих отличий от обычной керамики фактически нет, но в технологии изготовления есть немало тонкостей. О них-то мы сейчас и поговорим.

Первоначальная подготовка сырья

Как вы понимаете, художественная керамика мало в чем отличается от своих «бытовых» аналогов, но при ее изготовлении нужно требовательнее подходить к отбору сырья. Все то же самое, что и в прошлом случае, но все операции выполняются более тонко. Кроме того, использовать следует исключительно мелкоизмельченный каолин (диаметр частиц менее 2 мкм).

Что это дает? Такой подход позволяет получать намного более пластичную массу, а также минимум в два раза увеличивает прочность просушенных изделий. Кроме того, следует брать только мелкий так как он резко уменьшает осадку готовой продукции, что для художественной керамики крайне важно.

Сушка художественной керамики

Как мы уже указывали в первой части статьи, сушка - один из самых важных этапов. Если говорить о художественной керамике, то это утверждение становится еще более актуальным. Следует знать, что усадочные явления при обжиге тонких изделий протекают неравномерно, что может привести к большим неприятностям, вплоть до порчи всего изделия. А потому крайне важно выбрать правильный режим нагрева, дабы художественная керамика не превратилась в кучу черепков.

Если изделия плоские, то их настоятельно советуется сушить исключительно в формах. Сперва их слегка подвяливают, пока будущая керамика не приобретет необходимой плотности, и только после этого ее можно вынимать и досушивать до влажности 1-2,5 %.


Чтобы проводить данный процесс массово, используют специальные конвейерные сушилки. В особенно сложных случаях высушивание проводится в устройствах, которые работают по периодическому принципу. Так делают ради того, чтобы тонкая керамика не пересохла и не треснула. Длительность сушки колеблется от 30 минут до трех часов.

Вот вы и узнали, что такое керамика. Это один из самых старых материалов, что когда-либо производился человечеством. Несмотря на свою древность, керамика весьма востребована и по сей день.

Изготовление керамических изделий

Процесс изготовления керамических изделий состоит из нескольких этапов: подготовки глины, приготовления массы, формования изделий, обжига, глазурования и декорирования.

Подготовка глины и приготовление массы.

Предварительно небольшой кусок глины, при необходимости, рекомендуется обжечь и по цвету, приобретенному ею после обжига, определить, какая это глина - беложгущаяся или красножгущаяся. Бывают черные глины, которые после обжига становятся абсолютно белого цвета.

Определив вид глины, ее надо тщательно промыть, высушить, разбить молотком на мелкие кусочки и замочить горячей водой в эмалированной посуде (глиняные частицы набухают, поэтому заливать нужно в два-три приема, пока поверхность глины не покроется водой на 4-5 см). В течение 8-12 часов смесь периодически перемешивают, добавляя воду. Когда вода отстоится, массу пропускают через сито несколько раз и опять дают отстояться еще 1-2 дня, пока она не уплотнится. Затем кружкой удаляют оставшуюся воду и разливают глиняную массу в гипсовые лотки: гипс хорошо впитывает воду, и глина еще больше уплотнится. Через 3-4 часа выбирают глину из лотков, складывают пластами и накрывают полиэтиленовой пленкой.

Готовая для работы глиняная масса напоминает тесто, легко отстает от руки, отпечаток пальца на ней полу чается четким, не расплывается. Глина достаточно пластична для лепки, когда на кольце свернутой из нее колбаски нет трещин. Чтобы убедиться в отсутствии в промятой глине воздушных пузырьков, нужно придать ей форму шара и разрезать его тонкой стальной проволокой. Если обнаружатся пустоты, глину следует промять снова до полного их исчезновения.

Перед применением в глину вводят отощающие и флюсующие добавки. В качестве отощителей используют кварцевый песок, молотый черепок, измельченный шамот (глина, обожженная при температуре 1350 °С); они способствуют снижению усадки. Флюсующие материалы (плавни) - полевые шпаты, пегматит, мел, известняк и другие - добавляют для снижения температуры обжига, обеспечения спекаемости черепка, повышения термической устойчивости и просвечиваемое. Для легкости и прочности в керамическую массу можно положить пух тополя или камыша. Добавка окиси железа также ускоряет обжиг. Формовочная масса должна иметь влажность 20-25%.

Инструменты и приспособления.

Для изготовления керамических изделий применяются те же инструменты, что и при лепке из глины, - стеки и кольца (см. рис. 1).

Рис. 1. Стеки и кольца для работы по пластическому материалу.

Ручной гончарный круг заменит лабораторная подставка - турнетка. Электрический гончарный круг можно изготовить самим (рис. 2), приспособив вместо станины стол или столярный верстак. Полезным окажется электродвигатель от швейной машины, так как он снабжен педалью для регулирования скорости вращения. Рабочий круг диаметром 25-30 см можно выточить из бронзы, алюминия, пластмассы или толстой фанеры, пропитанной горячей олифой. Соотношение диаметров шкивов электромотора и круга рассчитывают так, чтобы круг вращался с максимальной скоростью - 300 об/мин (против часовой стрелки).

Рис. 2. Гончарный круг:
а - ручной;
б - ножной;
в - электрический.

В процессе работы понадобятся также банка с водой для увлажнения глины и смачивания рук, губка для удаления лишней воды, кронциркуль и проволочка с деревянными ручками (рис. 3).

Рис. 3. Инструменты и приспособления для формования:
1 - стеки,
2 - шаблоны,
3 - губка,
4 - кронциркуль,
5 - проволока с деревянными ручками.

Формование керамических изделий.

Существует несколько способов формования изделий: свободная лепка; свободное формование на гончарном круге; пластическое формование ручным оттиском в форме; пластическое формование во вращающейся гипсовой форме с помощью формующего шаблона; шликерное литье в гипсовые формы.

Свободная лепка - древнейший способ изготовления керамических изделий: из приготовленного глиняного теста вручную лепят различные фигурки, свистульки, иногда - горшки больших объемов. Выполняют свободную лепку ленточным способом или путем выбирания глины стекой.

Процесс формования (в данном случае - кружки) ленточным способом показан на рис. 4. Сначала формуют диск толщиной не менее 5 мм. Затем делают валик (длиной, равной длине окружности диска), расплющивают его до нужной ширины и прочно примазывают к диску с внешней и внутренней сторон. Вслед за этим изготавливают ручку кружки и плотно прикрепляют ее к основе. Закончив лепку изделия, его протирают влажной тряпкой и углубляют декор. При желании кружку можно расписать ангобом.

Рис. 4. Свободная лепка сосуда ленточным способом:
1 - дно; 2 - заготовка стенки; 3 - ручка; 4 - формование; 5 - готовая кружка.

Начиная формование изделия, например кувшина или горшка, путем выбирания глины стекой (рис. 5), из куска глины лепят заготовку нужной формы. Затем стекой-лопаточкой делают в ней углубление и осторожно выбирают глину, постепенно утончая стенки сосуда. Окончательную обработку и заглаживание внутренних поверхностей выполняют стекой-петлей. Подготовленную полую форму устанавливают на доску и обрабатывают край сосуда, прилепив к нему горловину - раскатанную полоску глины.

Рис. 5. Свободная лепка сосуда путем выбирания глины.

Свободное формование на гончарном круге заключается в механическом воздействии рук гончара на заготовку глины в виде пластического теста. Для начала целесообразно изготовить небольшой простейший сосуд (рис. 6). Подготовив гончарный круг к работе, кладут точно в центр заготовку из глины в форме шара. Включают мотор и, смочив руки, окончательно центрируют глину, чтобы при вращении круга она оставалась неподвижной. Затем глину надо хорошо промять: вытянуть ее в высокий конус и опять придать форму шара. Операцию повторяют несколько раз, пока масса не станет плотной и однородной. После такой первичной обработки заготовки приступают к формованию внутренней полости.

Рис. 6. Последовательность формования сосуда на гончарном круге.

В середине глиняного шара, плавно нажимая большими пальцами, делают цилиндрическое углубление и постепенно расширяют его до требуемых размеров. Затем вытягивают цилиндр до нужной высоты. Работают, как правило, обеими руками - одна внутри, другая снаружи. Руки, между которыми находится стенка цилиндра, перемещают от дна вверх, добиваясь утончения стенки постепенным сближением их. В процессе лепки руки необходимо постоянно смачивать водой, чтобы они хорошо скользили по глине. Из полученного цилиндра формуют задуманный сосуд. Сначала лепят основание, затем, мягко надавливая на стенки цилиндра с внутренней стороны, расширяют его. Руки при этом должны двигаться синхронно. В результате получится тулово кувшина. Теперь, надавливая уже с внешней стороны, формуют плечо и шейку. Завершают изготовление кувшина лепкой венчика. Во время всех этих операций гончарный круг вращают ногой или приводным механизмом. Воду, скапливающуюся на дне сосуда, убирают губкой, опуская ее на проволочном крючке. При формовании способом кругового налепа (рис. 7) сначала заготавливают глиняные жгуты диаметром 1-1,5 мм, длиной 50-60 см. Затем ребром ладони левой руки приводят в медленное движение гончарный круг, а пальцами правой руки непрерывно прижимают колбаску к ладони левой руки, придавая ей ленточную форму. Главные формообразующие "инструменты" - это синхронные движения ладони левой руки, опирающейся на рабочую поверхность гончарного круга, и кисти правой руки. Таким образом, по ходу вращения круга глиняный жгут постепенно, виток за витком, укладывают на дно сосуда и наращивают его стенки. Сосуд можно сделать цилиндрической, округлой или конусообразной формы.

Рис. 7. Формование сосуда способом кругового налепа.

Пластическое формование ручным оттиском осуществляется с помощью гипсовых форм. Они могут быть открытыми и разъемными; открытые применяют для формования плоских изделий, разъемные - при изготовлении изделий сложных форм (сосуд, скульптура). Форму заполняют глиняным тестом и разминают его от центра к краям.

Пластическое формование во вращающейся гипсовой форме с помощью шаблона осуществляется следующим образом. Форму, состоящую из двух половин, в собранном виде насаживают на центр гончарного круга и закладывают в нее необходимое для изготовления изделия количество глиняного теста. Затем в полость формы осторожно опускают формующий шаблон и приводят круг во вращение. Шаблон равномерно распределит глиняную массу по внутренней стороне формы, после чего его вынимают, форму снимают с круга, сушат, раскрывают, отделяют от нее изделие и продолжают дальнейшую обработку - приставляют детали (носики, ручки и т.д.). Так изготавливают фарфоровые и фаянсовые изделия.

Формование путем шликерного литья в гипсовые формы основано на свойстве гипса впитывать влагу и способности глины при снижении влажности переходить из жидкого шликера в состояние пластического теста. Сначала готовят шликер - массу из глины, замешанной на воде до жидкотекучей консистенции:
I загрузка - 5 кг глины, 4 л горячей воды,
II загрузка - 5 кг глины, 4 л воды, 36 г электролита (жидкое стекло, поташ).

Компоненты первой загрузки замешивают пропеллерной мешалкой. (В качестве мешалки можно приспособить электродрель с двойной пластмассовой изоляцией, надев на дрель трехлопастный винт и укрепив ее по центру емкости.) После роспуска первой загрузки вводят вторую, смесь процеживают через сито с размером ячеек 900 отв/см 2 и заливают в гипсовую форму. В ней шликер выдерживают до образования заданной толщины слоя глиняной массы, после чего остатки шликера сливают, а на внутренней стороне формы остается слой глиномассы. Этот слой загустевшего шликера представляет собой отформованное пустотелое керамическое изделие, которое по мере высыхания уменьшается и отделяется от стенок формы. Приставные детали - носики, ручки, крышки и т. п. - удобно формовать в многогнездовых гипсовых формах.

При изготовлении керамических изделий сложной конфигурации часто комбинируют способы формования. Сочетание пластического способа формования во вращающейся гипсовой форме металлическим шаблоном со шликерным литьем широко распространено при изготовлении чайников, чашек, кувшинов и других фарфоровых и фаянсовых изделий, состоящих из корпуса и приставных деталей. Задымленную керамику получают сочетанием шликерного литья с пластическим формованием.

После формования изделие декорируют, высушивают и обжигают.

Декорирование керамики.

Скульптурное (текстурное) декорирование основано на пластических свойствах материала, благодаря которым готовое изделие отделывается различными рельефами, контррельефами или фигурными украшениями, ажурным вдавливанием или резьбой специальными штампиками, инкрустацией, сграффито.

Рельеф - любое выпуклое скульптурное изображение, возвышающееся над поверхностью черепка, вогнутое - контррельеф. Барельеф - низкий рельеф, в котором выпуклая часть изображения выступает над поверхностью не более чем на половину своего объема, т.е. не вполне округла. Горельеф - высокий рельеф, значительно выступающий над поверхностью.

Если приставить к вращающейся поверхности сосуда гребешок, можно сделать плавные линии, линии с острыми и тупыми вершинами, зигзагообразные. Штампиками с фигурными изображениями из гипса, дерева, металла (шестеренки, гайки) наносят орнамент, пальцами делают оборки, ножом - резьбу.

Сграффито осуществляется путем процарапывания до нижнего, более темного слоя глины слегка подсохшего изделия, покрытого слоем ангоба. (подробнее об этой технологии вы можете узнать из статьи "Сграффито").

Фактурное декорирование заключается в придании поверхности изделия особого вида и цвета. Это лощение керамики до блеска гладкими предметами - кожей, деревом, отпечатки ткани или сетки, нанесение воска перед глазурованием, мраморизация - капли краски растекаются по поверхности сами или их разводят палочкой, проволокой, морение окислами железа, задымление - в печь при обжиге добавляется дымящийся вар, нефть или пропитанное ими тряпье. Интересный узор можно получить, если положить раскаленное изделие в опилки, рубленую солому или окунуть в мучную болтушку.

Нарядный вид приобретает керамика, обработанная растворами серебра, золота, платины или отделанная люстром. Люстр - тончайшая прозрачная, наносимая на глазурь пленка, переливающаяся различными цветами в зависимости от вида оксидов металлов, составляющих основу люстровых красок. Например, чтобы получить пленку с золотым оттенком, применяют сернистую медь, сернистое серебро и окислы железа, а с красным оттенком - добавляют окись олова и сажу. Люстровый слой закрепляется на черепке при довольно низкой температуре - 800°С за счет введения в состав оксида висмута.

Живописное декорирование - это разнообразные декоративные растительные или тематические композиции на керамике, которые выполняются разноцветными жаропрочными красками (ангобом) вручную или механическим способом.

Ангобная роспись. Это декоративное покрытие наносится на поверхность керамического изделия до его обжига. Различают ангобы белые (из беложгущихся глин) и цветные (из глин с цветообразующими добавками).

Составы ангобов (в % по массе):
1) глина пластичная - 75; кварцевый песок - 20; мел - 5;
2) глина пластичная - 50; каолин - 25; бой оконного стекла - 7; кварцевый песок - 8; мел - 10;
3) глина пластичная - 70; кварцевый песок - 20; каолин - 5; мел - 5.

Каолин вводится в ангобный состав для белизны, высокопластичная глина - для пластичности, кварцевый песок и мел - для снижения усадки и термостойкости глазурного слоя.

Цветные ангобы приготавливают путем добавления в белый ангоб 5-20% пигментов или окислов металлов. Смешивая красные глины с белыми, можно получить теплые желтовато-розовые тона, перекись марганца даст коричневый цвет, азотнокислый кобальт - синий, окись хрома - зеленый, окись никеля - желтый, окись железа - красный, смесь окисей хрома, марганца и кобальта - черный цвет. Кобальт с красножгущейся глиной даст фиолетовый цвет.

Чтобы подобрать нужные цвета, предварительно делают палитру. На небольшие глиняные пластинки, когда они подсохнут, широкой кистью быстро, без задержки, наносят полосы разных цветов вдоль, а потом поперек. Одну палитру - толстым слоем, вторую - одним мазком, третью - растворами солей металлов поперек ангобных полос. После этого палитры обжигают, затем некоторые покрывают глазурью и опять обжигают при температуре 1000°С. Делают палитру и из пигментов - для подглазурной росписи.

Флюсные ангобы применяются в качестве грунта для подглазурной росписи или для покрытия поделок цветными поливами. Состав флюсного ангоба (в % по массе): глина пластичная - 25; кварцевый песок - 25; бой оконного стекла - 50.

Влажность ангобов должна быть не более 50-60%. Для понижения влажности в них вводят электролиты: 0,2-1% кальцинированной соды или жидкого стекла.

Приготовление ангоба. 50-100 г ангобной смеси кладут в фарфоровую ступку и каменным пестиком перетирают ее с красителем до тех пор, пока не прекратится жесткий хруст. Добавляют 45-50% воды, 0,2-1% кальцинированной соды или жидкого стекла и закрывают емкость плотной крышкой. Если в качестве красителей используются соли металлов (кобальта, железа, меди, марганца, хрома), их измельчают в порошок, растворяют в горячей воде и только затем вливают в ангоб. После тщательного перемешивания краситель следует осадить кальцинированной или двууглекислой содой или раствором сахара (1 кусочек или чайная ложка на 100-150 г ангоба).

Наносятся ангобы перед обжигом на подвяленный (слегка просушенный) черепок. Из плотной бумаги или мягкого металла скручивают рожок, делают срез на конце (диаметром 10-12 мм), в него вставляют пробку с гусиным пером (стержнем от шариковой ручки или соломинкой), через которое потечет ангоб. Толщина линии регулируется скоростью движения рожка. Можно наносить ангоб также пипеткой или резиновой грушей каплю за каплей, которые растекаясь, образуют разноцветные концентрические кольца. Наклоняя и вращая изделие, получают очертания солнца, деревьев, цветов. Выполняя ангобную роспись беличьей кистью, краску лучше брать только боковой частью, чтобы получить красивый мазок. Через трафарет ангоб наносят поролоновой губкой или пульверизатором.

Плавень, способствующий спеканию, уплотнению, оплавлению ангоба, наносят на уже обожженное, но не глазурованное изделие.

Раскрашенные ангобом изделия небольших размеров из жирной глины просушивают при комнатной температуре в течение 5-6 дней. Керамику из тощей глины с добавками шамота сушат 2-3 дня при комнатной температуре или 8-12 часов - в сушильном шкафу.

Чтобы работа не погибла при обжиге (имеются в виду главным образом мелкие скульптурные фигурки), ее надо проткнуть булавкой в незаметных местах для выхода пузырьков воздуха.

Обжиг керамики.

Обжигают глиняные изделия в обычной печке, в голландской или муфельной. Лучше всего для этого подходит небольшая муфельная печь (Подробнее см. статью "Обжиг глиняных изделий"). Нагревается она до 900°С. О том, как ею пользоваться, подробно рассказано в инструкции, которая прилагается к каждой печке.

Первый обжиг (утильный) делается после того, как покрытое ангобами изделие подсохнет. Длится он от 2,5 до 7 часов. Затем печь выключают, изделие вынимают, когда оно остынет, иногда на следующий день.

Таким образом получают терракоту, цвет которой зависит от глины, температуры и режима обжига.

Обработка керамики после обжига.

Терракота легко обрабатывается шлифовальной шкуркой, острым стальным инструментом, рифлевками. Ее можно подкрашивать темперными красками или акварелью, разведенной на молоке. Однако чаще всего терракоту покрывают глазурями, которые затем закрепляют вторым обжигом.

Глазурь представляет собой тонкое (0,1-0,3 мм) стекловидное покрытие, образующееся на поверхности керамического изделия в результате наплавления легкоплавких силикатных соединений. Глазурь можно классифицировать по различным признакам: температуре обжига - легкоплавкие и тугоплавкие; по способу изготовления - сырые и фриттированные; по применению - фарфоровые, фаянсовые, майоликовые, гончарные; по составу - полевошпатовые, борные, борно-щелочные, борно-свинцовые, борно-свинцово-щелочные, солевые; по внешнему виду - блестящие, матовые, кристаллические, кракле, цветные, потечные, восстановительные; по просвечиванию - прозрачные и глухие (эмали).

Основными составляющими глазурей являются кварц, глины, полевой шпат, поташ, борная кислота, мел, сода, бура, углекислый барий. Готовят глазурь в виде водной суспензии путем смешивания и размола всех компонентов. Селитру, буру, соду и поташ вначале сплавляют - фриттируют.

Составы декоративных глазурей (температура плавления 960-1000°С; содержание компонентов дано в % по массе):

свинцовые:
1) глет - 65; кварцевый песок - 30; глина - 5;
2) глет - 75; кварцевый песок - 15; глина - 10;

свинцово-щелочные:
1) глет - 40; кварцевый песок - 35; сода кальцинированная - 20; глина - 5;
2) глет - 55; кварцевый песок - 30; сода кальцинированная - 10; глина - 5;

борно-свинцовые:
1) песок - 30; глет - 25; полевой шпат - 25; борная кислота - 20;
2) глет - 15; бура кристаллическая - 30; кварцевый песок - 40; сода кальцинированная - 10; глина - 5.

Глазурь, подходящую к любому черепку, получают сплавлением следующей смеси (в частях по массе): калиевая селитра - 30; бура - 114,5; борная кислота - 49,5; мрамор - 40; каолин - 207,2; кварцевый песок - 228. Компоненты помещают в огнеупорный тигель и ставят в муфельную печь. Готовность сплава определяют с помощью длинного металлического прутка с загнутым концом: его опускают в тигель и быстро вынимают. Если за ним потянется стекловидная нить без узелков - значит, сплав готов; тигель вынимают щипцами и выливают его содержимое в металлический сосуд с холодной водой, где масса рассыплется на мелкие кусочки, которые затем размалывают.

Подглазурные краски наносят как на предварительно обожженное, так и на необожженное изделие, которое будет покрываться глазурью и затем обжигаться. (Незакрепленные глазурью краски легко стираются.) Для изготовления подглазурных красок используют: окиси кобальта - синий тон, хрома - зеленый и красный при высоких температурах, никеля - коричневый, марганца - коричневый, фиолетовый; металлы - золото, платину, серебро для красных, серых, черных тонов. Чтобы придать краске более интенсивный цвет, в состав пигмента вводят окиси олова, цинка, мел, глинозем. Составляют подглазурные краски экспериментально, растворяя чистые соли цветных металлов и их смесей в теплой воде; для увеличения клейкости вводят клей декстрин или сахар.

Подглазурные краски растирают на стекле, добавив воду, глицерин, слабый раствор сахарного сиропа (декстрин).

Надглазурные краски получают путем смешивания пигмента с флюсом, который как бы прикрепляет их к поверхности черепка и придает блеск. Разбавляют краски скипидарным маслом, на поверхности изделия закрепляют при температуре 600-900°С (так называемый глазурный - политой обжиг). Изделие ставят на шамот, чтобы оно не прилипло, и в течение часа держат при температуре 150-200°С (большие изделия - дольше, маленькие - меньше), при температуре плавления - 5-15 мин (в зависимости от вида краски).

В случае отставания глазури от черепка в ее состав следует ввести соду и поташ и уменьшить содержание мела и песка. Сетка трещин на изделии после обжига свидетельствует о том, что нужен более тонкий помол и более высокая температура обжига. Если такое изделие протереть любым красителем, пропитать растворами красящих солей и вновь обжечь - получится красивая узорная сетка. Можно также протереть изделие чернилами или раствором сахара, крепкого чая.

Толщину глазурного слоя проверяют следующим образом. По утильному черепку проводят карандашом несколько линий и окунают в глазурь: если линии слегка заметны, то толщина глазури нормальная.

Глазуруют изделие и внутри. В сосуд наливают на 1/3 глазурной суспензии, наклоняют его над тазом и вращают. Плоские тарелки опускают в глазурь ребром, объемное изделие - вертикально. Крупные изделия обычно глазуруют пульверизатором или поливом, держа над тазиком, или расписывают кистью - мягкой, широкой, колонковой.

Из многочисленных народных рецептов приготовления глазури приведен самый простой. Разогревают на огне бутылочное стекло и бросают его в воду: стекло покроется мелкими трещинками и легко рассыплется. Перетирают его в ступке в порошок и добавляют клейстер. Изделие поливают этим составом, дают подсохнуть и помещают в печь, где выдерживают около 3 часов.

Покрытие и роспись эмалями (непрозрачными глазурями) выполняют в тех случаях, когда необходимополучить яркие и светлые тона на темном черепке. Основными компонентами почти всех эмалей являются двуокись кремния, борный ангидрит, окиси аллю-миния, титана, окислы щелочных и щелочноземельных металлов, свинца, цинка.

Составы эмалей (г):

прозрачная эмаль , так называемый фондон: кварцевый песок - 20; борная кислота - 20; свинцовый сурик - 70;

молочная эмаль: кварцевый песок - 10; борная кислота - 20; свинцовый сурик - 80; криолит - 20; окись цинка - 4; каолин - 10;

желтая эмаль: кварцевый песок - 10; борная кислота - 20; свинцовый сурик - 70; двухромовокислый калий - 0,5;

красная эмаль: кварцевый песок - 10; борная кислота - 20; свинцовый сурик - 70; окись кадмия - 0,5-2;

зеленая эмаль: кварцевый песок - 10; борная кислота - 20; свинцовый сурик - 70; окись меди - 1; двухромовокислый калий - 0,2;

синяя эмаль: кварцевый песок - 10; борная кислота - 20; свинцовый сурик - 70; окись кобальта - 0,5-2;

черная эмаль - кварцевый песок - 4,5; борная кислота - 20; свинцовый сурик - 70; окись кобальта - 6-12.

Приготовление эмали. Тщательно перемешивают все компоненты, засыпают в фарфоровый тигель и помещают в муфельную печь. При 600°С смесь начнет плавиться. Когда расплав превратится в однородную прозрачную массу, клещами вынимают тигель из печи и выливают расплавленную эмаль в металлический сосуд с холодной водой. При резком охлаждении эмаль сразу затвердеет и растрескается на мелкие кусочки, которые следует размолоть или растереть, домешивая воду, глину. Получится устойчивая суспензия эмалевого шликера.

Покрыв изделие глазурью, его снова ставят в муфельную печь, но на более длительное время. После обжига с глазурью керамика приобретает красивый блеск.

И на этой стадии можно продолжать украшение изделия, например мелкими цветными кусочками стекла. Их накладывают в определенные места на поверхности изделия, затем его снова обжигают - в третий раз. Стекло плавится и растекается по поверхности. Это придает изделию еще больший блеск.

Из глины можно создать удивительно красивые вещи. Можно раскрашивать их самыми разнообразными красками, можно накладывать одну краску на другую, чтобы получить новое сочетание, новые оттенки. Все это достигается желанием, знанием материала и опытом.

© "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2007 гг.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

2.1 Глинистые материалы

2.2 Отощающие материалы

Заключение

Список литературы

Введение

В современном мире в строительстве очень широко применяются керамические материалы и изделия. Это обусловлено большой прочностью, значительной долговечностью, декоративностью многих видов керамики, а также распространенностью в природе сырьевых материалов.

Целью данной работы является рассмотрение и изучение керамических материалов. В соответствии с поставленной целью можно выделить и задачи работы: изучить общие сведение о керамических материалах: понятие, виды, свойства керамических материалов и изделий; сырье для производства керамических материалов и изделий: глинистые материалы, отощающие материалы. керамика обжиг глинистый

Керамические изделия обладают различны ми свойствами, которые определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также условиями обжига - газовой средой, температурой и длительностью. Материал (т.е. тело), из которого состоят керамические изделия, в технологии керамики именуют керамическим черепком.

1. Общие сведения о керамических материалах

Керамическими называют материалы и изделия, изготовляемые формованием и обжигом глин. «Керамос»- на древнегреческом языке означало гончарную глину, а также изделия из обожженной глины. В глубокой древности из глин путем обжига получали посуду, а позднее (около 5000 лет назад) стали изготовлять кирпич, а затем черепицу.

Большая прочность, значительная долговечность, декоративность многих видов керамики, а также распространенность в природе сырьевых материалов обусловили широкое применение керамических материалов и изделий в строительстве. В долговечности керамических материалов можно убедиться на примере Московского Кремля, стены которого сложены почти 500 лет назад.

Среди сырьевых порошкообразных материалов - глина, которая имеет преимущественное применение при производстве строительной керамики. Она большей частью содержит примеси, влияющие на ее цвет и термические свойства. Наименьшее количество примесей содержит глина с высоким содержанием минерала каолинита и потому называемая каолином, имеющая практически белый цвет. Кроме каолинитовых глин разных цветов и оттенков применяют монтмориллонитовые, гидрослюдистые.

Кроме глины к применяемым порошкообразным материалам, являющимися главными компонентами керамических изделий, относятся также некоторые другие минеральные вещества природного происхождения - кварциты, магнезиты, хромистые железняки.

Для технической керамики (чаще именуемой специальной) используют искусственно получаемые специальной очисткой порошки в виде чистых оксидов, например оксиды алюминия, магния, кальция, диоксиды циркония, тория и др. Они позволяют получать изделия с высокими температурами плавления (до 2500-3000В°С и выше), что имеет важное значение в реактивной технике, радиотехнической керамике. Материалы высшей огнеупорности изготовляют на основе карбидов, нитридов, боридов, силицидов, сульфидов и других соединений металлов как без глинистых сырьевых веществ. Некоторые из них имеют температуры плавления до 3500 - 4000В°С, особенно из группы карбидов.

Большой практический интерес имеют керметы, состоящие обычно из металлической и керамической частей с соответствующими свойствами. Получили признание огнеупоры переменного состава. У этих материалов одна поверхность представлена чистым тугоплавким металлом, например, вольфрамом, другая - огнеупорным керамическим материалом, например оксидом бериллия. Между поверхностями в поперечном сечении состав постепенно изменяется, что повышает стойкость материала к тепловому удару.

Для строительной керамики, как отмечено выше, вполне пригодна глина, которая является распространенным в природе, дешевым и хорошо изученным сырьем. В сочетании с некоторыми добавочными материалами из нее получают в керамической промышленности разнообразные изделия и в широком ассортименте. Их классифицируют по ряду признаков. По конструкционному назначению выделяют изделия стеновые, фасадные, для пола, отделочные, для перекрытий, кровельные изделия, санитарно-технические изделия, дорожные материалы и изделия, для подземных коммуникаций, огнеупорные изделия, теплоизоляционные материалы и изделия, химически стойкую керамику.

По структурному признаку все изделия разделяют на две группы: пористые и плотные. Пористые керамические изделия впитывают более 5% по весу воды (кирпич обыкновенный, черепица, дренажные трубы). В среднем водопоглощение пористых изделий составляет 8 - 20% по весу или 15 - 35% по объему. Плотными принимают изделия с водопоглощением меньше 5% по массе, и они практически водонепроницаемые, например плитки для пола, канализационные трубы, кислотоупорный кирпич и плитки, дорожный кирпич, санитарный фарфор. Чаще всего оно составляет 2 - 4% по весу или 4 - 8% по объему. Абсолютно плотных керамических изделий не имеется, так как испаряющаяся вода затворения, вводимая в глиняное тесто, всегда оставляет некоторое количество микро- и макропор.

По назначению в строительстве различают следующие группы керамических материалов и изделий:

стеновые материалы (кирпич глиняный обыкновенный, пустотелый и легкий, камни керамические пустотелые);

кровельные материалы и материалы для перекрытий (черепица, керамические пустотелые изделия);

облицовочные материалы для наружной и внутренней облицовки (кирпич и камни лицевые, плиты керамические фасадные, малогабаритные плитки);

материалы для полов (плитки);

материалы специального назначения (дорожные, санитарно-строительные, химически стойкие, материалы для подземных коммуникаций, в частности трубы, теплоизоляционные, огнеупорные и др.);

заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит).

Наибольшего развития достигли стеновые материалы, причем наряду с общим увеличением объема производства особое внимание обращено на увеличение выпуска эффективных изделий (пустотелый кирпич и камни, керамические блоки и панели и т.д.). Предусмотрено также расширить производство фасадной керамики, особенно для индустриальной отделки зданий, глазурованных плиток для внутренней облицовки, плиток для полов, канализационных и дренажных труб, санитарно-строительных изделий, искусственных пористых заполнителей для бетонов.

По температуре плавления керамические изделия и исходные глины разделяются на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350В°С), тугоплавкие (с температурой плавления 1350-1580В°С) и огнеупорные (свыше 1580В°С). Выше отмечались также примеры изделий и сырья высшей огнеупорности (с температурой плавления в интервале 2000-4000Х), используемых для технических (специальных) целей.

Отличительная особенность всех керамических изделий и материалов состоит в их сравнительно высокой прочности, но малой деформативности. Хрупкость чаще всего относится к отрицательным свойствам строительной керамики. Она обладает высокой химической стойкостью и долговечностью, а форма и размеры изделий из керамики обычно соответствуют установленным стандартам или техническим условиям.

На российском рынке в настоящее время представлены жидкие керамические теплоизоляционные материалы, которые находят своего потребителя, благодаря широкой области применения и простоте использования при небольших затратах труда. Так как предлагаемые материалы в основном производятся за рубежом, они имеют высокую стоимость, что ограничивает возможность их массового использования в строительстве, энергетике и ЖКХ и т.д. Тогда как отечественные аналоги зачастую оставляют желать лучшего, и своим «качеством» вызывают негатив и предвзятость у конечного пользователя к жидким керамическим теплоизоляционным материалам.

2. Сырье для производства керамических материалов и изделий

Сырьевые материалы, используемые для изготовления керамических изделий, можно подразделить на пластичные глинистые (каолины и глины) и отощающие (шамот, кварц, шлаки, выгорающие добавки). Для понижения температуры спекания в глину иногда добавляют плавни. Каолин и глины объединяют общим названием - глинистые материалы.

2.1 Глинистые материалы

Каолины. Каолины образовались в природе из полевых шпатов и других алюмосиликатов, не загрязненных окислами железа. Они состоят преимущественно из минерала каолинита. После обжига присущий им белый или почти белый цвет сохраняется.

Глины. Глинами называют осадочные породы, представляющие собой тонкоземлистые минеральные массы, способные независимо от их минералогического и химического состава образовывать с водой пластичное тесто, которое после обжига превращается в водостойкое и прочное камневидное тело.

Состоят глины из тесной смеси различных минералов, среди которых наиболее распространенными являются каолинитовые, монтмориллонитовые и гидрослюдистые. Представителями каолинитовых минералов являются каолинит и галлуазит. В монтмориллонитовую группу входят монтмориллонит, бейделлит и их железистые разновидности. Гидрослюды - в основном продукт разной степени гидратации слюд.

Наряду с этими минералами в глинах встречаются кварц, полевой шпат, серный колчедан, гидраты окислов железа и алюминия, карбонаты кальция и магния, соединения титана, ванадия. Такие примеси влияют как на технологию керамических изделий, так и на их свойства. Например, тонко распределенный углекислый кальций и окислы железа понижают огнеупорность глин. Если в глине имеются крупные зерна и песчинки углекислого кальция, то при обжиге из них образуются более или менее крупные включения извести, которая на воздухе гидратируется с увеличением объема (дутики), что вызывает образование трещин или разрушение изделий. Соединения ванадия служат причиной появления зеленоватых налетов (выцветов) на кирпиче, что портит внешний вид фасадов.

Глины часто содержат также органические примеси. По отношению к действию высоких температур различают глины трех групп: огнеупорные (огнеупорность выше 1580"С), тугоплавкие (1350 - 1580"С) и легкоплавкие (ниже 1350"С). К огнеупорным относятся большей частью каолинитовые глины, содержащие мало механических примесей. Такие глины используют для производства фарфора, фаянса и огнеупорных изделий. Тугоплавкие глины содержат окислы железа, кварцевый песок и другие примеси в значительно большем количестве, чем огнеупорные, и применяются для производства тугоплавкого, облицовочного и лицевого кирпича, плиток для полов и канализационных труб. Легкоплавкие глины наиболее разнообразны по минералогическому составу, содержат значительное количество примесей (кварцевого песка, окислов железа, известняка, органических веществ). Используют их в кирпичном и черепичном производствах, в производстве легких заполнителей и т. д.

В производстве искусственных обжиговых материалов можно применять также некоторые другие осадочные породы: диатомиты, трепелы и их уплотненные разновидности - опоки, а также сланцы в чистом виде и с примесью глин или порообразующих добавок.

2.2 Отощающие материалы

Для уменьшения усадки при сушке и обжиге, а также для предотвращения деформаций и трещин в жирные пластичные глины вводят искусственные или природные отощающие материалы.

В качестве искусственных отощающих материалов используют дегидратированную глину и шамот, а также отходы производства (котельные и другие шлаки, золы, очажные остатки и т.д.). Дегидратированную глину получают нагреванием обычной глины примерно до 600-700"С (при этой температуре она теряет свойство пластичности) и применяют в качестве отощителя при производстве грубой строительной керамики. Шамот изготовляют путем обжига огнеупорных или тугоплавких глин при температурах 1000 - 1400"С. Шамот является основным сырьем в производстве огнеупорных шамотных изделий.

К природным отощающим материалам относятся такие вещества, которые неспособны в смеси с водой образовывать пластичную массу, например кварцевые пески, пылевидный кварц.

Порообразующие материалы. В производстве изделий грубой строительной керамики, например кирпича, для отощения массы, а также для получения изделий, обладающих повышенной пористостью и, следовательно, пониженной теплопроводностью, в сырьевую массу вводят порообразующие добавки. Обычно применяют органические добавки, называемые выгорающими, - древесные опилки, уголь, торфяную пыль, и др. Они выгорают при обжиге изделий и образуют поры.

Плавни. Введение в глину плавней способствует понижению температуры ее спекания. К числу плавней относятся полевые шпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк и др.

Заключение

В заключение сказанного можно подвести итоги, сформулировать выводы:

Керамическими называют материалы и изделия, получаемые из порошкообразных веществ различными способами и подвергаемые в технологический период обязательной термической обработке при высоких температурах для упрочнения и получения камневидного состояния. Такая обработка носит название обжига;

Кроме глины к применяемым порошкообразным материалам, являющимися главными компонентами керамических изделий, относятся также некоторые другие минеральные вещества природного происхождения - кварциты, магнезиты, хромистые железняки;

По структурному признаку все изделия разделяют на две группы: пористые и плотные;

Сырьевые материалы, используемые для изготовления керамических изделий, можно подразделить на пластичные глинистые (каолины и глины) и отощающие (шамот, кварц, шлаки, выгорающие добавки). Для понижения температуры спекания в глину иногда добавляют плавни. Каолин и глины объединяют общим названием - глинистые материалы.

Список литературы

1. Краткий химический справочник / В.А. Рабинович, З.Я. Хазов, - Л.: Химия, 1978. - 356с.

2. Материаловедение: лекции / Мальцев И. М. - Ниж. Новгород: НГТУ, 1995 - 103с.

3. Новые материалы / под науч. ред. Ю.С. Карабасова, - М.: Мисис, 2002 - 738с.

4. Основы материаловедения / Сажин В.Б. - М.: Теис, 2005. - 155с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

    Исторические сведения о возникновении керамики, область ее применения. Современные технологии керамических материалов. Производство керамических материалов, изделий в Казахстане, СНГ и за рубежом. Производство и применение стеновых и облицовочных изделий.

    курсовая работа , добавлен 06.06.2014

    Исторические сведения о возникновении керамических материалов, область их применения. Основные физико-химические свойства керамики, применяемые сырьевые материалы. Общая схема технологических этапов производства керамических материалов, ее характеристика.

    курсовая работа , добавлен 02.03.2011

    Изучение технологии изготовления керамики - материалов, получаемых из глинистых веществ с минеральными или органическими добавками или без них путем формования и последующего обжига. Этапы производства: формовка изделия, нанесение декора, сушка, обжиг.

    реферат , добавлен 03.02.2011

    Изучение понятия, видов и свойств керамических материалов и изделий. Характеристика сырья и процесса производства керамических изделий. Исследование использования в строительстве как стеновых, кровельных, облицовочных материалов и заполнителей бетона.

    реферат , добавлен 26.04.2011

    Исследование физико-химического состава и технологических свойств сырьевых материалов месторождений Казахстана. Характеристика силикатного природного и техногенного сырья. Каолиновое сырье, полевой шпат, кварцевые пески, разжижители глинистых суспензий.

    научная работа , добавлен 04.02.2013

    Технология различных видов корундовой керамики. Влияние внешнего давления и добавок на температуру спекания керамики. Физико-механические и физические свойства керамики на основе диоксида циркония. Состав полимерной глины Premo Sculpey, ее запекание.

    курсовая работа , добавлен 27.05.2015

    Классификация и производство керамических изделий и материалов, основные технологические виды: терракота, майолика, фаянс, каменная масса и фарфор. История развития и образование международной Академии гончарного искусства в Женеве. Биеннале керамики.

    реферат , добавлен 23.12.2010

    Основные виды керамики: майолика, фаянс, каменная масса и фарфор. Производство санитарно-технических и бытовых изделий из тонкой керамики. Технология производства технической керамики. Способы декорирования полуфарфора, фарфоровых и фаянсовых изделий.

    реферат , добавлен 18.01.2012

    Виды керамики, характеристика материалов, используемых для формования керамических изделий. Приготовление керамической массы. Полусухое и гидростатическое прессование. Различные варианты вибрационного формования. Специфика применения шликерного литья.

    реферат , добавлен 13.12.2015

    Процессы изготовления керамических материалов. Методы получения порошков. Корундовые керамики модифицированные соединениями хрома. Содержание порошка в образцах керамики на основе глинозема, термограмма. Особенности измерения микротвердости образцов.

Керамика является третьим наиболее широко используемым промышленностью материалом после металлов и полимеров. Она является наиболее конкурентоспособным по сравнению с металлами классом материалов для использования при высоких температурах. Большие перспективы открывает использование транспортных двигателей с деталями из керамики, керамических материалов для обработки резанием и оптической керамики для передачи информации. Это позволит снизить расход дорогих и дефицитных металлов: титана и тантала в конденсаторах, вольфрама и кобальта в режущих инструментах, кобальта, хрома и никеля в тепловых двигателях.

Основными разработчиками и производителями керамических материалов являются США и Япония. В таблице 14.1 приведена классификация основных видов керамики.


Керамическая технология предусматривает следующие основные этапы: получение исходных порошков, консолидацию порошков, т. е. изготовление компактных материалов, их обработку и контроль изделий.

При производстве высококачественной керамики с высокой однородностью структуры используют порошки исходных материалов с размером частиц до 1 мкм. Измельчение производится механическим путем с помощью мелющих тел, а также путем распыления измельчаемого материала в жидком состоянии, осаждением на холодных поверхностях из парогазовой фазы, виброкавитационным воздействием на частицы, находящиеся в жидкости, с помощью самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и другими методами. Для сверхтонкого помола (частицы менее 1 мкм) наиболее перспективны вибрационные мельницы, или аттриторы.

Консолидация керамических материалов состоит из процессов формования и спекания. Различают следующие основные группы методов формования :

  1. Прессование под действием сжимающего давления, при котором происходит уплотнение порошка за счет уменьшения пористости;
  2. Пластичное формование выдавливанием прутков и труб через мундштук (экструзия) формовочных масс с пластификаторами, увеличивающими их текучесть;
  3. Шликерное литье для изготовления тонкостенных изделий любой сложной формы, в котором для формования используют жидкие суспензии порошков.

При переходе от прессования к пластичному формованию и шликерному литью увеличиваются возможности изготовления изделий сложной формы, однако усложняется процесс сушки изделий и удаления пластификаторов из керамического материала. Поэтому для изготовления изделий сравнительно простой формы предпочтение отдается прессованию, а более сложной – экструзии и шликерному литью.

При спекании отдельные частицы порошков превращаются в монолит и формируются окончательные свойства керамики. Процесс спекания сопровождается уменьшением пористости и усадкой.

Применяют печи для спекания при атмосферном давлении, установки горячего изостатического прессования (газостаты), прессы горячего прессования с усилием прессования до 1500 кН. Температура спекания в зависимости от состава может составлять до 2000 – 2200°С.

Часто применяются совмещенные методы консолидации, сочетающие формование со спеканием, а в некоторых случаях – синтез образующегося соединения с одновременным формованием и спеканием.

Обработка керамики и контроль являются основными составляющими в балансе стоимости керамических изделий. По некоторым данным, стоимость исходных материалов и консолидации составляет всего лишь 11 % (для металлов 43 %), в то время как на обработку приходится 38 % (для металлов 43 %), а на контроль 51 % (для металлов 14 %). К основным методам обработки керамики относятся термообработка и размерная обработка поверхности. Термообработка керамики производится с целью кристаллизации межзеренной стеклофазы. При этом на 20 – 30 % повышаются твердость и вязкость разрушения материала.

Большинство керамических материалов с трудом поддается механической обработке. Поэтому основным условием керамической технологии является получение при консолидации практически готовых изделий. Для доводки поверхностей керамических изделий применяют абразивную обработку алмазными кругами, электрохимическую, ультразвуковую и лазерную обработку. Эффективно применение защитных покрытий, позволяющих залечить мельчайшие поверхностные дефекты – неровности, риски и т. д.

Для контроля керамических деталей чаще всего используют рентгеновскую и ультразвуковую дефектоскопию.

Прочность химических межатомных связей, благодаря которой керамические материалы обладают высокой твердостью, химической и термической стойкостью, одновременно обусловливает их низкую способность к пластической деформации и склонность к хрупкому разрушению. Большинство керамических материалов имеет низкую вязкость и пластичность и соответственно низкую трещиностойкость. Вязкость разрушения кристаллической керамики составляет около 1 – 2 МПа/м 1/2 , в то время как для металлов она составляет более 40 МПа/м 1/2 .

Возможны два подхода к повышению вязкости разрушения керамических материалов. Один из них традиционный, связанный с совершенствованием способов измельчения и очистки порошков, их уплотнения и спекания. Второй подход состоит в торможении роста трещин под нагрузкой. Существует несколько способов решения этой проблемы. Один из них основан на том, что в некоторых керамических материалах, например в диоксиде циркония ZrO 2 , под давлением происходит перестройка кристаллической структуры. Исходная тетрагональная структура ZrO 2 переходит в моноклинную, имеющую на 3 – 5 % больший объем. Расширяясь, зерна ZrO 2 сжимают трещину, и она теряет способность к распространению (рисунок 14.1, а). При этом сопротивление хрупкому разрушению возрастает до 15 МПа/м 1/2 .

Рисунок 14.1 – Схема упрочнения конструкционной керамики включениями ZrO 2 (а), волокнами (б) и мелкими трещинами (в): 1 – тетрагональный ZrO 2 ; 2 – моноклинный ZrO 2

Второй способ (рисунок 14.1, б) состоит в создании композиционного материала путем введения в керамику волокон из более прочного керамического материала, например карбида кремния SiC. Развивающаяся трещина на своем пути встречает волокно и дальше не распространяется. Сопротивление разрушению стеклокерамики с волокнами SiC возрастает до 18 – 20 МПа/м 1/2 , существенно приближаясь к соответствующим значениям для металлов.

Третий способ состоит в том, что с помощью специальных технологий весь керамический материал пронизывают микротрещинами (рисунок 14.1, в). При встрече основной трещины с микротрещиной угол в острие трещины возрастает, происходит затупление трещины и она дальше не распространяется.

Определенный интерес представляет физико-химический способ повышения надежности керамики. Он реализован для одного из наиболее перспективных керамических материалов на основе нитрида кремния Si 3 N 4 . Способ основан на образовании определенного стехиометрического состава твердых растворов оксидов металлов в нитриде кремния, получивших название сиалонов. Примером высокопрочной керамики, образующейся в этой системе, являются сиалоны состава Si 3-х Al x N 4-х O х, где х – число замещенных атомов кремния и азота в нитриде кремния, составляющее от 0 до 2,1. Важным свойством сиалоновой керамики является стойкость к окислению при высоких температурах, значительно более высокая, чем у нитрида кремния.

СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛ 14.1

Смачиваемость молибденового покрытия серебросо – держащими припоями незначительна. Для улучшения смачиваемости на нанесенный тем или иным способом слой молибденового покрытия наносят слой никелевого покрытия. Никель способствует хорошему растеканию припоев. Никелевое покрытие толщиной 10-15 мкм на­носят гальваническим путем на молибденовый слой, покрывающий керамику, с последующим вжиганием. Ни­келевое покрытие вжигается в водородных печах при 980°С.

Подготовленные керамические детали с двухслойным металлическим покрытием после соответствующей оправ­ки и очистки спаивают с металлическими частями аппа – ратуры. Для этого используют твердые припои, главным образом серебро (/Пл = 961°С) или его сплавы с более низкой температурой плавления. В качестве припоя применяют эвтектику «медь - серебро», например, следующего состава: Ag -28,5%, Си - 71,5%"’. Темпера­ ее плавления 779°С. Металлокерамические спаи для электровакуумной аппаратуры должны выдержи­вать температуру не ниже 450°С без нарушения вакуум – плотности, что соответствует температуре, при которой откачивают приборы. Керамику с металлом спаивают в электрических печах в атмосфере водорода и азота при 1030±10°С (при пайке серебром) или 820-830°С при пайке сплавом Ag-Си. Многоступенчатая технология спаивания заканчивается проверкой качества спайки металла с керамикой.

Наравне с многоступенчатой технологией разработа­на одноступенчатая технология спайки керамики с ак­тивными металлами Ti, Zr, которая получила название «термокомпрессионная сварка». Сущность/этой техноло­гии заключается в том, что спай образуется за одну опе­рацию без предварительной металлизации молибденом и покрытия ‘вторым слоем никеля в результате взаимо­действия между твердыми фазами. Сварка происходит под давлением до 20-30 МПа и при одновременном на­греве до 1000°С. Однако область применения термоком­прессионной сварки существенно ограничена. Получать вакуумно-плотные спаи можно только при полном согла­совании коэффициентов расширения активного метал­ла и керамики во всем диапазоне температур, начиная от температуры затвердевания припоя до комнатной. В частности, хорошие результаты дает спай титана с фор – стеритовой керамикой, коэффициент линейного расшире­ния которых почти полностью совпадает и составляет 9-9,5-10~6. В качестве припоя для спайки керамики с титаном используют эвтектический сплав с температу­рой плавления 779°С, чистые никель и медь, с которы­ми титан образует легкоплавкие эвтектики, имею­щие температуру плавления 970-1000°С. Титан с кера­микой паяют в колпаковых вакуумных печах, в которых поддерживают вакуум не ниже 1 сПа.

Третий вид металлизации технологически наиболее сложен, так как требования к размеру нанесенного слоя весьма жестки. Толщина слоя около 1 мкм, а иногда и меньше, а ширина слоя иногда не превышает 1 мкм. На­несение таких тонких пленок с точным соблюдением за-

Данных размеров осуществляют путем нанесения на по­верхность изделия в вакууме атомов ‘металла путем их конденсации. Применяют также методы плазменного дугового напыления в специальных установках предва­рительно обожженной керамики. Тонкопленочная метал­лизация требует весьма высокой степени чистоты поверх­ности изделия, абсолютной очистки от адсорбированных паров воды и других веществ, подогрева подложек до 250-400°С. Тонкопленочные покрытия наносят без вжи – гания, а связь керамики с напыленным металлом носит адгезионный характер.

При диффузионной сварке с использованием титана в качестве активного металла, так же как и при много­ступенчатой технологии, образуется переходный слой между титаном и керамикой. этого плотного и прочного слоя обусловлено тем, что титан окисляется до оксида, который вступает во с окси­дами, находящимися в керамике. В результате возника­ет многокомпонентная стекловидная > которая и представляет собой переходный слой.

§ 10. Механическая обработка

Керамика

Рис. 27. Стадии механической обработки керамики

Механическая керамики - это трудоем­кий и сложный процесс, цель которого - получение из­делий с высокой степенью точности. В некоторых случа – »ях изделию необходима механическая обработка, напри­мер перед металлизацией тонким слоем. Некоторые изде­лия, такие как корундовые подложки для интеГ-ральных тонкопленочных схем, ‘микроплаты для этажерочных мо­дулей, некоторые керамические конденсаторы, подшип­ники скольжения и многие детали вакуумных приборов, требуют дополнительной механической обработки, так как обычными технологическими методами изготовить из­делие высокой точности не представляется возможным. В некоторых случаях возникает необходимость придания изделию профильной формы с прецезионным соблюде­нием всех радиусов закругления, а также со сверлением отверстий. В отдельных случаях отклонение от заданно­го размера не должно превышать долей микрометра. Сос­тояние поверхности изделия оценивается по ее точности и чистоте. Установлено 11 классов точности ( 10336-80), которые характеризуют соответствие задан­ным размерам изделий, причем меньшему по порядку классу соответствует более точная обработка. Состояние поверхности (шероховатость) оценивается по ГОСТ 2789-73. Установлено 14 классов чистоты поверхности. Состояние поверхности определяется по еепрофилограм – ме, на которой отражаются неровности, выступы, впади­ны (), трещины.

Механическая обработка керамики может произво­диться различными способами: резанием, шлифованием, ультразвуковой обработкой. Наиболее распространен­ный вид обработки - шлифование: плоское, торцовое, внутреннее и т. д. Для шлифования керамики можно использовать различные абразивные материалы, такие как естественный и искуственный корунды, кар­бид кремния, . Однако в настоящее время преимущественно используют (как более эффективный) искусственный алмаз, в некоторых случаях - кубический нитрид бора (боразон, эльбор). Механическая обработ­ка, особенно шлифование, зависит от свойств керамики, таких как твердость, хрупкость, прочность, пористость, состояние поверхности, термостойкость, и от свойств аб­разивного материала и инструмента. Она также зависит от скорости съема керамики, прижимающего усилия, ох­лаждения шлифуемого изделия и других условий обра­ботки.

Важнейшее свойство керамики, определяющее ее по­датливость механической обработке, - твердость. Суще­ствует несколько методов оценки твердости. Наиболее принятые методы - это минералогическая шкала Мооса и ‘Микротвердость. Керамические материалы имеют твер­дость по Моосу 6-9,5. Корреляция между твердостью по Моосу и микротвердостью дана на рис. 26. Керамику, твердость которой по Моосу меньше (8 микротвердость 150 МПа), с точки зрения механической обработки ­ловно относят к мягкой, а больше 8 (микротвердость больше 150 МПа)-к твердой.

Важное свойство керамики - ее хрупкость, которую принято определять как сопротивления сдвигу оСдв к сопротивлению на разрыв Страз по формуле

X = °сдв/°раз где X - хрупкости.

У которой х>1, считается хрупкой. При шлифовании хрупкость, как мы увидим дальше, является полезным свойством, и с увеличением хрупкости условия шлифования улучшаются. Механическая прочность ке­рамики, как свойство в известной степени отражающее плотность, – и макроструктуру, распределение фаз, степень кристаллизации, распределение пор, существен­но влияет на процесс шлифования. Пористость керамики ухудшает ее поверхности и снижает класс чи­стоты. Термическая стойкость керамики должна быть такова, чтобы при ее разогреве в процессе шлифования она не разрушалась.

Механическую обработку керамики путем шлифова­ния выполняют в три стадии: черновая, чистовая и до­водочная (рис. 27). Эти стадии отличаются количеством сошлифованной керамики и состоянием ее поверхности (табл. 9). На первой стадии сошлифовывается до 80% подлежащего удалению материала, причем обработка ведется на повышенных скоростях крупнозернистым инструментом, в результате чего на поверхности оста­ются глубокие риски и сколы. Припуск в размере детали может составлять 0,3-0,5 мм, бывает одно – и двусторон­ним и зависит от размеров детали. На второй стадии шлифования объем ошлифованного материала умень­шается, шероховатость поверхности также уменьшается, так как вторая стадия обработки ведется абразивным инструментом с более мелким зерном. Наконец, третья стадия - доводка до номинального размера - обычно производится шлифовальными алмазными порошками (пастами) нужной зернистости. Стадию доводки отож­дествляют с полировкой, при которой достигается класс точности 1-3.

В процессе шлифования разрушается и изнашива-

Таблица 9. Стадии алмазного шлифования керамики уменьшается. Наибольшей абразивной способностью обладает природный алмаз. Для механической обработки керамики (в основном ко­рундовой) широко применяют синтетический (). В табл. 10 приведены некоторые свойства наиболее рас­пространенных абразивных материалов.

На разных стадиях шлифования характер разрушения поверхности керамики различен. Так, при черновом ал­мазном шлифовании преобладает хрупкое разрушение. Наблюдаются два вида такого разрушения: первый - это раскалывание в результате прижимающего усилия абразивного инструмента, второй - это отрыв (выкра­шивание) отдельных кристаллов (зерен) от связующей фазы под действием тангенциальных сил, возникающих при относительном передвижении керамики и абразива. Под действием этих сил происходит частичное истирание алмаза и возможен скол или затупление его углов граней. После черновой обработки на поверхности оста­ются дефекты (царапины, сколы), число которых за­висит от размера, формы и свойств алмазного зерна.

На стадии чистого шлифования применяют абразив­ный инструмент меньшей зернистости, в результате чего уменьшается хрупкое разрушение и начинают преоб­ладать истирающее действие и пластичная . керамики выравнивается и становится при­годной для металлизации. Однако съем материала при этом снижается. Стадию доводки выполняют обычно алмазными шлифовальными пастами тонкой зернистости (см. табл. И) в основном с истирающим действием. По­верхность керамики доводят до класса точности 1-4.