Керамика

Следовательно, твердый фарфор сравнительно с мягким содержит больше глинистого вещества и меньше полевого шпата. Этим и объясняется более высокая температура обжига твердого фарфора. Твердый фарфор обладает высокой механической прочностью, хорошими диэлектрическими показателями, большей термической устойчивостью и химической стойкостью, эти показатели возрастают с ростом содержания в нем муллита, что, в первую очередь, связано с увеличением каолина в шихте. Действительно, каолина в твердом фарфоре содержится больше, чем в мягком.

Однако при содержании чрезмерно большого количества каолина в твердом фарфоре температура его обжига превышает температуру, принятую в производстве. Материал, содержащий более 50% каолина, обжигается при температуре выше, чем 1450-1500°С, и представляет собой уже не фарфор, а так называемую каолиновую массу. Плотность твердого фарфора составляет 2,3-2,5г/см3, водопоглощение до 0,2.Твердость фарфора по шкале Мосса составляет 6-8, что примерно соответствует твердости кварца. Твердый фарфор проявляет большую устойчивость к действию кислот за исключением плавликовой. В случае длительно воздействия фосфорной кислоты или щелочей предпочтительнее неглазурованный твердый фарфор. Механическая прочность мягкого фарфора примерно в 1,5-1,7 раза меньше твердого. Мягкий фарфор после обжига достаточно тверд, а название «мягкий» обусловлено большей степенью размягчения фарфора в процессе обжига.

Пониженное содержание глинистого вещества в мягком фарфоре при повышенном содержании плавней дает возможность получить вполне спекшуюся массу уже при температуре, составляющей около 1250°С. Присутствие большого количества плавней в виде полевого шпата обуславливает не только низкую температуру обжига мягкого фарфора, но и значительно большую просвечиваемость, чем у твердого. Разнообразие плавней, помимо полевого шпата, дает возможность определить несколько видов мягкого фарфора.

Свойства фарфора зависят главным образом от содержания основных групп сырьевых материалов в шихте: каолина и пластичной глины, кварца, полевого шпата, а также от химического и гранулометрического состава этих исходных материалов, от температуры и продолжительности обжига.

Фарфор представляет собой гетерогенную систему, образованную из стеклообразной и кристаллической фаз. Действительно, согласно ряду микроскопических исследований были обнаружены следующие структурные элементы фарфора: 1) стекловидная масса полевошпатового стекла, насыщенная глиноземом и кремнеземом; 2) сплавленные частицы кварца, не растворившиеся в стекле; 3) кристаллы в муллите; 4) поры.

Стекловидная фаза выполняет роль растворителя других составных частей фарфоровой массы, а также сопротивляется деформирующим усилиям и склеивает составные части массы. Сплавленные частицы кварца - основная структурная единица фарфора, т.к. они вместе с кристаллами муллита образуют как бы скелет фарфорового изделия. Кристаллы муллита обладают большой механической и электрической прочностью, а также высокой химической стойкостью. Они также отличаются значительной термической устойчивостью, имеют небольшой коэффициент температурного расширения. Следовательно, можно сказать, что своими основными ценными свойствами фарфор обязан содержанию в нем муллита. Поры (преимущественно замкнутые) снижают качество фарфора, механическую прочность, химическую стойкость, а также просвечиваемость и другие ценные свойства. Чтобы удалить поры, нужно значительно повысить температуру обжига сравнительно с той, которая требуется согласно условиям производства.

Виды твердого фарфора

В зависимости от характера применения твердый фарфор может быть подразделен на три основных вида: хозяйственный, художественный и электротехнический. Первые два вида отличаются белизной, хорошей просвечиваемостью в тонких слоях, яркостью и четкостью наносимых на них рисунков, отсутствием засорений в материале и глазури, чистым зеркальным разливом глазури, отсутствием даже незначительных искажений формы изделия; электротехнический фарфор отличается высокими диэлектрическими свойствами, механической прочностью, термической стойкостью.

Исходными материалами при производстве твердого фарфора выступают глинистые материалы, отощители и плавни. Глинистыми материалами выступает чистый каолин, беложгущаяся огнеупорная глина, в качестве отощающих материалов применяется кварц и фарфоровый бой, а плавнями будут пегматит и полевой шпат. Для обработки такого вида фарфора часто применяют полешпатовые глазури.

Виды мягкого фарфора

Исходя из характера применяемых флюсов мягкий фарфор делят на три вида: фриттовый, костяной и высокополевошпатовый.

Фриттовый фарфор, французский или, как его еще называют, севрский искусственный мягкий фарфор представляет собой продукт, занимающий как бы промежуточное место между керамическим материалом из глины и стеклом. В его шихту в свободном состоянии материалы не входят. Примерный состав фриттового фарфора: фритты - 15, мела - 17, известкового мергеля - 8. Фриттовый фарфор формируется большей частью литьем в гипсовых формах. Он отличается высокой декоративностью. Краски, наносимые на него, смотрятся особенно приятно, так как в результате трудностей в производстве фриттовый фарфор не может найти широкого использования. Не высока его прочность, поскольку в его структуре нет муллита, как и в других видах мягкого фарфора. Фриттовый фарфор находит применение в производстве чайных и кофейных сервизов, отличается высокой декоративностью бюстов и скульптурных групп из него.

Костяной или английский мягкий фарфор ближе по качеству к твердому, чем фриттовый. Производство костяного фарфора у нас распространено на заводе в Санкт-Петербурге (ЛФЗ).

Характерной особенностью костяного фарфора, как говорит само название, является наличие в его шихте костяной муки в количестве 20-60%, которая содержит около 85% фосфорнокислого кальция. Примерный состав костяного фарфора: каолина 20-45%, полевого шпата 8-22%, кварца 9-20%, костяной муки 20-50%. В случае особо малопластичного каолина последний часто заменяется беложгущейся пластичной глиной. Глазури, наносимые на него обычно фриттованные борносвинцовые. Формовка этого фарфора ведется литьем в гипсовых формах, пластическим способом. Костяной фарфор отличает высокая белизна, просвечиваемость и декоративность. Основные недостатки: трудность производства вследствие легкой деформации материала, а также низкая термическая и химическая стойкость.

Высокополевошпатный фарфор напоминает собой твердый фарфор и отличается от него меньшим содержанием глинистого вещества и большим содержанием кварца, а также значительно большим содержанием полевого шпата. Примерный состав высокополевошпатового фарфора: каолина 25- 40%, кварца 30-40%, полевого шпата 30-35%. для такого вида используют глазурь с содержанием щелочей, кварца. Формуется достаточно легко как твердый фарфор. Обладает более низкой термической стойкостью и механической прочностью, по сравнению с твердым фарфором достаточно хрупок. Но он имеет хорошую просвечиваемость и декоративность. Изготовляют дорогие сервизы с красивым декором, скульптур и других художественных изделий.

ФАЯНС

Фаянс - это белый, мелкозернистый однородный материал. Он порист и пропускает в неглазурованном виде воду и газы. В качестве исключения иногда можно встретить окрашенный фаянс, который аналогично окрашенному фарфору получают введением в фаянсовую массу керамических пигментов, а в остальном технология производства окрашенного фаянса ничем не от технологии производства белого фаянса.

Водопоглощение неглазурованного фаянса около 10-14%. Ввиду того, что фаянс обладает газо- и водопроницаемостью, он легко загрязняется в присутствии воды. В связи с этим его глазуруют, за исключением случаев, когда необходимо специально изготовить пористую керамику.

Фаянсовые массы в отличии от фарфоровых отличают большим содержанием глинистого вещества и кварца, но значительно меньшим содержанием полевого шпата. Этим объясняется низкая, сравнительно с фарфором, спекаемость фаянса, его меньшая объемная масса и просвечиваемость.

Небольшую механическую прочность фаянса можно объяснить его сравнительно невысокой температурой обжига, что, возможно, связано со значительным замедлением образования муллита, так как последний с большим количеством образуется при высоких температурах обжига (наличие муллита, значительно повышает прочность керамического материала).

Структура фаянса представляет собой зерна обезвоженного каолинита и кварца. Эти зерна сцементированы на поверхностях соприкосновения небольшим количеством плавней. Фаянсовая глазурь мягче, чем глазурь для фарфоровых и каменно-керамических материалов (она легче поддается процарапыванию).

Различают два основных вида фаянса: твердый (полевошпатный) и мягкий (глинистый и известковый). Причем твердый фаянс отличается большей механической прочностью, меньшей пористостью и большей объемной массой. Температура обжига твердого фаянса более высокая, чем мягкого.

Помимо твердого и мягкого фаянса к фаянсовым материалам иногда относят майолику, так называемый «простой фаянс». Кроме майолики к фаянсовым материалам также относят так называемый шамотированный фаянс, отличающийся от обычной фаянсовой массы тем, что в его состав вводится 40-60% шамота.

Для производства твердого фаянса применяют следующие исходные составляющие: пластические материалы, отощители и плавни. В качестве пластических материалов используют высокопластичные, огнеупорные и тугоплавкие беложгущиеся глины, а также каолины. Отощающими материалами выступают: белые кварцевые пески, кремень, жильный кварц. Кроме того, всегда находит применение искусственный отощающий материал в виде фаянсового боя, так называемый «череп». Исходными плавнями будут полевые шпаты или пегматиты. Для мягкого фаянса применяют плавни - известковый шпат, мел и доломит.

Фаянсовые глазури относятся к легкоплавким и содержат помимо кремнезема, являющегося основным глазуреобразующим окислом, который вносят в шихту жильным кварцем или белым кварцевым песком, в большом количестве окислы щелочных и щелочноземельных металлов, вводимых в шихту преимущественно с полевыми шпатами, кальцинированной содой, поташем, селитрами и бурой, причем с последней кроме окислов натрия вносят также окислы бора. Затем в шихту часто добавляют чистый мел или мрамор, сульфат стронция (целестин), карбонат натрия (витерит) и т.п. Кроме упомянутых исходных материалов, при получении глазури для фаянса используют также окислы цинка, свинцовый глет, сурьмяную кислоту и др. В состав фаянсовых глазурей часто входит глинозем.

Твердый фаянс представляет собой наиболее совершенный вид фаянса. Его примерный состав: глинистое вещество 45-65%, кварц 25-40%, полевой шпат 4-10%. Причем содержание полевого шпата, соответствующее верхнему пределу, уже приближает материал к полуфарфору. Конкретный состав фаянсовых масс находится в зависимости от физико-механических свойств исходных материалов, температуры утильного обжига и характера применения фаянса. Для придания более белого цвета фаянсовой массе и ее глазури последние несколько подсинивают сернокислым кобальтом в количестве 0,02-0,05%.

Мягкий фаянс, как уже указывалось, обладает большей пористостью, меньшей объемной массой, меньшей механической прочностью, чем твердый. Он аналогично твердому подвергается двухкратному обжигу с температурой первого обжига выше, чем второго, а именно эти температуры для утильного и политого обжига соответственно составляют: 10б0-1080° и 1020-1050°С.

По составу мягкий фаянс подразделяют на глинистый и известковый. Глинистый фаянс сравнительно с полевошпатовым содержит больше глинистых материалов и меньше плавней. По своему характеру он является как бы переходом от фаянсовых масс к гончарным, примерный состав: глинистого вещества 80-85% и кварцевых материалов 15-25%, причем иногда для придания материалу более белого цвета добавляют немного каолина. Глинистое вещество кроме каолина здесь представляется пластичными огнеупорными или тугоплавкими глинами, а кварцевые материалы - обожженным кремнем или кварцевым песком.

Материал глинистого фаянса обычно слегка желтоватого цвета, но встречается вполне белый, а также цветной глинистый фаянс. Материал этого фаянса характеризуется сравнительной прочностью, плотностью, тонкозернистостью и непросвечиваемостью. Глазурь - легкоплавкая, прозрачная или глухая, причем используется этот фаянс как в глазурованном, так и в неглазурованном виде. Производство глинистого фаянса аналогично производству твердого фаянса. Глинистый фаянс применяют для производства дешевых сортов хозяйственной посуды, пористых сосудов, фильтров.

Известковый фаянс характеризуется содержанием в качестве несобственно плавней мела или доломита. Его примерный состав: глинистого вещества 35- 55%, кварца 30-40%, углекислого кальция 10-20%. Этом фаянс отличается низкой механической прочностью, большой пористостью и легкостью. Глазурь используют легкоплавкую цветную или бесцветную, свинцовую или бессвинцовую, причем глазурованная поверхность обладает повышенной склонностью к цекообразованию. Для декора используется живопись - подглазурная и надглазурная. Технология производства известкового фаянса аналогична производству твердого фаянса. В связи с выше перечисленными недостатками известковый фаянс практически не находит применения в быту.

ПОЛУФАРФОР И НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ФАРФОР

Полуфарфор - это тонкокерамический материал, занимающий по своим основным свойствам среднее положение между фарфором и фаянсом. Этот материал характеризуется высокой плотностью и почти совсем не просвечивает.

Водопоглощаемость полуфарфора в неглазурованном виде от 0,5 до 5%. Механическая прочность примерно в 1,5-2 раза выше, чем фаянса, но ниже, чем у фарфора. Термическая и химическая устойчивость полуфарфора также занимает среднее положение между фарфором и фаянсом.

Виды исходных материалов, используемых для производства полуфарфора те же, что и для фарфора. Технологические свойства полуфарфоровых масс близки с фарфоровым. Примерный состав полуфарфоровой массы: глинистые вещества (каолин и глина) 45-55%, кварц 23- 28%, полевой шпат 9-30%.

Полуфарфор изготовляют по технологии производства фаянса с температурой утильного обжига, составляющего около 1230-1280°С и температурой политого обжига - 110О-1200°С. полуфарфор может быть получен однократным обжигом при температуре 1230-1280°С.

Из полуфарфора изготовляют хозяйственные изделия, облицовочные плитки, санитарно-технические изделия. За последнее время в производство тонкой керамики начинает все больше внедряться изготовление изделий из так называемого низкотемпературного фарфора.

К изделиям из низкотемпературного фарфора обычно относят керамические изделия, полученные из низкоспекающихся масс типа фарфоровых, которые в результате обжига (температура обжига 1160-1200°С) дают прочный плотный материал белого цвета, не просвечивающийся в тонких слоях.