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 самыхраспространенных природных материалов, освоенных человеком еще в глубокойдревности. Высокая пластичность материала позволяла изготавливать из негомножество необходимых в быту предметов — главным образом посуду, украшения ивсевозможные 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 втом 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 принятоназывать керамикой.
Современное керамическоепроизводство имеет сложное техническое оборудование, применяет болеесовершенную технологию и новые материалы. Но создавать керамические изделияможно и дома, используя вполне доступные материалы и оборудование, применяясравнительно несложную технологию.
Технологияпроизводства керамических изделий
Изготовлениекерамических изделий включает несколько этапов: приготовление тестообразноймассы, формовка изделия, нанесение декора, сушка, обжиг в печи.
1) Глиняноетесто 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 глинане прилипает к рукам, ее отдельные куски легко соединяются. Есть несколькоспособов 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 помощинасоса. Летом вода легко испаряется в широкой емкости.
Перед формованиемглиняная масса подвергается дополнительной обработке: из нее удаляют пузырькивоздуха, переминая, придают ей однородную структуру.
Добытая глинаобычно смешана с песком, мелкими камнями, остатками сгнивших растений и другимиинородными веществами, которые должны быть полностью удалены, чтобы глина сталагодной к употреблению.
Очищеннаяглина до ее использования хранится во влажном состоянии в закрытых помещениях.Выдержка глины в течение нескольких месяцев значительно улучшает ее рабочиекачества, позволяя глине сохранять форму в процессе создания изделия, оставаясьподатливой и пластичной. Свежую глину часто соединяют со старой, изпредшествующей смешанной партии; это усиливает бактериальную активность иулучшает качество материала.
2) Формованиекерамических изделий осуществляют различными способами: пластическимформованием, литьем (с использованием гипсовых форм), прессованием, горячимлитьем под давлением.
Наиболеечасто применяются способы пластического формования: ручное — «отруки» (при производстве тонких художественных изделий — цветов, украшенийи т. д.); формовка «полосками»; в гипсовых формах лепкой; в гипсовыхформах с помощью шаблона; на гончарном круге.
Гончарныйкруг позволяет создавать симметричные, равномерно расширяющиеся или сужающиесясосуды 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 кругприводится в движение вращением ногой нижнего круга. Верхний круг являетсянепосредственно рабочим местом, на котором формуют изделие. При этом необходимынекоторые инструменты: деревянный резан, кусок плоской резины, грецкая губка,металлическая клюшка, кусочки кожи и оргстекла.
Работа нагончарном круге требует виртуозного мастерства. Сырую глину, брошенную нагончарный круг, мокрыми руками вытягивают в конус. Нажимая на него сверхурукой, гончар опускает массу вниз. Это повторяется несколько раз (длявыравнивания текстуры глиняной массы). Вытянутый ком в результате нажимабольшим пальцем превращают в полый цилиндр. Пропуская стенки цилиндра междудвумя пальцами, вытачивают корпус и шейку изделия. С помощью деревянного резакамассе придают необходимую форму. Во время формования руки следует периодическисмачивать водой, чтобы усилить скольжение пальцев. Придав изделию законченнуюформу, его заглаживают мокрой губкой и кусочком резины, после чего тонкойпроволокой или шпагатом срезают с гончарного круга и ставят для сушки — чащевсего на воздухе. Высохшее до 19—20 % влажности изделие устанавливают на центрверхнего круга, прикрепив кусочком глины, и подправляют соответствующимиинструментами; вытачивают металлическим крючком, заглаживают мокрой губкой,полируют оргстеклом. Если изделие состоит из нескольких деталей, их склеивают.Далее идет декорирование.
Литье вгипсовых формах основано на способности гипса впитывать влагу. Разжиженнуюглиняную массу, так называемый шликер, заливают в гипсовую форму, влагавпитывается и через некоторое время у стенок формы образуется ровный слойглины. Масса постепенно затвердевает, размеры формуемого изделия сокращаются иполучаемый полуфабрикат легко отделяется от формы. Такие изделия отличаютсярыхлостью и дают большую усадку.
3) Следующимэтапом в производстве керамики является сушка. В свежеформованном или вылитомизделии содержится от 22 до 30 % влаги — в зависимости от способа формования.Изделие надо высушить до содержания влаги не более 5 % во избежаниенеравномерной усадки и растрескивания при обжиге. Сушку сырца проводят втоннельных и камерных сушилках.
Процесс сушкипри разном составе массы проходит неодинаково: чем жирнее глина, тем дольше онасушится. При неодинаковой плотности черепка усушка проходит неравномерно, чтоведет к появлению трещин и деформации. Форма изделия также имеет значение: чембольше его площадь, тем быстрее оно сохнет. Во время сушки не должно бытьсквозняков. 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 обусловленыособенностями материала, свойством глины. Таковыми являются роспись ручнымспособом, гравировка, сграффито, фляндровка, “мрамор”, лепка, лощение, резерважи другие.
Роспись —наиболее широко применяемый способ художественной обработки. Расписываютангобом — тонкорастертой жидкой глиной, белой или с примесью красителей.Рисунок ангобом наносят только на сырой черепок (19—20 % влажности). Пересушенноеизделие расписывать нельзя, так как ангоб при сушке и обжиге опадает
Для лепкинеобходимы обычные скульптурные стеки — металлические и деревянные. Кромеэтого, при работе необходима грецкая губка (мягкая тряпка, резиновая губка) дляудаления ангоба.
Глазирование— широко применяемый художественно-технический прием обработки керамическихизделий. Покрытие глазурью — стекловидной массой — изделия преследует не толькоэстетическую цель. Глазурь предохраняет его от проникновения влаги, делаетболее прочным. Глазури могут быть прозрачными (бесцветными и цветными) инепрозрачными. Прозрачные бесцветные глазури хорошо выявляют натуральный цветглины, из которой сделано изделие.
Изделие послепервого, утильного, обжига очищают от пыли специальными щетками. Приготовленнуюв емкости глазурь размешивают до эмульсионного состояния. Изделие окунают вглазурь или обливают ею, затем сушат.
Основойглазури является кварц, полевой шпат, каолин. В состав глазури вводят такжеокислы металлов, чем достигается термостойкость и другие качества.
Оченькрасивыми делают керамические изделия глазури восстановительного огня: приобжиге на поверхности образуется металлический блеск. Чем это достигается?Вначале обжиг идет обычным путем, но при температуре печи около 600 °С, когдаглазурь на черепке уже неподвижна, доступ воздуха в печь перекрывается, в топкувводят восстановители в виде лучины, нефти, ветоши. В печи создаетсявосстановительная среда, огонь удаляет кислород и окиси металла. Если начатьвосстановление, когда глазурь еще находится в жидком состоянии, то углеродможет вплавиться в глазурь, в результате чего она станет матовой, серо-черной.Если же восстановительный огонь образовать после затвердения глазури, товосстановление не произойдет, изделие только покроется копотью. Процессвосстановления длится от двух до шести часов. Изделия вынимают из печи толькопосле их остывания, иначе металлизация может прекратиться. Глазури, которыедают металлический блеск на керамических изделиях, всегда легкоплавкие — в ихсостав входят соединения свинца, легко восстанавливающегося.
Покрытую глазурью керамику называютмайоликой. Глазурь, или полива, тонким стекловидным слоемпокрывает керамическое изделие, делая краски и ангобы яркими и сочными,полностью предохраняя их от влаги. Известен народный способ приготовленияглазури. Разогревают на огне бутылочное стекло и бросают его в холодную воду.Стекло покрывается мельчайшими трещинами и легко рассыпается. В ступке стеклоперетирают в порошок, похожий на муку. Порошок разводят водой и добавляют внего клейстер. Изделия поливают этим составом и дают просохнуть, после чегоснова загружают в печь, где выдерживают около трех часов. В некоторых случаяхглазурь на керамических изделиях можно имитировать.
5) Обжигизделий. Обжиг завершает изготовление керамических изделий. В процессе обжигаформируется их структура, определяющая технические свойства изделия.
Полностью художественный образ выявляется лишь после того, когда основательно «спекся», затвердел черепок, застыли расплавленные глазури. Сформованное изделие, подсушенное, подправленное, декорированное ангобом, солями, снова подсушенное, помещают в печь. Это первый, утильный, обжиг. Затем изделие расписывают глазурями. При повторном обжиге расплавляют глазури. Последовательность повторного обжига та же. Главное при этом — медленное, постепенное повышение температуры. Обжиг можно разделить на периоды:
В первомпериоде (при температуре 150 °С) из изделия уходит механически связанная вода.При резком повышении температуры, прежде всего, испарится вода с поверхностичерепка и образуется пленка, которая задержит влагу, находящуюся в середине.Для ее удаления придется повысить температуру, что приведет к парообразованию иразрушению.
Второй период— температура 150—500 °С. В это время удаляется химически связанная вода,изделие краснеет.
Температуруобжига можно определить по цвету накала. Когда изделие начинает краснеть — это550—600 °С; становится тёмно-красным — 600—700; вишнево-красным с переходом всветло-вишневый — 800—900; ярко-вишневым — 900—1000; темно-оранжевым — 1100;начинается белое каление — 1300; становится белым — 1400 °С.
Печьвыключают, а когда она остынет до 200 °С, дверцы печи приоткрывают. Изделиевынимают после полного остывания печи.
Обжигкерамических изделий осуществляется в туннельных печах с автоматическимуправлением. Туннельная печь представляет собой длинный канал, выложенный внутриогнеупорной футеровкой. Вагонетки с изделиями, составляющие сплошной поезд,перемещаются в печи и постепенно проходят зоны подогрева, обжига и охлаждения.Максимальная температура обжига кирпича и других стеновых керамических изделий(950 – 1000°С) необходима для спекания керамической массы. Спекание происходитвследствие цементирующего действия расплава эвтектик (жидкостное спекание),реакций в твердой фазе и кристаллизации новообразований.
Обжигатьглину удобно в муфельной печи. В печь загружают изделия, предварительнопросушенные в течение пяти — шести дней при комнатной температуре. В печи поддействием высокой температуры глина теряет связанную с ней химически воду истановится влагоустойчивой и прочной. Обжигают глину примерно около трех часов.Обожженную, но не покрытую глазурью глину называют терракотой. По окончанииобжига печь выключают, и изделия остывают прямо в печи.
Выводы
Керамическиминазывают материалы, получаемые из глинистых веществ с минеральными илиорганическими добавками или без них путем формования и последующего обжига.
Основнымкомпонентом сырьевой массы для производства керамики являются глины и каолины,которые при смешивании с водой способны образовывать пластичное тесто,переходящее после обжига в водостойкое и прочное камневидное тело.
Важнейшимисвойствами глин, определяющими их пригодность для производства керамики,являются пластичность, связность, связующая способность, воздушная и огневаяусадка, огнеупорность и наличие примесей. Вредными примесями являются окислыжелеза и марганца, углекислые и сернокислые соли, понижающие огнеупорностьглин, приводящие к образованию в процессах обжига трещин и вздутий (дутик),белых налетов (высолов), придающих изделиям красно-бурую окраску.
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 вглину иногда добавляют плавни. Каолин и глины объединяют общим названием — глинистые материалы.
По конструктивному назначению различают следующие группы керамическихстроительных материалов и изделий:
— стеновые изделия —кирпич,керамические камни и панели из них;
— фасадные изделия —лицевойкирпич, различного рода плитки; архитектура-художественные детали, наборныепанно;
— изделия для внутреннейоблицовки стен — глазурованные плитки и фасонные детали к ним (карнизы, уголки,пояски);
— плитки для облицовки пола;
— изделия для перекрытий (балки,панели, специальные камни);
— кровельные изделия — черепица;
— санитарно-строительные изделия — умывальныестолы, унитазы, ванны;
— дорожные изделия —клинкерныйкирпич;
— изделия для подземныхкоммуникаций — канализационные и дренажные трубы;
— теплоизоляционные изделия(керамзитокерамические панели, ячеистая керамика, диатомитовые и шамотныелегковесные изделия);
— заполнители бетонов(керамзит, аглопорит).