Главная » Товароведение непродовольственных товаров » - Состав и структура керамики. Керамические материалы и их виды
- Состав и структура керамики. Керамические материалы и их виды
 Уникализировать текст |
Керамическими бытовыми товарами, или бытовой керамикой, называют изделия культурно-бытового назначения из глинистых материалов с различными минеральными добавками, обожженные до камневидного состояния.
Виды керамики
Различают следующие виды керамики:
тонкая керамика: фарфор, фаянс, полуфарфор, майолика; грубая керамика — гончарные изделия; архитектурно-строительная керамика — кирпич, черепица, облицовочная плитка; техническая керамика — свечи зажигания в автомобилях, тракторах, изоляторы на линиях электропередачи и др.Важнейшие физико-механические и химические свойства керамики, определяющие потребительную ценность изделий, обусловлены особенностями её состава и строения.
Твердый фарфор (классический состав) массы включает 50 % глинистых веществ (в основном каолина), 25 % полевого шпата, 25 % кварца. Мягкий полевошпатовый фарфор содержит меньше (на 5—8%) глинистых компонентов и соответственно больше вводимого полевого шпата. Мягкий костяной фарфор имеет в массе вместо полевого шпата 43—50% костяной муки. Глазурь для фарфора во всех случаях тугоплавкая, полевошпатовая.
Фаянс характеризуется большим содержанием глинистых веществ (50—55 %) и кварца (40—50 %) и невысоким содержанием (5—10 %) полевого шпата. В качестве глинистых веществ в фаянсовых массах применяют не каолин, а беложгущуюся глину. Фаянсовая глазурь в отличие от фарфоровой содержит оксиды типа К20, N20 или другие компоненты, повышающие её легкоплавкость. С этой же целью, а также для уменьшения растворимости в пищевых средах компоненты фаянсовых глазурей предварительно сплавляют (фриттуют).
Полуфарфор по составу близок к фарфоровым массам, отличается от них уменьшенным содержанием (9—10 %) полевого шпата. Глазурь для полуфарфоровых изделий фриттованная и по составу близка к фаянсовым.
Майолика имеет более специфичные составы. Полевой шпат здесь не применяется. Для масс характерно высокое содержание (до 63—68 %) легкоплавких глин, 15—20 % мела, 5—17% кварцевого песка, кварцевых отходов и подобных материалов. Майоликовые глазури представляют собой цветные легкоплавкие, в отдельных случаях — свинецсодержащие стекла.
Компоненты керамических масс в результате сложного физико-химического взаимодействия при обжиге образуют керамический черепок. Одновременно с этим протекают процессы плавления глазурной шихты и образования на поверхности черепка слоя глазурного стекла. Свойства керамики разных типов определяются структурой обожженного черепка и глазури, количественным соотношением составляющих их фаз.
Структура обожженной керамики представляет собой сложную гетерогенную систему, состоящую из стекловидной, кристаллической и газовой фаз.
Стекловидная фаза образуется при плавлении полевого шпата (частично кварца и других компонентов) и состоит из 70-80 % Si02, 8-16 % А1203, 8-12 % К20 + Na20. В фарфоре её содержание колеблется: до 85 % в мягком, до 60 % в твердом. Соединяя в одно целое структурные составляющие фарфорового черепка, стекловидная фаза обеспечивает его просвечиваемость. В то же время она несколько снижает термическую стойкость и механическую прочность фарфора из-за напряжений, возникающих на границах стекловидной и кристаллической фаз. Стекловидная фаза в фаянсе и полуфарфоре представлена слабее. Здесь она не является основной непрерывной фазой, а распределяется в виде тончайших пленок между другими фазовыми составляющими черепка, обеспечивая их прочную связь. В обожженной майолике содержание стекловидной фазы ещё меньше, однако она играет важную роль в сокращении размера пор и сближении зерен кристаллической фазы вследствие натяжения расплава.
Кристаллическая фаза образуется в результате сложных преобразований глинистых компонентов массы и кварца. Ее характер и количественное соотношение составляющих неодинаковы у керамики разных типов. Кристаллическая фаза фарфора состоит в основном из муллита (ЗА12Оз'28Ю2) и зерен непрореагировавшего кварца. Кристаллов муллита в фарфоре немного (2,5—5 %). Зарождение их происходит при температуре около 1200 °С, при этом образуется первичный мелкий, субмикроскопический муллит. Значительно большее значение имеет вторичный муллит в виде игольчатых кристаллов длиной 2—6 мкм, образующихся при более высоких температурах. Кристаллы вторичного муллита в черепке фарфора существенно повышают его механическую и термическую стойкость. Содержание нерастворенного кварца в полевошпатовом расплаве колеблется от 8 до 18 %. Повышая механическую прочность, остаточный кварц в то же время снижает термическую стойкость вследствие модификационных превращений зерна кварца при нагревании и охлаждении. Образующиеся при этом напряжения пропорциональны общей поверхности зерен остаточного кварца.
У фаянса, полуфарфора, майолики кристаллическая фаза преобладает. При этом кристаллы муллита здесь мелки, а в майолике вообще не образуются. Основу кристаллической фазы этих типов керамики образуют глинистое вещество, измененное в процессе обжига, и кварц.
Газовая фаза заполняет все поры керамического черепка. Причиной её образования в основном является воздух, заключенный в порах, а также газообразные продукты разложения сырьевых материалов. В черепке фарфора газовая фаза составляет 2—5% его объема. Поры равномерно распределены в черепке, имеют округлую форму, преобладающий размер их 10—15 мкм. Вследствие замкнутого характера пор водопоглощение фарфорового черепка значительно меньше его общей пористости.
Фаянс, полуфарфор, майолика характеризуются значительно большей пористостью. Поры у этих типов керамики преимущественно незамкнутые, менее однородны по размеру и характеру распределения в черепке, чем у фарфора. Поры в керамическом черепке снижают его механическую, термическую и химическую устойчивость, а у фарфора также и просвечиваемость.
Материалы для керамических изделий. Разнообразные материалы для бытовых керамических изделий в зависимости от назначения можно разделить на материалы для черепка, глазурей, декорирования.
Материалами для образования черепка бытовых керамических изделий являются глинистые, отощающие материалы и плавни.
Глинистые материалы (глины, каолины) — тонкодисперсные (1—0,01 мкм) природные водные алюмосиликаты, образовавшиеся в результате разрушения полевошпатовых горных пород. При замешивании с водой они образуют пластичное тесто, из которого можно формовать различные изделия, приобретающие после сушки и обжига определенную прочность.
Глины — полиминеральные горные породы, содержащие глинистое вещество (каолинит А12Оз'28Ю2'2Н20), слюду, полевой шпат, оксиды железа и кремния, углекислый кальций и др. Основными свойствами глин, обусловливающими возможность их использования в керамическом производстве, являются огнеупорность, пластичность, спекаемость, цвет после обжига.
По огнеупорности, т.е. способности противостоять, не расплавляясь, действию высоких температур, различают глины огнеупорные (огнеупорность не ниже 1580 °С), тугоплавкие (огнеупорность от 1350 до 1580 °С), легкоплавкие (огнеупорность ниже 1350 °С). Огнеупорные глины в основном применяют при изготовлении фарфора, полуфарфора, фаянса; легкоплавкие — для майоликовых и гончарных изделий.
Пластичность глин характеризует их свойство в смеси с водой принимать под влиянием внешних воздействий необходимую форму без разрывов и трещин и сохранять ее, когда эти воздействия прекращаются. Глины высокой пластичности называют жирными, низкой — тощими. Особо высокой пластичностью обладают бентонитовые глины, добавки которых используют для получения высококачественных фарфоровых масс.
Спекаемость— способность глины образовывать при об-жиге камнеподобное водонепроницаемое тело. Очень важен интервал между температурами спекания и плавления глины. У легкоплавких глин он мал (120—160 °С), поэтому во избежание деформации изделия из этих глин при обжиге не доводят до спекания.
Цвет глин после обжига зависит от содержания красящих примесей. Различают глины красножгущиеся, светложгущие-ся (светло-серого, светло-кремового, желтоватого цветов) и беложгущиеся. В производстве фарфора и фаянса применяют беложгущиеся (содержание оксидов железа не более 0,8—1 %) огнеупорные высокопластичные глины. Легкоплавкие красножгущиеся глины используют при изготовлении гончарных, майоликовых и других изделий.
Каолин (в отличие от глины) — мономинеральная порода, состоящая почти из одного каолинита. Очищенный от оксидов железа он имеет чисто-белый цвет. Каолины высокоогнеупорны (температура 1730— 1740 °С), имеют широкий интервал температур между фазами спекания и плавления (500—700 °С), но более низкую, чем у глин, пластичность. Каолин является основным глинистым материалом при получении фарфора. В фаянсовых массах он применяется в виде добавок для улучшения свойств.
Отощающие материалы вводят в керамические массы для снижения усадки и связанной с ней деформации изделий из глин и каолинов при сушке и обжиге. Эти материалы, раздвигая пластинчатые частицы глинистых компонентов, способствуют ускорению выделения влаги из необожженного черепка. В процессе обжига, особенно при высоких температурах, кварцевые материалы, взаимодействуя с компонентами массы, участвуют в образовании черепка керамического изделия.
В качестве отощающих материалов применяют шамот (глину, предварительно обожженную до 1350 °С), тонкомолотый кварц, кварцевый песок, глинозем, бой фарфоровых, фаянсовых и других обожженных керамических изделий. Чаще всего используют кварцевый песок. Содержание оксидов железа в песке для фарфора и фаянса не должно превышать 0,2 %, для других видов керамики содержание красящих оксидов может быть большим. С середины 1860-х гг. фарфоровые заводы стали применять гусевский фарфоровый камень — дацитовые горные породы. В состав гусевского камня входят 50—55 % кварца, 20—30 % каолинита, оксиды К20 + Na20 и др. Используют его взамен кварца и частично каолина в составе фарфоровых масс. Массы с гусевским камнем обладают высокой белизной и просвечиваемостью.
Плавни (флюсы) применяют для снижения температуры спекания керамических масс. Образуя стекловидную фазу при обжиге, они способствуют растворению кварцевых и глинистых зерен и кристаллизации новых кристаллических фаз из расплава (муллита). Лучшими плавнями в тонкокерамическом производстве являются полевые шпаты и пегматиты. Их заменителями служат нефелиновый сиенит (щелочная горная порода, состоящая из нефелина и минералов-примесей), перлит (водосодержащее стекло вулканического происхождения) и некоторые другие материалы. Плавни применяются главным образом в производстве фарфора и фаянса. Использование плавней в составе черепка других видов керамики ограничено.
Керамическая глазурь представляет собой стекловидное вещество. Для её получения используют те же материалы, что и для стекол разного назначения. Тугоплавкие фарфоровые глазури по составу весьма близки к фарфоровому черепку. Для их получения применяют полевой шпат, кремнезем, карбонаты кальция и магния, глинозем, оксид цинка и др. Образование стекла у этих глазурей происходит на самом изделии, и предварительное сплавление компонентов глазури (фриттование) не производится. Легкоплавкие глазури для фаянса, майолики более разнообразны по составу. По своей природе это многокомпонентные свинцовые, борные, свинцово-борные, бессвинцовые и безборные, стронциевые и другие стекла. Для повышения легкоплавкости, химической стойкости и других свойств основные компоненты этих глазурей, как правило, предварительно сплавляют. Тщательный расчет и подбор составов глазурей к керамическому черепку повышают потребительную ценность готовых изделий.
Керамические краски используют для художественно-колористического оформления. Исходными материалами для их получения служат окрашенные оксиды различных металлов (Fe203, Cr203, NiO, MnO, V203 и др.) или окрашенные сложные соединения (например, С0ОА12О3, CaOAl203*2Si02, 2ZnOSi02 и др.). Краски кроме красящих пигментов содержат обычно свинцовые или борно-свинцовые флюсы, а также различные бесцветные добавки (оксиды цинка, мел, глинозем), которые вводятся для большей устойчивости красок и повышения чистоты их тона.
По особенностям применения различают краски подглазурные и надглазурные. Под глазурные краски испытывают действие расплавленной глазури и частично растворяются в ней. Поэтому набор таких красок ограничен (преимущественно синие, зеленые, коричнево-красные тона). Благодаря защитному слою глазури эти краски весьма прочно держатся на изделиях. Надглазурные краски закрепляются на глазури специальным обжигом. Палитра их значительно шире, чем подглазурных, но прочность закрепления на изделиях меньше.
Для декорирования применяют также специальные препараты золота, люстры, керамические переводные картинки (деколи) и др. Золото обычно используют в виде 12%-ного жидкого или 52%-ного порошкообразного препаратов. Жидкое золото после обжига дает зеркально-глянцевую пленку, порошкообразное — матовую. Люстры и деколи по составу и особенностям получения аналогичны применяемым в стекольном производстве.
 Похожие работы: |
|
 Воспользоваться поиском |
Основы рекламы.Учебное пособие