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

Получение керамической массы

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

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

Декорирование керамических изделий

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

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

Керамическими называют каменные изделия, получаемые из минерального сырья путем формования и обжига его при высокой температуре.

Классификация керамических изделий.

По основным технологическим видам различают следующие разновидности керамики:

Терракота – неглазурованная однотонная естественно окрашенная керамика от кремового до красно – коричневого цвета с пористым черепком (стеновые материалы, архитектурные детали, облицовочные плитки и т.д.)

Майолика – керамика из цветной обожженной глины с крупнопористым черепком, покрытая глазурью (изразцы, скульптура и др.)

Фаянс – твердый керамический материал обычно белого цвета с мелкопористым черепком, покрытым глазурью (санитарно-техническая керамика, посуда, облицовочные плитки и др.)

Фарфор – плотный керамический водонепроницаемый материал белого цвета (санитарно-техническая керамика, посуда, плитки и др.)

В зависимости от их структуры керамические изделия подразделяются на пористые и плотные. Пористые поглощают более 5% воды по массе, плотные – менее 5% воды по массе.

По назначению керамические изделия подразделяются на: стеновые, кровельные, облицовочные, заполнители для легких бетонов, теплоизоляционные изделия, санитарно-технические изделия, плитка для пола, дорожный кирпич, изделия для подземных коммуникаций, кислотоупорная и огнеупорная керамика.

Сырьевые материалы для производства керамики

Глинистые материалы. Важнейшими сырьевыми материалами для про-

изводства керамики являются глины. Под ними понимают природные водные алюмосиликаты общей формулой Аl 2 O 3 ·SiO 2 ·nH 2 Oс разными примесями, способные при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камнеподобное состояние.

Глины состоят из нескольких алюмосиликатов. К ним относятся:

Каолинит – Аl 2 O 3 ·4SiO 2 ·2H 2 O

Монтмориллонит - Аl 2 O 3 ·4SiO 2 ·nH 2 O

Галлуазит - Аl 2 O 3 ·2SiO 2 ·4H 2 O.

Кристаллическая решетка глинистых минералов имеет пластинчатое строение, и это обусловливает свободное перемещение отдельных частиц глины при затворении водой. Этим объясняется их пластичность.

Свойства этих минералов связаны со строением их кристаллической решетки. У каолинита она более плотная, у монтмориллонита – самая неплотная, очень подвижная. Если глина содержит в основном каолинит – ее называют каолином (в переводе с китайского языка – белая гора). Это малопластичная беложгущаяся глина. Если глина содержит в основном монтмориллонит, она называется бентонитом. Бентониты – это высокопластичные глины. Пластичность глин, кроме минерального состава, определяется величиной и количеством тонких частиц (менее 0,005 мм). В высокопластичных глинах таких частиц содержится ~80-90%.

В качестве примесей в глины входят различные вещества – кварц, слюда, полевые шпаты, песок, оксиды и гидроксиды железа и других металлов и т.п. Примеси оказывают влияние на свойства глин, а также определяют цвет керамики. В зависимости от примесей глины могут иметь различный цвет от белого (чистые каолиновые глины) до черного цвета из-за примесей органических соединений. Часто встречающаяся примесь оксидов железа придает глинам коричнево-красный цвет, а гидроксидов железа – бурый цвет.

Свойства глин . Важным свойством глин является пластичность. Пластичностью глины называют ее свойство во влажном состоянии принимать под влиянием внешнего воздействия желаемую форму без образования разрывов и трещин и сохранять ее при сушке и обжиге. Она зависит от минерального состава глин, от наличия примесей и от количества воды, взятой для приготовления глиняной массы.

Другим важным свойством глин является усадка. Усадка – это уменьшение линейных размеров и объема глиняного сырца при его сушке (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка). Воздушная усадка происходит при сушке отформованных изделий за счет удаления физически связанной воды и сближении частиц глины. Огневая усадка происходит при обжиге керамических изделий за счет спекания, расплавления легкоплавких составляющих глин и сближении твердых частиц. Усадка выражается в процентах от первоначального размера изделия. Воздушная усадка составляет 10-15%. Огневая усадка составляет 2-8%. Полная усадка представляет собой сумму воздушной и огневой усадки.

Характерным свойством глин является их способность при обжиге превращаться в каменный материал. При температуре выше 100 о С из глиняной массы начинает испаряться свободная вода, дальнейшее повышение приводит к выгоранию добавок, повышающих пористость керамики. В интервале температур 450-700 о С происходит разложение кристаллогидратов, из глинистых минералов испаряется химически связанная вода. При этом необратимо теряется пластичность глин. При температурах 900-1000 о С происходит расплавление легкоплавких составляющих глин и образование новой фазы – муллита 3Аl 2 O 3* 2SiO 2 , придающей керамике прочность.

Отощающие добавки. Они вводятся в состав керамической массы для по-

нижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин. В качестве отощающих добавок в зависимости от вида керамики используют следующие вещества:

Для высококачественной керамики шамот – зернистый керамический материал, получаемый обжигом измельченной глины при температуре обжига керамики – 900 –1000 о, а также дегидратированную глину, обжигаемую при температуре 700 – 750 о.

Для рядовой керамики используют песок и гранулированные шлаки.

Порообразующие добавки. Они вводятся для повышения пористости кера-

мического черепка и улучшения спекаемости глин. К ним относятся выгорающие добавки и газовыделяющие вещества.

Выгорающие добавки (опилки, бурые угли, золы и др.) сгорают при обжиге керамики, оставляя после себя пустоты (поры).

Газовыделяющие добавки при обжиге диссоциируют с выделением газа, например, карбонатные породы (мел, доломит, известняк) разлагаются с выделением углекислого газа СО 2 , пузырьки которого образуют поры в керамическом изделии.

Пластифицирующие добавки. Пластифицирущие добавки вводятся для повышения пластичности глин. К ним относятся высокопластичные глины (бентониты), а также поверхностно-активные вещества – сульфитно-дрожжевая бражка СДБ (отход производства целлюлозы).

Декорирующие составы. Для отделки поверхности керамических изделий используют глазури, ангобы и торкретирующие составы.

Глазури представляют собой минеральные стекла, используемые для поверхностного покрытия керамических изделий. Главными сырьевыми компонентами глазурей являются полевой шпат, кварцевый песок, каолин, соли щелочных и щелочноземельных металлов, бура и др. Глазури наносятся на керамику после формования, закрепляются на поверхности керамических изделий в процессе обжига, образуя блестящую пленку, цветную или бесцветную, прозрачную или непрозрачную (глухую).

Ангобы представляют собой красочные составы из белой или цветной глины. Они наносятся тонким слоем на поверхность еще не обожженной керамики. При обжиге ангоб не плавится, поэтому цветная поверхность получается матовой.

Торкретирующие составы наносят на поверхность керамического изделия с помощью пескоструйных аппаратов. Они состоят из окрашенного песка, минеральной крошки из стекла, мрамора, фарфора и др. Окрашенная поверхность керамического изделия приобретает зернистую фактуру.

Общая схема производства керамических изделий

Производство керамических изделий включает следующие этапы: карьерные работы, механическую обработку глиняной массы, формование изделий, их сушку, обжиг и декорирование поверхности.

Карьерные работы. Они включают добычу глины в открытых карьерах, транспортирование ее на заводы по производству керамических изделий и хранение промежуточного запаса глины. При хранении происходит т.н. вылеживание глины – технологическая операция, в результате которой, под действием переменной температуры и влажности, глиняные частицы распадаются на более мелкие агрегаты.

Механическая обработка глиняной массы. . Она осуществляется с помощью глинообрабатывающих машин и имеет целью выделение или измельчение каменистых включений, гомогенизацию керамической массы и введение необходимых добавок.

Выделение каменистых включений из глины осуществляют, пропуская ее через винтовые камневыделительные вальцы или применяя другие специализированные машины. Практически полного выделения камней из глины можно добиться гидравлическим обогащением. Глину распускают в глиноболтушках, а затем пропускают через сито и обезвоживают. Измельчение глины производят после выделения каменистых включений. После измельчения глину с необходимым количеством воды и добавками проминают в специальных глиномялках, представляющих собой цилиндрическую конструкцию, в центре которой вращается вал с лопастями. В результате получают однородную (гомогенную) керамическую массу.

Формование керамических изделий. Задачей формования является придание глиняной массе геометрической формы и размеров будущего изделия. В результате образуется заготовка керамического изделия – сырец. Формование производят тремя способами:

Пластическое формование. Изделия стеновой керамики формуют из пластичных (с влажностью 18 – 28%) глиняных масс на ленточных шнековых прессах, которые могут быть вакуумными и безвакуумными при давлениях до 7 МПа;

Полусухое прессование. Оно производится в пресс-формах на одно или несколько керамических изделий. Керамические изделия формуются на гидравлических или механических прессах способом полусухого прессования под давлением 15 – 40 МПа из керамических пресс – порошков с влажностью 8 – 12%.

Способ литья (или шликерный). Этим способом изготавливаются в основном тонкие глазурованные плитки на конвейерных автоматизированных линиях, а также изделия сложной конфигурации (например, санитарно-техничес-кая керамика). При производстве плитки сырьевая масса с влажностью 40 – 60% разливается на керамические пористые поддоны и покрывается глазурным слоем. Двигаясь по конвейеру, керамическая масса быстро подсыхает на пористом поддоне и поступает сначала на зачистное, а затем на режущее устройство, разрезающее подсохшую массу на плитки заданного размера. При производстве сложных керамических изделий используют гипсовые формы.

Сушка сырца. Формовочная влажность изделий, изготовленных различными методами формования, различна. Перед обжигом изделие надо высушить до содержания влаги не более 5% во избежание неравномерной усадки и растрескивания при обжиге. Сушку проводят в туннельных сушилках, в которых по принципу противотока сырец движется навстречу потоку горячего воздуха или дымовых газов. Сушка протекает приt о = 120-150 о С в течении 16-36 часов. На современных автоматических заводах используют туннельные щелевые сушилки, в которых время сушки сокращается до 5-7 часов.

Обжиг изделий. Обжиг является важнейшим и завершающим этапом производства изделий строительной керамики. Для обжига используют кольцевые и туннельные печи. В кольцевых печах обжиг продолжается в течение 1,5 –3 суток, в туннельных печах от 18 до 24 часов, проходя зоны подогрева, обжига и охлаждения. Максимальная температура обжига составляет:

Для кирпича и камней керамических – 950 - 1100 о С;

Для облицовочной керамики - 1000 - 1200 о С;

Для санитарно-технической керамики - 1150 - 1300 о С;

Для кислотоупорной керамики - 1200 - 1300 о С;

Для огнеупорной керамики - 1350 - 2000 о С;

Декорирование изделий . Оно происходит либо в процессе формования (нанесение рельефной структуры на лицевую поверхность, торкретирование, ангобирование), либо после сушки или после обжига изделий (глазурование, окрашивание специальными красками). Поверхностное окрашивание осуществляется подглазурными и надглазурными красками. Подглазурные краски наносятся на неглазурованные изделия, которые покрываются глазурью и обжигаются. Надглазурные краски наносятся на глазурованные обожженные изделия и закрепляются последующим обжигом. Краски наносят различными способами: распылением с применением трафарета или без него, с помощью переводных рисунков, сериографией (продавливанием через сетку-трафарет цветных мастик с последующим их глазурованием и обжигом).

Насколько разнообразна керамика, трудно себе даже представить. Попробуем перечислить только самые главные виды керамики. По назначению обычно керамику подразделяют на строительную, бытовую и техническую.

Строительная керамика: кирпич, черепица, трубы, облицовочные плитки разных видов для наружных и внутренних отделки стен зданий, плитки и плиты для полов, санитарно-технические изделия (раковины, ванны, унитазы, бачки к ним и т.п.).

Бытовая керамика: посуда, художественные изделия.

Техническая керамика: самые разнообразные изделия для машиностроения, ракетостроения, радиоэлектроники, электротехники и других отраслей промышленности.

Однако при всем многообразии различают плотную и пористую . При этом неважно, из какого сырья изготовлено изделие, какого цвета его черепок, как отделана поверхность. К плотной керамике относят: фарфор неглазурованный («фарфоровый бисквит»), а также глазурованный; фаянс . Представителями пористой керамики являются: майолика, терракота, шамот .

Однако самодельщиков интересует главным образом та технология изготовления керамики, изделия из которой они могут изготавливать сами . Это майолика и терракота. Вот о них-то и пойдет разговор ниже.

Лепка, отминка, литье...

Горшок формируют из глины разными способами. Древние горшечники брали мешок с мокрым песком, придавали мешку форму будущего горшка, а потом облепляли его со всех сторон влажной пластичной глиной, выравнивали поверхность и иногда наносили на мягкую глину деревянной палочкой узор в виде полос и спиралей. Когда глина высыхала, высыхал и песок в мешке. Тогда песок высыпали, легко вынимали освободившийся мешок, а глиняный горшок обжигали на костре...

Потом придумали гончарный круг. Изготовленные на нем керамические изделия имеют обязательную форму тел вращения, по крайней мере, изначально. Лепили из глины и изображения животных, людей. Эти статуэтки не были столь симметричными, как гончарные изделия.

Но крупные лепные изделия не получались. Дело в том, что их не умели делать полыми, и потому они неизбежно оказывались «толстостенными», в результате обычно растрескивались или сильно деформировались при сушке и обжиге.

Неизвестно, кто первый заметил, что если сильно разведенную водой глину в виде сметанообразной массы (шликера ) вылить в сосуд с пористыми впитывающими воду стенками, то на стенках сосуда образуется корочка из глины. Чем дольше шликер находится в таком сосуде, тем более толстая образуется корка. Если затем лишний шликер вылить, а образовавшейся корке дать подсохнуть, то ее можно из сосуда извлечь. И получится отливка, внешняя поверхность которой будет копией внутренней поверхности сосуда.

Это наблюдение и легло в основу так называемого сливного способа формирования керамических изделий сложной формы, например, статуэток, ваз, изразцов, унитазов, раковин. Многие уникальные произведения искусства получены именно сливным способом.

Ниже мы подробно познакомимся именно с таким способом изготовления майолики, то есть изделий из цветной обожженной глины с крупнопористым черепком, покрытых эмалью.

Последовательность операций при сливном способе формирования керамических изделий следующая:

Подготавливают все твердые компоненты сырьевой смеси, причем лучше всего их измельчить, чтобы облегчить последующий помол; осуществляют мокрый помол, это очень ответственная операция, от которой зависит качество будущих изделий (в мельницу при подобном помоле кроме глины и всех добавок заливают еще и воду);

Полученный шликер заливают в заранее подготовленные гипсовые разъемные формы и выдерживают в них до тех пор, пока не будет достигнута нужная толщина стенок изделий;

Из форм сливают «лишний» шликер, а формы с изделиями оставляют для первичной просушки - подвяливания;

Осторожно разнимают формы и извлекают из них изделия;

Изделия и формы высушивают (последние после сушки используют для формования повторно);

Сухие изделия покрывают слоем глазури;

Глазурованные изделия обжигают в печи и охлаждают.

В приведенной здесь общей схеме получения майолики сливным способом нет подробностей. Но именно в этих подробностях заключены те самые секреты и хитрости, которые называют тайной гончарного мастерства. Но о секретах чуть позднее. Тех же, кто решит попробовать свои силы в этом замечательном ремесле, хочу сразу предупредить, что без мельницы и печи им никак не обойтись. Учтите это, пожалуйста.

Глина глине рознь

Глины бывают разные. Геологи и технологи различают множество разновидностей глин. Для нас же важна информация о глинах, с которыми нам предстоит работать.

Просто глины - осадочные горные породы, состоящие преимущественно из глинистых минералов (каолинита, монтмориллонита, галлуазита и др.) и некоторого количества примесей, обладающие способностью размокать и набухать в воде с образованием при этом пластичной массы. Эти породы обычно имеют красновато-бурую или желто-бурую окраску.

Каолины - осадочные горные породы из глинистых минералов, состоящих главным образом из каолинита или его разновидностей. (Каолинит - минерал подкласса слоистых силикатов, Al 4 (OH) 8 - Прим. ред.)

Бентониты - осадочные породы, но состоят они из минералов группы монтмориллонита. Эти минералы имеют слоистую кристаллическую структуру как у графита или талька, то есть состоят из тончайших чешуек, способных при механическом воздействии на них скользить друг по другу. Поэтому эти минералы наощупь кажутся жирными. К тому же между чешуйками имеются полости, в которые легко проникают молекулы воды. Благодаря этому бентонитовые глины сильно набухают в воде и образуют пластичное тесто.

При всем разнообразии глинистых минералов у них есть общая особенность: они образовались при химическом разрушении других минералов и потому размеры их кристалликов очень малы - всего 1...5 мкм в поперечнике.

Кроме глинистых минералов все глины содержат то или иное количество примесей, которые сильно влияют на свойства глин, а потому состав и количество примесей необходимо учитывать при работе с глиной. Познакомимся с основными примесями, содержащимися в глинах.

Кварц - один из самых распространенных на Земле минералов, состоящий из одной лишь двуокиси кремния - кремнезема (Si0 2).

Полевой шпат - довольно обычный минерал, в котором наряду с кремнеземом обязательно присутствует глинозем - окись алюминия (Аl 2 0 3), а также окись одного из металлов типа натрия, калия, кальция (чаще всего именно этих трех).

Слюда - знакомый всем минерал, характерный тем, что очень легко расщепляется на тончайшие прозрачные пластинки. Слюда содержит кремнезем, глинозем и (часто) соединения железа, натрия, магния.

Чаще всего эти минералы-примеси и составляют присутствующий в глине песок. Реже в глине встречаются зерна известняка, гипса, других пород и минералов.

Разные минералы по-разному влияют на свойства глины. Так, кварц снижает ее пластичность, но повышает прочность черепка после обжига. Полевые шпаты снижают температуру спекания. А вот зерна известняка могут быть и полезными, и вредными, что зависит от их размера. Если эти зерна крупные (до 2 мм в поперечнике), то они для керамики вредны. Дело в том, что при обжиге известняк превращается в окись кальция (СаО), то есть в ту самую известь, которую мы называем кипелкой. Зерна извести в уже готовом черепке обязательно «натянут» пары воды из воздуха. При этом известь начнет «гаситься», сильно увеличиваясь в объеме. В конце концов, такое расширение песчинки приведет к разрушению изделия, которое обязательно растрескается. Если те же самые примеси находятся в глине в виде тонкого порошка, да еще равномерно в ней распределены, вреда от них не будет. Иногда даже наоборот полезно добавить в глину некоторое количество тонкоизмельченного известняка. Зачем? Об этом разговор будет позже.

Примеси в глинах встречаются не только в виде зерен. Некоторые минеральные вещества, растворимые в воде, как бы пропитывают глину. Это соединения железа, марганца, серы и целого ряда других элементов. Именно они чаще всего придают глине ее цвет. Чтобы убедиться в этом, проделайте простой опыт. Поместите в стакан щепотку обычной бурой глины и залейте ее уксусом. Содержимое размешайте, а потом осторожно промойте водой, чтобы не слить осадок. Вы увидите, что в стакане остался осадок белого или светло-серого цвета, а вся бурая окраска перешла к воде. Это произошло потому, что окрашивающие глину примеси растворились в кислоте и «отмылись» водой.

Что вам надо знать о глине

Свойства глин весьма разнообразны и многочисленны. Поэтому остановимся только на свойствах, особенно важных для гончаров, чтобы они могли правильно выбрать глину, а главное - подготовить ее к работе.

Среди свойств глины несколько выделяют ее запесоченность , которая характеризует содержание в глине песчаных частиц. Чтобы определить запесоченность глины, понадобится сито с размером ячеек 0,14 мм. Берут 100 г высушенной глины и замачивают ее в большом количестве воды до полного размокания. Затем полученную влажную массу выкладывают на сито и промывают водой до полного исчезновения мути в сливе (до «чистой воды»). После этого оставшуюся на сите субстанцию, а это и будет песок, содержащийся в глине, перекладывают на металлическую тарелку и сушат на плите или в духовке. Далее песок взвешивают с точностью до 0,1 г. Масса песка в граммах и будет равна запесоченности глины.

Остальные свойства глины, знание которых необходимо гончару, обычно подразделяют на водные и огневые.

Водные свойства

Пластичность - количество воды, которое необходимо добавить к глине, чтобы получить пластичное тесто. Это количество воды определяют опытным путем.

Берут 100 г сухой глины, растертой в ступке до состояния тонкого порошка, и добавляют к ней 5 г воды. Замешивают тесто, скатывают из него шарик, укладывают последний на ровную поверхность, например, на стол, и ладонью раскатывают в цилиндр-«колбаску» (рис. 1). Если «колбаска» через некоторое время начинает распадаться - воды мало. Тогда повторяют опыт, добавляя в глину большее количество воды, например, 10 г. Только нельзя добавлять воду к уже приготовленному тесту, придется тесто замешивать заново. Если и в этот раз цилиндр развалится, значит, воды все еще мало. Тогда надо еще на 5 г увеличить количество воды. Словом, повторяют эту процедуру до тех пор, пока глиняная «колбаска» или не перестанет растрескиваться (значит, достигнут предел раскатывания), или начнет просто размазываться по поверхности, что свидетельствует о достижении предела текучести.

Разность между влажностью глины в состоянии предела текучести влажностью той же глины в состоянии предела раскатывания называют числом пластичности. По значению этого числа судят о пластичности глины. Напомню еще, что относительная влажность характеризуется отношением массы жидкости, содержащейся во влажном веществе, к массе этого влажного вещества. Выражается влажность в процентах. Итак, малопластичной считают глину, число пластичности которой меньше 7%, у пластичной глины это число - 7...15%, у высокопластичной - более 15 %. Знание пластичности глины очень важно при составлении рецептуры керамической массы, а также для назначения режима сушки изделий.

Пластичность глины можно в некоторой степени изменять введением добавок.

Воздушная усадка - уменьшение объема глины при ее высыхании. При удалении из глины воды частицы минералов, составляющие глину, сближаются между собой, что и вызывает усадку. Это также очень важная характеристика, которая понадобится, например, чтобы определить размеры изделия-сырца. Определяют воздушную усадку так. Приготовив и промесив как следует некоторое количество глиняного теста, влажность которого соответствует пределу пластичности, его заворачивают во слегка увлажненный кусок холщовой материи и кладут на ровную доску. Далее деревянным молотком-киянкой «простукивают» тесто. Этот прием, называемый выколачиванием, позволяет получить тесто без воздушных пузырьков и пустот. Затем, не доставая глину из холстины, придают ей форму ровного пласта толщиной 10 мм. После этого острым ножом разрезают глину (без холстины, конечно) на квадраты со стороной 50 мм. При этом пользуются линейкой, чтобы линии разреза были прямыми и ровными. Потребуется изготовить не меньше пяти штук таких глиняных плиточек.

Затем заостренной палочкой на поверхности плиточек тоже по линейке наносят диагонали. Не глубоко, но так, чтобы они были хорошо заметны. Осталось с помощью циркуля-измерителя, раскрыв его ровно на 50 мм, нанести его концами риски поперек обеих диагоналей (рис. 2). Для сушки плитки укладывают в укромное место, например, на полку или на сухой подоконник. Конечно, на плитки не должны попадать прямые солнечные лучи, причем нельзя их располагать близко к отопительным приборам. При комнатной температуре плитки просохнут за неделю, после чего можно приступать к определению воздушной усадки. Для этого, взяв штангенциркуль, измеряют с точностью до 0,1 мм расстояния между рисками на диагоналях. Не забудьте во время измерения осмотреть образцы, отметить изменения формы, наличие трещин, прогибов, искривлений и т. д.

Предположим, что после замеров всех 5 плиток получили такие результаты (в мм): 45,0, 45,9, 46,1, 45,6, 47,8, 46,2, 45,4, 45,5, 46,1, 45,8. Вычислим среднее арифметическое этой группы чисел, для чего сумму значений этих чисел разделим на их количество:

459,4: 10 = 45,94 мм.

Теперь определим процент усадки, зная, что расстояние между рисками до сушки было равно 50,0 мм:

[(50,0 - 45,94)/50] х 100 = 8,12%.

Вот это и есть воздушная усадка нашей глины. У разных глин она неодинаковая и колеблется в пределах от 1 до 15%.

Одновременно по состоянию этих же образцов определяем и еще одно свойство нашей глины - чувствительность к сушке . Если после сушки образцы не деформированы и на них отсутствуют трещины, значит глина мало чувствительна к сушке. Наличие слабых искажений формы или небольшого числа мелких усадочных трещин свидетельствует о повышенной чувствительности глины к сушке. Наконец, если образцы сильно деформированы или потрескались - глина высокочувствительна к сушке. Это очень важный показатель, который обязательно учитывают при назначении рецептуры керамической массы из той или иной глины.

Огневые свойства

Спекаемость - способность глины давать при обжиге плотный черепок. Исследователи, занимающиеся керамикой, договорились, что способность глины образовывать черепок необходимо определять при одной и той же температуре, а именно при 1350° С. Ведь разные глины спекаются при «своих» температурах, разброс которых весьма значителен (от 450 до 1450° С), и если определять спекаемость каждой глины при ее температуре, то трудно установить количественную меру спекаемости. Поэтому и выбрали одну температуру.

Степень же спекаемости определяют по водопоглощению обожженного при 1350° С черепка той или иной глины: если водопоглощение меньше 2% - глина сильноспекающаяся; от 2 до 5% - среднеспекающаяся; больше 5% - неспекающаяся. (Водопоглощение - способность материала впитывать воду при погружении в нее.) Спекаемость глин удается регулировать с помощью добавок.

Поскольку мы условились, что будем заниматься изготовлением майолики, то есть пористой керамики, нам не понадобится добиваться сильного спекания глины. Однако чтобы определить температуру спекания той глины, с которой предстоит работать, это свойство глины знать желательно.

Для определения спекаемости нашей глины подойдут те же образцы, которые послужили для определения воздушной усадки. Причем не страшно, что они потрескались при сушке или изменили форму. Если есть доступ к лабораторной муфельной печи, то обжечь высушенные образцы лучше в ней.

Мы хотим установить сейчас, насколько сильно можно спечь в вашей печи черепок из имеющейся глины без введения каких-либо добавок. Поэтому и установим в муфеле соответствующую температуру.

При отсутствии муфеля образцы обжигают в обычной отопительной печи. Для этого в конце протапливания печи, когда в топке накопится достаточно много золы, но топливо еще полностью не прогорело, высушенные образцы укладывают поверх углей, не закапывая в них. Задвижку печи и поддувало прикрывают так, чтобы горение топлива продолжалось со средней интенсивностью. Когда печь протопится, ее просто закрывают. Образцы достают из печи только после полного ее охлаждения, то есть примерно через 10...12 ч. Температура спекания в этом случае будет такая, какую обеспечит печь, где вы собираетесь обжигать свои изделия. Обычно дровяные печи дают температуру 850...950° С. Осина, липа и другие мягкие породы при горении выделяют меньше теплоты, чем хвойные породы. Твердые (дуб, бук, вяз) - больше. Конечно, во многом температура зависит и от тяги в печи.

Вынув образцы из печи, их отряхивают от золы и пыли, после чего взвешивают на аптечных весах с точностью до 0,1 г и помещают их плашмя в посудину с водой, погружая образцы в воду не полностью, а на 2/3 их толщины.

В воде образцы выдерживают одни сутки, после чего вынимают, промокают сухой тряпицей или промокательной бумагой (вода с них капать не должна) и снова взвешивают с той же точностью.

Водопоглощение образцов вычисляют по формуле:

В = [(М в - М с)/М с ] х 100,

где М с - масса сухого образца, г; М в - масса насыщенного водой образца, г; В - водопоглощение,%.

Подвергнуть подобному испытанию необходимо не менее 3 образцов, затем вычисляют среднее арифметическое полученных результатов. Это и будет значение водопоглощения. Если оно окажется менее 2%, то глина легкоспекаемая, при 2...5% - среднеспекаемая, выше 5% - неспекаемая. Если глина легкоспекаемая, никаких мер для улучшения ее спекаемости не требуется. Среднеспекаемую глину, скорее всего также можно оставить в покое. А вот как повысить спекаемость неспекаемой глины, обсудим позже.

Если после выяснения воздушной усадки образцы окажутся непригодными для определения спекаемости, ну, скажем, они развалились при сушке или оказались сильно деформированными, следует приготовить точно такие же новые образцы. Но сушить их придется осторожнее и медленнее, для чего их лучше поместить в закрытый сосуд, например, в стеклянную банку, и накрыть ее листом бумаги. Сушка в этих условиях продлится не меньше 2 недель.

Огневая усадка - изменение объема глины при обжиге. Степень подобной усадки зависит не только от свойств глины, но и от температуры обжига. Как и в случае со спекаемостью, огневую усадку определяют при 1350° С. Но в нашем случае важна огневая усадка при температуре обжига, то есть при той, которую обеспечит печь. Знание огневой усадки поможет определить, какого размера требуется отливка, чтобы после обжига получить изделие заданных размеров. Естественно, что при этом учитывают и воздушную усадку.

Если образцы, подвергшиеся обжигу для изучения спекаемости, хорошо сохранили форму и нанесенные на них риски отчетливо видны, определить огневую усадку можно с их помощью.

Для этого, применяя штангенциркуль или циркуль-измеритель, вновь измеряют расстояния между рисками на диагоналях образцов. Рассчитывают огневую усадку по той же формуле, что и воздушную усадку. Нужно только сопоставить расстояния между рисками после сушки с расстояниями после обжига. Обычно у большинства глин огневая усадка составляет 6...8%. Как уже говорилось, общая усадка равна сумме воздушной и огневой. Она для обычных глин, как правило, близка к 15%, но наблюдаются и существенные отклонения от этого значения.

Все эти сведения понадобятся, чтобы назначить состав сырьевой смеси, с которой придется работать, а также определить размеры форм и установить режимы сушки и обжига изделий.

Итак, со свойствами пластичной глиняной массы мы разобрались. Давайте познакомимся со специфическими свойствами жидкой литейной глины (шликером), которые понадобятся при изготовлении майолики сливным способом. Но сначала подготовим сито с размером ячейки 0,0053 мм, вискозиметр Энглера и секундомер. Все это вряд ли раздобудешь в небольшом городке, а уж тем более - в деревне. Но и сито, и вискозиметр можно изготовить самостоятельно. Подробно об этом будет в следующем разделе, специально посвященном оборудованию, приборам и устройствам, необходимым для работы с керамикой. А пока скажем, что сито по конструкции ничем не отличается от обычных сит, только вместо традиционных сетки здесь придется натянуть капроновый или нейлоновый чулок, который заменит сетку с размером ячейки 0,0053 мм. Вместо секундомера подойдут любые часы с секундной стрелкой - точности до 1 с вполне достаточно.

Еще понадобится фарфоровая ступка вместимостью не менее 0,5 л с фарфоровым же пестом. Еще лучше было бы приобрести лабораторную фарфоровую мельницу. Имейте в виду, что чугунная или бронзовая ступки в данном случае не подойдут, так как при измельчении компонентов в шликер попадет металл в виде мельчайшей пыли, что может заметно отразиться на свойствах шликера. Но если уж другого выхода нет, применяйте чугунную ступку.

Чтобы определить свойства шликера, последний надо сначала приготовить. Для этого возьмем 0,5 кг высушенной глины и добавим к ней воду, количество которой зависит от пластичности. Так, малопластичные глины разводим в 320 мл воды, глины средней пластичности - в 300 мл, высокопластичные - в 280 мл. (Влажность шликера в этом случае составит примерно 39%, 37,5% и 36% соответственно.)

Итак, глину и воду в нужных количествах помещают в ступку, после чего измельчают глину, растирая ее пестом. Когда под пестом перестанет ощущаться песок, можно первый раз определить тонкость измельчения (помола) шликера. Отвесив 100 г шликера, его выливают в сито с сеткой из чулка и струей воды промывают шликер до чистой воды. Отмытый остаток сушат и взвешивают. Если масса его окажется меньше 2г (в нашем случае меньше 2%), то шликер готов.

Масса остатка на сите 0053 (так обозначается сито с размером ячейки 0,0053 мм) характеризует тонкость помола шликера. Она не должна превышать 2%, иначе шликер станет интенсивно расслаиваться, то есть из него при формировании изделий начнут быстро оседать более крупные частицы, в результате стенки изделия приобретут неодинаковые структуру и плотность на разной высоте. Добавим также, что тонкость помола не должна быть и меньше 1%. В последнем случае шликер слишком быстро загустевает, поэтому плотность стенок изделий окажется разной по толщине. Если тонкость помола окажется недостаточной (остаток на сите превысит 2%), шликер придется дополнительно растирать, чтобы количество остатка вписалось в нужный диапазон.

Подготовив шликер необходимого качества, приступают к определению его текучести. Для этого шликер наливают в вискозиметр с закрытым сливным отверстием. Через 30 с сливное отверстие открывают и одновременно начинают отсчет по секундной стрелке часов. Когда в сосуд под вискозиметром выльется ровно 100 мл шликера, отверстие слива закрывают. Время, за которое из вискозиметра вытечет 100 мл шликера и есть его текучесть. Обычно нормальная текучесть литейного шликера составляет 20 с. При текучести больше 25 с в шликер необходимо вводить разжижающую (пластифицирующую) добавку. Если текучесть меньше 15 с, необходимо уменьшить влажность шликера, то есть добавлять в глину меньше воды. Словом, текучесть шликера, пригодного для литья, лежит в пределах 15...25 с.

Теперь разберемся с загустеваемостью шликера, которая проявляется в том, что текучесть шликера со временем уменьшается, то есть время истечения 100 мл шликера из вискозиметра через какой-то период возрастает. Определяют загустеваемость так. Шликер, оставшийся в вискозиметре после определения текучести, сохраняют в покое в течение 30 минут, не встряхивая и не перемешивая его. Затем снова измеряют время истечения 100 г шликера, как в первый раз. Это время будет, понятно, больше, чем первое. Разделив новое время истечения шликера на предыдущее, получают его степень загустевания. Если данное частное окажется больше 2,2, то шликер не пригоден для формирования. Его текучесть и время загустевания надо регулировать добавками.

Еще одно очень важное свойство шликера, от которого во многом зависят как формовочные свойства шликера, так и качество будущего черепка - плотность. Определяют плотность шликера с помощью ареометра (денсиметра) с интервалом градуировки 1,5...1,8 г/см³. Подобный ареометр раздобыть не всегда удается, но можно заменить его двумя или даже тремя ареометрами, диапазон измерений которых перекрывает названный интервал, например, один - от 1,5 до 1,6, другой - 1,55...1,65, а третий - 1,56...1,85.

При отсутствии ареометра плотность определяют, взвешивая известный объем шликера. Например, предварительно взвешенный с точностью до 0,1 г мерный сосуд емкостью не менее 100 мл наполняют шликером до метки, обозначающей этот объем. Взвесив сосуд со шликером, из получаемой массы вычитают массу пустого сосуда и делят результат (разность) на объем шликера О ш. Частное от деления (с некоторой оговоркой) можно считать плотностью шликера П ш:

П ш = (М ш - М п)/О ш г/см³.

Замечу, что в действительности значение плотности, вычисленное таким способом, будет несколько отличаться от значения, которое покажет ареометр. Полученный в первом случае удельный вес шликера, с плотностью по ареометру может и не совпасть.

Керамика

Древний сосуд

Зубной металлокерамический протез

В узком смысле слово керамика обозначает глину , прошедшую обжиг .

Самая ранняя керамика использовалась как посуда из глины или из смесей её с другими материалами. В настоящее время керамика применяется как индустриальный материал (машиностроение, приборостроение, авиационная промышленность и др.), как строительный материал, художественный, как материал, широко используемый в медицине, науке. В XX столетии новые керамические материалы были созданы для использования в полупроводниковой индустрии и др. областях.

Гончарная керамика имеет черепок красно-коричневого цвета (используются красножгущиеся глины), большой пористости, водопоглощение до 18 %. Изделия могут покрываться бесцветными глазурями, расписываются цветными глиняными красками - ангобами

История

Керамика известна с глубокой древности и является, возможно, первым созданным человеком материалом. Возникновение керамики напрямую связано с переходом человека к оседлому образу жизни, поэтому оно произошло намного позднее, чем корзины . Первые образцы керамики относятся к эпохе верхнего палеолита (граветтская культура) . В мезолитических культурах керамика используется нерегулярно и, как правило, на позднем этапе; наиболее совершенные образцы мезолитической керамики известны в культуре дзёмон на территории Японии. В неолите керамика становится неотъемлемым атрибутом практически всех археологических культур (исключение - период древнейших аграрных сообществ докерамического неолита на ближнем Востоке, когда переход к оседлому образу жизни произошёл раньше многих других технологических инноваций).

Первоначально керамика формовалась вручную. Изобретение гончарного круга в третьем тысячелетии до нашей эры (поздний энеолит - ранний бронзовый век) позволило значительно ускорить и упростить процесс формовки изделия. В доколумбовых культурах Америки индейская керамика изготавливалась без гончарного круга вплоть до прихода европейцев.

Отдельные виды керамики формировались постепенно по мере совершенствования производственных процессов, в зависимости от свойств сырья и получаемых условий обработки.

Древнейшие виды керамики - это разнообразные сосуды, а также пряслица , ткацкие грузики и другие предметы. Эта бытовая керамика разными способами облагораживалась - наносился рельеф штамповкой, прочерчиванием, налепными элементами. Сосуды получали разную окраску в зависимости от способа обжига. Их могли лощить, окрашивать или разрисовывать орнаментом, покрывать ангобом, глянцеватым слоем (греческая керамика и римские Terra sigillata ), цветной глазурью («Гафнеркерамика» Ренессанса).

К концу XVI века в Европе появилась майолика (в зависимости от происхождения, также часто называется фаянсом). Обладая пористым черепком из содержащей железо и известь, но при этом белой фаянсовой массы, она была покрыта двумя глазурями: непрозрачной, с высоким содержанием олова, и прозрачной блестящей свинцовой глазурью.

Каменная керамика также изготовлялась Веджвудом в Англии. Тонкий фаянс как особый сорт керамики с белым пористым черепком, покрытым белой же глазурью, появился в Англии в первой половине XVIII века. Фаянс в зависимости от крепости черепка делится на мягкий тонкий фаянс с высоким содержанием извести, средний - с более низким ее содержанием и твердый - совсем без извести. Этот последний по составу и крепости черепка часто напоминает каменную керамику или фарфор.

Изготовление гончарных форм с использованием и без использования гончарного круга

Ручной и ножной гончарные круги

Намотка глиняного жгута и сглаживание поверхности кувшина

Отис Тафтон Мейсон описал техники плетения корзин американскими индейцами , а также показал способ использования корзины, как основы для изготовления дна кувшина .

История появления керамики на Руси

Керамика в России

Археологические находки во многих древнерусских городах свидетельствуют о широком развитии на Руси гончарного ремесла. В Древней Руси применяли большей частью двухъярусные (нижний, топочный ярус зарывали в землю), гончарные горны, но были и одноярусные.

Монголо-татарское нашествие повлияло на развитие древнерусской культуры. История одной из ее ветвей - керамики сместилась из южных регионов в северные и западные пограничные города, в московские земли, поэтому не случайно возрождение изразцового искусства в Древней Руси было связано с Псковом и Москвой. Было уничтожено множество произведений русских гончаров IX-XII веков. Например, исчезли двуручные корчаги-амфоры, вертикальные светильники, более простым стал орнамент, искусство перегородчатой эмали, глазурь (самая простая - жёлтая, уцелела только в Новгороде).

Прозрачная керамика

Исторически керамические материалы непрозрачны из-за особенностей их структуры. Однако спекание частиц нанометровых размеров позволило создать прозрачные керамические материалы, обладающие свойствами (диапазоном рабочих длин волн излучения, дисперсией, показателем преломления), лежащими за пределами стандартного диапазона значений для оптических стёкол .

Нанокерамика

Технология производства керамических изделий

Технологическая схема производства керамической плитки включает следующие основные фазы:

1. Приготовление шликера ;
2. Формовка изделия;
3. Сушка;
4. Приготовление глазури и глазуровка (эмалировка);

Сырьё для керамических масс подразделяется на пластичное (глины и каолины) и непластичное. Добавки шамота и кварца уменьшают усадку изделий и вероятность растрескивания на стадии формования. В качестве стеклообразователей используют свинцовый сурик , буру .

Приготовление шликера

Приготовление шликера идёт в три фазы:

1. Первая фаза: помол полевого шпата и песка (помол ведётся от 10 до 12 часов);
2. В первую фазу добавляется глина;
3. Во вторую фазу добавляется каолин. Готовый шликер сливается в ёмкости и выдерживается.

Транспортировка из сырьевого склада производится при помощи погрузчика в приёмные бункера. Откуда по конвейеру отправляется либо в шаровую мельницу (для помола), либо в турборастворители (для роспуска глины и каолина)

Участок по приготовлению глазури

Глазури - глянцевидные сплавы, расплавляющиеся на керамическом черепке слоем толщиной 0,12 - 0,40 мм. Глазурь наносится, чтобы прикрыть черепок изделия плотным и гладким слоем, а также для придания изделию с плотным черепком повышенной прочности и привлекательного внешнего вида, для гарантии диэлектрических свойств и защиты декора от механических и химических воздействий.

В состав глазури входит тонко измельчённый циркон , мел , белила . В одну из определяемых технологом ёмкостей загружается готовая глазурь. Её пропускают несколько раз через вибросита и магнитноуловители для извлечения металлических примесей, наличие которых в глазури может повлечь за собой образование дефектов в ходе производства. В состав добавляется клей, и глазурь отправляется на линию.

Формование

Перед формовкой шликер загружается в одну из ёмкостей. Три ёмкости используются поочерёдно (меняясь примерно раз в сутки) для определённого стенда. Форму предварительно отчищают от остатков шликера после предыдущей формовки, обрабатывают шликерной водой и просушивают.

Шликер заливают в просушенные формы. Формы рассчитаны на 80 заливок. При формовании используется наливной способ. Форма впитывает в себя часть воды, и объём шликера уменьшается. В форму доливают шликер для поддержания требуемого объема.

После затвердевания изделия просушиваются, производится первичная отбраковка изделий (трещины, деформации).

Ручная обработка изделий

После формования изделия поступают в цех ручной обработки.

После нанесения глазури изделие отправляется на обжиг в печь. Печь укомплектована модулем предварительной сушки, камерами обеспыливания и обдува. Термическая обработка ведётся при температуре 1230 градусов, длина печи составляет порядка 89 метров. Цикл от погрузки до разгрузки вагонетки составляет около полутора суток. Обжиг изделий в печи проходит в продолжение суток.

После обжига проводят сортировку: разделение на группы подобных изделий, выявление дефектов. Если дефекты устранимы, то они отправляются на доработку и удаляются вручную на участке реставрации. В противном случае изделие считается бракованным.

См. также

• Музей Гардинера - полностью посвящён керамике

Примечания

Литература

• // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : В 86 томах (82 т. и 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Несмотря на широкое распространение современных материалов, которые отличаются долгим сроком службы и хорошими потребительскими качествами, изделия из керамики, по-прежнему, актуальны. Керамическая посуда хрупкая и стоит довольно дорого, по сравнению, к примеру, с пластиковой. Однако хорошая теплопроводность и, главное, экологическая безопасность этого материала компенсирует все его недостатки.

Конкуренция на рынке керамической посуды высокая, в том числе и среди российских производителей. Ситуация осложняется тем, что емкость этого сегмента российского рынка можно определить лишь приблизительно, так как он входит в состав рынка товаров для дома и оценивается в совокупности с другими сегментами. Известно, что посуда составляет около трети от общего объема рынка всех товаров для дома. На него приходится около $700 млн.

Несмотря на то, что здесь представлены изделия из различных материалов – от стекла до металла, тем не менее, до последнего времени лидировала керамическая и фарфоровая посуда (около 70% в общем объеме производства посуды).

Главные тенденции, которые наблюдались на российском рынке керамической посуды на протяжении последних нескольких лет, заключаются в ежегодном снижении объемов производства (особенно значительный спад произошел в 2009-2010-х годах) и в одновременном росте цен за единицу продукции.С другой стороны в начале 2009 года произошло резкое снижение импорта посуды из-за падения курса рубля и проблем с кредитованием импорта. Сейчас объем производства керамической продукции в нашей стране составляет около 250 миллионов изделий и 2,6 млрд. рублей в стоимостном выражении в год, а ежегодные темпы роста объемов импорта керамики из других стран составляют 20-30%.

В целом, темпы роста рынка постепенно снижаются. Эксперты говорят о том, что для производств керамической и фарфорово-фаянсовой посуды наступили не лучшие времени. Новых компаний за последний год практически не появилось, не считая мелких полукустарных предприятий. Большинство заводов закрывается или перепрофилируется, так как загруженность производства составляет всего лишь 10%.

Стоит отметить, что по сравнению с западными странами, соотношение объемов продукции отечественного производства и импортируемой из других стран (преимущественно Китая) долгое время было в пользу российских компаний, в то время как за рубежом местные производители давно уступили позиции китайским предприятиям. Специалисты объясняют это тем, что еще с советских времен отечественная продукция пользуется большим спросом среди потребителей благодаря ее высокому качеству. Определенную роль играет и ностальгия, и уверенность в безопасности российской керамики. Сейчас ситуация несколько изменилась.

Основная доля продаж на российском рынке посуды приходится на продукцию импортного производства (особенно в сегменте фарфора). По данным аналитиков, объем производства фарфора в нашей стране снижается более чем на 2 тысячи тонны в год. Специалисты объясняют это устареванием оборудования и, как следствие, низким качеством и высокой себестоимостью готовых изделий. Среди стран, которые поставляют свою продукцию в Россию, лидирует Китай (около 40% от общего объема импорта). А в сегменте продукции из керамики и фарфора стоимостью выше среднего преобладают европейские производители. Основные страны-импортеры керамики: Германия, Чехия, Польша, Япония, Великобритания. Доля импортной продукции из фарфора на российском рынке составляет 80%, но с каждым годом она понемногу уменьшается, что не может не радовать отечественных производителей.

При этом потребление посуды из этих материалов в нашей стране постоянно растет (прирост составляет примерно 7% в год). Специалисты уверены, что этот показатель будет увеличиваться по мере роста доходов населения. Во многом это связано с бурным развитием сегмента профессиональной посуды HoReCa (гостиницы, рестораны, кафе), который составляет около 20% от объемов рынка.

Рост цен на керамическую посуду связан, в основном, с увеличением стоимости сырья (темпы этого роста составляют около 30% в год). Около 10% сырья, которое используется отечественными производителями керамики, импортируется из-за рубежа (в основном, с Украины). Отпускная цена за тонну глины в нашей стране составляет около $100. Стоимость глины, импортируемой с Украины, почти в два раза ниже. Кроме того, сырье с отечественных месторождений нередко уступает по качеству глинам украинских месторождений. В нашей стране керамическую и фарфоровую продукцию производят несколько десятков предприятий. Большая ее часть экспортируется в страны ближнего зарубежья, а также в США и Германию.

Эксперты отмечают следующие тенденции развития отечественного рынка керамической и фарфоровой продукции: потребители отдают предпочтение стеклянной посуде, спрос смещается в сторону низкого и среднего ценового сегмента, растет спрос на продукцию повседневного использования и профессиональную посуду для заведений общественного питания.

Существует несколько классификаций изделий из керамики. Самое широкое разделение – в зависимости от назначения. Так, выделяют промышленно-строительную керамику, техническую, художественно-декоративную и хозяйственно-бытовую. К первым категориям относится кирпич, облицовочная и напольная плитка, черепицы, изразцы. А ко вторым двум – гончарная продукция, посуда (тарелки, салатники, чашки, блюда, горшочки, сковородки, кокотницы, формы для выпечки и пр.) и декоративные изделия из фарфора, фаянса и майолики (аромалампы, керамические скульптуры, декоративные статуэтки, шкатулки, аквариумная керамика, вазы, светильники и т. д.).

Керамическая продукция, как и стеклянная, относится к разряду силикатных товаров. Эти изделия изготавливаются из пластичных глинистых материалов, которые обжигаются для придания им прочности. В зависимости от компонентов, которые входят в состав массы, и температуры обжига керамика может быть как сплошной, так и пористой. Перед обжигом часть изделий покрывается глазурью, которая представляет собой тонкий слой стеклообразной массы. Это необходимо не только для эстетического эффекта: глазурь противостоит впитыванию керамикой грязи и влаги.

Гончарные изделия производятся из простых окрашенных глин. Они тоже могут быть глазурованными и неглазурованными. Изделия из фарфора и фаянса производятся из белой глины и отличаются по структуре: у фаянса она пористая, а у фарфора спекшаяся (сплошная). Майолика – это продукция из белых или слабоокрашенных глин с рельефными узорами на корпусе, покрытая цветной глазурью. Специалисты подразделяют керамику на грубую и тонкую. К первой относятся гончарные изделия, а ко вторым – продукция из фарфора, фаянса и майолики.

Для производства керамических изделий используются пластичные и отощающие материалы, а также плавни (другое название – флюсы). К пластичным веществам относятся различные виды глин и каолина. Строго говоря, каолин – это тоже глинистое вещество обычно белого цвета, которое состоит из каолинита. В зависимости от примесей, которые входят в состав смеси, глины могут иметь различные температуры плавления и разнообразную окраску.

Если окраска связана с наличием в сырье примесей органического происхождения, то, как правило, во время обжига такое изделие приобретает белый цвет (такие виды глин называются беложгущимися). Эти материалы очень пластичны, но после обжига они отвердевают и превращаются в черепок. Отощающие материалы используются для снижения усадки керамической продукции. Глина при сушке и обжиге дает усадку, что, в свою очередь, может привести к деформации и растрескиванию изделия. Отощающие материалы, к которым относятся кварц, кварцевый песок, битые черепки и пр., препятствуют этой деформации, сохраняя форму изделия практически в первозданном виде. Плавни, или флюсы используются для более быстрого и надежного спекания компонентов керамической массы (особенно при производстве изделий из сплошной керамики). Для этого, как правило, используется мел, известняк или полевой шпат.

Открывать собственное крупное производство нерентабельно. Небольшим компаниям, которые работают на определенный узкий сегмент или региональный рынок, выжить намного проще. Для такого производства не требуется больших площадей и дорогостоящего оборудования. Главное требование: производственные помещения должны находиться на окраине города или за его пределами. Кроме того, здесь должна быть вода, отопление и электричество. Помимо производственных площадей, понадобится помещения под склад, санузел, душевые кабины.

Необходимое оборудование цеха включает в себя: муфельные печи, станок для прокатки, «карусель», шаровую мельницу для производства глазури. Для работы в цехах потребуется минимум 3-4 рабочих на одну смену. Кроме того, не обойтись без бухгалтера (можно обратиться к услугам бухгалтерской фирмы). Обязанности менеджера по закупкам и сбыту можно взять в первое время на себя.

Сырье (белую глину), как уже упоминалось выше, обычно покупают в Украине. Поэтому сразу закладывайте расходы на оформление всех документов и растаможивание груза. По времени эта процедура займет около одной недели.

Сырье должно пройти специальную обработку: сначала оно очищается от вредных минеральных включений, затем дробится, размалывается, просеивается через сито, смешивается с другими компонентами. На основе глины делается шликер – жидкая глиняная масса влажностью около 35%. Она заливается вручную или с помощью специального оборудования в формы и оставляется там до полного застывания. Изделия простых форм (например, тарелки) формуются из пластической массы влажностью около 25% в гипсовых формах при помощи стальных шаблонов.

После этого изделия извлекаются из форм, сушатся и промываются. Сушка проходит либо естественным образом (печи довольно дорогие, и мелкие производства обходятся без них), либо в конвекционных печах при температуре от 70 до 90 градусов Цельсия. Обжиг в печах проводится в два приема.

Затем керамические изделия покрываются глазурью и обжигаются. Полный цикл производства занимает от трех до пяти дней. Использование специальных печей для сушки сокращает эти сроки минимум в два раза. Одна небольшая мастерская изготавливает около 1000 наименований продукции за один цикл.

Безупречное качество вашей продукции – это главное условие ее популярности среди потребителей. При оценке качества керамических товаров основное значение имеют три основных характеристики: качество черепка, глазури и декорирования. Большинство производителей руководствуется так называемым «технологическим регламентом производства керамической продукции».

Заранее определитесь с ассортиментом продукции, которую будете производить. Пусть он будет лучше небольшим (20-30 наименований), что позволит избежать больших складских остатков. Наибольшим спросом пользуется керамическая посуда (горшки, чашки, супницы и пр.). Старайтесь регулярно обновлять свой ассортимент, убирая устаревшие модели и предлагая новые, ориентируясь на пожелания потребителей и спрос.

Бизнес, связанный с производством керамических изделий не считается сезонным, хотя этот фактор все же оказывает на него определенное влияние. Например, в южных регионах нашей страны посуда пользуется особенно высоким спросом с сентября-октября по апрель. В жаркое время года люди готовят намного реже, соответственно, объем продаж посуды резко снижается. Также работа самого производства может приостанавливаться при повышенной влажности, так как керамика хорошо впитывает влагу, что приводит к увеличению количества брака. Следовательно, объемы производства дождливой осенью или слишком теплой зимой будут ниже, чем в другие месяцы.

Для открытия собственного производства керамической продукции потребуется минимум 3,5 млн. рублей. Рентабельность такого проекта составляет около 25-30%, а срок окупаемости – от 3 лет. Можно приобрести уже существующий бизнес (благо предложений на рынке хватает). Он обойдется в 6-7 млн. рублей (с учетом аренды производственных площадей).

Лилия Сысоева
- портал бизнес-планов и руководств