Использование каолина для производства фарфоровых изделий

Фарфор

Фарфо́р (тур. farfur, fagfur, от перс. фегфур) — вид керамики, непроницаемый для воды и газа. В тонком слое фарфор — просвечивающийся материал. При лёгком ударе деревянной палочкой издаёт характерный высокий чистый звук. В зависимости от формы и толщины изделия, тон может быть разным.

Фарфор — это основной представитель «тонкой» керамики. Характерные признаки фарфора — белый цвет с синеватым оттенком, малая пористость и высокая прочности, термическая и химическая стойкость и природная декоративность. Его особенности определяются химическим составом и строением черепка, которые зависят от назначения изделия, условий их эксплуатации и предъявляемых к ним требований.

Подготовка сырьевых материалов

Основным сырьем при производстве фарфора служат:

  • каолин
  • глина
  • кварц
  • полевой шпат
  • пегматит
  • кварцевый песок
  • гипс
  • глинозем
  • кости трубчатые

Для того чтобы получить готовое изделие, сначала необходимо изготовить фарфоровую массу. Ее делают из тонких смесей каолина (белой глины), кварца, полевого шпата и других алюмосиликатов. Фарфоровая смесь может содержать до 40 различных добавок. Состав керамической массы и метод ее подготовки определяют исходя из назначения изделия, его формы и вида сырья.

Пластичные материалы (глину, каолин) распускают в воде в лопастных мешалках. Полученную массу в виде суспензии пропускают через специальное сито и электромагнит для удаления крупных включений и железистых примесей. Кварц, полевой шпат, пегматит и другие компоненты подвергают обжигу при температуре 900-1000 °С. Каменистые материалы, в том числе и фарфоровый бой, промывают, подвергают дроблению и грубому помолу на бегунах, после чего просеивают. Тонкий помол производят в шаровых мельницах.

Все компоненты будущей фарфоровой массы тщательно смешивают в мешалке пропеллерного типа. Однородную массу пропускают через сито и электромагнит и обезвоживают в специальных фильтр-прессах или вакуум-фильтрах. Полученную пластичную массу влажностью 23-25% направляют на две недели на вылеживание в помещение с высокой влажностью. При вылеживании происходят окислительные и микробиологические процессы, гидролиз полевого шпата и образование кремниевой кислоты, что способствует разрыхлению массы, дальнейшему разрушению природной структуры материалов и повышению пластических свойств массы. После вылеживания массу обрабатывают на массомялках и вакуум-прессах для удаления включений воздуха, а также для улучшения пластичности и других физико-механических свойств, необходимых для формования изделий.

Во второй половине XX века впервые в России на Императорском фарфоровом заводе (г. Ломоносов, Ленинградская область) была разработана технология и осуществлен промышленный выпуск изделий из тонкостенного костного фарфора — повышенной белизны, тонкости и просвечиваемости. В состав массы ввели фосфаты кальция — золу костей крупного рогатого скота, поэтому и фарфор называется костяным. За создание этой технологии и промышленный выпуск изделий группа специалистов завода в 1980 году была удостоена Государственной премии СССР в области науки и техники.

Фарфор в зависимости от состава фарфоровой массы разделяют на мягкий и твёрдый. Мягкий фарфор отличается от твёрдого не твёрдостью, а тем, что при обжиге мягкого фарфора образуется больше жидкой фазы, чем при обжиге твёрдого, и поэтому выше опасность деформации заготовки при обжиге.

Твёрдый фарфор богаче глинозёмом и беднее флюсами. Для получения необходимой просвечиваемости и плотности он требует более высокой температуры обжига. Мягкий фарфор более разнообразен по химическому составу. Мягкий фарфор используется преимущественно для изготовления художественных изделий, а твёрдый обычно в технике (электроизоляторы) и в повседневном обиходе (посуда).

Формование изделий

Формуют керамические изделия одним из трех методов:

  • пластическое формование
  • ручное или машинное литье
  • полусухое прессование.

Для формования применяют гипсовые формы пористостью не менее 25%. В последнее время формы начали изготавливать из масс на основе поливинилхлорида.

При пластическом формовании используют массу влажностью 22-24%, из которой в зависимости от формы получают заготовки в виде пластов. Для формования применяют полуавтоматы или автоматы. При изготовлении плоских изделий помещают глиняный пласт, который разравнивают роликом при вращении формы. Для получения полых изделий, например чашек, заготовку массы помещают в форму и раскатывают специальным профильным роликом. Промежуток между роликом и формой заполняется слоем массы необходимой толщины. Наружная поверхность изделия формуется поверхностью формы, а внутренняя — роликом. Если на внутренней поверхности формы имеется углубленный рисунок, то он точно воспроизводится на наружной поверхности изделия.

Методом литья в гипсовые формы изготавливают изделия сложной формы и емкостные, например чайники, художественно-декоративные предметы. Для получения изделий сложной конфигурации используют разъемные формы. Для формования методом литья готовят сметанообразную массу — шликер влажностью 34-36%. В шликер добавляют для повышения текучести при минимальной влажности 0,1-0,2% электролита, что обеспечивает лучшее заполнение формы. Изделия изготавливают двумя способами — сливным и наливным.

При сливном способе шликер заливают в разъемную гипсовую форму и оставляют в ней на определенное время. Гипс быстро впитывает влагу, и на стенках формы откладываются твердые частицы, которые образуют стенки изделия. Время выдержки определяют опытным путем, оно зависит от толщины стенки изделия, толщины стенок гипсовой формы и пористости. После выдержки шликер сливают, а гипсовую форму с изделием подвергают медленной сушке.

Полнотелые изделия сложной формы, например ручки для чайников, крышки, изготавливают наливным способом. Шликер наливают в гипсовую разъемную форму с соответствующими углублениями на внутренних поверхностях, где оно полностью затвердевает.

Полусухое прессование применяют для формирования плоских изделий небольшой толщины, например тарелок. Подготовленную пластичную массу высушивают до влажности 2-3%, тонко измельчают и получают порошок, в который добавляют пластификатор. Из этого порошка формуют изделие в металлических пресс-формах под большим давлением (25-30 МПа). Изделия имеют правильную форму, точные размеры, более высокую механическую прочность и небольшую влажность, что значительно сокращает время сушки перед обжигом.

Сушка изделий

После формования изделия для подготовки к обжигу — заключительному и наиболее ответственному этапу производства — сушат до остаточной влажности 2-4%. При этом изделие приобретает достаточную для обжига прочность, исключается образование внутренних напряжений, приводящих к появлению трещин, деформации и т.д.

Сушку проводят в две стадии: предварительная стадия (подвяливание) — в гипсовых формах и окончательная — без форм. Плоские изделия сушат только в гипсовых формах. Корпус полых изделий после предварительной сушки до влажности 14-16% вынимают из форм, соединяют с приставными деталями смесью шликера с декстрином, после чего изделия окончательно высушивают.

В процессе сушки могут образоваться трещины (при неравномерной влажности массы), деформация и другие дефекты.

Высушенные изделия перед обжигом зачищают наждачной бумагой, удаляют швы от пресс-форм, посторонние примеси и загрязнения. После зачистки изделия обдувают сжатым воздухом для удаления пыли.

Обжиг фарфора

Прочность фарфора достигается за счет высокой температуры обжига вначале «утельного» — до 900 °С в течение 24 часов, а после глазурования — «политого», при температуре 1380–1430 °С до двух и более суток. При обжиге фарфор на 1/7 дает усадку, что необходимо учитывать при создании форм.

Для обжига применяют печи непрерывного действия — тоннельные, конвейерные с шагающим подом и роликовые щелевые, а также периодического действия — горны. В печах непрерывного действия поддерживается более строгий температурный режим, сокращается время обжига.

На некоторых предприятиях керамические изделия, в том числе и фарфоровые, подвергают однократному бескапсельному обжигу. При этом цикл производства сокращается до 3-5 ч, значительно снижается расход топлива, повышается производительность труда, уменьшает себестоимость готовой продукции.

Однократному обжигу подвергают в основном толстостенные изделия: кружки, салатники, масленки, сахарницы, которые при глазуровании без утельного обжига не размокают, не деформируются и не разрушаются.

При обжиге на изделиях могут образоваться следующие дефекты: искажение размеров и формы, щербины, задувка, пузыри, засорка, желтоватый оттенок и т.д. После обжига изделия проверяют для выявления дефектов. Изделия, отвечающие предъявляемым к ним требованиям, декорируют.

Декорирование фарфоровых изделий

Фарфоровые изделия чаще всего декорируются надглазурной и подглазурной росписью ручным, механизированным и комбинированным способом нанесения рисунка на фарфоровую поверхность. Подглазурные краски наносятся на сырой черепок, они более долговечны, т.к. сверху защищены прозрачной глазурью, но имеют ограниченную палитру. Надглазурные краски имеют обширную цветовую палитру. При обжиге многие керамические краски изменяют свой цвет, что обеспечивает дополнительные художественные возможности при росписи фарфора.

При декорировании изделий применяется деколь — переводная картинка, напечатанная керамическими красками на гуммированной бумаге и сверху покрытая специальным лаком. При обжиге уже декорированного изделия пленка выгорает, а краски спекаются с глазурью, и на поверхности фарфора остается рисунок. Подобная техника декорирования в сочетании с ручной дорисовкой позволяет значительно увеличить тираж изделия.

Ручная высокохудожественная роспись фарфоровых изделий ценилась во все времена. Немногие заводы могут «похвастаться» своей мировой известностью. Одним из таких заводов в нашей стране является Императорский фарфоровый завод (ИФЗ), где целый ряд изделий декорируется вручную натуральным золотом с нанесением гравировального рисунка. Многие сервизы, вазы и почти вся анималистическая скульптура декорируются подглазурными красками, широко применяется сочетание насыщенного подглазурного кобальта с яркими надглазурными красками и золотом, что придает особый эффект, является визитной карточкой продукции ИФЗ.

 

Источники:

Императорский фарфоровый завод

Производсво фарфора

Википедия