Керамические и композиционные материалы. Керамические материалы Виды керамических материалов и изделий

К атегория: Материалы для строительства

Основные виды керамических материалов и изделий

Керамическими называют искусственные каменные материалы, изготовленные из природных глин с минеральными и органическими добавками путем формования, сушки и последующего обжига. Производство керамических материалов - одно из самых древних и распространенных, возникло оно за несколько тысячелетий до н. э.

Положительными свойствами керамических материалов являются высокая прочность, долговечность, высокие теплотехнические свойства, простота изготовления, а также повсеместное распространение сырья для их производства. К отрицательным свойствам относят их хрупкость, сравнительно большую объемную массу и неин- дустриальность из-за малых размеров штучных керамических материалов.

Классификация керамических материалов и изделий. В основу классификации положены назначение, структура обожженного материала и качество исходного сырья. По назначению керамические материалы и изделия разделяют на стеновые (кирпич, камни пустотелые); кровельные (черепица); теплоизоляционные (керамзит, аглопорит); облицовочные (плитки, кирпич, камни); трубы (канализационные, дренажные); санитарно-техпические (умывальники, раковины и др.); для полов (плитки); дорожные (клинкер); огнеупорные и кислотоупорные изделия.

По структуре образующегося после обжига черепка все керамические строительные материалы делятся на пористые и плотные. Пористые материалы характеризуются водопоглощением 5% и более, плотные - менее 5%.

Керамические изделия могут быть глазурованными и неглазурованными. Глазури придают изделиям стойкость к внешним воздействиям, водонепроницаемость и высокие декоративные качества- По качеству сырья керамические материалы и изделия разделяют на грубые, тонкие и огнеупорные.

Сырьевые материалы. Основным сырьем для изготовления керамических материалов и изделий являются глины. В зависимости от кирпича. Пустотелый кирпич пластичного прессования (ГОСТ 6316-74) имеет в этом отношении преимущества перед обыкновенным кирпичом, так как наличие пустот повышает его теплоизоляционные свойства. По объемной массе кирпич разделяют на два класса: А - массой не более 1300 кг/м3 и Б - 1300-1450 кг/м3.

Кирпич из трепелов и диатомитов выпускают способом пластичного и полусухого прессования. В зависимости от объемной массы делится на три класса: А - 700-1000 кг/м3, Б - 1000-1300 кг/м3, В - более 1300 кг/м3.

Рис. 1. Камни керамические пустотелые а - двойной высоты; б - укрупненный целый и половинка

Шлаковый кирпич изготовляют способом полусухого прессования с объемной массой 1400 кг/м3.

Керамические пустотелые камни пластичного формования (рис. 1) выпускают размером 250 X 120 X 138 мм и укрупненные - 250 X 250 X 138 мм (ГОСТ 6316-74). Камни А имеют объемную массу брутто не более 1350 кг/м3, камни Б - до 1450 кг/м3. По пределу прочности при сжатии керамические камни разделяют на четыре марки: 75, 100, 125 и 150. ЕЬдопоглощение должно быть не менее 6%; морозостойкость - не менее 15 циклов.

Кровельная черепица - керамический материал, получаемый из легкоплавких глин путем прессования сырца, его сушки и последующего обжига. В настоящее время керамические заводы выпускают черепицу: пазовую штампованную, пазовую ленточную, плоскую ленточную и коньковую. Черепица - долговечный и высококачественный материал, но в связи с большой объемной массой и хрупкостью ее сейчас сравнительно редко применяют и в основном только для кровель одноэтажных жилых и сельскохозяйственных зданий.

Теплоизоляционные керамические материалы. К таким материалам относятся: керамзит, аглотарит, диатомит, трепел, перлит вспученный.

Керамзит представляет собой легкий пористый материал в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород, способных вспучиваться при температуре 1050-1300° С. Керамзит обжигают во вращающихся печах диаметром 1,2-2,5 м и длиной 12-40 м. Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, объемной массой и прочностью. По размеру зерен керамзитовый гравий делят на фракцию: 5-10, 10-20 и 20-40 мм, зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. В зависимости от объемной насыпной массы (кг/м3) керамзитовый гравий делят на марки: 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700, 800.

Аглопоритом называют искусственный пористый кусковой материал. Его получают спеканием (агломерацией) гранул из смеси глинистого сырья с углем.

Одновременно с выгоранием угля происходит частичное вспучивание всей массы. Пористую легкую глыбу аглопорита дробят на щебень. Аглопоритовый щебень имеет объемную массу от 300 до 1000 кг/м3 и прочность от 0,3 до 3 МПа.

Диатомитов ые и трепельные теплоизоляционные метериалы получают из одноименного сырья по обычной технологии в виде кирпичей, блоков, скорлуп и сегментов объемной массой 100-735 кг/м3.

Перлит вспученный получают путем термической обработки водосодержащих вулканических лав. Используют его в виде песка и щебня. Объемная масса перлитового песка 100-200 кг/м3, перлитового щебня 300-500 кг/м3.

Керамическими называют искусственные каменные материалы, изготовленные из природных глин с минеральными и органическими добавками путем формирования, сушки и последующего обжига.

Положительными свойствами керамических материалов являются высокая прочность, долговечность, высокие теплотехнические свойства, простота изготовления. К отрицательным свойствам относят их хрупкость, сравнительно большую объемную массу и не-индиЕндуальность из-за малых размеров штучных керамических материалов.

В основу классификации керамических изделий положены: назначение, структура обожженного материала и качество исходного сырья. По назначению керамические изделия разделяют на основные (кирпичные камки), кровельные (черепица), теплоизоляционные (керамзит, аглопорит), облицовочные (плитки, кирпичные камни), трубы (канализационные, Дренажные), санитар-но-технические (умывальники, раковины), для полов (плитки), дорожные (клинкер), огнеупорные и кислоупорные изделия.

По структуре, образующейся после обжига, все керамические строительные материалы делятся на пористые и плотные. Пористые материалы характеризуются водопогашением 5% и более, плотные - менее 5%.

Керамические изделия могут быть глазурованными и неглазу-рованными. Глазури придают изделиям стойкость к внешним воздействиям, водонепроницаемость и высокие декоративные качества. По качеству сырья керамические материалы и изделия разделяют на грубые, тонкие, огнеупорные.

Основным сырьем для изготовления керамических материалов и изделий является глина. В зависимости от содержания глинистых частиц природные глины разделяются на тяжелые, содержащие более 60% глинистых частиц, собственно глины - 30- 60%, суглинки-10-30% и супеси -5-10%.

По пластичности глины бывают высокопластичные (жирные), средней пластичности и малопластичные (тощие); по огнеупорности- огнеупорные с температурой размягчения свыше 1500° С, тугоплавкие- 1350-1580° С и легкоплавкие с температурой размягчения ниже 1350° С. Из огнеупорных глин изготовляют огнеупорные, фарфоровые и фаянсовые изделия, из тугоплавких - плитки для полов, канализационные трубы и другие виды строительной керамики, из легкоплавких - кирпич и черепицу.

В целях уменьшения усадки глин, исключения трещин и коробления изделия в состав глиняной сырьевой смеси вводят обогащающие добавки (песок, шлак, золу), а для снижения объемной массы изделий - порообразующие добавки (опилки, торф), которые выгорают в процессе обжига.

Для строительства промышленность выпускает большое количество керамических материалов, и в зависимости от назначения их можно разделить на стеновые, кровельные, теплоизоляционные, облицовочные, керамические трубы, санитарно-технические изделия, кислотоупорные и огнеупорные.

Стеновые материалы. К ним относятся кирпичи глиняный, обыкновенный пластичного и полусухого прессования, строительный легкий, пустотелый, пористо-пустотелый; камни пустотелые пластичного прессования.

Кирпич строительный - изделие, размеры и масса которого позволяют укладывать его в конструкции одной рукой. Размеры кирпича: одинарного - 250×120 мм, модульного (утолщенного) - 250X120X88 мм. Для уменьшения массы выпускают кирпичи со сквозными и несквозными технологическими пустотами.

Шлаковый кирпич изготовляют способом полусухого прессования.

Керамические пустотелые камни пластичного формирования выпускают размером 250X120X138 мм и укрупненные 250Х250X138 мм. По пределу прочности при сжатии керамические камни разделяют на четыре марки: 75, 100, 125, 150.

Кровельные материалы.

Кровельная черепица - керамический материал, полученный из легкоплавких глин путем прессования сырца, его сушки и последующего обжига.

Керамзит представляет собой легкий пористый материал в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге легкоплавких глинистых пород. В зависимости от насыпной объемной массы керамзитовый гравий делят на марки: 150, 200, 250, 300, 350, 400 ,450, 500, 550, 600, 700, 800.

Аглопоритом называют искусственный пористый кусковой материал. Его получают спеканием гранул из смеси глинистого сырья с углем. Одновременно с выгоранием угля происходит частичное вспучивание всей массы. Пористую легкую глыбу аглопорита дробят на щебень.

Теплоизоляционные материалы. Диатомитовые и трепельные теплоизоляционные материалы получают из одн-оименного сырья по обычной технологии в виде кирпичей, блоков скорлуп и сегментов объемной массы 100-735 кг/м3.

Пермит вспученный получают путем термической обработки водосодержащих и вулканических лав. Используют его в виде песка и щебня.

Блоки из кирпича и керамических камней представляют собой индустриальные изделия заданных размеров, в которых отдельные кирпичи или керамические камни сцементированы в монолит цементно-топочным раствором. Для изготовления крупных блоков используют кирпич глиняный, керамические пустотелые камни, кирпичи из трепелов и диатомитов.

Облицовочные материалы. Лицевой кирпич и камни применяют для облицовки фасадов зданий. Из них выполняют наружную часть кладки на глубину 12 см. Размеры кирпича 250Х120Х Х65 мм, камня 250×120×140 и 180X120X140 мм. Лицевой кирпич и камни выпускают полнотелыми и пустотелыми прямоугольной формы.

По прочности их разделяют на четыре марки: 75, 100, 125, 150.

Керамические плитки бывают фасадные, ковровые, облицовочные, для облицовки внутренних поверхностей стен, для полов.

Фасадные керамические плитки изготовляют способом полусухого прессования с глазурованной и неглазурованной поверхностью. Размеры плиток, мм: 250X140, 140X120, 120×65, 68X68. Толщина 7-10 мм.

Ковровые облицовочные плитки изготавливают способом полусухого прессования с глазурованной и неглазурованной поверхностью различных цветов. Плитки набирают в «коврик», наклейся их лицевой поверхностью на бумагу. Размеры плиток 48X48 и 22×22 мм при толщине 4 мм.

Керамические плитки для облицовки внутренних поверхностей стен выпускают двух видов: глазурованные (фаянсовые) и коврово-мозаичные.

Глазурованные плитки изготавливают способом полусухого прессования из огнеупорных глин с добавлением кварцевого песка и плавней. После сушки плитки покрывают глазурью и обжигают. Плитки бывают различного цвета и формы - квадратные и прямоугольные. Размеры плиток 150×150, 150×100, 150×75 мм при толщине 4-6 мм.

Коврово-мозаичные плитки изготавливают способом литья размером 50×150, 25×100 мм. Они могут иметь лицевую поверхность различного цвета и фактуры.

Керамичексие плитки для полов изготавливают прессованием и дальнейшим обжигом до спекания. По форме выпускают квадратные, прямоугольные, шестиугольные и другие плитки. Длина граней от 50 до 100 мм, толщина от 10 до 13 мм. По виду лицевой поверхности плитки бывают гладкие, шороховатые, шеневые.

Керамика как поликристаллическое твердое тело состоит в общем случае из трех основных фаз:

• кристаллическая, состоящая из зерен,
• стекловидная (аморфная) – в виде прослоек, располагающихся между зернами,
• газовая – в виде пор между зернами, окруженными прослойками аморфной фазы.

Фарфор
Фаянс
Тонкокаменные изделия
Майолика
Терракота
Гончарная керамика
Шамотная керамика

Основное различие керамических материалов заключается в различном составе и соотношении между собой трех фаз, определяющих свойства керамических изделий. Структура, т.е. строение керамического тела, зависит от состава сырья и технологии данного материала. По дисперсности (размерам) элементов структуры керамические материалы бывают тонкокерамическими и грубокерамическими. Если керамика состоит из мелкодисперсных зерен, ее излом однороден и частицы малоразличимы, то такой материал относится к тонкокерамическим (прежде всего фарфор, фаянс, майолика и др.). Если же в структуре керамики наблюдаются крупные зерна, сама структура неоднородна, то перед нами грубокерамическое изделие (шамотные изделия, гончарная керамика, терракота). Гончарные изделия и терракоту, изготовленные из качественных глин без примеси крупных частиц, можно причислить также к тонкокерамическим изделиям, что говорит об условности такого деления.

Основные виды керамических материалов: фарфор, фаянс, тонкокаменные изделия, майолика, терракота, гончарная керамика, шамотная керамика.

Фарфор – вид керамики белого цвета с плотным раковистым изломом, высшее достижение керамической технологии. Для изготовления фарфора используют огнеупорные беложгущиеся глины и каолины, кварц и полевые шпаты (соотношение пластичных и отощающих материалов 1:1). Различают мягкий и твердый фарфор. Отличительными признаками фарфора являются: белизна, просвечиваемость, механическая прочность, твердость, термическая и химическая стойкость. Область применения: от изготовления посуды и изделий технического назначения до создания уникальных произведений искусства.

Фаянс (от названия итальянского города Фаэнца) – вид керамики белого цвета с мелкопористым изломом. Для изготовления фаянса используют огнеупорные беложгущиеся глины, кварц и различные добавки. В отличие от фарфора имеет непрозрачный пористый черепок, температура утильного обжига превышает температуру политого. Различают мягкий и твердый фаянс. Область применения: изготовление посуды, изделий технического назначения, декоративных изделий, строительной керамики.

Тонкокаменные изделия – вид керамики, характеризующийся белым или цветным спекшимся черепком, с однородным раковистым изломом. Для изготовления тонкокаменных изделий используют огнеупорные и тугоплавкие глины, химический состав которых колеблется в довольно широких пределах.Отличают тонкокаменные изделия низкотемпературного и высокотемпературного спекания. В зависимости от применяемого сырья, степени спекания и цвета черепка, особенностей технологии тонкокаменные изделия носят различные названия: полуфарфор, низкотемпературный фарфор, «каменный товар» и др. Тонкокаменные изделия отличаются низким водопоглощением (0,5…5,0%). Область их применения: изготовление посуды, декоративной и интерьерной керамики.

Майолика (от названия острова Мальорка) – вид керамики с пористым, естественно окрашенным черепком от светло-кремового до красного (кирпичного) цвета, покрытые прозрачной или глухой (непрозрачной) глазурью. Для изготовления майолики используют легкоплавкие глины в чистом виде или с вводом отощающих и флюсующих добавок. Часто майоликовые изделия покрывают слоем белой глины, ангобом, скрывающим натуральный цвет черепка. Низкая температура глазурного обжига майолики (960–1050? С) позволяет использовать для декорирования широкую палитру цветных глазурей и эмалей. Область применения: изготовление посуды, облицовочной плитки, декоративной керамики.

Терракота (terra (итал.) – земля, cotta – обожженная) – вид керамики, неглазурованные керамические изделия с пористым черепком. Для изготовления терракоты используют качественные малоусадочные глины, имеющие равномерную окраску и относительно высокую температуру плавления. Иногда терракоту покрывают ангобом. Область применения: изготовление скульптуры, изразцов, плитки и т.п.

Гончарная керамика – керамические изделия с естественным цветом обожженной глины, относительно высокой пористостью, мелкозернистые, обычно неглазурованные. Для изготовления этого вида керамики используют местные легкоплавкие гончарные глины без применения каких-либо других компонентов за исключением небольших добавок кварцевого песка. Иногда изделия покрывают слоем ангоба или глазури. Область применения: изготовление посуды, украшений, сувениров.

Шамотная керамика – вид грубокерамических изделий, имеющий пористый, грубозернистый, чаще светлый черепок. Шамот представляет собой обожженную перемолотую глину. Для связывания зерен шамота в шамотных изделиях используют глины, замешивая их до образования пластичной массы. Из шамотированных масс изготавливают скульптуру малых форм, напольные вазы, кирпичи и некоторые другие разновидности архитектурной керамики.

Все вышеперечисленные керамические материалы , как бы ни различались они по составу сырья и, следовательно, по конечному химическому составу и свойствам изделий, объединяет технология, определяющая последовательность операций.

Принципиальная технологическая схема получения керамики

1. Заготовка сырья (глина, шамот, песок и т.п.)
2. Подготовка формовочной массы
3. Формование
4. Сушка
5. Обжиг

Керамика является одним из древнейших материалов, используемых для изготовления посуды и других изделий. Она обладает рядом положительных свойств: прочностью, термостойкостью, экологической и химической безопасностью, изделия из нее обладают высоким эстетическим потенциалом, это и определяет ее широкое использование.

Керамика - это изделия из глины (или глинистых веществ) с минеральными добавками или без них, полученные путем формования и последующего обжига. Для улучшения потребительских эстетических свойств керамику покрывают глазурью.

Материалы, используемые в производстве керамики, принято подразделять на пластичные материалы: глины (полиминеральные горные породы, состоящие из каолинитов, соды, окислов кремния, полевого шпата, железа и др.); каолин (мономинеральная порода, состоящая из каолинита); отощающие материалы - снижают усадку при сушке и обжиге: кварцевый песок, глинозем, бой фарфора и фаянса, шамот; плавни - снижают температуру спекания и создают стекловидную фазу (полевой шпат и пегматит); материалы для глазури.

В качестве факторов, формирующих потребительские свойства и качество керамических бытовых товаров, выделяют те же, что и для стеклоизделий: вид керамики, способ формования и вид декорирования.

В зависимости от строения различают тонкую керамику (черепок стекловидный или мелкозернистый) и грубую (черепок крупнозернистый). Основными видами тонкой керамики являются: фарфор, полуфарфор, фаянс, майолика, а грубой - гончарная керамика.

Фарфор - имеет плотный спекшийся черепок белого цвета (иногда с голубоватым оттенком) с низким водопоглощением (до 0,2%), при ударе издает высокий мелодичный звук, в тонких слоях может просвечивать. В виду парного обжига изделий край борта или основание изделия не покрыто глазурью.

Различают твердый и мягкий фарфор. Твердый фарфор применяют для производства столовой и чайно-кофейной посуды повседневного использования. Мягкий фарфор может быть: бисквитный (не покрыт глазурью, используется для выработки художественно-декоративных изделий), костяной (в состав вводится костная мука, по внешним признакам напоминает белый мрамор, характеризуется высокой белизной и прозрачностью, используется для производства чайно-кофейной посуды праздничного ассортимента), полевошпатовый ("тонкостенный", по свойствам и назначению схож с костяным, но его белому цвету присущ голубоватый оттенок); низкотемпературный ("фриттовый" - термостойкий, механически прочный, обычно его покрывают цветными глазурями, за рубежом один из основных видов керамики для производства повседневной посуды).

Сырьем для производства фарфора служат каолин, песок, полевой шпат и другие добавки.

Полуфарфор по свойствам занимает промежуточное положение между фарфором и фаянсом, черепок его белый, водопоглощение - 3~5%, используется в производстве посуды хозяйственного назначения.

Фаянс имеет белый черепок с желтоватым оттенком, пористость черепка - 9-12%. Ввиду высокой пористости изделия из фаянса полностью покрываются бесцветной глазурью. Глазурь имеет невысокую термостойкость, поэтому данный вид керамики находит применение в производстве столовой посуды повседневного использования. Вырабатывают его из беложгущихся глин с добавлением мела и кварцевого песка.

Майолика имеет пористый черепок (водопоглощение около 15%), изделия имеют гладкую поверхность, высокий блеск, малую толщину стенок (что определено способом формования - литьем), покрывают их цветными глазурями, они могут иметь декоративные рельефные украшения. Для производства майолики применяют беложгущиеся глины (фаянсовая майолика) или красножгущиеся глины (гончарная майолика), плавни, мел, кварцевый песок.

Гончарная керамика - черепок имеет красно-коричневый цвет (используются красножгущиеся глины), большую пористость (водопоглощение до 18%). Изделия могут покрываться бесцветными глазурями, расписываются цветными глиняными красками - ангобами. Ассортимент представлен кухонной и хозяйственной посудой (горшки для жаркого, крынки для молока) и декоративными изделиями.

Процесс производства керамических бытовых товаров в упрощенном виде можно представить следующими этапами: подготовка сырьевых материалов; получение керамической массы; формование изделий; сушка и правка; обжиг; глазурование; декорирование.

Основными способами формования керамических изделий являются: метод пластического формования; литье, полусухое прессование.

При формовании изделий пластическим способом используют керамическую массу влажностью 22-24%, формирование производится на станках-автоматах или полуавтоматах. При этом способе керамическую массу помещают на дно формы и раскатывают шаблоном, в зазоре между формой и шаблоном образуется изделие. Используют данный способ при получении изделий из твердого фарфора, фаянса, гончарной керамики.

Способ литья предполагает применение керамической массы (шликера) влажностью 32-36% (сметанообразная консистенция), которая заливается в пористые гипсовые или поливинилхлоридные формы. Используют данный способ для выработки изделий из мягкого фарфора (кроме фриттового), твердого фарфора (изделия сложной формы), майолики.

Для плоских изделий несложной формы используют способ полусухого прессования. Керамическая масса при этом имеет остаточную влажность 2-3%, прессование проводят в металлических формах. Применяют данный способ при выработке изделий из фаянса, полуфарфора, низкотемпературного фарфора. Преимуществами данного способа являются увеличение скорости выработки и сокращение затрат энергоносителей (исключаются процессы сушки и правки), но используют его для ограниченного числа видов изделий: тарелки мелкие, блюдца и т. п.

Окончательно керамика образуется в процессе обжига. Различают два вида обжига: утельный и политой. Утельный обжиг предшествует глазурованию, при этом формируется черепок, устойчивый к размоканию. Политой обжиг проводят после глазурования с целью формирование структуры глазури.

При декорировании керамических бытовых товаров применяется ряд способов: живопись, украшения в виде полос, трафарет, шелкография, деколь. К специфическим видам декорирования керамических бытовых товаров можно отнести следующие:

Крытье - покрытие поверхности изделия красками (различают сплошное; частичное; с прочисткой; с прочисткой и дорисовкой; нисходящее и восходящее) с помощью аэрографа, трафарета, специальных шаблонов;

Штамп - мелкий однокрасочный поверхностный рисунок, наносимый красками и препаратами золота с помощью резиновых штампов или лент; обычно его применяют в сочетании с другими видами украшений;

Печать - контурный рисунок, образованный точками, черточками, штрихами (краска с печати переносится на изделие, либо вначале на папиросную бумагу, а затем на изделие); рисунки однокрасочные, могут быть надглазурными и подглазурными, дополняться живописью (с дорисовкой), трафаретом;

Фото по керамике - применяется для декоративных (подарочных) изделий;

Украшения декоративными глазурями: цветными, потечными, кристаллическими, матовыми, кружевными, люстровыми, кракле.

Рельефно-вырезные украшения: ажурный борт, вырезной край, рельефный борт (и их комбинации); декоративные рельефы;

Дополнительные украшения красками и препаратом золота: промазка - сплошное покрытие элемента изделия; пестрение - частичная зарисовка (мазок), подчеркивающая отдельные элементы изделия.

Все рисунки по характеру расположения на изделии подразделяются на бортовые; сплошные; букетом (до трех лепков); раскидные с большим букетом; медальон (рисунок, находящийся в обрамлении в виде круга, овала, многоугольника); арабеска (узкий бортовой орнаментальный рисунок).

Украшения бывают надглазурными и подглазурными. Большинство видов поверхностных пленочных украшений подлежат обжигу.

Глина - мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глина состоит из одного или нескольких минералов группы каолинита (происходит от названия местности Каолин в Китае), монтмориллонита или других слоистых алюмосиликатов (глинистые минералы), но может содержать и песчаные и карбонатные частицы.

Керамика (др. греч. кэсбмпт - глина) - изделия из неорганических, неметаллических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготовляемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением.

Шликер (нем. Schlicker) - используемая в производстве фарфора кашеобразная, мягкая фарфоровая масса, состоящая из каолина, кварца и полевого шпата. Смешанная с водой и подкрашенная глина, использовавшаяся в древности для росписи керамики, также называется шликером. В настоящее время шликером называют водные суспензии составов на основе глины, используемые для формования керамических изделий методом литья в пористые, как правило, гипсовые формы. Типичная влажность шликера для литья фарфора - 30-33%, для литья фаянсa - 33-37%, шликеры на основе красножгущихся глин могут иметь влажность и более 40%. Чем меньше влажность шликера, тем быстрее происходит формирование слоя керамической массы на поверхности гипсовой формы, тем меньше усадка при сушке и деформация изделий. Для приготовления шликера с низкой влажностью в его состав вводят дефлоккулянты (разжижители) - жидкое стекло, кальцинированную соду, углещелочной реагент - в количестве 0,1-0,5%.

Ангоб - вид декоративного огнеупорного покрытия для керамики, не имеющее блика. Обычно используется для маскировки темного цвета черепка. Ангоб может быть белым и цветным. Акунова, Л.Ф., Крапивин, В.А. Технология производства и декорирование художественных керамических изделий./ Л.Ф. Акунова, В.А. Крапивин. - М.: Дом. - 75 с.

Глазурь - это стекловидное покрытие на керамике, защищающее ее от внешних воздействий и служащее одновременно украшением. Современные промышленные глазури обычно бесцветны и прозрачны (например, на фарфоровой посуде) или окрашены и непрозрачны (на кафеле). Но посетив любой музей искусства, можно убедиться, что глазури обладают гораздо более широким «репертуаром» визуальных эффектов. Глазури на древних египетских амулетах сияют голубизной столь же ярко, как и в тот день, когда их извлекли из обжиговой печи. Совершенно не поблекли сцены, изображенные на древнегреческих вазах, покрытых красной и черной поливной глазурью. Яркие трехцветные свинцовые глазури, «светящийся» селадон и фарфор свидетельствуют о вкусе и могуществе китайского императорского двора.

Гончарный круг - станок для формовки посуды и керамических изделий, позволяющий использовать инерцию вращения для создания формы изделий и повышения производительности труда. Ручной гончарный круг одной рукой вращают на вертикальной оси и формируют изделие другой рукой. Ножной гончарный круг приводят в движение с помощью махового колеса, расположенного внизу, которое вращают ногами.

Виды керамики

В зависимости от строения различают тонкую керамику (черепок стекловидный или мелкозернистый) и грубую (черепок крупнозернистый). Основные виды тонкой керамики - фарфор, полуфарфор, фаянс, майолика. Основной вид грубой керамики - гончарная керамика. Фарфор имеет плотный спекшийся черепок белого цвета (иногда с голубоватым оттенком) с низким водопоглощением (до 0,2%), при постукивании издает высокий мелодичный звук, в тонких слоях может просвечивать.

Глазурь не покрывает край борта или основание изделия из фарфора. Сырье для фарфора - каолин, песок, полевой шпат и другие добавки.

Фаянс имеет пористый белый черепок с желтоватым оттенком, пористость черепка 9 - 12%. Из-за высокой пористости изделия из фаянса полностью покрываются бесцветной глазурью невысокой термостойкости. Фаянс применяется для производства столовой посуды повседневного использования. Сырье для производства фаянса - беложгущиеся глины с добавлением мела и кварцевого песка.

Полуфарфор по свойствам занимает промежуточное положение между фарфором и фаянсом, черепок белый, водопоглощение 3 - 5%, используется в производстве посуды.

Майолика имеет пористый черепок, водопоглощение около 15%, изделия имеют гладкую поверхность, блеск, малую толщину стенок, покрываются цветными глазурями и могут иметь декоративные рельефные украшения. Для изготовления майолики применяется литьё. Сырье - беложгущиеся глины (фаянсовая майолика) или красножгущиеся глины (гончарная майолика), плавни, мел, кварцевый песок.

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. Кухонная и хозяйственная посуда, декоративные изделия. Третьяков, Ю.Д., Лепис, Х.Л. Химия и технология твердофазных материалов./ Ю.Д Третьяков. Х.Л Лепис. - М.: МГУ. -203 с.

По способу приготовления керамические массы подразделяют на порошкообразные, пластичные и жидкие. Порошкообразные керамические массы представляют собой увлажнённую или с добавкой органических связок и пластификаторов смесь измельченных и смешанных в сухом состоянии исходных минеральных компонентов. Перемешиванием глин и каолинов с отстающими добавками во влажном состоянии (18-26% воды по массе) получают пластические формовочные массы, которые при дальнейшем увеличении содержания воды и с добавкой электролитов (пептизаторов) превращаются в жидкие керамические массы (суспензии) - литейные шликеры. В производстве фарфора, фаянса и некоторых других видов керамики пластичную формовочную массу получают из шликера частичным обезвоживанием его в фильтр-прессах с последующей гомогенизацией в вакуумных массомялках и шнековых прессах. При изготовлении некоторых видов технической керамики литейный шликер приготовляют без глин и каолинов, добавляя в тонкомолотую смесь исходного сырья термопластические и поверхностно-активные вещества (например, парафин, воск, олеиновую кислоту), которые потом удаляются предварительным низкотемпературным обжигом изделий.

Обжиг керамики является самым важным технологическим процессом, обеспечивающим заданную степень спекания. Точным соблюдением режима обжига обеспечиваются необходимый фазовый состав, и все важнейшие свойства керамики. За редким исключением спекание кристаллических фаз протекает с участием жидких фаз, образующихся из эвтектических расплавов. В зависимости от состава керамической массы и температуры обжига в фарфоровых, стеатитовых плотно спекшихся изделиях содержание жидкой фазы в процессе спекания достигает 40-50% по массе и более. Силами поверхностного натяжения, возникающими на границе жидкой и твёрдой фаз, зёрна кристаллических фаз (например, кварца в фарфоре) сближаются, а газы, распределённые между ними, вытесняются из капилляров. В результате спекания размеры изделий уменьшаются, возрастают их механическая прочность и плотность. Спекание некоторых видов технической керамики (например, корундовой, бериллиевой, циркониевой) осуществляется без участия жидкой фазы в результате объемной диффузии и пластического течения, сопровождающихся ростом кристаллов. Спекание в твердых фазах происходит при использовании весьма чистых материалов и при более высоких температурах, чем спекание с участием жидкой фазы, и потому получило распространение лишь в производстве технической керамики на основе чистых окислов и тому подобных материалов. В соответствии с комплексом предъявляемых требований степень спекания разных видов керамики колеблется в широких пределах.

Производство керамических изделий включает следующие основные операции: приготовление массы, формование изделий, сушку, обжиг и декорирование.

Материалы, применяемые для керамического производства, принято подразделять на основные и вспомогательные. К основным относятся материалы, идущие для приготовления керамических масс, глазурей, керамических красок; к вспомогательным - материалы, применяемые для изготовления гипсовых форм, капселей.

Основные материалы делят на пластические, отощающие, плавни, глазуреобразующие и керамические краски.

Пластическими материалами являются глины и каолины. Глины и каолины образуются в результате распада горных пород типа гранита, гнейса, полевого шпата. Каолины отличаются от глины более чистым химическим составом, меньшей пластичностью, большей огнеупорностью.

Отощающими материалами являются кварц и чистые кварцевые пески, они способствуют уменьшению пластичности глин, снижают усадку и деформацию изделий при сушке.

Плавни понижают температуру плавления и спекания глинистых материалов, придают керамическому черепку плотность, просвечиваемость, механическую прочность; к ним относятся полевой шпат, пегматит, мел, известняк, доломит.

Глазуреобразующие материалы (глазурь) - это тонкий стекловидный слой на поверхности керамических изделий. Она предохраняет черепок от механических воздействий, улучшает его гигиеничность, придает поверхности изделия лучший внешний вид. Глазури бывают прозрачные и непрозрачные (глухие), бесцветные или окрашенные.

Керамические краски применяют для украшения фарфоровых, фаянсовых, майоликовых и других изделий. Основу керамических красок составляют металлы и их оксиды, которые при нагревании образуют с силикатами, алюминатами, боратами и другими веществами окрашенные соединения на черепке керамических изделий. По характеру применения керамические краски подразделяют на подглазурные и надглазурные.

Подглазурные краски наносят на неглазурованный обнаженный черепок, затем изделие покрывают глазурью и обжигают.

Надглазурные - наносят на черепок, покрытый глазурью, закрепляют их особым обжигом при температуре 600-850°С.

Приготовление керамической массы осуществляется последовательным выполнением ряда технологических процессов: очистки сырья от вредных минеральных включений, дробления, разлома, просеивания через сита, дозирования и смешивания.

Формуют изделия из пластических и жидких (шликер) керамических масс. Изделия несложных форм - (чашки, тарелки) формуют из пластической массы влажностью 24-26% в гипсовых формах с помощью стальных шаблонов на автоматах и полуавтоматах.

Способ: литья из жидкой массы - шликера влажностью 30-35% гипсовые формы является незаменимым в производстве керамических изделий, где сложность и разнообразие форм исключают использование других способов формования. Осуществляют литьё ручным или автоматическим способами.

Сушка способствует повышению прочности керамических изделий, сформированной из пластической массы или отлитых из шликера. Сушку проводят в конвекционных (конвейерных, камерных и туннельных) и радиационных сушилках при температуре 70-90 0С.

Обжиг является основным технологическим процессом. В результате сложных физико-химических превращений, проходящих при высоких температурах, керамические изделия приобретают механическую прочность.

Обжиг проводят в два приема. Для фарфоровых изделий первыйобжиг (утильный) происходит при температуре 900-950°С, а второй (политой) - при температуре 1320-1380°С. Для фаянсовых изделий первый обжиг проводится при температуре 1240-1280 єС, а второй - при температуре 1140-1180°С. Используются печи двух видов: туннельные (непрерывного действия) и горны периодического действия).

Декорирование изделий является завершающей стадией производства фарфоровых и фаянсовых изделий, заключающийся в нанесении на белье (неокрашенный полуфабрикат) специальных разделок двумя методами: ручным и полумеханизированным.

Усик, отводка, лента представляют собой непрерывные круговые полоски (усик шириной 1 мм, отводка - от 1 до 3 мм, лента от 4 до 10 мм).

Трафарет наносят аэрографом при помощи пластин из тонкой жести или фольги, имеющих вырезы, контуры которых соответствуют наносимому рисунку. Он может быть одноцветным и многоцветным.

Крытьё различают следующих видов: сплошное - все изделиепокрыто равномерным слоем краски; полукрытьё - изделие покрыто краской шириной от 20 мм и выше, нисходящее - краску накладывают с ослаблением тона к низу изделия; крытье с прочисткой - по сплошному крытью сделана прочистка рисунка; крытье с прочисткой и раскраской красками и золотом.

Печать наносят на изделие с печатного оттиска на бумаге, приэтом получают графический однокрасочный рисунок, который обычно раскрашивают одной или более красками.

Штамп представляет собой наиболее простой способ декорирования. Рисунок наносят резиновым штампом. Чаще штампы наносят золотом.

Декалькомания (деколь) занимает основное место в декорировании изделий. Переносят рисунок на изделие при помощи переводной картинки, выполненной литографическим способом. В настоящее время применяют сдвижную деколь. На подкладочную бумагу наносят ацетилцеллюлозную пленку, на которой напечатан рисунок. При смачивании пленка с рисунком отделяется от бумаги и остается на изделии. В процессе муфельного обжига пленка сгорает, а краска сплавляется с поверхностью изделия.

Шелкография является перспективным способом украшения керамических изделий. Печатание рисунка производят через шелковую сетку, на которую накладывают трафарет. Декорируемое изделие подводят под шелковую сетку. Резиновый ролик, с краской проходя через сетку, продавливает ее в вырезы трафарета, и таким образом рисунок переводят на изделие.

Живописные работы выполняют кисточкой или пером ручным способом. В зависимости от сложности живопись бывает простой и высокохудожественной.

Фотокерамика воспроизводит на изделии портреты знаменитых людей, виды городов, особенно эффектна она в цветном исполнении.

Основными свойствами керамических изделий являются физические и химические. Свойства керамических изделий зависят как от состава применяемых масс, так и от технологических особенностей их производства.

Основными свойствами являются объемная масса, белизна, просвечиваемость, механическая прочность, твердость, пористость, термическая стойкость, скорость распространения звуковых волн, химическая устойчивость.

Объёмная масса фарфора равна 2,25-2,4 г/смі, а фаянса 1,92-1,96г/смі.

Белизна - способность материала отражать падающий на него свет. Особенно важна белизна для фарфоровых изделий. Белизна определяется визуально путем сравнения испытуемого образца с эталоном или с помощью спектрофотометра.

Просвечиваемость характерна для фарфора, который просвечивает даже при большой толщине изделия, так как: имеет плотный спекшийся черепок. Фаянсовые изделия не просвечивают, поскольку черепок является пористым.

Механическая прочность является одним из важнейших свойств, от которого зависит долговечность изделия. Удельная механическая прочность, т.е. отношение приложенного усилия к единице толщины дна, определяется по методу свободного падения стального шарика по дну изделия. У фаянса она более высокая, чем у фарфора. Прочность на удар по методу маятника, наоборот, у фаянсовых изделий ниже, чем у фарфоровых.

Твердость глазурного слоя по минералогический шкале Мооса для фарфора составляет 6,5-7,5, а для фаянса - 5,5-6,5, микротвердость определяется вдавливанием алмазной пирамидки (по Виккерсу). Фарфоровые глазури являются твердыми, майоликовые - мягкими, а фаянсовые относятся к средним.

Пористость определяют методом водопоглощения, которая у фарфора составляет 0,01-0,2%, а у фаянса - 9-12%.

Термическая стойкость характеризует способность изделия выдерживать резкие смены температур. Термическая стойкость фарфоровых изделий выше, чем у фаянсовых. Так в соответствии с действующими ГОСТами, глазурь у фарфоровых изделий должна выдерживать перепады температур от 205 до 20°С, а у фаянсовых - от 145 до 20°С (для бесцветных глазурей) и от 135 до 20°С (для цветных глазурей).

Скорость распространения звуковых волн у фарфоровых изделий в 3-4 раза выше, чем у фаянсовых, поэтому при ударе деревянной палочкой по краю, фарфоровые изделия издают высокий звук, а фаянсовые - глухой.

Химическая устойчивость глазурей и керамических красок, при.- меняемых для бытовых фарфоровых и фаянсовых изделий, должна быть высокой, так как при обработке слабыми кислотами и щелочами при обыкновенной температуре или при нагревание до 60-65°С они не должны разрушаться.

Все керамические товары делят на изделия грубой и тонкой керамики. Изделия грубой керамики имеют неоднородную структуру черепка, различаемую невооруженным взглядом, кроме этого черепок имеет естественную окраску от желтых до коричневых тонов.

Для изделий тонкой керамики характерен спекшийся мелкопористый черепок, с однородной, плотной структурой.

Рис.

1 - отводка; 2 - лента; 3 - трафарет; 4 - штамп; 5 г крытьё сплошное, 6 - крытье нисходящие; 7 - печать; 8 - печать с раскраской; 9 - деколькомания; 10 и 11 живопись; 12 и 13 - фото по керамике; 14 и 15 - разделка рельефа.

Изделия тонкой керамики включают две группы:

1- изделия со спекшимся в изломе черепком (твердый фарфор, мягкий, костяной и фриттовый фарфор, тонкокаменные изделия);

2 - изделия с пористым черепком (фаянс, майолика, полуфарфор).

Твердый фарфор характеризуется высокой механической прочностью, химической и термической устойчивостью. Российские заводы вырабатывают в основном фарфоровые изделия из твердого фарфора, который готовят из массы, содержащей 50% глинистых веществ, 25% полевого шпата и 25% кварца.

Мягкий фарфор имеет высокую просвечиваемость, но меньшую термическую и механическую прочность. Массы, применяемые в производстве мягкого фарфора, содержат 30% глинистых материалов, 30-36% полевого шпата и 20-45% кварца. Используют мягкий фарфор при изготовлении художественных изделий.

Костяной фарфор изготавливают из массы, в состав которой кроме обычных компонентов входит 20-60% костяной золы. Костяной фарфор характеризуется высокой просвечиваемостью, но вместе с тем низкой механической и термической прочностью. Применяется для изготовления сувенирной посуды.

Фриттовый фарфор по своему составу напоминает стекло, так как не содержит глинистых материалов. Этот вид фарфора вследствие недостаточной твердости глазури и трудоемкости технологического процесса для изготовления посуды применяют редко.

Тонкокаменные изделия имеют окраску, зависящую от природных свойств глины (светло-сёрая, кремовая). Эти изделия обладают высокой термической устойчивостью. Изготавливают химическую тонкокаменную посуду, а также кружки, кофейные и чайные сервизы.

Фаянс имеет, белый пористый черепок, водопоглощение которого колеблется в пределах 9-12%. Фаянсовые изделия докрывают легкоплавкой глазурью. В состав фаянсовой массы входят 65% глинистых материалов, 30% кварца или кварцевого песка и 2-5% полевого шпата.

Майолика является разновидностью фаянса, обладает высокой пористостью. Майоликовые изделия обычно покрывают цветной глазурью.

Полуфарфор по своим свойствам занимает среднее положение между фарфором и фаянсом и в основном идет на изготовление изделий санитарно-технического назначения. Полуфарфоровые изделия дешевле фарфоровых и выше по качеству, чем фаянсовые.

Керамические изделия подразделяются на посуду и художественно-декоративные изделия. В свою очередь посуда может быть столового, чайного и кофейного назначения.

Фарфоровые изделия по толщине стенки делят на обыкновенные с толщиной стенки 2,5 (чашка) - 4 мм и тонкостенные 1,4 (чашка) - 2,5 мм все остальные.

В зависимости от размера керамические изделия делят на мелкие и крупные.

По форме изделия делят на полые и плоские.

К плоским относятся блюдца, блюда, тарелки, селедочницы и другие; к полым - бокалы, чашки, кружки, пиалы, чайники, кофейники, сахарницы, кувшины и другие.

В зависимости от наличия глазурного слоя различают фарфоровые изделия глазурованные и неглазурованные (бисквитные).

По комплектности изделия бывают штучные и комплектные (сервизы, гарнитуры, наборы). Особенностью изделий, входящих в комплект, является единство декоративного оформления, конструкции и формы.

Классификация фарфоровой посуды

По назначению ассортимент бытовых фарфоровых изделий делят на столовую, чайную, бытовую посуду и прочую.

Особо выделены художественно-декоративные изделия.

Фарфоровая столовая посуда (см. приложение 1) представлена самыми разнообразными изделиями, как по наименованиям, так и по фасонам и размерам.

Блюда выпускают круглыми и овальными размером 300, 350,400 и 450 мм.

Вазы для супа или компота изготавливаются с крышками разных фасонов емкостью 2000-3500 см 3 .

Подливочники бывают без поддона и с поддоном (на тарелочке)
ёмкостью от 80 до 400 см 3 .

Салатники характеризуются разными фасонами (круглые, овальные, четырехугольные) и емкостью 1200-1400 см 3 , четырехугольные имеют емкость от 120 до 1000 смі.

Селедочницы выпускаются длиной 135 и 250-270 мм.

Тарелки - основной вид столовой посуды. Они бывают глубокими и мелкими, для взрослых и детей. Глубокие тарелки выпускают диаметром 240 и 200 мм и мелкие 240 мм (подставка под глубокую тарелку 240 мм), 200 мм (для вторых блюд), 175 мм (закусочная) и 158 мм (пирожковая). Детские тарелки глубокие и мелкие диаметром 178 мм входят в состав детских наборов. Кроме перечисленных изделий в эту группу входят изделия для специй - горчичницы, солонки, перечницы и хренницы.

Чайная и кофейная посуда (см. приложение 2) весьма разнообразна по фасонам, размерам и декору. Чашки с блюдцами занимают основное место в ассортименте данной группы. Чайные чашки от кофейных, отличаются по емкости. Так кофейные чашки имеют емкость 60, 85 и 100-130см3. Емкость чайных чашек бывает 200-250 см 3 (обыкновенные), 260-275 см 3 (среднегабаритные), 300-350 см 3 (крупногабаритные) и 400 и 500 см 3 (подарочные).

Чайники различают заварные (для заварки чая) емкостью 250, 350 - 375, 450, 500 - 700, 735 - 800 смі и доливные (для кипятка) ёмкостью 1000-1250, 1400 и 3000 см 3 .

Бокалы выпускаются разных фасонов с блюдцами емкостью 375 - 400, 500 и 600 смі.

Кофейники изготавливают разных фасонов емкостью 500, 750,

1000-1250, 1400 смі.

Кружки вырабатываются с ручкой и без ручки, с утолщенным черепком и специальные курортные плоские с отверстием в ручке. Емкость кружек колеблется от 90 до 500 смі.

Пиалы по форме бывают конические, без ручек емкостью 140-150, 220-250, 350-400 смі.

К группе чайной и кофейной посуды относят также вазы для фруктов и варенья на ножке.

Прочие изделия - это сырницы, салфетницы и др.

Комплектную посуду выпускают в виде сервизов, наборов, гарнитуров, для нее характерно единство формы (фасона) и разделки.

Сервизы и гарнитуры по назначению бывают столовыми, чайными и кофейными на 6 и 12 персон. Гарнитур включает большее количество предметов, чем сервиз того же назначения.

Художественно-декоративные изделия - бытовая посуда (см. приложение 3) занимают значительное место в группе фарфоровых изделий. В.ассортимент художественно-декоративных изделий входят скульптура (фигурки людей, животных, птиц; рыб и т.д.), бюсты, настенные барельефы, вазы для цветов, разные изделия (пудреницы, пепельницы, карандашиницы, блюда и тарелки настенные, графины для вина, памятные медали и т.д.).

Для изделий прикладного искусства характерно сочетание утилитарных свойств с высокими эстетическими. Эти изделия разнообразные по форме, их более тщательно отделывают и декорируют (чаще способом живописи).

Фаянсовая посуда.

Ассортимент фаянсовых изделий проще и менее разнообразен, чем аналогичных фарфоровых. Значительную долю занимают плоские изделия (тарелки, миски, селедочницы и др.). В ассортименте фаянсовых изделий отсутствуют чашки чайные, чайники, кофейники. В основном ассортимент фаянсовой посуды представлен изделиями столового назначения. Фаянсовая посуда состоит из штучных и комплектных изделий. В комплектные изделия входят сервизы столовые, наборы тарелок (разных размеров и детские наборы).

Художественно-декоративные изделия занимают незначительное место в ассортименте фаянсовых изделий, в основном это скульптура, вазы для цветов и пепельницы разных фасонов.

Майоликовая и гончарная посуда.

Ассортимент майоликовых изделий включает посуду и художественно-декоративные изделия.

Для майоликовых изделий характерна разделка различными цветными глазурями (майоликовыми поливами) и подглазурными красками.

Ассортимент майоликовых изделий представлен и штучной и комплектной посудой. Вырабатывают кружки, масленки, кофейницы, сухарницы, пепельницы, рюмки для яиц, сырницы, салатницы, медовницы; особенно широко представлены в ассортименте приборы для фруктов, блинов, салата, яиц, воды, варенья, компота, чая, специй, а также кофейные и детские приборы.

Художественно-декоративными изделиями являются вазы для цветов, настенные блюда и тарелки, пепельницы, скульптура и другие.

Гончарные изделия относятся к грубой керамике. Основным сырьем являются легкоплавкие глины средней пластичности. Формуют эти изделия на гончарном круге или в гипсовых формах. После сушки и глазурования обжигают в горнах при температуре 900-1000 єС.

Ассортимент гончарных изделий состоит из крынок, горшков, мисок, кувшинов, масленок, сухарниц, судков для сметаны и масла, цветочных горшков. Из гончарной массы вырабатывают такие художественно-декоративные изделия: вазы для цветов, кашпо, блюда настенные, скульптуру, игрушки и др.

Оценка качества керамической посуды.

Керамические, товары должны быть прочными, удобными в пользовании, иметь красивый внешний вид. Их изготавливают в соответствии с образцами, утвержденными в установленном порядке. При оценке качества керамических товаров обращают внимание на показатели качества черепка, глазури и декорирования. В зависимости от внешнего вида, физико - технических показателей, характера, размера и количества дефектов посуда по действующим ГОСТам делится на 1 и 2 сорта.

Белизну, термическую стойкость, водопоглощение, кислотостой-кость определяют по методикам, изложенным в ГОСТах.

Белизна фарфоровых изделий для 1-го сорта должна быть не менее 64%, для 2 - 58%. Для фаянсовых изделий белизна не регламентируется.

Просвечиваемость характерна только для фарфоровых изделий, которые в слоях толщиной до 2,5 мм просвечивают. Механически прочными считаются фарфоровые и фаянсовые тарелки и блюдца, которые при пятидневном хранении их стопками (первые по 120 штук, а вторые по 100 и 150 штук) не разрушаются.

Наличие дефектов устанавливают при внешнем осмотре изделия. Все многообразие дефектов, встречающихся на керамических изделиях, делятся на дефекты черепка и глазури и дефекты декорирования.

Дефекты черепка и глазури. Деформация изделия выражается в его искривлении. Этот дефект возникает в результате направленного проведения процессов сушки и обжига. Особенно характерен для плоских изделий. Замеряется деформация с помощью ступенчатого шаблона в миллиметрах и для основных видов изделий имеет допуски по ГОСТу.

Выбоины и щербины на изделии образуются в процессе производства, транспортирования и хранения.

Заглазурованные односторонние трещины представляют несквозные посечки черепка.

Разлив глазури на черепках должен быть гладким и равномерным. Допускаются незначительные натеки. Мелкие рассредоточенные наколы, не нарушающие товарный вид, изделия допускаются. Матовость глазури в 1 сорте не допускается.

Плешины и сборка глазури проявляются в виде мест, не покрытых глазурью. На лицевой стороне фарфоровых изделий в 1 сорте, фаянсовых изделий в 1 и 2 сортах не допускаются.

Сухость глазури и летелый край встречаются на фаянсовых изделиях. Сухость глазури возникает в результате недостаточной толщины глазурного слоя на изделии. Летелый край резко снижает гигиенические свойства изделия; он характеризуется отскоком глазури по его краям в 1 сорте не допускается.

Цек и волос - это трещины глазурного слоя. Изделия с этими дефектами переводят в брак.

Засорка появляется на изделиях в результате выкрашивания зерен шамота из капселей. Она бывает подглазурной, а также надглазурной, которую можно зашлифовать.

Мушка проявляется в виде темных точек на изделии. Появляется этот дефект вследствие попадания в керамическую массу оксидов железа.

Следы от полозков характерны только для фаянсовых изделий и допускаются с оборотной стороны зашлифованными или зачищенными. Неправильность монтировки деталей изделия - это несимметричное их расположение, отклонение приставных деталей (носиков, ручек) от вертикальной и горизонтальной плоскостей.

Подрыв приставных деталей допускается, если он волосяной и несквозной и не нарушает механическую прочность изделия. Однако подрыв носиков у чайников, не допускается.

Дефекты декорирования. Пережог или не дожег красок, образуется при нарушении муфельного обжига. Краска не должна стираться.

Сборка деколькомании допускается, если она не нарушает рисунка.

Помарки краской надглазурные на лицевой стороне изделия в первом сорте не допускаются.

Отслоение краски переводит изделие в брак.

По ГОСТу число допустимых дефектов не должно превышать для фарфоровых изделий для 1 сорта - 3, для 2 сорта - 6; фаянсовых изделий соответственно - 3 и 6.

Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение керамической посуды.

Каждое фарфоровое и фаянсовое изделие маркируют товарным знаком, который наносят на центр дна изделия керамической краской и закрепляют обжигом. Товарный знак должен быть четким.

При упаковывании посуды применяют тару потребительскую (коробки из картона, бумаги и комбинированных материалов); пачки из картона, бумаги и комбинированных материалов и пакеты бумажные и из комбинированных материалов, материалы вспомогательные (бумагу оберточную и прокладочную, картон гофрированный, термоусадочные материалы, пленку полиэтиленовую, полистирол, древесную стружку и др.); тару транспортную (ящики деревянные и ящики из гофрированного картона).

Чашки с блюдцами укладывают следующим способом: чашку вверх дном помещают на блюдце с лицевой стороны, предварительно переложенное бумагой, и оборачивают бумагой. Затем формуют стопу, содержащую от двух до двенадцати изделий, которую также оборачивают бумагой. Допустимо формование стоп, составленных отдельно из чашек и блюдец. Плоские изделия заворачивают в бумагу через одно изделие, а затем в пакет по 25-40 штук. Укрупненный пакет перевязывают шпагатом или заклеивают бумажной лентой и наклеивают ярлык с указанием завода-производителя и его адреса, наименования изделия, количество изделий в пакете, сорта, даты упаковки, номера упаковщика и номера ГОСТа или ТУ. При упаковывании пакетов сервизов, наборов, гарнитуров укладывают изделия одного сорта и одного декоративного оформления: каждый предмет оборачивают бумагой. Затем посуду укладывают в потребтельскую и транспортную тару. Изделия сувенирного и подарочного назначения укладывают в коробки из гофрированного картона, на которые наклеивают художественно оформленные этикетки.

Посуду транспортируют всеми видами транспорта. В основном посуду перевозят в железнодорожных вагонах и контейнерах, пол которых выстилают древесной стружкой равномерным и плотным слоем. Ряды пакетов тоже прокладывают стружкой. На контейнерах и железнодорожных вагонах завод - изготовитель должен сделать надпись «Осторожно стекло».

Посуду, направляемую в районы Арктики, Крайнего Севера и отдаленные районы упаковывают в соответствии со специальными техническими условиями.

Принципиальными недостатками керамики являются ее хрупкость и сложность обработки. Керамические материалы плохо работают в условиях механических или термических ударов, а также при циклических условиях нагружения. Им свойственна высокая чувствительность к надрезам. В то же время керамические материалы обладают высокой жаропрочностью, превосходной коррозионной стойкостью и малой теплопроводностью, что позволяет с успехом использовать их в качестве элементов тепловой защиты.

При температурах выше 1000°С керамика прочнее любых сплавов, в том числе и суперсплавов, а ее сопротивление ползучести и жаропрочность выше.

К основным областям применения керамических материалов относятся режущий инструмент, детали двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных двигателей и др.

Режущий керамический инструмент . Режущая керамика характеризуется высокой твердостью, в том числе при нагреве, износостойкостью, химической инертностью к большинству металлов в процессе резания. По комплексу этих свойств керамика существенно превосходит традиционные режущие материалы – быстрорежущие стали и твердые сплавы (таблица 14.2).

Высокие свойства режущей керамики позволили существенно повысить скорости механической обработки стали и чугуна (таблица 14.3).

Для изготовления режущего инструмента широко применяется керамика на основе оксида алюминия с добавками диоксида циркония, карбидов и нитридов титана, а также на основе бескислородных соединений – нитрида бора с кубической решеткой (-BN), обычно называемого кубическим нитридом бора, и нитрида кремния Si 3 N 4 . Режущие элементы на основе кубического нитрида бора в зависимости от технологии получения, выпускаемые под названиями эльбор, боразон , композит 09 и др., имеют твердость, близкую к твердости алмазного инструмента, и сохраняют устойчивость к нагреву на воздухе до 1300 – 1400°С. В отличие от алмазного инструмента кубический нитрид бора химически инертен по отношению к сплавам на основе железа. Его можно использовать для чернового и чистового точения закаленных сталей и чугунов практически любой твердости.

Состав и свойства основных марок режущей керамики приведены в таблице 14.4.

Режущие керамические пластины используются для оснащения различных фрез, токарных резцов, расточных головок, специального инструмента.

Керамические двигатели . Из второго закона термодинамики следует, что для повышения КПД любого термодинамического процесса необходимо повышать температуру на входе в энергетическое преобразовательное устройство: КПД = 1 – T 2 /Т 1 , где Т 1 и Т 2 – температуры на входе и выходе энергетического преобразовательного устройства соответственно. Чем выше температура T 1 тем больше КПД. Однако максимально допустимые температуры определяются теплостойкостью материала. Конструкционная керамика допускает применение более высоких температур по сравнению с металлом и поэтому является перспективным материалом для двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных двигателей. Помимо более высокого КПД двигателей за счет повышения рабочей температуры преимуществом керамики является низкая плотность и теплопроводность, повышенная термо- и износостойкость. Кроме того, при ее использовании снижаются или отпадают расходы на систему охлаждения.

Вместе с тем следует отметить, что в технологии изготовления керамических двигателей остается ряд нерешенных проблем. К ним прежде всего относятся проблемы обеспечения надежности, стойкости к термическим ударам, разработки методов соединения керамических деталей с металлическими и пластмассовыми. Наиболее эффективно применение керамики для изготовления дизельных адиабатных поршневых двигателей, имеющих керамическую изоляцию, и высокотемпературных газотурбинных двигателей.

Конструкционные материалы адиабатных двигателей должны быть устойчивы в области рабочих температур 1300 – 1500 К, иметь прочность при изгибе не менее 800 МПа и коэффициент интенсивности напряжений не менее 8 МПа м 1/2 . Этим требованиям в наибольшей мере удовлетворяет керамика на основе диоксида циркония ZrO 2 и нитрида кремния. Наиболее широко работы по керамическим двигателям проводятся в Японии и США. Японская фирма «Isuzu Motors Ltd» освоила изготовление форкамеры и клапанного механизма адиабатного двигателя, «Nissan Motors Ltd» – крыльчатки турбокомпрессора, фирма «Mazda Motors Ltd» – форкамеры и пальца толкателя.

Компания «Cammin Engine» (США) освоила альтернативный вариант двигателя грузовика с плазменными покрытиями из ZrO 2 , нанесенными на днище поршня, внутреннюю поверхность цилиндра, впускные и выпускные каналы. Экономия топлива на 100 км пути составила более 30 %.

Фирма «Isuzu» (Япония) сообщила об успешной разработке керамического двигателя, работающего на бензине и дизельном топливе. Двигатель развивает скорость до 150 км/ч, коэффициент полноты сгорания топлива на 30 – 50% выше, чем у обычных двигателей, а масса на 30 % меньше.

Конструкционной керамике для газотурбинных двигателей в отличие от адиабатного двигателя не требуется низкая теплопроводность. Учитывая, что керамические детали газотурбинных двигателей работают при более высоких температурах, они должны сохранять прочность на уровне 600 МПа при температурах до 1470 – 1670 К (в перспективе до 1770 – 1920 К) при пластической деформации не более 1 % за 500 ч работы. В качестве материала для таких ответственных деталей газотурбинных двигателей, как камера сгорания, детали клапанов, ротор турбокомпрессора, статор, используют нитриды и карбиды кремния, имеющие высокую теплостойкость.

Повышение тактико-технических характеристик авиационных двигателей невозможно без применения керамических материалов.

Керамика специального назначения . К керамике специального назначения относятся сверхпроводящая керамика, керамика для изготовления контейнеров с радиоактивными отходами, броневой защиты военной техники и тепловой защиты головных частей ракет и космических кораблей.

Контейнеры для хранения радиоактивных отходов . Одним из сдерживающих факторов развития ядерной энергетики является сложность захоронения радиоактивных отходов. Для изготовления контейнеров применяют керамику на основе оксида В 2 О 3 и карбида бора В4С в смеси с оксидом свинца РbО или соединениями типа 2РbО PbSO 4 . После спекания такие смеси образуют плотную керамику с малой пористостью. Она характеризуется сильной поглощающей способностью по отношению к ядерным частицам – нейтронам и -квантам.

Ударопрочная броневая керамика . По своей природе керамические материалы являются хрупкими. Однако при высокой скорости нагружения, например в случае взрывного удара, когда эта скорость превышает скорость движения дислокаций в металле, пластические свойства металлов не будут играть никакой роли и металл будет таким же хрупким, как и керамика. В этом конкретном случае керамика существенно прочнее металла.

Важными свойствами керамических материалов, обусловивших их применение в качестве брони, является высокие твердость, модуль упругости, температура плавления (разложения) при в 2 – 3 раза меньшей плотности. Сохранение прочности при нагреве позволяет использовать керамику для защиты от бронепрожигающих снарядов.

В качестве критерия пригодности материала для броневой защиты М может быть использовано следующее соотношение:

где Е – модуль упругости, ГПа; Н к – твердость по Кнупу, ГПа; – предел прочности, МПа; Т пл – температура плавления, К; – плотность, г/см 3 .

В таблице 14.5 приведены основные свойства широко применяемых броневых керамических материалов в сравнении со свойствами броневой стали.

Наиболее высокие защитные свойства имеют материалы на основе карбида бора. Их массовое применение сдерживается высокой стоимостью метода прессования. Поэтому плитки из карбида бора используют при необходимости существенного снижения массы броневой защиты, например для защиты кресел и автоматических систем управления вертолетов, экипажа и десанта. Керамику из диборида титана, имеющую наибольшую твердость и модуль упругости, применяют для защиты от тяжелых бронебойных и бронепрожигающих танковых снарядов.

Для массового производства керамики наиболее перспективен сравнительно дешевый оксид алюминия. Керамику на его основе используют для защиты живой силы, сухопутной и морской военной техники.

По данным фирмы «Morgan M. Ltd» (США), пластина из карбида бора толщиной 6,5 мм или из оксида алюминия толщиной 8 мм останавливает пулю калибром 7,62 мм, летящую со скоростью более 800 м/с при выстреле в упор. Для достижения того же эффекта стальная броня должна иметь толщину 10 мм, при этом масса ее будет в 4 раза больше, чем у керамической.

Наиболее эффективно применение композиционной брони, состоящей из нескольких разнородных слоев. Наружный керамический слой воспринимает основную ударную и тепловую нагрузку, дробится на мелкие частицы и рассеивает кинетическую энергию снаряда. Остаточная кинетическая энергия снаряда поглощается упругой деформацией подложки, в качестве которой может использоваться сталь, дюралюминий или кевларовая ткань в несколько слоев. Эффективно покрытие керамики легкоплавким инертным материалом, играющим роль своеобразной смазки и несколько изменяющим направление летящего снаряда, что обеспечивает рикошет.

Конструкция керамической брони показана на рисунке 14.2.

Рисунок 14.2 – Конструкция керамической бронепанели: а, б – составляющие элементы бронепанели для защиты от бронебойных пуль разного калибра; в – фрагмент бронепанели, собранный из элементов а и б; 1 – бронебойная пуля калибра 12,7 мм; 2 – пуля калибра 7,62 мм; 3 – защитное покрытие частично снято

Бронепанель состоит из отдельных последовательно соединенных керамических пластин размером 50 * 50 или 100 * 100 мм. Для защиты от бронебойных пуль калибром 12,6 мм используют пластины из Аl 2 О 3 толщиной 15 мм и 35 слоев кевлара, а от пуль калибром 7,62 мм – пластины из Аl 2 О 3 толщиной 6 мм и 12 слоев кевлара.

Во время войны в Персидском заливе широкое использование армией США керамической брони из Аl 2 О 3 , SiC и В 4 С показало ее высокую эффективность. Для броневой защиты также перспективно применение материалов на основе AlN, TiB 2 и полиамидных смол, армированных керамическими волокнами.

Керамика в ракетно-космическом машиностроении . При полете в плотных слоях атмосферы головные части ракет, космических кораблей, кораблей многоразового использования, нагреваемые до высокой температуры, нуждаются в надежной теплозащите.

Материалы для тепловой защиты должны обладать высокой теплостойкостью и прочностью в сочетании с минимальными значениями коэффициента термического расширения, теплопроводности и плотности.

Исследовательский центр НАСА США (NASA Ames Research Centre) разработал составы теплозащитных волокнистых керамических плит, предназначенных для космических кораблей многоразового использования. Свойства плит ряда составов приведены в таблице 14.6. Средний диаметр волокон 3 – 11 мкм.

Для повышения прочности, отражательной способности и абляционных характеристик внешней поверхности теплозащитных материалов их покрывают слоем эмали толщиной около 300 мкм. Эмаль, содержащую SiC или 94 % SiO 2 и 6 % В 2 О 3 , в виде шликера наносят на поверхность, а затем подвергают спеканию при 1470 К. Плиты с покрытиями используют в наиболее нагреваемых местах космических кораблей, баллистических ракет и гиперзвуковых самолетов. Они выдерживают до 500 десятиминутных нагревов в электродуговой плазме при температуре 1670 К. Варианты системы керамической теплозащиты лобовых поверхностей летательных аппаратов приведены на рисунке 14.3.

Рисунок 14.3 – Система керамической теплозащиты лобовых поверхностей летательных аппаратов для температур от 1250 до 1700 о С: 1 – керамика на основе SiC или Si 3 N 4 ; 2 – теплоизоляция; 3 – спеченная керамика

Высокопористый волокнистый слой теплоизоляции на основе FRCI, АЕТВ или HTR защищен облицовкой из слоя карбида кремния. Облицовочный слой предохраняет теплоизолирующий слой от абляционного и эрозионного разрушения и воспринимает основную тепловую нагрузку.