2. Классификация и свойства изделий из керамики

Материалы, применяемые для керамического производства, принято подразделять на основные и вспомогательные. Основными являются материалы, идущие для приготовления керамических масс, глазурей, керамических красок; вспомогательными – материалы, применяемые для изготовления гипсовых форм, капселей.

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

Пластическими массами являются глины и каолины образующиеся в результате распада горных пород типа гранита, гнейса, полевого шпата. Каолины отличаются от глины более чистым химическим составом, меньшей пластичностью, большей огнеупорностью. Основным минералом каолиновых глин является минерал каолинит – Al₂O₃ x 2SiO₂ x 2 H₂O.

Глины представляют собой смесь различных минералов: каолинита, галлуазита (Al₂O₃ x 2SiO₂ x 4 H₂O), монтмориллонита (Al₂O₃ x 4SiO₂ x n H₂O), бейделлита (Al₂O₃ x 3 SiO₂ x n H₂O), а также частиц кварца, полевых шпатов, гидрослюд, гидратов окиси железа, алюминия, карбонатов магния, кальция и др.

Отощающими материалами являются кварц, чистые кварцевые пески, обожженные каолин и глина (шамот), бой керамических изделий. 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. В качестве плавней используют: полевой шпат, гранит, пегматит, мел, известняк, доломит, вулканические стекла (туфы, обсидианы, лавы), а также искусственные силикатные стекла. Применяют и новые природные материалы, например, тальк, фарфоровые камни, а также отходы производства – шлаки, которые одновременно улучшают спекаемость масс, их прессовые и формовочные свойства, а также свойства обожженных изделий.

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 подразделяются на подглазурные и надглазурные.

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

Надглазурные – наносят на черепок, покрытый глазурью и закрепляют их особым обжигом при температуре 600–850 С.

Основные свойства керамических изделий

Основными свойствами керамических изделий, определяющими их качество являются: пористость, объемная масса, твердость, белизна, просвечиваемость, водопоглощение, механическая стойкость, термическая стойкость, химическая стойкость. Свойства зависят от состава используемой массы и от технологических особенностей производства.

Пористость – отношение объема пор к единице объема материала, выраженное в %, важный показатель, позволяющий установить степень завершенности процесса спекания керамических тел. От пористости керамики в значительной степени зависит ее устойчивость при воздействии агрессивных сред, а также теплопроводность, что особенно важно для строительных и теплоизоляционных материалов. Для фарфора пористость – 1,01–0,2 %, фаянса – 9–12 %;

Объемная масса: для фарфора – 2,2–2,4 г/см³, фаянса 1,92–1,96 г/см³.

Белизна – характерный признак высокого качества фарфоровых и фаянсовых изделий. Степенью белизны называют отношение интенсивности отражения белого цвета от поверхности испытуемого образца к интенсивности отражения белого света от поверхности эталона. Определяется визуально путем сравнения испытуемого образца с эталоном или спектрофотометром определяют способность материала отражать падающий на него свет. Эталоном белизны служит баритовая пластинка, белизна которой принята за 100 %. Белизна фарфора – 55–63 % в зависимости от сорта, костяного фарфора – не менее 80 %. Покрытие глазурью снижает белизну на 2–3 %.

Твердость глазурного слоя – характеризует прочность глазури и определяет способность материала сопротивляться вдавливанию другого, более твердого материала. Определяется по минералогической шкале Мооса, у фарфора – 6,5–7,5; у фаянса – 5,5–6,5. Фарфоровые глазури являются твердыми, майоликовые – мягкими, фаянсовые – средние.

Просвечиваемость – свойство фарфора, имеющего плотный спекшийся черепок, определяют вне зависимости от толщины изделия. Различные виды фарфоровых изделий можно сравнивать по степени просвечиваемости лишь при одинаковой толщине образцов, так как степень просвечиваемости зависит от толщины. Применяемый метод основан на измерении коэффициента светопропускания фарфора в видимой области спектра при длине волны 540 нм. Фаянс не просвечивают, т.к. черепок пористый.

Водопоглощением называют отношение массы воды, поглощенной образцом при полном насыщении к массе сухого образца. Водопоглощение зависит от пористости материала. Значения водопоглощения (в %) для некоторых видов керамических материалов: кирпич глиняный обыкновенный – не менее 8; плитки для пола – не более 4; плитки облицовочные – 12–15; канализационные трубы – не более 9; фарфоровые изделия – менее 0,5; фаянс неглазурованный – 10–14; глиняный грубозернистый кирпич, плитка – 2–10; плотные тонкокерамические изделия – 0,2–3; техническая керамика – менее 0,1; фарфоровая химическая аппаратура – 0–0,5.

Механическая прочность – это способность материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил, характеристика долговечности изделия. Удельная механическая прочность – отношение приложенного усилия к единице толщины дна, определяется по методу свободного падения стального шарика по дну изделия. Фаянс имеет более высокую, чем фарфор прочность.

Термическая стойкость – стойкость к резким перепадам температур. Она зависит от многих факторов: сырьевого состава, теплопроводности, условий нагревания и охлаждения, пористости, формы, размеров изделия. Фарфоровые изделия и глазурь должна выдерживать перепады температур от 205 до 20 С, фаянсовые – от 145 до 20 С (для бесцветных глазурей), от 135 до 20 С (для цветных глазурей).

Скорость распространения звука – в фарфоровых изделиях (высокий звук при ударе) в 3–4 раза выше, чем у фаянсовых (глухой звук при ударе деревянной палочкой);

Химическая устойчивость глазурей и керамических красок – должна выдерживать обработку слабыми кислотами, щелочами при обычной температуре и нагревании до 60–65 С.