4. Свойства керамических материалов

В результате обжига формируется структура материала (спекание) и изделие приобретает необходимые физико-механические свойства. Любой керамический материал является многофазной системой. В керамике могут присутствовать кристаллическая, стекловидная и газовая фазы.

Кристаллическая фаза представляет собой определенные химические соединения или твердые растворы. Эта фаза составляет основу керамики и определяет значения механической прочности, термостойкости и других ее основных свойств.

Стекловидная фаза находится в керамике в виде прослоек стекла, связывающих кристаллическую фазу. Обычно керамика содержит 1–10 % стеклофазы, которая снижает механическую прочность и ухудшает тепловые показатели. Однако, стеклообразующие компоненты (глинистые вещества) облегчают технологию изготовления изделия.

Газовая фаза представляет собой газы, находящиеся в порах керамики. По этой фазе керамику подразделяют на плотную, без открытых пор и пористую. Наличие даже закрытых пор нежелательно, так как снижается механическая прочность материала. Большинство видов специальной технической керамики обладает плотной спекшейся структурой поликристаллического строения, для ее получения применяют специфические технологические приемы.

5. Характеристика ассортимента изделий из керамики

Изделия из керамики подразделяются на изделия из тонкой керамики и изделия из грубой керамики.

Характеристика изделий тонкой керамики

Производство изделий тонкой керамики отличается повышенными требованиями к качеству и однородности сырья, более сложными процессами приготовления и переработки масс, формования, тщательной отделкой поверхности изделий в зависимости от технологических требований и повышенными требованиями к качеству обжига. В процессе приготовления масс все исходные материалы подвергают тонкому помолу (материалы проходят через сито, имеющее не менее 10 000 отв/см²). После обжига изделия имеют в изломе мелкозернистую однородную структуру.

К тонкой керамике бытового назначения относят изделия из фарфора, полуфарфора, тонкокаменных масс, фаянса и майолики.

Фарфор – основной представитель тонкой керамики. Характерные признаки фарфора – белый цвет с синеватым оттенком, малая пористость и высокая прочность, 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.

Фарфор различают:

• твердый (состав, в %: каолин – 50; полевой шпат – 25, кварцевый песок – 25). Температура обжига 1300–1450 С. Твердый фарфор обладает высокой механической прочностью, химической и термической устойчивостью. Применяется для изготовления хозяйственных изделий (посуда), радиотехнических изделий;

• полевошпатовый мягкий (состав, в %: каолин – 25–35, кварц – 3–40, полевой шпат – 30–35), обжигаемый при более низких температурах – 1200 С. С увеличением содержания полевого шпата возрастает количество стекловидной фазы, улучшается просвечиваемость, но уменьшается механическая прочность и теплостойкость. Мягкий фарфор имеет высокую просвечиваемость, но меньшую термическую и механическую прочность. Используют для изготовления художественных изделий и хозяйственной посуды;

• мягкий костяной (состав, в %: каолин – 20–45; полевой шпат – 9–20; костную мука (зола) – до 60). Костяной фарфор обладает высокой просвечиваемостью, но низкой механической и термической прочностью. Черепок фарфора спекшийся, непористый, на изломе блестящий, раковистый, твердый. Глазурь наносится пульверизацией. При добавлении оксидов металлов в массу получают костяной фарфор с цветным черепком. Неглазурованный мягкий, используемый для производства художественных изделий, сувенирной посуды – бисквитный фарфор. При ударе по краю изделия фарфор издает высокий мелодичный продолжительный звук;

• бисквитный фарфор представляет собой неглазурованный фарфор;

• фриттовый фарфор – по составу напоминает стекло, т.к. не содержит глинистых материалов. Обладает недостаточной твердостью глазури, трудоемок технологически. Для производства посуды применяется редко.

Ассортимент бытовых фарфоровых изделий включает столовую, чайную, бытовую посуду и прочую. Особо выделены художественно-декоративные изделия.

Столовая фарфоровая посуда весьма разнообразна по наименованиям, фасонам и размерам. Это – круглые и овальные блюда, вазы с крышками разных фасонов, подливочники, салатники, селедочницы, тарелки, изделия для специй. Чайная и кофейная посуда также весьма разнообразна по фасонам, размерам и декору. Основное место в ассортименте занимают чашки с блюдцами: кофейные емкостью 60, 85, 100–130 см³, чайные обыкновенные 200–250 см³, среднегабаритные 26–275 см³, крупногабаритные 300 и 350 см³ и подарочные; чайники заварочные и доливные для кипятка; бокалы с блюдцами; кофейники разных фасонов; кружки с ручкой и без ручки; пиалы; вазы для фруктов и варенья на ножке; сырницы, салфетницы и прочие изделия.

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. В гарнитуре больше количество предметов, чем в сервизе.

В ассортимент художественных декоративных изделий входят скульптура (фигурки людей, животных, птиц, рыб и т.д.), бюсты, настенные барельефы, вазы для цветов, блюда и тарелки настенные, графины для вина, памятные медали и др. Отделка чаще всего способом живописи.

Фаянс имеет белый или слабоокрашенный, пористый черепок, покрытый глазурью прозрачной или цветной, не просвечиваемый даже в тонких слоях. Основное отличие фаянса от фарфора заключается в повышенном содержании глины в массе 50–65 %, кварц – 25–40 %, полевой шпат – 9–10 %. Водопоглощение – 9–12 %, поэтому фаянсовые изделия полностью покрываются глазурью. Обжигают его дважды; первый обжиг проводят при 1230–1280 С, затем глазуруют и обжигают вторично при 1050–1150 С. Различают фаянс твердый, полевошпатовый, комбинированный плавнями, в нем содержится наибольшее количество глины и каолина. При ударе по краю изделия фаянс издает низкий, глухой, быстро затухающий звук.

Ассортимент фаянсовых изделий менее разнообразен. Значительную долю занимают плоские изделия (тарелки, миски, селедочницы и др.). В основном ассортимент фаянсовой посуды представлен изделиями столового назначения. Фаянсовая посуда состоит из штучных и комплектных изделий: сервизы столовые, наборы тарелок и пр.

Полуфарфор имеет полуспекшийся белый или окрашенный черепок, который может быть покрыт прозрачной или цветной глазурью. По структуре занимает промежуточное положение между фарфором и фаянсом, отличаясь от фарфора обжигом не до полного спекания, а от фаянса – большей прочностью, меньшей пористостью и водопоглощением. Черепок изделий белый. В состав массы входят глинистые материалы – 45–55 %, кварц – 23–28 %, полевой шпат – 9–30 %. Водопоглощение – 3–8 %. Прочность полуфарфора в 5 раз меньше, чем фарфора. Применяется полуфарфор для изготовления санитарно-технических и декоративных изделий, посуды.

Майолику получают из легкоплавких окрашенных глин и покрывают легкоплавкой, не содержащий свинец глазурью. Обжиг майолики может быть однократным, если это позволяет глина и двукратным. Черепок цветной или белый, пористый, непросвечивающий. Майоликовые изделия имеют крупнопористый черепок с гладкой или рельефной поверхностью, покрытой глазурью. Изготовляют их из естественно окрашенных легко- и тугоплавких глин, содержащих примеси карбоната кальция и песок; в основном используют местные глины. Для повышения потребительских свойств майоликовых изделий в состав майоликовых масс вводят различные добавки: шамот и плавни (перлит, нефелин и др.). Так, введение в состав майоликовых масс нефелинового сиенита и перлита (20–30 %) позволяет снизить не только температуру обжига, но и водопоглощение черепка майоликовых изделий до 6–10 %.

Майолику подразделяют на следующие виды: из фаянсовых масс, беложгущихся глин, полуфарфоровых масс и цветных глин. При ударе по краю издает низкий глухой, быстро затухающий звук. Для изделий из майолики характерны украшения рельефными рисунками, которые покрываются цветными непросвечивающими цветными глазурями и подглазурными красками.

Ассортимент майоликовых изделий включает посуду и художественно-декоративные изделия, а также представлен и штучной и комплектной посудой.

Электрокерамические материалы. Среди тонкой керамики различают электрокерамические материалы с хорошими электрическими характеристиками. Они имеют большое удельное электрическое сопротивление, высокую электрическую прочность. Такие свойства материалов позволяют широко использовать их для изготовления изоляторов и электроизоляционных изделий: ролики, основания предохранителей, выключателей, изоляторы, термостойки детали для печей, колбы и др. Исходным материалом для электрофарфоровых изделий служит сырая керамическая масса, состоящая из 45–50 % пластичных материалов, 20–25 % кварца и 30–35 % полевого шпата, в состав может входить молотый фарфоровый бой бракованных изделий. Недостатками электрофарфора являются относительно невысокие значения механической прочности и повышенные потери энергии при температурах выше 100 С. Материал, не обладающий такими недостатками, является стеатит. Основную часть исходной массы составляет природный тальк, кроме талька – пластичные глины и стеклообразующие вещества. Более однородная структура стеатита и большее содержание кристаллической фазы обеспечивает этому материалу улучшенные характеристики по сравнению с электрофарфором.