Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И ТОРГОВЛИ

им.М Туган-Барановского

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине “Материаловедение”

на тему Основы производства фаянсовой и фарфоровой посуды

Донецк - 2005



ВВЕДЕНИЕ

Глина - один из самых древних материалов, освоенных человеком. Слово «керамика» произошло от греческого keramike -- гончарное искусство, от keramos -- глина. Изделия и материалы, полученные спеканием глин и их смесей с минеральными добавками, а также оксидов металлов и других неорганических соединений (карбидов, боридов, нитридов, силицидов) называют керамикой. Первые фигурки из глины появились в древнейшие времена палеолита (около 27 тысяч лет до нашей эры). Несколько позднее появились глиняные сосуды, в которых хранили воду и продукты питания. В это же время были попытки использовать обожженную глину. Уже в эпоху неолита широко распространился обжиг. Изделия украшались вылепленным орнаментом.

В бронзовом веке в государствах Междуречья и Египта ремесленники стали использовать гончарный круг, изготовление керамики становится наследственной профессией. Благодаря открытию глазури пористые сосуды становились водонепроницаемыми, а разнообразные цвета и украшения, полученные с помощью цветной глазури, превращали керамические изделия в произведения искусства. В Китае благодаря использованию качественной белой глины -- каолина уже во 2-1 тысячелетиях до нашей эры изготовлялись тонкостенная глазурованная посуда. В Древнем Египте во 2 тысячелетии до нашей эры появляется фаянс. Под влиянием испанских керамических изделий с оловянной глазурью, известных как испано-мавританские изделия, в конце 14 века в Италии стало интенсивно развиваться производство подобной керамики, но уже под названием «майолика» (итал. maiolica, от Maiolica, старого названия испанского острова Мальорка). Покрытие изделий белой оловянной глазурью создавало идеальный фон для росписи. В свою очередь, итальянская майолика оказала немалое внимание на развитие майолики Германии 15 века, а также Франции (особенно в Невере) 16-18 веков, где она стала называться «фаянс» (франц. faience, от названия итальянского города Фаэнца).

18 век называют веком «фарфоровой горячки». Этому послужило изобретение немецким химиком Иоганном Бетгером фарфора. Вскоре в саксонском городке Мейсене была открыта мануфактура, начавшая производить один из самых ценных фарфоров в мире -- мейсенский. Фарфор из Мейсена прославился своими изящными сюжетными статуэтками, сервизами, вазами, туалетными приборами. Увлечение фарфором охватило все страны. фарфоровый фаянсовый керамический глазурь

Керамика становится материалом, который используется в основном для изготовления предметов повседневного быта или малой пластики. По структуре различают грубую керамику (строительная, шамотный кирпич), тонкую с однородной мелкозернистой структурой (фарфор, пьезо- и сегнетокерамика, керметы), пористую с мелкозернистой структурой (фаянс, терракота, майолика), высокопористую (теплоизоляционные керамические материалы). По применению керамику подразделяют на строительную (кирпич, черепица, облицовочные плитки), бытовую и санитарно-техническую (посуда, художественные изделия, умывальники), химически стойкую (трубы, детали химической аппаратуры), электротехническую, радиотехническую, теплоизоляционную (керамзит, пенокерамика), огнеупоры. В 1953 была организована международная Академия керамики в Женеве (Швейцария).

Ежегодно происходят значительные изменения в структуре ассортимента, в освоении производства высококачественной тонкокаменной, в том числе жаростойкой посуды и посуды из низкотемпературного фарфора. Такая посуда в большей мере соответствует требованиям потребительского спроса. Решение задачи повышения качества фарфоровой и фаянсовой посуды должно сочетаться с мероприятиями по интенсификации технологических процессов на основе более широкого применения достижений химии и прикладной физики, новейших средств контроля и регулирования различных технологических процессов.

Цель данной курсовой работы - изучение производства фаянсовой и фарфоровой посуды.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

1 Охарактеризованы материалы керамического производства, а именно:

1.1 Материалы для черепка посуды;

1.2 Материалы, применяемые в производстве глазури;

1.3 Материалы для декорирования фарфоровой и фаянсовой посуды

2 Выявлено влияние сырьевых материалов на качество изделий.

3 Изучены этапы производства фаянсовой и фарфоровой посуды, которые включают:

3.1 Расчет керамических масс по рациональным составам компонентов;

3.2 Подготовка пластических масс, литейных шликеров;

3.3 Способы формирования посуды;

3.4 Процессы сушки;

3.5 Обжиг;

3.6 Декорирование.

Объект исследования - процесс производства фарфоровой и фаянсовой посуды.

При выполнении работы была использована научная, учебная, методическая, справочная литература по материаловедению и товароведению. Информационной базой стали также личные наблюдения и исследования, оценка качества изделий органолептическим методом.

Курсовая работа выполнена в стандартных компьютерных программах Microsoft Word, Excel.



1. МАТИРИАЛЫ КЕРАМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА КАЧЕСТВО ИЗДЕЛИЯ

1.1 Характеристика материалов для черепка и их влияние на качество изделий

Структура черепка и зделий определяется: размером зерен, формой, количеством и качеством фазового состава, пористостью. Сформированная в результате спекания при обжиге структура черепка представляет собой сложную гетерогенную систему, сототящую из кристаллической, стекловидной и газовой фаз. Количественное соотношение этих фаз представляет собой фазовый состав черепка изделий, определяющий его физико-технические свойства.

Кристаллическая фаза фарфора состоит из муллита и зерен непрореагировавшего кварца, остатка каолинита. Количественное соотношение элементов структуры зависит от состава массы, количества плавней и их химической активности, температуры и продолжительности обжига.

Твердый фарфор, обожженный при температуре 1350-1400°С, характеризуется плотной структурой с хорошо выраженной муллитизацией. В фаянсовом черепке, имеющем менее однородную, но более пористую структуру, четко различаются глинистое вещество, измененное в результате обжига, кварц, отдельные участки с кристаллами муллита. Содержание кварца, сохранившегося нерастворенным в полевошпатовом расплаве, колеблется в твердом фарфоре от 10 до 16%, в низкотемпературном фарфоре - от 13 до 24%, в фаянсовых изделиях от 18-27%.

Зерна остаточного кварца имеют размер от 2-3 до 10-25 мкм. Поверхность зерен кварца разъедена полевошпатовым расплавом, оплавлена, в трещинах.

Стекловидная фаза фарфора является важной структурной составляющей, на исключительное значение которой в формировании керамического черепка много лет назад указывали Ломоносов и Виноградов. Стеклофаза фарфора фарфора следующая:

SiO₂ - 70-80%

Al₂O₃- 8-16%

K₂O,Na₂O - 8-12%

В фаянсовом черепке основной составляющей является глинистое вещество, образующее кристаллический скелет черепка,в котором диспергированы другие фазы. В результате в фаянсовом черепке стекловидная фаза распределяется между кристаллами в виде тончайших пленок, обеспечивающих прочную связь их.

Структурно стекловидная фаза фарфора представляет собой массу, проросшую мелкими субмикроскопическими кристаллами муллита. Муллит располагается в виде густой сетки и реже встречается в виде шагрени.

В фаянсе стекломуллитовая фаза представлена слабее. Муллит в основной массе мелкий, субмикроскопический. Кристаллы его настолько тонкодисперсны, что выявляются только рентгеноструктурным анализом.

Газовая фаза является третьей структурной составляющей черепка. Она заполняет все закрытые поры, всегда имеющиеся в материале. Причиной образования газовой фазы является воздух, заключенный в порах, газообразные продукты рекций дегидратации, диссоциации, декарбонизации, разложения сульфатов и сульфидов и других минералов, всегда присутствующих в исходном сырье. Газообразные продукты также образуются от восстановления окислов железа, окисления органических остатков в сырье и сажистого углерода в порах, освобождения газов в процессе плавления компонентов массы и других процессов.

Основные сырьевые материалы, используемые для приготовления изделий из фарфора и фаянса, разделяются на пластичные и непластичные. Пластичными материалами являются каолины, огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие глины, в том числе и пластифицирующие добавки - бентонит и другие.

Непластичные материалы в зависимости от характера действия разделяются на отощающие (шамот, получаемый из огнеупорных глин и каолинов, бой обожженных изделий, кварцевый песок) и плавни (полевой шпат, пегматит, тальк доломит, мел) Плавни в сырой массе действуют как отощающие добавки.

Для приготовления масс также используют добавочные материалы, вводимые для регулирования свойств масс и литейных свойств шликеров (жидкое стекло, сода кальцинированная. Гидрат окиси бария), поверхностно-активные вещества (сульфитно-спиртовая барда, дубильный экстракт). В отдельных случаях в массах используются добавки технического глинозема, парафина.

Расход основных сырьевых материалов на 1 тонну готовой продукции составляет:

Фарфора - 1,63 т/т

Фаянса - 1,5 т/т

Глина представляет собой горую породу полиминерального состава (каолинит, монотермит, монтмориллонит, гидрослюда, галлуазит), земленистого вида, образующую с водой пластичное тесто, способное сохранять придаваемую ему форму и принимать после обжига твердость камня.

Образовавшиеся в результате физико-химических бактериологических процессов разрушения полевошпатовых пород (гранитов, гнейсов, порфиров, пегматитов), переотложения и преобразования их, глинистые материалы представляют собой тонкообломочные осадочные породы, сотоящие из водных алюмосиликатов состава mAl₂O₃ ЧnSiO₂ЧpH2O остатками первозданных пород.

У глинистых минералов класса водных алюмосиликатов отсутствует трехмерный кремнекислородный каркас. Кремнозем и кислород в них располагаются слоями, по стороению которых глинистые минералы делятся на три основные группы: монтмориллонитовые, каолинитовые, гидрослюдистые.

Глинистые частицы, находясь в коллоидном или чаще в предколлиодном состоянии, представляют собой высокодисперсные кристаллы, атк как имеют хорошо выраженную трех- или двухмерную повторяемость основных структурных элементов в пространстве. Основная масса глинистых минералов имеет величину зерен меннее 20 мкм ( в большинстве меннее 2 мкм) . Монтмориллониты в силу способности к реверсивному изменению числа промежуточных водных слоев обладают свойством внутрикристаллического набухания ( увеличение объема в 16 раз).

В производстве фаянсовой и фарфоровой посуды обычно используются обогащенный каолин. Каолины мокрого обогащения характеризуются большим количеством поглощенного кальция (для коагуляции при обогащении вводится 0,4-0.6% извести), имеют pH до 9-10, что снижает текучесть шликера и ухудшает разжижение растворимым стеклом. Это вынуждает увеличивать количества вводимых щелочных электролитов, что иногда является причиной образования трещин и посечек на изделиях. Выдерживание каолина на складе в течение 2-3 месяцев способствует переходу активной извести Ca(OH)₂ в карбонат извести CaCO₃ и резкому снижению ее отрицательного влияния. При использовании каолина, для обогащения которого применялся полиакриламид C₃ H₅O, ввод небольших количеств извести (0,025% от массы сухого каолина) в виде известкового молока, пропущенного через сито 3600 отв/см², улучшает и стабилизирует литейные свойства шликеров.

Для регулирования технологических свойств формовочной массы и литейных свойств шликеров, а также получения изделий с заданными свойствами в производстве посуды используют отощающие материалы - шамот, кварцевые материалы и другие. Отощающие материалы активно участвуют и в изменении не только свойств массы, но и свойств черепка изделий, увеличивая объем пор и улучшая их распределение для проникновения влаги, снижая усадку и влияя на физико-технические свойства фарфоровой и фаянсовой посуды.

Кварцевые пески, получаемые при обогащении каолинов, не должны содержать соединений железа более 0,2% для 1 сорта и 0,3% для второго сорта, а содержание SiO₂ не должно быть менее 95 и 93% соответственно для сортов 1 и 2. Содержание каолина и СаО допускается до 1% для 1 сорта и до 2% для 2 сорта. Обыно примесь неотделенного каолина в кварцевых песках, полученных при обогащении каолинов, составляет 8-10% при мокром обогащении и до 25% при сухом обогащении.

Качество кварцевого песка определяется огневой пробой. При наличии в кварцевых песках крупных примесей полевого шпата, известняка их удаляют на концентрационных столах, а также просевом на плоских ситах и грохотах.

Каолинизированный кварцит («гусевский камень») используют в производстве хозяйственного фарфора двух разновидностей. «Бесщелочная» разновидность (K₂O,Na₂O<0,5%) темно-серого цвета представляет собой каолинизированный вторичный кварц, образовавшийся в результате гидротермального изменения кислой эффузивной горной породы типа дацитового порфира, состоящий в основном из кварца (56%) и каолинита (40%). «Нормальная щелочность» (K₂O,Na₂O до 2,5%) - каолинизированный вторичный кварцит белого, серого и темно-серог8о цветов, состоящий из кварца (50-55%), каолинита (20-30%) и гидрослюды типа гидромусковита (14-22%).

Ввод в фарфоровые массы «гусевского камня» в количествах до 50% частично заменяет полевой шпат, каолин и кварцевый песок, способствует повышению белизны (67-74%) и просвечиваемости.

Кроме кварцевых материалов в специальные керамические массы вводят пирофиллит, технический глинозем, электрокорунд, карбид кремния, плавленый кварц и другие.

Пирофиллит ( водный алюмосиликат) имеет повышенное (65-71%) содержание SiO₂, что делает его непластичным материалом. Ему свойственно листовое слоистое сложение системы размером 15-60 мкм. На ощупь пирофиллит мягкий, жирный, легко рассыпается в руке. Цвет белый, твредость по шкале Мооса - 1-2, плотность 2,84. Огнеупорность - 1665-1710°С. В воде пирофиллит не размокает и не набухает, при нагревании почти не изменяет объема ( усадка около 1%). Массы, содержащие пирофиллит (до 40%) , одинаково хорошо поддаются оформлению формованием - пластическим и литьем. Изделия из таких масс имеют пониженную температуру обжига против обычной, незначительную усадку, что способствует сохранению размеров и формы изделий, меньшую склонность к образованию цека глазури, особенно в фаянсовых массах, повышенную термическую и механическую стойкость.

Ввод в керамические массы волластонита снижает усадку и влажностное расширение фаянсовых изделий, деформацию при обжиге, способствует сокращению длительности обжига, повышает прочность посуды.

При вводе волластонита в массы фаянсовых изделий температура обжига их не должна превышать 1250°С в связи с тем, что при этих температурах начинается необратимый процесс превращения волластонита в псевдоволластонит с разрушением кристаллической решетки и снижением прочности посуды.

Шамот, вводимый в массы, получают путем обжига каолина с последующим измельчением, а также в результате помола отходов производства - боя изделий после первого и второго обжига. Обожженный каолин в фаянсовых массах повышает прочность и улучшает эксплуатационные качества посуды.

В качестве плавней в массах тонкокерамических изделий используют полевой шпат, пегматит, нефелиновый сиенит, перлит, доломит, тальк. Эти материалы в фарфоровых и фаянсовых массах способствуют образованию при обжиге легкоплавкого расплава и снижают температуру обжига изделий. Действие плавней в массе не одинаково. Полевые шпаты, пегматиты, нефелиновые сиениты образуют расплав за счет собственного перехода в расплав. Мел, доломит, тальк образуют расплав при взаимодействии с глинистым веществом, кварцем и другими компонентами массы.

Полевые шпаты составляют большую группу алюмосиликатов К, Na, Ca и реже Ва, широко представленную в земной коре (до 60%) минералами: ортоклазом (микроклином) , альбитом, анортитом и другими. В чистом виде они встречаются редко, так как образуют твердые растворы, смешиваясь друг с другом.

Ортоклаз имеет окраску белую, кремовую до темно-красной, плотность - 2,55-2,59. Температура плавления 0 1130-1450°С. В природе он встречается в двух основных разновидностях - микроклин и ортоклаз, - имеющих одинаковый химический состав, но отличающихся кристаллографическими и кристаллооптическими свойствами.

Натриевый полевой шпат - альбит - белый или слегка окрашенный в другие цвета ( красный, желтый, серый). Плотность 2,62, температура плавления 1120-1250°С.

Кальциевый полевой шпат - анортит - имеет желтоватый цвет, плотность 2,76. Температура плавления 1250-1550°С.

С увеличением содержания окиси кальция в полевом шпате снижается прозрачность расплава. Поэтому лучше применять щелочные полевые шпаты с содержанием анортита менее 20%.

Лучшими плавнями для фарфоровых масс являются калиево-натриевые полевые шпаты, в которых преобладает ортоклаз. Полевые шпаты этой группы обладают низкой температурой и достаточно большим интервалом между спеканием и плавлением (140-220°С).

Пегматиты - полевые шпаты, проросшие кварцем - широко используются в керамических массах как заменители полевых шпатов.

Нефелин имеет переменный состав и встречается в виде нефелинового сиенита, мариуполита. Нефелиновый сиенит является заменителем полевого шпата в керамических массах. Он представляет собой горную породу, содержащую в основном нефелин (до 30%), альбит и микроклин (до 68%). Твердость нефелина 5-6 по Моосу, плотность - 2,58-2,64, температура плавления 1200°С. Содержание щелочей в нефелине составляет 20-30%.

Опыт использования нефелинового сиенита показывает, что введенный взамен полевого шпата в эквивалентно молекулярных количествах он снижает температуру спекания массы не менее, чем полевой шпат, а в отдельных случаях и больше, увеличивает сопротивление разрыву и повышает эластичность черепка. Ввод в массу нефелинового сиенита снижает пористость черепка, несколько повышает механическую прочность и огневую усадку, уменьшает склонность к образованию цека глазури. В качестве заменителей полевых шпатов также могут использоваться в массах и глазурях тонкокаменных изделий.

Перлиты - стекловидные вулканические породы - залегают близко к поверхности и добываются открытым способом. Температура плавления перлитов - 1220-1270.

В качестве плавней и эффективных заменителей полевого шпата в массах могут быть использованы литийсодержащие минералы - сподумен (Li₂OЧAl₂O₃Ч4SiO₂), петалит (Li₂OЧAl₂O₃Ч8SiO₂), лепидолит (LiЧКЧ Al₂O₃ЧSi₃O₉), другие материалы, обладающие сильными флюсующими свойствами. Литиевые материалы содержат до 6,2% Li₂O, являются хорошими минерализаторами и способствуют понижению температуры обжига посуды.

Тальк (3MgOЧ4SiO₂ЧH₂O) с плотной структурой называют жировиком или стетитом. Огнеупорность его составляет 1490-1510°С.

Требования к качеству фарфоровых изделий регламентированы ГОСТ 28390-89 «Изделия фарфоровые. Технические условия», фаянсовые изделий - ГОСТ 28391-89 «Изделия фаянсовые. Технические условия». Оба стандарта имеют изменения, принятые межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации, за которые проголосовала Украина. Изменения опубликованы в ИУС № 1, 2000 г.

Эти стандарты нормируют три группы показателей: размерные, физико-технические и внешнего вида. Фарфоровые и фаянсовые изделия подразделяют по размерам - на мелкие (диаметром или длиной менее 175 мм вместимостью менее 250 см³), средние (диаметром или длиной от 175 до 250 мм включ. Вместимостью от 250 до 600 см³ включ.) и крупные (диаметром или длиной более 250 мм вместимостью более 600 см³).

По толщине черепка фарфоровые изделия делят на обычные и тонкостенные (толщина черепка чашек не более 1,6 мм, блюдец не более 1,8 мм, остальных изделий - не более 2,5 мм).

По форме изделия из фарфора и фаянса подразделяются на плоские (посуда глубиной не более 25 мм, измеренной от самой нижней точки до горизонтальной плоскости, проходящей через точку перелива) и полые (посуда глубиной более 25 мм, измеренной от самой нижней точки до горизонтальной плоскости, проходящей через точку перелива).

Размеры и форма посуды являются показателем функциональных свойств и кроме того учитываются при сортировке изделий.

Стандарты регламентируют следующие физико-технические показатели: водопоглощение, белизну, термостойкость, механическую прочность, просвечиваемость (для фарфора). Водопоглощение для фарфоровой посуды должно быть не более 0,2%, фаянсовой посуды - не более 12%.

Белизна фарфоровой посуды должна составлять для изделий 1-го сорта - не менее 64%, 2-го сорта - не менее 58%.

Белизна фаянсовой посуды количественно не нормируется.

Указывается, что фаянсовые изделия, покрытые бесцветной глазурью, могут иметь слабый оттенок - голубоватый, желтоватый или сероватый.

Термостойкость фарфоровой посуды должна составлять 185^оС, фаянсовой с бесцветной глазурью - 125^оС, с цветной глазурью - 115^оС.

Фарфоровая и фаянсовая посуда должна быть прочной и не разрушаться при хранении в стопах из 100 тарелок или блюдец в течение 5 дней.

Приставные детали должны быть прочно прикреплены к корпусу и выдерживать одноразовую нагрузку заполнением влажным кварцевым песком, масса которого вдвое превышает массу воды, заполняющую изделие.

Просвечиваемость фарфоровой посуды должна наблюдаться в слое толщиной не более 2,5 мм и оставлять 30% для изделий 1-го сорта и 15% для изделий 2-го сорта.

Требования к внешнему виду фарфоровой и фаянсовой посуды сводятся к следующему. Посуда должна отвечать требованиям стандартов и утвержденных образцов-эталонов. Она должна быть устойчивой на горизонтальной плоскости и не опрокидываться, будучи наполненной водой, при наклоне плоскости в 10^о к горизонтали (посуда для общепита - при наклоне на 15^о).

Неглазурованные ножки, край изделий, место посадки крышки и торец пробки должны быть зашлифованы.

Оттенок изделий с цветным черепком или покрытый цветной глазурью, входящий в комплект, набор или сервиз, должен быть одинаков.

Оттенок крышек изделий должен соответствовать образцу-эталону. В некомплектной продукции допускается небольшое отклонение тона изделия от образца-эталона.

Крышка должна иметь плотную посадку и не выпадать при наклоне чайника, кофейника на 70^о.

Нормируется показатель сливной способности - сливное отверстие должно быть выполнено так, чтобы жидкость выливалась нераздельной узкой струей и не подтекала на корпус изделия.

Пленка из драгоценных металлов должна быть прочно прикреплена к поверхности изделий.

Поверхность изделий, соприкасающаяся с пищевыми продуктами, должна быть кислотостойкой.

В зависимости от наличия дефектов внешнего вида фарфоровая и фаянсовая посуда подразделяется на изделия 1 и 2 сорта.

Сортировка производится по ограничительной системе с учетом размера, формы изделий и вида, размера, количества, местоположения дефектов (лицевая, оборотная сторона). В стандарте для изделий фаянсовых особо выделяются ограничения дефектов для изделий с бесцветной и цветной глазурью.

На фарфоровой посуде не допускаются дефекты: подрыв носика чайника, кофейника, недожог краски; на поверхностях, соприкасающихся с пищевыми продуктами - откол незаглазурованный, вскипание краски, отслоение (полет) краски, пузырь.

На фаянсовой посуде не допускаются и переводят изделия в брак следующие дефекты: подрыв носика у чайников и кофейников, пузырь, провисание дна, трещина на лицевой стороне, откол незаглазурованный недожог краски; на поверхности соприкасающихся с пищей - плешина и сборка глазури, слипыш, вскипание краски, летелый край.

Количество наименований дефектов на одном изделии не должно превышать: для 1 сорта - 3, для 2 сорта - 6.

1.2 Материалы, применяемые в производстве глазури

Качественное нанесение глазурного покрова на изделия опреде ляется состоянием поверхности изделия и ее чистотой, пористостью черепка изделий, плотностью и вязкостью глазури, способом нане сения глазурной суспензии.

Перед глазурованием высушенных или обожженных изделий их тщательно зачищают и обдувают от пыли. Места, не подлежащие глазурованию, покрывают смесью парафина и керосина (по 50%) или машинным маслом.

Пористость черепка изделий, подлежащих глазурованию, также оказывает большое влияние на качество глазурного покрова. Она колеблется в широких пределах -- от 0--0,5% при утельном обжиге в производстве фарфоровых изделий по фаянсовой схеме до 22--24% после утельного обжига в производстве фарфоровых изделий по обычной технологии. Пористостью во многом определяются проч ность и устойчивость сырых изделий против размокания в глазурной суспензии, а также количество влаги, поглощаемой изделием в про цессе глазурования.

Пористостью глазуруемых изделий определяется и способ нане сения глазурной суспензии. Изделия, имеющие водопоглощение менее 4%, могут глазуроваться способом полива или пульверизации с вводом в глазурь клеющих добавок (клей, желатин, КМЦ и др.) и подогревом изделий до 45--60° С (кроме фаянсовых). При этом следует иметь ввиду, что с вводом клеющих добавок иногда ухудшается разлив глазури.

Повышение сопротивляемости черепка размыванию при глазурировании и замывке края и ножки изделий возможно вводом в массу специальных добавок или термической обработкой - высокотемпературной сушкой.

Плотность глазури повышают при нанесении ее на сырой при однократном обжиге или пережженный черепок. Для недожженных при утельном обжиге изделий применяют более жидкую глазурную суспензию.

При однократном обжиге также рекомендуется использовать глазурную суспензию пониженной на 3-4% влажности против обычной за счет ввода в глазурь фосфата и пирофосфата натрия (0,05-0,1%). Использование глазури повышенной плотности в большей мере сохраняет высушенный полуфабрикат от размокания или снижения прочности в момент глазурирования.

Для усиления адгезионных свойств глазурной суспензии в нее добавляют желатин, декстрин, крахмал и соединения целлюлозы, поливиниловый спирт. Эти добавки повышают устойчивость глазурного покрова высушенных изделий от механических повреждений при транспортировании на обжиг, заборке в капсели или на этажерки вагонеток. Расход глазури для фарфоровых изделий 7-8% от массы изделий, увеличиваясь для отдельных изделий до 11-13% (для чашек) и 13-15% (для блюдец).

Жильный кварц также используют для приготовления глазури. Он встречается в природе в чистом виде сравнительно редко.

Способы нанесения глазурной суспензии на изделия определяются видом изделий (полые, плоские), состоянием изделий (высушенные, обожженные на утель), характером производства. Различают глазурирование способом погружения, полива и пульверизации.

Снижают возможность расслоения глазури замена каолина глиной, добавка клеющих веществ, оптимальный помол компонентов глазури, достаточная влажность глазури.

Глазурование пульверизацией (распылением) является наиболее универсальным, так как позволяет глазуровать изделия любых раз меров и формы независимо от пористости, прочности и водоразмываемости их черепка.

Устранение возможности размокания изделий, не подвергавших ся предварительному обжигу, при глазуровании способом распыле ния объясняется тем, что глазурь, будучи в распыленном состоянии, осаждается на поверхности изделия почти сухим слоем. Это достига ется тем, что вследствие высокого ускорения частиц по пути от сопел распыливания к изделию происходит снижение влажности микро капель глазури (без явления расслоения ее). Высокая скорость частиц обеспечивает их прочное сцепление с поверхностью изделия и не обходимую плотность глазурного покрова. При неправильном под боре плотности глазури возможно образование шагреневой поверх ности на фарфоровых изделиях.

1.3 Материалы для декорирования фарфоровой и фаянсовой посуды

Форма и декор при пра вильном сочетании определяют эстетические качества фарфоровой и фаянсовой посуды.

Для изделий с белым черепком или покрытых белой глухой гла зурью белизна является благороднейшим из всех цветов. Декориро вание таких изделий содействует большему проявлению ценных свойств материала изделий путем оживления их поверхности хо рошо подобранной гаммой красок. Это в равной мере относится к изделиям с окрашенным черепком, так как окраска сама по себе является декором. Любой декор не должен «подавлять» ценные свой ства окраски материала изделий, особенно имеющих белый цвет. Хороший декор, правильный подбор и расположение красок оттеня ют белый цвет, который в этих условиях кажется светлее и ярче всех тонов.

Использование цветных масс, ангобов и глазурей для изменения или скрытия природной окраски массы изделия является одним из способов декорирования изделий. Этот способ применим для декорирования как изделий, формуемых из пластичных масс, так и отливаемых в гипсовых формах. Исполь зуя окрашенные массы, ангобы или глазури, учитывают, что на об щую окраску изделий оказывает влияние не только количество их, но и качество газовой среды и температура обжига. Окрашивание масс менее выгодно, чем использование цветных ангобов из-за боль шого расхода красителей, особенно дорогостоящих. Поэтому в про изводстве обычно используют цветные ангобы и глазури.

Керамические краски состоят из красящих пигментов, флюсов и различных добавок, вводимых для повышения интенсивности тона, лучшего закрепления на черепке изделий, для регулирования реоло гических свойств красок. В своей основе они состоят исклю чительно из окислов металлов или их соединений, важнейшими из которых являются кобальт, хром, никель, железо, марганец, медь и другие.

Добавки состоят из окислов или соединений олова, цинка, сурь мы, алюминия, титана. В основе флюсов лежат окислы и соеди нения свинца, бора, калия, натрия, цинка и другие.

По назначению керамические краски разделяются на две боль шие группы: подглазурные и надглазурные. Особую группу состав ляют препараты драгоценных металлов: золота, серебра и платины. Подглазурные краски подразделяют на собственно краски и раст воры солей. Подглазурные краски, наносимые на сырые обожженные на утель или поглазурованные, но необожженные изделия, не долж ны разлагаться при высоких температурах обжига (1350--1410° С) и быть стойкими к воздействию глазури и восстановительной атмосфе ры при обжиге фарфора. Будучи покрытыми глазурным покровом, подглазурные краски не подвергаются механическим и химическим воздействиям в процессе эксплуатации, хорошо сохраняют блеск и четкость цвета. Однако условия обжига ограничивают выбор материалов для подглазурных красок соединениями и окислами кобальта, хрома, марганца, железа, уран, никеля. Подглазурное декорирование также усложняется необходимостью тщательной очистки поверхности утельных или высушенных изделий перед нанесением декора, непостоянством пористости черепка (пережог, недожог) фарфоровой и фаянсовой посуды, шероховатостью поверхности.

В качестве связующих добавок в подглазурные краски вводят сахаристые вещесвта (патоку, глюкозу), глицерин, декстрин, гуммиарабик, скипидар, олифу, обеспечивающие подвижность, связность, эластичность и хорошую кроюшую способность краски в виде тонкодисперсной водной суспензии.

При использовании в качестве добавок скипидара, олифы и других маслянистых веществ изделия перед глазурированием обжигают при температуре 600°С для выгорания их, так как в противном случае глазурь не закрепляется на слое масляной краски.

При использовании подглазурных красок достигается высокая прочность закрепления красок и росписи, долговечность декора, иск лючение обжига для закрепления декора. К недостаткам подглазурного декорирования относятся бедность цветовой палитры, трудность получения требуемого тона и оттенка, повышенные отходы.

Растворы солей тяжелых металлов (Со, Ni, Сr, Мn, Fе) или их смеси, разлагаясь при обжиге, образуют красящие окислы, обеспечиваю щие требуемую окраску изделий. Для приготовления растворов солей золота и платины используют хлориды этих металлов.

Надглазурные краски более богаты цветовой гаммой и яркостью цвета, так как обжигаются при более низких температурах (600-- 900° С) в окислительной газовой среде в муфельных или электриче ских печах. Для их приготовления используют окислы и соединения тех же металлов, что и для подглазурных красок, только в более ши роком ассортименте за счет окислов и соединений меди, селена и др. Для их изготовления используют легкоплавкие флюсы.

Надглазурные краски разделяют на три группы: окрашенные стекла, люстры и препараты на основе благородных металлов. Краски, представляющие собой окрашенные стекла или суспензии кра сящих окислов в стекловидной массе, наиболее широко используют в производстве всех видов декорируемых изделий. Люстры -- соли смоляных кислот и разных металлов, растворяемых в эфирных мас лах,-- используются реже.

Широко используют препараты благородных металлов, особенно золота. Из золота приготовляют препарат «жидкого» и порошкового золота. Препарат «жидкого» золота -- раствор органического соеди нения золота в смеси скипидара, нитробензола. Содержание золота в препарате -- 9--15%. Препарат порошкового золота получают растворением металлического золота в царской водке с последующим восстановлением железным купоросом в виде порошка. В качестве флюса используют азотнокислый висмут, а разбавителем служит окись ртути. Для получения желтоватого оттенка к препарату добав ляют порошковое серебро. Препарат содержит 52, 62 и 72% металли ческого золота. В промышленности обычно используют препарат «жидкого» золота.

Процесс изготовления и методы нанесения подглазурных и над-глазурных красок одинаковы. Надглазурный декор менее прочно закрепляется на поверхности глазурного покрова, быстрее разруша ется в процессе эксплуатации. Преимущества его -- возможность получения декора с широкой и яркой гаммой цветов и оттенков.

Все керамические краски поступают на производство в виде тон кодисперсных порошков. Перед использованием их тщательно пере мешивают и растирают со связующими материалами (декстрин, глюкоза, глицерин и др.).

Деколь -- переводные картинки, которые изготовляются на гум мированной бумаге (ГОСТ 10015--62) обычно полиграфическим способом и использованием литографских камней или металлических пластин на плоскопечатных или на офсетных машинах, имеющих про изводительность в 8--10 раз большую, чем производительность пло скопечатных машин.Для изготовления деколи используют специальные керамиче ские краски. Листы деколи размером 0,71 х 0,55 и 0,55 X 0,35 м в стопках по 100--150 шт. хранят при температуре 18--20° С в су хих помещениях не более 6 месяцев.

Декстрин (ГОСТ 6034--51) является промежуточным про дуктом гидролитического расщепления крахмала. Раствор декстри на (4--6%) в воде повышает адгезионные свойства краски. Использу ется в красках для аэрографной и подглазурной краски.

Глицерин (ГОСТ 824--54) С₃Н₆ (ОН)₃, используется как пластифицирующая добавка.

Глюкоза (виноградный спирт) С_вН₁₂О₈ хорошо растворяет ся в воде и вводится в краску для улучшения ее реологических свойств.

Гуммиарабик -- быстро затвердевающая смола деревьев (акации). Водный раствор его используется как клеющее вещество.

Скипидар (ГОСТ 1571--66) используется для придания надглазурным краскам требуемой текучести, для снятия уже нане сенной краски или помарок, для мытья кистей, инструмента.

Скипидарное масло применяется при растирании краски перед нанесением и для придания ей большей вязкости. При подготовке краски к работе при подглазурном декорировании в качестве связующих добавок используют глицерин или раствор дек стрина, при надглазурном декорировании -- скипидар и канифольно-скипидарную мастику (50--65% канифоли и 30--35% ски пидара).

Канифоль используется как растворимая добавка к скипи дару для повышения вязкости красок и приготовления мастик, необходимых при переводе деколи на изделия.

Бальзамы придают краскам жирность, вязкость, эластич ность.

Гвоздичное масло способствует сохранению длитель ное время свойств краски, легко размягчает сухой слой краски.

Лавандовое масло стабилизирует подвижность и эла стичность краски.

Анисовое масло действует аналогично скипидару, но сильнее.

Бензол и бензин используется (реже) как растворите ли краски.

Применяемые материалы для приготовления мастик, лаков, связующих растворов в красках должны выгорать (при температуре 220--400° С) без остатка и не обугливаясь, так как углерод может вызвать восстановление металла краски и привести к ее разрушению.



2. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭТАПОВ ПРОИЗВОДСТВА ФАРФОРОВОЙ И ФАЯНСОВОЙ ПОСУДЫ

2.1 Расчет керамических масс по рациональным составам компонентов

В производстве фарфоровой и фаянсовой посуды используют многокомпонентные керамические массы. Многокомпонентность масс создает лучшие условия для стабилизации свойств масс, хотя усложняет приготовление их. Переход на малокомпонентные массы возможен только при использовании сырьевых материалов с заданными свойствами или при применении методов автоматической корректировки массы по составу при ее централизованнном приготовлении.

Шихтовые составы масс зависят от качества и свойств исходных сырьевых материалов, вида изделий и технологических особенностей производства их.

Поскольку основными фарфорообразующими окислами являются SiO₂, Al₂O₃, K₂O, Na₂O, химический состав масс находится в трехкомпонентных системах:

SiO₂ - Al₂O₃ - K₂O и SiO₂ - Al₂O₃ - Na₂O

Если необходимо один из компонентов массы заменить другим, то при выполнении расчетов исходят из того, что рациональный состав массы не должен изменяться. Сначала рассчитывают рациональный состав компонента, а затем уже рациональный состав массы. По рациональному составу определяют шихтовый состав масс.

Глинистые материалы в массах являются основными пластифицирующими составными, обеспечивающими требуемые формовочные свойства массы и механическую прочность полуфабриката в высушенном, а также в обожженном состоянии и термическую стойкость изделий. Они должны иметь интервал плавкости 100 -150 °С. Учитывая, что высокой пластичностью обладают немногие каолины, вводимые в массу, глины придают массе формовочные свойства и прочность полуфабрикату. В свою очередь глины в массах могут заменяться бентонитом, вводимым в количествах до 6%. При этом 1% бентонита заменяет до 5 % глины, так как его связующая способность в 2 - 2,5 раза выше чем у глины. Замена всей глины в фарфоровой массе на бентонит позволяет повысить белизну изделий до 68-72 %, так как понижается содержание красящих окислов на 0,15-0,20 %. В фаянсовых массах содержание глинистых материалов возрастает до 85% (в глинистом фаянсе). Ввод в фаянсовые массы бентонита повышает прочность высушенного полуфабриката на 30-40%.

Кремнеземистая составляющая массы и отощающие добавки - кварцевый песок, а также бой обожженных изделий - вводятся в массы для регулирования структурно-механических и технологических свойств. Содержание кварца в массах колеблется в широких пределах. Кварц, вводимый в массу, благоприятствует хорошему разливу глазури.

Полевошпатовая составляющая в массах обеспечивает развитие стекловидной фазы. Ортоклаз плавится медленно, распадаясь при температуре 1170°С на лейцит и вязкое стекло, богатое кремноземом. Он дает густоплавкое стекло и наиболее пригоден в качестве плавня. Присутствие в шпате ионов натрия и кальция, изоморфно замещающих ионы калия, вызывает повышение температуры начала плавления и вязкость расплава.

Корректируя составы масс, нельзя упускать из вида такую важную качественную характеристику тонкокерамических масс, какой является коэффициент кислотности, определяемый как отношение эквивалентов кислот к эквивалентам оснований.

Коэффициент кислотности для масс твердого фарфора находится в пределах 1,1-1,3; для мягкого - 1,63-1,75;фаянса 1,4-1,5; майолики 1,4-1,45, изменяясь в широком диапазоне (но не более 2,0) для масс других видов. С повышением кислотности увеличивается хрупкость керамики и возрастает способность ее к деформации при обжиге, повышается просвечиваемость, снижается термостойкость изделий.

Кроме расчета керамической массы по рациональным составам компонентов, рассчитывают по химическому составу, по молекулярной формуле Зегера.

2.2 Подготовка пластических масс и литейных шликеров

Подготовка пластичной массы, основные свойства которой определяются свойствами глинистой составляющей, предусматривает разрушение начальной структуры сырьевых материалов путем их измельчения и самопроизвольного диспергирования при распускании в воде; составление новой дисперсной системы - массы из некоторых компонентов; организация новой структуры путем смешения, тонкого помола, обогащения, обезвоживания, переминаний, вакуумирования.

Технологические схемы подготовки массы в производстве фарфоровых и фаянсових изделий имеют много общего - мокрый способ подготовки, однотипность используемого оборудования, последовательность операций. Подготовка массы осуществляется путем совместного помола и смешивания в шаровой мельнице всех компонентов массы или путем раздельного помола каменистых материалов в шаровых мельницах и роспуска глинистых в мешалках или шаровых мельницах с последующим смешиванием компонентов в мешалках пропеллерного типа. Схема приготовления массы по мокрому способу приведена в приложении С.

Каолин обогащенный не требует предварительной подготовки. Комовая глина дробится на глиноземных машинах, работающих в комплекте с ленточным транспортером, подающим измельченную глину на дальнейшую переработку.

Полевой шпат подвергают мойке в специальных вращающихся моечных барабанах, измельчают на щековой дробилке, а затем обжигают в печах любой конструкции.

Кварцевый песок и кварцевые отходы при обогащении каолина используют в производстве без предварительной подготовки.

Бой изделий после сортировки и предварительного дробления до прхождения через сито подают в бункеры.

Роспуск глинистых материалов (каолин, глина, бентонит) при раздельном помоле осущесвтляется в мешалках или в шаровых мельницах. Порядок загрузки мешалок следующий : сначала подают теплую воду, затем включают пар, загружают каолин, глину, бентонит. При роспуске в шаровых мельницах их загружают одновременно. Воду добавляют из расчета влажности суспензии для фарфора 60-55%, фаянса 70-65%, что обеспечивает быстрый роспуск глинистых материалов до величины частиц 3-10 мкм. Продолжительность роспука в шаровой мельнице 40-50 мин, в мешалках около 2-3 часов.

Готовность глинистой суспензии определяют, пропуская ее через виброситоо с латунной сеткой 3460 отв/смІ. Глинистая суспензия с мешалки подается мембранным насосом в смесительный бассейн с пропеллерной мешалкой для смешивания с другими компонентами массы.

Мокрый тонкий помол каменистых материалов необходим для повышения реакционной активности относительно инертных каменистых материалов, создания условий для дополнительной очистки от вредных примесей и протекания сложных процессов образования черепка при высоких температурах обжига, регулирования физико-технических свойств изделий. Мокрый помол сопровождается такими процессами, как: адсорбция поверхностно- активных веществ и воды, частичное разложение измельчаемого материала с выделением газообразных продуктов, фазовые превращения материала, частичной деформации кристаллической решетки и тем самым ее активизации.

Сухой тонкий помол каменистых материалов осуществляют в струйных мельницах, в которых материал измельчается ударами летящих навстречу друг другу частиц, подаваемых в помольную камеру под давлением с большой скоростью.

Ситовая очистка необходима ввиду несовершенства помольного оборудования, которое не позволяет получать продукт помола с заданным гранулометрическим составом. Поэтому после тонкого помола каменистых материалов и роспуска глинистых материалов их пропускают через сита с медной или бронзовой сеткой. Ситовая очистка обуславливает отделение посторонних примесей, крупных частиц материалов, частичного улавливания слюды и аппаратного железа. Кроме того, сетовая сепарация используется для контроля степени помола материалов, массы и глазури.

Магнитное обогащение необходимо для снижения содержания в массе красящих окислов. Оно достигается сортировкой, промывкой и главным образом сухой магнитной сепарацией пегматита и песков и магнитной сепарацией суспензий.

Обезвоживание суспензий на фильтропрессах основано на отделении твердых частиц пористыми матерчатыми перегородками, пропускающими воду и задерживающими твердые частицы. Обезвоживание включает следующие операции: транспортирование суспензии, удаление избытка воды, удаление и очистка фильтрата.

Гомогенность пластичной массы достигается ан двух технологических этапах подготовки: смешении суспензий глинистых и каменистых материалов при раздельном помоле их и переработке пластичной массы.

Вылеживание массы способствует частичному снижению неоднородности за счет более равномерного распределения влаги, более полной гидратации глинистых частиц и протекания ионного обмена, гидролиза зерен полевого шпата. В процессе достигается более полное развитие гидратных пленок и адсорбированных комплексов вокруг частиц массы и в первую очередь глинистых.

Вакуумирование массы необходимо ввиду того, что в процессе тонкого помола каменистых материалов, роспуска глинистых и перпеработки масса обогащается воздухом, который содержится и в воде, идущей на приготовление массы. Вакуумирование способствует повышению пластичности, улучшает на 2-3% фрмовочные свойства массы при меньшем количестве пластичной глины, чем способствует повышению белизны изделий.

Шликер приготовляют двумя способами: беспрессовым и прессовым с совместным или раздельным помолом компонентов массы. В производсвте фаянсовой и фарфоровой посуды для приготовления шликера используют прессовый способ при раздельном помоле сырьевых материалов.

Прессовый способ обеспечивает более высокое качество шликера, но он более трудоемкий.

Фильтрпрессные коржи распускают в воде в пропеллерных мешалках, пропускают через сито 016 (1480 отв/смІ), электромагнитные сепараторы и постоянные магниты и подают в сборную мешалку для созревания в течение не менее 48 часов при постоянном перемешивании. При необходимости шликер вакуумируют в вакуумных резервуарах, куда его подают в виде тонких струй. Обработка шликера вибрацией или ультразвуком сокращает время приготовления, понижает его структурную вязкость и улучшает диспергацию глинистых частиц.

2.3 Характеристика основных способов формования фарфоровой и фаянсовой посуды

Формование фарфоровых и фаянсовых изделий выполняется в гипсовых или других формах в основном машинным способом и реже ручным.

Пластическое формование может выполняться обычным формованием (для изделий, имеющих форму тел вращения) или пластическим прессованием (для изделий любой формы).

Пластическое формование, получившее наибольшее распрастранение, имеет то преимущесвто над другими способами, что позволяет формовать изделия различного размера, имеющие форму тел вращения, при незначительных механических усилиях на относительно несложном оборудовании. При пластическом формовании изделий наиболее полно используются ценные свойства керамических масс в их рабочем состоянии - пластичностьи формовочная способность, а также способность отдавать часть содержащейся в них воды пористым формам, давать усадку и легко отделяться от поверхности.

В отличие от формования литьем пластическое формование основано на явлении пластической деформации керамической массы под воздействием внешних сил (давления ролика или шаблона). Под влиянием прилагаемого давления в пластичных кеармических массах происходят процессы разрушения и восстановления образовавшихся в них структур. Оба процесса приводят систему к подвижному равновесию, характеризуемому эффективной вязкостью массы. Эффективная вязкость является наиболее характерной величиной, определяющей параметры формования изделий. Непременным условием пластического формования изделий является использование достаточно вязких масс, у которых сумма сил внутреннего сцепления (когезия) больше сцепления с рабочей поверхностью формующего оборудования (адгезия), а коэффициент внутреннего трения больше коэффициента внешнего трения. Формовочная способность массы регулируется корректировкой состава - вводом пластифицирующих добавок (жирной глины, бентонита) при одновременном уменьшении содержания отощающих компонентов и изменения влажности. Повышение пластичности массы за счет ввода жирных глин целесообразно до определенного предела - до увеличения сопротивления деформирующим усилиям ввиду чрезмерного развития когезионных сил, превышающих силы внутреннего трения между чсатицами массы, так как последние изменяются незначительно. На величину внутреннего трения изменение влажности массы не оказывает существенного влияния и составляет для фарфоровой массы при влажности 23% - 0,093, при 25% - 0,091,а для фаянсовой массы при влажности 26% - 0,086, при 28% - 0,082.

Шликерное литье является одним из старейших методов формования фарфоровой и фаянсовой посуды.

Перед пластическим формованием отливка изделий имеет следующие преимущества: сокращение производственного цикла приготовления массы за счет устранения фильтрации и перемина, легкость транспортирования шликера на любые расстояния, устранение отходов и сокращение потерь массы, возможность изготовления тонкостенных изделий, отпадает необходимость в бомзах для чашек. Отливка изделий в гипсовых формах отличается простотой рабочих процессов и позволяет использовать малопластичные массы. Сущесвтенные недостатки формования изделий этим методом - высокая трудоемкость, тяжелые условия труда, потребность электролита и значительных площадей, быстрый износ гипсовых форм.

Метод шликерного литья основан на способности глинистых компонентов массы давать устойчивые суспензии в дисперсионной среде, на реологических свойствах шликеров и на поглощении дисперсионной фазы капиллярными силами гипсовой формы с образованием на ее поверхности твердого слоя. Способность шликера заполнять гипсовую форму основывается на его текучести (вязкости), а способность воспроизводить конфигурацию формы - на его литейной способности. Вода как жидкая фаза и электролиты обеспечивают шликеру требуемые свойства.