Керамика,основные свойства и методы контроля качества

Фаянс  представляет собой  тонкокерамические изделия с пористым  непросвечивающимся  черепком  белого цвета с желтоватым оттенком. В нашей стране вырабатывают  твердый  фаянс  с водопоглощением  9-12%.  Он  содержит 60-63%  глинистых веществ и  лишь 5-15% плавней. Поэтому основной фазой черепка, обожженного  при 1250-1280оС, является кристаллическая.  Стекловидная фаза  (около 20% объема) располагается между  структурными  элементами черепка, обеспечивая  их связь, но не заполняя пор.  Общая пористость  26-30%.

Ввиду высокой пористости  фаянс  всегда глазируют, но и в этом случае он склонен к влажностному  набуханию. При ударе фаянс издает глухой звук. Он отличается  более низкой по сравнению с фарфором прочностью и термостойкостью. Пониженная  термостойкость фаянса  обусловлена высоким термическим  расширением  легкоплавкой глазури и резким  отличием  ее по составу  от глинисто- кварцевого черепка. Фаянс  используют  в производстве посуды, главным образом  столовой, и художественных изделий.

Майолика – это тонкокерамические изделия с пористым непросвечивающимся черепком. Их подразделяют на два вида:  майоликовые изделия из масс на основе беложгущихся глин и из масс на  основе цветных  глин. Водопоглощение майолики с белым черепком – 12%, с цветным – 16%. Майолика  менее прочна и  термостойка, чем фаянс, но исключительно  декоративна.

Гончарная  керамика – это  грубокерамические изделия с крупнозернистым  естественно окрашенным  черепком. Вырабатывают их  из гончарных глин с добавками отощителей;  водопоглощение – 15-16%;  частично или полностью  покрывают легкоплавкими глазурями. Из гончарной керамики изготавливают  хозяйственную посуду и  частично декоративные изделия.

По наличию глазури керамические изделия  подразделяют на  глазурованные и неглазурованные. Глазури могут быть прозрачными и  заглушенными, бесцветными и  цветными (одно- и многоцветными), с поверхностью  блестящей, матовой , ирризирующей, с рисунком  «кракле» и другие.

2.      ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

2.1.           Потребительские свойства керамических изделий

Потребительские свойства  керамических товаров определяются  функциональными, эргономическими ,  эстетическими достоинствами  авторского образца, свойствами керамики и и качеством  изготовления изделий.  Многие физико-химические свойства  керамики служат  показателями потребительских свойств  фарфоровой и  фаянсовой посуды. Важнейшими из  них являются  следующие.

Пористость – это содержание  открытых и замкнутых пор  в черепке. Открытая  пористость  характеризуется  величиной  водопоглощения  и изменяется  от 0,1% у фарфора до 16% у майолики. С увеличением пористости  снижается прочность изделий, их термостойкость, химическая устойчивость, гигиеничность, просвечиваемость, несколько повышается  белизна. [4].

Белизна – способность  диффузно отражать свет – представляет  собой важный  показатель  эстетических свойств фарфоро - фаянсовых изделий. Зависит она главным образом от  присутствия  в массах и глазурях  окрашивающих оксидов – ( Fe2O3, TiO2 и других), режима обжига. Белизна  твердого фарфора  - 60-65%, костяного – 74-78%.

Просвечиваемость,  то есть способносчть пропускать свет, присуща только твердому  и мягкому фарфору.  Она зависит от количества  стекловидной фазы  в структуре пористости.  Просвечиваемость черепка  твердого фарфора  толщиной 2 мм составляет 0,09-0,15%, мягкого  - гораздо выше.

Блеск глазури  - способность поверхности изделия  зеркально отражать свет – определяется  составом глазури и состоянием поверхности. Наличие в составе  глазури оксидов  калия, бария, свинца  повышает блеск, а дефекты  глазури – наколы, оспины – снижают его.

Механические  свойства керамики, как  и стекла,  характеризуются  высокими показателями  прочности при сжатии  и низкими при растяжении, изгибе, ударе. Так прочность  твердого фарфора  при сжатии  450-550 МПа, при  растяжении  40, а при  ударе  - всего 0,1-0,2 МПа.  Глазурь фарфора  отличается  высокой твердостью – 7 единиц минералогической  шкалы, глазурь фаянса – 6, глазурь майолики – 5 единиц. Твердые глазури  хорошо противостоят  истиранию, царапанью, долгое время  сохраняют  гладкость и  и блеск  поверхности. Механические  свойства  керамики зависят от  состава и структуры черепка и глазури, состояния поверхности.

Термическая  устойчивость  изделий  во многом  обуславливается свойствами  глазури  и ее согласованностью с черепком по термическому расширению. Термостойкость  посуды из твердого фарфора не менее 165оС, фаянсовой с  бесцветной глазурью – 145, с цветной глазурью – 115, майоликовой посуды – 130-150оС.

ГОСТ 4.69-81 «Посуда фарфоровая и фаянсовая. Номенклатура показателей»  Устанавливает Следующий перечень показателей, которые учитывают  при разработке стандартов и  оценке качества изделий:

-  показатели назначения  - линейные размеры и вместимость, устой на поверхности, величина  водопоглощения, термостойкость;

-  показатели надежности – сопротивление изгибу,  удару, отрыву приставных деталей, прочность на истирание  глазури и  декора, их кислото и щелочестойкость;

-  эстетические показатели – белизна, просвечиваемость черепка,  блеск глазури, точность  воспроизведения авторского образца и эталона, показатели  целостности  композиции, совершенства формы и декора;

-  эргономические показатели – гигиеничность  и  удобство пользования изделием. Гигиеничность характеризуется  выделением  вредных веществ, а удобство  пользования – показателем  соответствия массы  изделия силовым возможностям человека, размерам  и форме руки, оно характеризуется также допустимым углом  наклона изделия до выпадения крышки, шероховатостью незаглазурованных  частей изделия.

2.2. Факторы формирования потребительских  свойств и ассортимента керамических товаров

Потребительские  свойства и ассортимент керамических изделий  формируются на стадиях разработки и  изготовления и  зависят от совершенства  формы и конструкции авторского образца, свойств керамики, тщательности изготовления  серийной  или массовой продукции. В свою  очередь качество изготовления изделий определяется характером технологии и точностью ее соблюдения. [4].

Сырье  для  изготовления керамических товаров подразделяют на материалы  для черепка, глазури  и материалы для декорирования.

Материалы для черепка – это  пластичные  глинистые вещества (глина, каолин),  отощающие  (кварцевые)  материалы и плавни. 

Глина  - тонкодисперсная  горная порода, представляющая  собой  смесь  различных  минералов  - водных алюмосиликатов (каолинит и др.).  Глины   подразделяют  по огнеупорности,  способности к спеканию, окраске.  В производстве  фарфора и фаянса  используют  огнеупорные, беложгущиеся  глины (не более 0,8-1% оксидов железа), в  гончарном производстве – легкоплавкие  красножгущиеся глины.

Каолин – наиболее ценный  глинистый материал, отличающийся  высокой огнеупорностью, но слабой пластичностью;  ввиду меньшего содержания  окрашивающих примесей  он имеет почти чисто-белый  цвет.

В основе керамического производства  лежат  характерные  свойства глинистых материалов – способность  образовывать  с водой  пластичное тесто и легко формироваться, сохранять  связность в  сухом состоянии и  приобретать прочность и твердость после  обжига. Глинистые материалы, особенно каолин, повышают белизну, прочность, химическую и термическую устойчивость обожженных изделий.

Отощители – непластичные материалы (кварц, кварцевый песок), которые регулируют  пластичность, сокращают усадку изделий при сушке и обжиге, формируют структуру черепка при обжиге.

Плавни – это  легкоплавкие материалы (полевой шпат, пегматит, перлит, костяная зола и др.), снижающие  температуру обжига и способствующие спеканию черепка. Расплавляясь при обжиге, они  образуют  прозрачное вязкое стекло,  которое связывает  чатицы массы, заполняет поры, частично  растворяет глинистые  вещества  и выделяет из расплава кристаллы муллита. Плавни  обуславливают просвечиваемость и  другие свойства черепка.

Материалами для глазури  служат полевой шпат, кварцевый песок, мел и другие. [5].

Глазурь – это стекловидная пленка на поверхности керамических изделий. Она  снижает водопоглощение черепка, повышает прочность, гигиеничность и эстетичность  изделий.  Тугоплавкую  фарфоровую глазурь  изготавливают из полевого шпата,  кварца с добавкой каолина,  а легкоплавкую  фаянсовую  и майоликовую  - из кварцевого песка, соды, мела, оксидов бора, стронция и др.

Материалами  для декорирования керамики являются керамические краски, препараты драгоценных металлов, люстры. Керамические краски  подразделяют на надглазурные, внутриглазурные и подглазурные.

Разнообразные  по цвету надглазурные краски  представляют  собой смесь пигментов (оксиды  железа, кобальта, меди и др.) с флюсами (свинцовые, свинцово-борные  силикаты). При обжиге  (600-800оС) флюсы  размягчаются и краска наплавляется на глазурь.

Внутриглазурные   краски обжигают  при 1200-1400оС. При этом  краски выплавляются или погружаются в глазурь,  что обеспечивает их высокую механическую и химическую устойчивость.

Подглазурные краски  (оксиды кобальта, хрома, марганца, растворимые соли,  ангобы) наносят  на   неглазурованную поверхность черепка и закрепляют в политом обжиге вместе с глазурью. Подглазурный  кобальт  дает глубоко синюю окраску, а растворимые  соли  кобальта, никеля – мягкие (пастельные) тона.  Ангобы – краски на основе тонкодисперсных глин с добавлением пигментов – широко используют при декорировании майолики и реже при декорировании фаянса.

Производство керамических изделий

Производство керамических изделий состоит из обработки сырья и приготовления массы, формирования изделий, сушки, обжига  и декорирования.

Обработка  сырья и приготовление керамической массы сводятся к очистке сырья от посторонних (главным образом окрашивающих) примесей, грубому и тонкому его измельчению, смешению в соответствии с рецептурой, тщательной переминке и вакуумизации массы.  Примеси оксидов титана, железа вызывают  желтоватые, сероватые оттенки черепка, а неоднородность массы является причиной образования деформаций, трещин, неровностей.

Формование бытовых изделий производится  в основном из пластичной массы и литьем из шликера (суспензии компонентов массы в воде). [6].

Изделия простых очертаний (тарелки, кружки, салатники и т.д.) формируют  из пластичной массы влажностью 20-25% на станках в гипсовых или других вращающихся формах  посредством шаблона или ролика. Изделия  сложной конфигурации, с тонкими стенками, рельефным  или  ажурным рисунком  изготавливают отливкой жидкого шликера в гипсовые формы.

Новыми  прогрессивными методами  производства керамических изделий  являются  формование из пастообразных масс, прессование в металлических формах из порошков.

Возможные дефекты  формовки – разнотолщинность  стенки,  следы изношенных форм, попадание кусочков гипса в массу.

Сушка  имеет целью повысить прочность полуфабриката и подготовить  его к обжигу.  Влажность  доводится до 1-2%. При  слишком быстрой  или  неравномерной сушке  возможны  деформация или образование трещин.

Обжиг формирует структуру черепка и свойства керамических изделий.  Обычно  проводят двукратный обжиг. Первый обжиг  - утельный – для твердого фарфора является предварительным  (900-1000оС), для мягкого фарфора (1260оС), фаянса  (1250-1280оС), майолики  (990-1100оС) – основным, определяющим их свойства. Второй  - политой – обжиг твердого фарфора (1350-1420оС) имеет целью завершение  физико-химических превращений компонентов, окончательное  формирование черепка  и  глазури, ее зеркальный разлив. При политом обжиге  мягкого фарфора, фаянса и майолики  происходит  плавление и  закрепление глазури. Изделия из низкотемпературного фарфора закрепляют однократно.

При  нарушении газового и температурного режимов обжига возникают дефекты черепка и глазури: пятнистость, деформация, трещины, пузыри и прыщи, мушка, матовость, наколы, плешины глазури и др.

Декорируют керамические изделия посредством окрашивания  массы в розовый, голубой, зеленый цвета, нанесение  декоративных глазурей (цветных, «кракле», кристаллических, матовых  и др.), рельефными и углубленными рисунками, но чаще всего раскрашиванием.

Основными видами разделок являются  следующие.

Усик, отводка, лента – это непрерывные  круговые полоски разной ширины: усик – до 1 мм, отводка – до 3, лента – 4-10 мм. На фаянсовые  изделия  наносят  также буфетную ленту  шириной 12-16 и 32 мм, на фарфоровые изделия с вырезным краем – ленту с завалом, захватывающую вырезной край. Эти разделки применяют самостоятельно или в комбинации с  другими.

Трафарет представляет собой плоскостной  одно-, двух- или многокрасочный рисунок  с  резко очерченными краями. Получают его  распылением краски через вырезы трафарета. Внешние признаки: в рисунке отсутствуют мелкие детали, краска нанесена тонким слоем, детали рисунка отделены друг от друга.