Производство фарфора и фаянса реферат

Обновлено: 30.06.2024

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

Содержимое работы - 1 файл

Введени1.docx

Введение

Фарфор обладает высокой механической прочностью, химической и термической стойкостью, электроизоляционными свойствами и применяется для изготовления высококачественной посуды, художественно-декоративных и санитарно-технических изделий, электро- и радиотехнических деталей, коррозионностойких аппаратов химической технологии, низкочастотных изоляторов и т. д.

Фарфор также различают в зависимости от состава фарфоровой массы на мягкий и твёрдый. Мягкий фарфор отличается от твёрдого не твёрдостью, а тем, что при обжиге мягкого фарфора образуется больше жидкой фазы, чем при обжиге твёрдого, и поэтому выше опасность деформации заготовки при обжиге.

Твёрдый фарфор богаче глинозёмом и беднее флюсами. Для получения необходимой просвечиваемости и плотности он требует более высокой температуры обжига (до 1450 °C). Мягкий фарфор более разнообразен по химическому составу. Температура обжига достигает 1300 °C. Мягкий фарфор используется преимущественно для изготовления художественных изделий, а твёрдый обычно в технике (электроизоляторы) и в повседневном обиходе (посуда).

Одним из видов мягкого фарфора является костяной фарфор, в состав которого входит до 50 % костяной золы, а также кварц, каолин и т. д., и который отличается особой белизной, тонкостенностью и просвечиваемостью.

Фарфор, как правило, покрывают глазурью. Белый, матовый не покрытый глазурью фарфор называется бисквит. В эпоху Классицизма бисквит употреблялся в качестве вставок в мебельные изделия

ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА

Состав керамической массы и метод ее подготовки определяют исходя из назначения из назначения изделия, его формы и вида сырья. Цель подготовки сырья - разрушение природной структуры материалов до мельчайших частиц для получения однородной массы и ускорения взаимодействия частиц в процессе фарфорообразования. Ее проводят в основном пластическим способом, который обеспечивает получение равномерной по составу массы.

Пластичные материалы (глину, каолин) распускают в воде в лопастных мешалках. Полученную массу в виде суспензии пропускают через сито (3600 - 4900 отверстий на 1 см2) и электромагнит для удаления крупных включений и железистых примесей.

Отощающие материалы и плавни сортируют, освобождают от посторонних т вредных примесей. Кварц, полевой шпат, пегматит и другие компоненты подвергают обжигу при температуре 900-1000шС. При этом кварц претерпевает полиформные изменения, в результате которых растрескивается. Это, во-первых, облегчает помол, а во-вторых, позволяет удалить куски, загрязненные железистыми примесями, так как при обжиге кварц с примесями железистых соединений приобретает желто-коричневый цвет.

Каменистые материалы, в том числе и фарфоровый бой, промывают, подвергают дроблению и грубому помолу на бегунах, после чего просеивают. Тонкий помол производят в шаровых мельницах с фарфоровыми или уралитовыми шарами. Для интенсификации помола в мельницу вводят поверхностно-активную добавку - сульфитно-спиртовую барду (от 0,5 до 1%), которая, заполняя микротрещины, оказывает как бы расклинивающее действие. Помол ведут до остатка 1-2% на сите с 10 000 отверстий на 1 см2.

Пластичные и отощающие материалы, плавни и фарфоровый бой тщательно смешивают в мешалке пропеллерного типа. Однородную массу пропускают через сито и электромагнит и обезвоживают в специальных фильтр-прессах или вакуум- фильтрах. Полученную пластичную массу влажностью 23-25% направляют на две недели на вылеживание в помещение с высокой влажностью. При вылеживании происходят окислительные и микробиологические процессы, гидролиз полевого шпата и образование кремниевой кислоты, что способствует разрыхлению массы, дальнейшему разрушению природной структуры материалов и повышению пластических свойств массы. После вылеживания массу обрабатывают на массомялках и вакуум-прессах для удаления включений воздуха, а также пластичности и других физико-механических свойств, необходимых для формирования изделий.

В зависимости от состава фарфоровой массы и глазури различаются твердый и мягкий фарфор. Некий промежуточный вид представлен так называемым костяным фарфором.

Твердый фарфор содержит в основном два исходных материала: каолин и полевой шпат (чаще всего в соединении с белой слюдой; относительно легко плавится). К этим основным веществам добавляется кварц или песок. Свойства фарфора зависят от пропорции двух главных веществ: чем больше каолина содержит его масса, тем труднее ее плавить и тем она тверже. Смесь эту перемалывают, замешивают, промалывают и затем высушивают до степени способного к принятию формы тестообразного состояния. Возникает пластичная масса, которую можно либо отливать в формах, либо обтачивать на гончарном круге. Готовые предметы обжигают дважды: сначала без глазури при температуре 600-800 градусов С, потом с глазурью – при 1500 0 С. В качестве плавней используют полевой шпат или пегматит.

Твердый фарфор отличается крепостью, сильной сопротивляемостью жару и кислотам, непроницаемостью, прозрачностью, раковистым изломом и, наконец, чистым колокольным звуком. Изобретён в Европе, в 1708 году в Мейсене Иоганном Фридрихом Бётгером.

Мягкий фарфор, называемый также художественным или фриттовым, состоит преимущественно из смесей стекловидных веществ, так называемых фритт, содержащих песок или кремень, селитру, морскую соль, соду, квасцы и толченый алебастр. По истечении определенного времени плавки к этой массе добавляется мергель, содержащий гипс и глину. В принципе, значит, речь идет о плавленом стекловидном веществе с прибавкой глины. Всю эту массу размалывают и фильтруют, доводя до пластичного состояния. Отформованный предмет обжигается при 1100-1500оС, делаясь сухим и непористым. Глазурь преимущественно из стекла, те есть из легкоплавкого вещества, богатого окисью свинца и содержащего, кроме того, песок, соду, поташ и известь. Уже глазурованные изделия подвергаются вторичному обжигу при 1050-1100оС, когда глазурь соединяется с черепком. По сравнению с твердым, мягкий фарфор прозрачнее, белый цвет еще более нежного, иногда почти сливочного тона, однако жароустойчивость этого фарфора ниже. Излом прямой, причем неглазурованная часть в изломе зерниста. Начальный европейский фарфор в большинстве был мягким, чему примером прекрасные и очень ценимые изделия севра. Изобретен он в XVl веке во Флоренции (фарфор Медичи).

Костяной фарфор представляет собой известный компромисс между твердым и мягким фарфором. Его состав открыт в Англии и там же около 1750 года началось его производство. Кроме каолина и полевого шпата, он содержит фосфат извести из пережженной кости, делающий возможной более легкую плавку. Обжигается костяной фарфор при 1100-1500оС. Итак, речь идет по существу о твердом фарфоре, но таком, который путем перемешивания пережженной кости делается мягче.

Его глазурь в основе та же, что на мягком фарфоре, но содержит, кроме окиси свинца, некоторое количество буры для лучшего соединения с черепком. При соответствующем калильном жаре эта глазурь плавится и прочно соединяется с черепком. По своим свойствам костяной фарфор занимает промежуточное положение между твердым и мягким фарфором. Он выносливее и тверже мягкого фарфора и менее проницаем, но с ним у него общего довольно мягкая глазурь. Цвет его не такой белый, как у твердого фарфора, но белее, чем у мягкого. Впервые костяной фарфор применен в 1748 году в Бау Томасом Фраем.

Из выше изложенного можно сделать вывод; что основных, для изготовления фарфора, существует три вида, которые отличаются по составу, температуре обжига и используются для разных видов изделия. Так же для каждого вида изготовляется своя глазурь.

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ФАРФОРА

Производственный процесс изготовления керамических изделий состоит из нескольких этапов:

подготовка сырья;
приготовление массы;
формирование изделия, обжиг;
глазурование и декор.

Подготовка сырья заключается в очистке исходных материалов от примесей, тщательном измельчении, просеивании, сушке и т. д. Приготовление массы состоит из смешивания сырьевых материалов в определенных пропорциях и перемешивании смеси с водой до получения однородной жидкой фарфоровой массы. Массу пропускают через сито, очищают (электромагнитом) от примесей железа и обезвоживают (на фильтр-прессах или вакуум-прессах) для получения формовочного теста.

Далее следует процесс формования изделия. Существует несколько способов формования изделия:

· свободное формование на гончарном круге;

· пластическое формование ручным оттиском в форме;

· пластическое формование во вращающейся гипсовой форме с помощью формующего шаблона или ролика;

· Формование сосуда способом кругового налепа. Формование способом шликерного литья в гипсовые формы;

· изготовление керамических изделий сочетанием нескольких способов формовки.

Способ свободного формования керамических изделий на гончарном круге заключается в механическом воздействии рук гончара на заготовку глины в виде пластического теста. Вначале мастер готовит гончарный круг к работе. Первая стадия - первичная обработка заготовки. Затем формуют внутреннюю полость изделия, края заготовки, вновь внутреннюю полость. После этого мастер вытягивает заготовку до нужной высоты. Во время всех этих операций он вращает ногой или приводным механизмом гончарный круг. Заканчивается процесс отделкой наружных поверхностей, подрезкой дна, сушкой. Во время сушки изделие можно украсить лепными деталями печатками, отштампованными налепками.

Пластическое формование ручным оттиском осуществляется с помощью гипсовых форм. Формы могут быть открытыми и разъемными; открытые применяют для формования плоских изделий; разъемные - при выработке изделий по объемным моделям сложных форм.

Пластическое формование во вращающейся гипсовой форме с помощью шаблона или ролика происходит следующим образом. Форму, раскрывающуюся на две половины, в собранном виде устанавливают во вращающуюся чашу станка. Во внутреннюю полость формы подают ком глины, рассчитанный на объем изготавливаемого изделия. В полость формы опускают формующий шаблон, который равномерно распределяет глиномассу во внутренней стороне формы, после чего поднимают и выводят из формы. Затем форму с изделием снимают с установочного станка, сушат, раскрывают, изделие вынимают и продолжают дальнейшую обработку (приставка деталей - носиков, ручек, крышки и другая дополнительная монтировка).

Формование способом шликерного литья в гипсовые формы основано на свойстве гипса, впитывать влагу, и способности глины при снижении влажности переходить из жидкого шликера в состояние пластического теста. Изделия формуют следующим образом. Шликер заливают во внутреннюю полость гипсовой формы, в результате чего происходит перераспределение влаги между шликером, который отдает влагу, и гипсовой формой, которая эту влагу впитывает. После перераспределения влаги на внутренней рабочей поверхности гипсовой формы из шликера образуется слой глиномассы, переходящей в состояние пластического теста. Когда форма "набрала" заданную толщину слоя глиномассы, шликер выливают из внутренней полости формы, а слой глиномассы на внутренней поверхности формы остается. Этот слой загустевшего шликера представляет собой отформованное пустотелое керамическое изделие - сырец. По мере высыхания находящийся в форме сырец, уменьшаясь, отделяется от ее стенок.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Подготовка сырьевых материалов

Пластичные и отощающие материалы, плавни и фарфоровый бой тщательно смешивают в мешалке пропеллерного типа. Однородную массу пропускают через сито и электромагнит и обезвоживают в специальных фильтр-прессах или вакуум-фильтрах. Полученную пластичную массу влажностью 23-25% направляют на две недели на вылеживание в помещение с высокой влажностью. При вылеживании происходят окислительные и микробиологические процессы, гидролиз полевого шпата и образование кремниевой кислоты, что способствует разрыхлению массы, дальнейшему разрушению природной структуры материалов и повышению пластических свойств массы. После вылеживания массу обрабатывают на массомялках и вакуум-прессах для удаления включений воздуха, а также пластичности и других физико-механических свойств, необходимых для формирования изделий.

Формуют керамические изделия в основном пластическим методом и методом литья, а также полусухим прессованием. Для формования применяют гипсовые формы пористостью не менее 25%. В последнее время формы начали изготавливать из масс на основе поливинилхлорида.

При пластическом формовании используют массу влажностью 22-24%, из которой в зависимости от формы получают заготовки в виде пластов. Для формования применяют полуавтоматы или автоматы. При изготовлении плоских изделий помещают глиняный пласт, который разравнивают роликом при вращении формы. Для получения полых изделий, например чашек, заготовку массы помещают в форму и раскатывают специальным профильным роликом. Промежуток между роликом и формой заполняется слоем массы необходимой толщины. Наружная поверхность изделия формуется поверхностью формы, а внутренняя - роликом. Если на внутренней поверхности формы имеется углубленный рисунок, то он точно воспроизводится на наружной поверхности изделия.

Методом литья в гипсовые формы изготавливают изделия сложной формы и емкостные, например чайники, художественно-декоративные предметы. Для получения изделий сложной конфигурации используют разъемные формы. Для формования методом литья готовят сметанообразную массу - шликер влажностью 34-36%. В шликер добавляют для повышения текучести при минимальной влажности 0,1-0,2% электролита, что обеспечивает лучшее заполнение формы. Изделия изготавливают двумя способами - сливным и наливным.

При сливном способе шликер заливают в разъемную гипсовую форму и оставляют в ней на определенное время. Гипс быстро впитывает влагу, и на стенках формы откладываются твердые частицы, которые образуют стенки изделия. Время выдержки определяют опытным путем, оно зависит от толщины стенки изделия, толщины стенок гипсовой формы и пористости. После выдержки шликер сливают, а гипсовую форму с изделием подвергают медленной сушке.

Полнотелые изделия сложной формы, например ручки для чайников, крышки, изготавливают наливным способом. Шликер наливают в гипсовую разъемную форму с соответствующими углублениями на внутренних поверхностях, где оно полностью затвердевает.

Полусухое прессование применяют для формирования плоских изделий небольшой толщины, например тарелок. Подготовленную пластичную массу высушивают до влажности 2-3%, тонко измельчают и получают порошок, в который добавляют пластификатор. Из этого порошка формуют изделие в металлических пресс-формах под большим давлением (25-30 МПа). Изделия имеют правильную форму, точные размеры, более высокую механическую прочность и небольшую влажность, что значительно сокращает время сушки перед обжигом.

При формовании вследствие небрежного обращения, использования изношенных форм и роликов могут образоваться такие дефекты, как деформация, волнистый край, концентрические трещины, неодинаковая толщина изделий, неровность поверхности, подрыв носиков и др.

После формования изделия для подготовки к обжигу - заключительному и наиболее ответственному этапу производства - сушат до остаточной влажности 2-4%. При этом изделие приобретает достаточную для обжига прочность, исключается образование внутренних напряжений, приводящих к появлению трещин, деформации и т.д.

Сушку проводят в две стадии: предварительная стадия (подвяливание) - в гипсовых формах и окончательная - без форм. Плоские изделия сушат только в гипсовых формах. Корпус полых изделий после предварительной сушки до влажности 14-16% вынимают из форм, соединяют с приставными деталями смесью шликера с декстрином, после чего изделия окончательно высушивают.

Для сушки применяют конвейерные, конвекторные (с направленной подачей теплоносителя на изделие), радиационные (с электрическим или газовым обогревом) и комбинированные сушилки, в которых время сушки значительно сокращается.

Теплоносителями являются воздух и лучистая энергия, выделяемая керамическими панелями и другими поверхностями, которые обогреваются газом, реже - лампами накаливания. Все эти сушилки характеризуются высокой производительностью и минимальными затратами ручного труда на загрузку и выгрузку. Наиболее перспективно использование для сушки керамических изделий ультразвука, токов высокой частоты или инфракрасного излучения. Современные методы сушки позволяют регулировать температуру и время процесса в зависимости от толщины изделия.

В процессе сушки могут образоваться трещины (при неравномерной влажности массы), деформация и другие дефекты.

Высушенные изделия перед обжигом зачищают наждачной бумагой, удаляют швы от пресс-форм, посторонние примеси и загрязнения. После зачистки изделия обдувают сжатым воздухом для удаления пыли.

Керамические изделия подвергают, как правило, двукратному обжигу - утельному (до глазурования) и политому (после глазурования). Применяют также однократный скоростной и бескапсельный обжиг. Фарфоровые изделия, декорированные надглазурными украшениями, подвергают третьему обжигу - муфельному.

Утельный обжиг в зависимости от состава черепка и назначения фарфоровых изделий проводят при температуре 900-1000шС, а политой - 1350-1400шС. При утельном обжиге удаляет механически и химически связанная влага, черепок приобретает необходимую прочность при достаточной для впитывания глазури пористости. Реакции взаимодействия исходных компонентов массы протекают в твердой фазе.

Для обжига применяют печи непрерывного действия - туннельные, конвейерные с шагающим подом и роликовые щелевые, а также периодического действия - горны. В печах непрерывного действия поддерживается более строгий температурный режим, сокращается время обжига и обеспечиваются нормальные условия работы при загрузке и выгрузке. В качестве топлива используют нефть, газ и электричество (в электропечах).

После утельного обжига керамические изделия либо декорируют послегазурными красками, газурируют и подвергают политому обжигу, либо глазуруют, обжигают и декорируют.

Фарфоровые изделия после утельного обжига чаще всего глазуруют , а затем обжигают. Тугоплавкую глазурь в виде суспензии наносят методом окунания, обливания и пульверизацией. После глазурования с ножки или верхнего края форфорого изделия счищают глазурь, чтобы предупредить сплавление х с подставкой во время политого обжига или другими изделиями при обжиге "в спарку". Это отличительный признак фарфоровых изделий; фаянсовые изделия полностью покрывают глазурью. Перед политым обжигом изделия помещают в шамотные капсели и тщательно предохраняют от сплавления друг с другом и с капселем. Капсели устанавливают на вагонетку и направляют в туннельную печь. Применяют также бескапсельную загрузку на специальные этажерочные вагонетки.

В процессе обжига формируется черепок с необходимыми физическими и химическими свойствами. При политом обжиге происходят расплавление глазури, равномерное ее распределение по всей поверхности изделия и сплавливание с черепком. Строгое соблюдение определенного режима температуры, скорости ее подъема, времени выдержки и газовой среды - непременное условие проведения обжига. При нарушении этих требований образуются дефекты, ухудшающие внешний вид и свойства готовых изделий.

Политой обжиг можно разделить на ряд периодов, каждый из которых протекает при определенном температурном режиме и газовой среде, что обеспечивает постепенное формирование черепка с необходимыми свойства.

Первый период протекает при температуре до 900-940шС; скорость подъема температуры 100-140шС в час. Из массы удаляется остаток гигроскопической влаги, происходит разложение глинистых веществ, карбонатов, выгорание органических примесей. В этот период поддерживает окислительная газовая среда. Реакция протекает в твердой фазе, в этот период начинается спекание черепка, которое сопровождается усадкой. На поверхности пористого черепка, который обладает высокий каталитический и адсорбционной способностью, осаждается углерод, выделяющийся при сгорании топлива. Углерод придает черепку серый цвет.

Второй период обжига протекает в сильно окислительной среде при температуре 940-1040шС. Он является подготовительным к самому ответственному этапу - обжигу в восстановительной среде. В этот период выравнивается температура, завершается выделение остатков гидратной воды и полностью выгорает сажистый углерод. Если углерод не выгорит до расплавления глазури в третьем периоде, то изделие будет иметь серую или буроватую окраску либо покроется мельчайшими кратерообразными точками - наколами. Вследствие расплавления полевого шпата образуется жидкая фаза, которая цементирует твердые частицы и обуславливает повышение механической прочности черепка. Происходит процесс кристаллизации глинозема и начинает образовываться муллит.

Третий период ведется при температуре 1040-1250шС в восстановительной среде, которая необходимая для перевода окисного железа в закисную формы. Закись железа образует силикаты, который придают черепку голубоватую оттенок. На этом этапе вначале образуется силиманитоподобный ангидрид, а затем муллит и кремнезем в виде кристобалита. Продолжается спекание черепка, сопровождающие интенсивной, так как кристаллические частицы соединяют вязким расплавом. При температуре выше 1200шС вязкость расплава снижается, и на границе твердой и жидкой фаз сближаются под действием поверхностных сил частицы кварца, продукты разложения каолинита и кристаллы муллита. Образование легкоплавкого силиката закиси железа способствует развитию жидкой фазы. На этом этапе начинается расплавление глазури. Скорость подъема температуры - 30-35шС в час.

Четвертый этап, завершающий формирование черепка, начинается при температуре 1250шС и заканчивается при 1380-1410шС, протекает он в нейтральной среде. Происходят окончательное спекание черепка, разлив глазури и сплавление с черепком. Активнее протекает процесс взаимодействия полешпатовго стекла и аморфного кремнезема из каолинитового остатка, что способствует заполнению промежутков между кристаллами муллита. Одновременно укрупняются кристаллы муллита в полешпатовом стекле и уменьшаются размеры остаточного кварца. Протекают диффузионные процессы, обуславливающие равномерное распределение кристаллических новообразований в черепке.

Период заканчивается выдержкой изделий при максимальной температуре в течение 1,5-3 ч. Чем продолжительнее выдержка изделий, тем больше образуется кристалла муллита. Игольчатые кристаллы муллита, переплетаясь, способствуют повышению механической прочности и термической стойкости черепка. При этом ускоряется процесс муллитизации за счет растворения кварца в стекле и насыщения его кремнеземности. Образующиеся кристаллы муллита как бы врастают в стекло, в нерастворившихся зерна кварца.

При повышении температуры обжига уменьшается пористость черепка, так как пустоты заполняются стекловидной массой и другими структурными элементами. Однако при повышении температуры выделяются газы из полевошпатового стекла, вспучивается черепок и снижается качество изделий.

Пятый, диффузионный, период обжига соответсвует выдержке изделий при максимальной температуре обжига.

После обжига начинается процесс охлаждения. До температуры 600-530шС охлаждение проводят со скоростью 250-200шС в час. Затем процесс резко замедляется, при этом происходят ионные модификации, сопровождающиеся большими изменениями объемов, в результате чего возникают внутренние напряжения. Помимо этих напряжений, возникают напряжения вследствие перехода стекловидной массы из пластического состояния в упругое.

Однократному обжигу подвергают в основном толстостенные изделия - кружки, салатники, масленки, сахарницы, которые при глазуровании без утельного обжига не размокают, не деформируются и не разрушаются.

При обжиге на изделиях могут образоваться следующие дефекты: искажение размеров и формы, щербины, задувка, прыщи, пузыри, засорка, желтоватый оттенок и т.д. После обжига изделия проверяют для выявления дефектов. Изделия, отвечающие предъявляемым к ним требованиям, декорируют.

Изделия украшают подглазурными и надглазурными красками, препаратом золота, растворами солей, красящих окислов и декоративными глазурями с последующим обжигом.

В зависимости от характера поверхности декорирование изделий может быть рельефным и гладким. Рельефное декорирование - это нанесение на поверхность изделий выпуклых ил заглубленных украшений. К выпуклым относится рельеф, получаемый при формовании путем лепки, к заглубленным - врезывание, сверление и вдавливание на поверхности. Различают гладкое дкорирование по сырому черепку, подглазурное и надглазурное.

Вид разделки зависит от назначения и природы изделий. При выборе разделки необходимо учитывать естественную красоту черепка, украшение должно сочетаться с его естественными особенностями и подчеркивать их, а не затушевывать. Для фарфора в основном применяют гладкое надглазурное декорирование, иногда рельефное и подглазурное.

Классификация фарфоровых бытовых изделий

Фарфоровые изделия бытового назначения классифицируют по форме, размерам, наличию глазурного слоя, назначению, комплектности, видам и группам сложности разделок и сортам.

По форме изделия делят на полые и плоские, по размерам - на мелкие и крупные. В зависимости от наличия глазурного слоя различают изделия глазурированные и неглазурированные. По назначению фарфоровые изделия на бытовую посуду, художественно-декоративную и прочие; по комплектности - одиночные и в виде комплектов. Особенностью изделий, входящих в комплект, является единство декоративного оформления, конструкции и формы.

Комплектную посуды по функциональному использованию, та же как и штучные изделия, делят на столовую, кофейную, чайную, закусочную, для вина, пива и воды, прочую и изделия художественно-декоративного назначения. Выпускают ее в виде сервизов, гарнитуров, наборов и подарочных комплектов, предназначенных для двух, четырех, шести и двенадцати человек.

Читайте также: