Керамические массы условно можно разделить на 4 группы:
- Фарфор - содержит добавки плавней, при нагревании в черепке образуется много жидкой фазы. Сюда же относятся каменные массы.
- Фаянс - жидкой фазы почти что нет.
- Майолика - здесь будем так называть изделия из красной глины, в том числе гончарку, терракоту и т.п.
- Шамот, по химическому составу, любой из вышеперечисленных материалов. Отличается от них тем, что содержит зерна уже обожженного материала, связанные пластичной глиной.
Для каждой группы материалов условно выделим некоторые общие черты.
Фарфоровая схема обжига
Сначала проводят первый, т.н. утильный обжиг, где обжигу подвергаются высохшие изделия без глазури. Температуру выбирают в интервале 800 - 1000°C. После первого обжига изделия приобретают прочность, достаточную даже для глазурования на конвейере. Изделия остаются пористыми, но, если есть трещины, их легко выявить (по характерному дребезжанию) простукиванием деревянной палочкой. При глазуровании не надо осторожно обходиться с изделием так, как это бывает в случае сырца (однократный обжиг). Можно легко глазуровать изделия окунанием, даже если они метровых габаритов. Изделия после этого обжига называют утилем.
Затем наступает время второго обжига. Перед началом глазурирования и, соответственно, перед вторым, политым, обжигом, на изделие наносят подглазурную роспись. Педанты технологии после этого проводят еще и промежуточный закрепляющий обжиг, чтобы краски не смылись при окунании в глазурь.Политой обжиг, т.е. обжиг полуобожженного заглазурованного изделия, проводят при температуре созревания черепка. Это разные температуры для разных видов фарфора (а мы сюда отнесли еще и каменные массы). Настоящий фарфор требует 1380 - 1420°C, рядовой столовый фарфор 1300 - 1380°C, санитарно-технический 1250 - 1280°C, а каменные массы - в зависимости от того, что используют в роли плавня. Второй обжиг окончательно формирует структуру керамики и определяет все ее физико-химические свойства. Изделия после этого обжига называют бельем, если оно не расписано.
Из белых фарфоровых чашек очень приятно пить чай на даче. Традиции диктуют фарфору другой вид: с цветочной росписью, картинкой, золотой или голубой каемочкой. Украшения фарфор получает в третьем, декорирующем, обжиге. Обычные надглазурные краски вжигают при 800 - 830°C, люстровые краски и препараты золота - при той же или чуть меньшей температуре. Сейчас распространился и высокотемпературный декорирующий обжиг при 1000 - 1100°C. Роспись для него проводят красками высокого огня (внутриглазурные краски) или легкоплавкими цветными глазурями. Иногда, чтобы получить яркие краски, проводят два и более декорирующих обжигов. Все они, с точки зрения классификации, третьи. Изделия после третьего обжига называют на Худсовете предприятия.
Фаянсовая схема обжига
Первый обжиг фаянса - высокий. В фаянсовых массах практически нет плавней, поэтому при обжиге образуется минимальное количество жидкой фазы, или не образуется вообще, а глины, входящие в его состав, имеют высокую тугоплавкость. Это дает возможность обжигать изделия из фаянса сразу при температурах, необходимых для созревания черепка. Как правило, это 1200-1250°C. В отличие от фарфора, черепок останется пористым, на него легко нанести слой глазури.
А второй обжиг, политой, можно проводить при любой температуре! То есть, при той, которая требуется для нормального растекания глазури: 1150 - 1250°C, если это "фаянсовые" глазури, 900 - 1000°C, если это свинцовые майолики; можно нанести белую эмаль и использовать технику росписи по сырой эмали. Во всех случаях, если глазури подобраны правильно, мы получим изделие с такой же прочностью, какой она была после первого обжига.
Третий, декорирующий, обжиг проводят так же, как и в фарфоровой схеме. Если он необходим. Ведь, по сравнению с фарфором, низкая температура политого обжига допускает применение глазурей и красок широкой цветовой гаммы.
Обжиг майолики
Здесь используются красножгущиеся глины с невысокой тугоплавкостью. Пережег может привести к их вспучиванию и сильной деформации. Красные глины вдобавок имеют узкий интервал обжига. Например, при 950°C это еще непрочное рыхлое, а при 1050°C - плотноспекшееся, стекловидное тело. Конечно, бывают и исключения, но там и тогда . Для майолики в принципе характерны низкие температуры обжига - 900 - 1100°C. И как раз примерно при этих температурах завершаются процессы разложения глинистых материалов, которые (процессы) сопровождаются выделением газообразных веществ. Это делает крайне затруднительным так называемый однократный обжиг - и черепка и глазури - за один раз. Если обратиться к нижеприведенной таблице, будет ясно, насколько близки температуры обжига майолики к критическим для керамики температурам. Самая распространенная технология - первый, утильный, и второй, политой, обжиг.
Режим первого обжига выбирают таким, чтобы в максимальной степени прошли все процессы превращения глинистых минералов. Незавершенность этих процессов обязательно скажется на качестве поверхности глазури после второго обжига. Температура утильного обжига может быть и выше, и ниже температуры политого обжига. Обычно ниже, где-то на уровне 900 - 950°C.
Режим второго обжига выбирают исходя из характеристик глазури, но, естественно, при этом нельзя превышать температуру начала деформации черепка.
Обжиг шамота
Основное отличие шамотных масс от вышеперечисленных - наличие в массе жесткого каркаса из плотных, уже прошедших соответствующий обжиг зерен. Размер зерен может варьироваться от 100 микрон до нескольких миллиметров, что определяется скорее требованиями фактуры материала, а не требованиями технологии. Жесткий каркас препятствует усадке массы в процессе обжига. (Кстати, при сушке усадка шамотных масс ненамного меньше, чем тонких пластичных масс). Это позволяет проводить обжиг при несколько более высоких температурах, не опасаясь серьезной деформации изделия. Часто материал зерен имеет другой состав, чем пластичная составляющая массы. Если тугоплавкость зерен выше, температуру обжига можно увеличить значительно.
А в целом схема обжига шамота та же, что и для других типов масс: сначала утильный, потом (если нужно) политой, потом (если нужно) декорирующий обжиги.
Однократный обжиг
Однократный обжиг - это когда на высушенное изделие наносят глазурь и обжигают все в один прием, объединяя утильный и политой обжиги. Это мечта любого производственного экономиста:
- только один раз тратится энергия на нагрев;ставка изделий в печь для обжига керамики и их выемка производится один раз;
- не нужен промежуточный склад утиля;
- цикл от сырца до готового изделия сокращается вдвое, т.е. меньше относительные затраты на аренду площадей и зарплату за счет повышения производительности.
В принципе, если не считать совсем низкотемпературный декорирующий обжиг, однократно можно обжечь любой материал.
Но:
- приходится наносить и подглазурный рисунок, и собственно глазурь на просто высушенное изделие, которое, конечно, не имеет прочности утиля;
- из-за этого исключается машинная обработка, а руками надо все делать очень аккуратно, чтобы ничего не разбить;
- глазурование методом окунания - наиболее экономный с точки зрения расхода глазурей - можно проводить только для маленьких изделий, делая большую паузу между глазурованием внутри и снаружи;
- нет утиля, нет и промежуточного контроля качества (овальность, тонкие краевые трещины и т.п.), т.е. заранее закладывается более высокий процент брака глазури должны быть специфицированы на однократный обжиг.
Как же определить, нужен нам однократный или двукратный обжиг? Решающим критерием для художника или художественной студии является конечный результат - то есть осуществление художественного замысла. Для мастерских, изготавливающих более или менее серийную продукцию, и для керамических фабрик, решающим могут оказаться соображения экономического порядка. Вот что нужно иметь в виду.
Для фарфора
Энергозатраты на низкий утильный обжиг существенно ниже затрат на высокий обжиг. Для первого достаточны температуры порядка 900°C, воздушная окислительная среда, электрическая печь для обжига керамики со слабой футеровкой. Для второго - хорошо футерованная и желательно пламенная печь.
Стоит ли экономить на утиле? Стоит ли проводить утильный обжиг? Глазури для фарфора начинают расплавляться при температуре, близкой к температуре созревания фарфорового черепка. В том интервале температур, где происходят процессы разложения глинистых минералов, глазурный слой походит на порошок, и соответственно газы без проблем проходят сквозь него. Таким образом, можно не опасаться дефектов глазури, возникающих из-за газонепроницаемости расплава. Фарфоровые массы - это тощие, быстро промокающие массы. Глазурование сырца требует сноровки. Утиль нужен! Многие крупные изделия, например, изразцы, часто надо глазуровать напылением. А при обжиге на бисквит глазуровать вообще не надо. Тогда зачем нужен утиль?! Для фаянса утильный обжиг (он проводится на высокую температуру) обязателен, если мы собираемся использовать легкоплавкие глазури. Иначе в однократном обжиге мы получим не фаянс, а нечто недожженное, напоминающее папье-маше.
Утильный обжиг не нужен, если мы используем высокотемпературные глазури, которые, наподобие фарфоровых, начинают плавиться выше 1100 °C. В этом случае наносят их, как правило, напылением сжатым воздухом.Для майолики - самый сложный случай.
Утиль нужен практически всегда, и причем на максимально высокую температуру. Многие технологи западной школы рекомендуют обжигать майолику чуть ли не до стекловидного состояния, чтобы выжечь все примеси и разложить все, что способно разложиться в утильном обжиге. Вопрос, а как потом глазуровать? Можно. Читайте об этом в разделе о глазурях.
Если в качестве покрытия использовать ангобы или что-то вроде терра-сигилята, или если вы располагаете специальными глазурями с очень коротким интервалом плавления, можно обойтись без утиля.Для всех материалов однократный обжиг возможен при условии тщательно отлаженной технологии, которая в случае керамики в основном состоит из опыта работающих.
Кажется, в нашем изложении проблем обжига все уже запутано настолько, что требуется еще одна раскладка по полочкам.
Что происходит в процессе нагрева и охлаждения.
| Интервал, °C | Процесс |
|---|---|
| 20 - 100 | Удаление влаги из массы. Греть нужно медленно и, главное, равномерно. Чем толще стенки изделия, тем медленнее нагрев. |
| 100 - 200 | Удаление влаги из массы продолжается! Если приборы показывают 150 °C, это еще не значит, что изделие нагрелось до такой температуры, особенно в толще, особенно на толстой подставке. Глазурное покрытие претерпевает усадку. Выделяющиеся из объема изделия пары воды могут привести к растрескиванию и отлету покрытия. Из люстровых покрытий выделяются летучие органические соединения. Не форсируйте нагрев! |
| 200 - 400 | Выгорание органических веществ. Если по каким-то причинам их много, следует обеспечить хороший приток воздуха (деколи, люстры, связующее надглазурных красок и мастик). |
| 550 - 600 | Серьезное фазовое превращение кварца. Оно редко проявляется на стадии нагрева, а на стадии охлаждения может привести к т.н. "холодному" треску. |
| 400 - 900 | Разложение минералов глины. Выделяется химически связанная вода. Разлагаются азотнокислые и хлористые соли (если их использовали). |
| 600 - 800 | Начало расплавления свинцовых и других легкоплавких флюсов, надглазурных красок. |
| 750 - 800 | В третьем декорирующем обжиге происходит размягчение поверхности глазури и выпекание красок, золота и т.п. Выгорание сульфидов. |
| 850 - 950 | Разложение мела, доломита. Начало взаимодействия карбонатов кальция и магния с кремнеземом. Эти процессы сопровождаются выделениями углекислого газа. В целом завершены все превращения глинистых веществ. Их наиболее мелкие частицы уже спеклись и обеспечили заметную прочность черепка. К концу интервала - полное расплавление майоликовых глазурей. |
| 1000 -1100 | Интенсивное взаимодействие извести и кремнезема сопровождается появлением жидкой фазы (например, в известковом фаянсе), уплотнением и деформацией черепка. Начало размягчения полевых шпатов. Плавление нефелин-сиенита. Интенсивное разложение сульфатов, что сопровождается выделением сернистого газа. |
| 1200 -1250 | Интервал спекания беложгущихся глин, фаянсовой массы. Растворение кремнезема и каолинита в расплаве полевого шпата. |
| 1280 - 1350 | Процесс муллитообразования. Иглы муллита пронизывают фарфоровую массу, что в дальнейшем обеспечит ей высокую прочность и термостойкость. Превращение тонкодисперсного кварца в кристобаллит. |
| 1200 - 1420 | Этот температурный интервал характерен для фарфора. Здесь происходят процессы восстановления рыжих оксидов железа в более благородные голубые, если обеспечены соответствующие окислительно-восстановительные условия обжига. Температуры высоки, вязкости умеренные, очень быстро протекает диффузия: например, подглазурная роспись теряет четкость очертаний. |
| 1420 - 1000 | Ничего особенного в процессе охлаждения не происходит. И глазурь, и масса находятся в достаточно пластичном состоянии, поэтому охлаждать можно настолько быстро, насколько это позволяет печь. Если используются глазури, склонные к кристаллизации, медленное охлаждение или выдержка 1-10 часов в этом интервале приводит к росту кристаллов. |
| 1000 - 700 | Начинается окисление низших оксидов меди, марганца и др. металлов (если они использованы) в высшие. Недостаток кислорода в пространстве печи может дать поверхность с металлизацией. Если требуется восстановление - самое время для него. Восстановительную среду следует поддерживать чуть ли не до комнатных температур, как минимум до 250-300 °С. |
| 900 - 750 | И черепок, и глазурь перешли в хрупкое состояние и далее остывают как единое твердое тело. Если не согласованы КТР - возможен цек или отскок глазури и даже разрушение изделия. |
| 600 - 550 | Обратное фазовое превращение кварца с резким объемным изменением. Скоростной проход этого интервала может вызвать "холодный" треск. |
| 300 - 200 | Фазовое превращение кристобаллита. Он образовался, если в массе был очень тонкодисперсный кремнезем, при 1250 - 1300 °C. Не следует спешить открывать дверцу печи. |
| 250 - 100 | Охлаждение продолжается! В глубине ставки, в толстых частях изделий температура гораздо выше, чем в тонких кромках и чем показывает термопара. Дайте изделиям остыть равномерно. |
В таблице описаны основные процессы. Поэтому сейчас еще раз кратко укажем, что главное в обжиге.
- Первый обжиг. В печь ставим сырец. В нем много воды, даже если он выглядит сухим. До 200 - 300 °C нагреваем медленно, например за 2 - 3 часа. Обеспечиваем хорошую вентиляцию, чтобы выгорели все примеси. Конечная температура - 900 - 1000 °C. Если нет уверенности в температуре, делаем выдержку 1 - 3 часа, давая возможность всей садке равномерно прогреться. Охлаждение ведем с такой скоростью, с которой остывает печь. Форсированное охлаждение проводим только после нескольких экспериментов - цека глазурей не будет, поскольку нет глазурей, а вот холодный треск из-за кварца может иметь место.
- Обжиг с глазурью после утиля. В печь ставим заглазурованные изделия. Черепок уже обжигали на утиль, так что скорость на начальном участке нагрева может быть выше; главное, хорошо просушить глазурь. Нагрев до конечной температуры проводим так быстро, как позволяет печь и, главное, скорость прогрева изделий. При конечной температуре делаем выдержку от 15 минут до 1-2 часов с целью равномерного прогрева. Если скорость подъема температуры в конце нагрева невысокая (50 °C в час и меньше), считаем, что выдержка уже была. Лучше, конечно, здесь пользоваться конусами Зегера. "Полочки" (выдержки при постоянной температуре) на стадии охлаждения - только для кристаллических глазурей и некоторых матовых. В остальном - как в п.1.
- Однократный обжиг с глазурью. Принимаем во внимание все, что в п.1 и в п.2. Не форсируем подъем температуры в интервале 500 - 900 °C - до начала плавления глазури из черепка должны удалиться все газы!
- Однократный обжиг с глазурью. Принимаем во внимание все, что в п.1 и в п.2. Не форсируем подъем температуры в интервале 500 - 900 °C - до начала плавления глазури из черепка должны удалиться все газы!
Обжиг деколей
Печи КЭП, производства нашей компании так же подходят и для обжига деколей. Далее рассказывается об этом процессе.
При деколировании, после того, как деколи напечатаны и перенесены на керамическое изделие, происходит обжиг керамики. Посуда с деколью помещается в печь, где деколь и обжигается для получения прочного изображение на изделии.
При нагреве печи от 25 до 100°C деколь становится мягкой и пластичной и плотно облегает изделие, на которое она нанесена. При дальнейшем нагреве вода в деколи становится паром, при этом непросушенная деколь является главной причиной появления пузырьков, или вспучивания некоторых участков деколи. Чтобы этого не было, в производственный процесс входит сушка в течении суток.
При нагреве от 100 до 250°C вода окончательно испаряется, при этом деколь высыхает и становится ломкой. Деколь плотно прилегает к поверхности изделия.
При 250-450°C начинают выгорать органические составляющие деколи. При это вентиляция печи для обжига керамики очень важна. Вся несгоревшая и сгоревшая органика ни в коем случае не должна оставаться в печи.
При 400-575°C не расплавившиеся еще составляющие деколи плотно приклеиваются к поверхности глазури. На этом этапе ещё нет прочного спекания керамического пигмента и керамической глазури, и если деколь недостаточно обожжена, то она легко соскребается с изделия
После 575°C, в течении нескольких часов, начинается перекристаллизация кварца. Неорганическая составляющая деколи плавится и становится похожа на стекло. Глазурь под деколью размягчается быстрее, чем глазурь без деколи, и за счет расплавляемого флюса в деколях пигмент проходит вглубь керамической глазури.
Стекольные деколи плавятся при более низкой температуре и при обжиге стекла стекольные флюсы проникают намного раньше, чем это происходит при обжиге керамики.
© 2011–2022. Камерные электропечи "Термал"
