Производство фарфоровых изделий

Введение

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.

Процесс производства

Подготовка сырьевых материалов

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 900-1000°С. 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.

Формование изделий

Способы формования

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.

Сушка

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.

Обжиг

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 900-1000°С, а политой - 1350-1400°С. 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