Сырьевые материалы для производства керамических изделий подразделяются на основные и вспомогательные.

К основным сырьевым материалам относятся материалы пластичные (глинистые), непластичные (отощающие, плавни), глазури и керамические краски.

Пластичные материалы – глина, каолин и бентонит – при смешивании с водой образуют керамическую массу и способны принимать под действием внешних сил ту или иную форму изделия и сохранять ее после сушки и обжига. Они представляют собой тонкодисперсные горные породы осадочного происхождения, которые являются продуктами разрушения горных пород под влиянием воды.

Продукты, оставшиеся на месте разрушения, называются первичными. Они более качественные, так как меньше загрязнены посторонними примесями. Продукты разрушения горных пород, которые переносятся водой и отлагаются на новом месте, называются вторичными. При переносе с одного места на другое изменяются их химический и минералогический составы, они загрязняются примесями (Fe 2 O 3).

Глины весьма разнообразны по химическому и минералогическому составу и свойствам. Основными минералами, содержащимися в глинах, являются каолинит – Al 2 O 3 ·2SiO 2 ·2H 2 O, монотермит – Al 2 O 3 ·3SiO 2 ·2H 2 O, монтмориллонит – Al 2 O 3 ·4SiO 2 ·H 2 O, гидрослюды и др. Каолинит повышает огнеупорность глины, гидрослюды снижают пластичность и обусловливают усадку при сушке. При наличии в глинах (бентонитовых) монтмориллонита повышается их набухаемость, пластичность и адсорбционная способность. Пригодность глин для изготовления керамических изделий, помимо состава, определяется их пластичностью (связующей способностью), усадкой (воздушной и огневой), огнеупорностью, спекаемостью, белизной (наличием красящих примесей).

Основные месторождения глин – Веселовское, Чясов-Ярское, Трошковское, Нижнеувельское; содержание Al 2 O 3 15–40%, Fe 2 O 3 1,5–3%, размер частиц 1–10 мкм.

Каолины относятся к мономинеральным породам и состоят в основном из каолинита. В отличие от глины они имеют ярко выраженное кристаллическое строение, меньшую пластичность и большие огнеупорность и температуру спекания, что затрудняет формование и обжиг изделий. Каолин содержит меньше примесей, в том числе и окрашивающих. При обжиге дает черепок белого цвета, что очень ценится в производстве фарфоровых и фаянсовых изделий. Так же как глины, каолины делят на первичные и вторичные. Для удаления примесей их обогащают отмучиванием (мокрое обогащение) или сухим обогащением. Отмученный каолин имеет большую огнеупорность (1730–1770°С). Для изготовления фарфоровых изделий бытового назначения применяют преимущественно каолины мокрого обогащения, для фаянсовых – сухого обогащения.

Основные месторождения каолинов: Просяновское, Глуховецкое, Алексеевское.

Бентонитовые глины представляют собой продукт гидратации и гидролиза стекловидной фазы пеплов, туфов и лав. Основной минерал – монтмориллонит. В щелочной среде образуются щелочные бентониты, обладающие высокой пластифицирующей способностью. При смешивании с водой они сильно набухают, увеличиваются в объеме до 10 раз и образуют гелевидную массу. В керамической промышленности их используют в качестве добавок (от 3 до 5%) взамен огнеупорной глины (8–15%). Это позволяет сохранить хорошую формующую способность массы и повысить белизну изделий. Бентониты имеют огнеупорность 1300–1400°С и играют роль пластификатора и минерализатора, способствуя ускорению процессов кристалообразования.

Отощающие материалы применяют для регулирования технологических свойств (уменьшения усадки, деформации и растрескивания изделий) и получения изделий с заданными свойствами. Отощающие материалы образуют как бы каркас, который цементируется при сушке и обжиге пластичными материалами. Их делят на искусственные и естественные.

К искусственным отощителям относится шамот, представляющий собой обожженную при температуре 700–900°С глину. При обжиге из глины удаляется химически связанная вода, и она теряет пластические свойства. В качестве отощающего материала используют также отходы производства (бой черепка после первого и второго обжигов).

Естественные отощители – это кварц, кварцевый песок, кремень и др. Эти материалы повышают капиллярность массы, что способствует ускорению процессов сушки изделий. Природные отощающие материалы способствуют спеканию черепка при обжиге, взаимодействуя при температуре выше 1000°С с легкоплавкими примесями пластичных материалов. За счет растворения кварца в расплавах силикатов повышается вязкость жидкой фазы, что предотвращает деформацию черепка.

К плавням относятся вещества, которые при обжиге керамической массы образуют расплав. При увеличении доли плавней в массе возрастает содержание стекловидной фазы, в результате чего обеспечивается просвечиваемость изделий, но уменьшается термическая стойкость и механическая прочность, особенно на удар. Их вводят в состав масс для снижения температуры обжига. При этом повышается плотность керамических изделий.

В качестве плавней используют полевые шпаты, пегматиты, мел, нефелиновые сиениты, сподумены и другие вещества, способные образовывать легкоплавкие эвтектики. Используются калиевый полевой шпат К 2 О∙Al 2 O 3 ∙SiO 2 и натриевый полевой шпат Na 2 O∙Al 2 O 3 ∙SiO 2 . Основные месторождения: Чупинское, Малышевское, Вишневогорское.

Глазурь представляет собой тонкий стекловидный слой на поверхности керамических изделий. Защищает черепок от воздействия воды, кислот, щелочей и придает декоративные свойства. Закрепляют глазурь на поверхности черепка при полном обжиге.

Глазури различают по химическому составу, температуре плавления, прозрачности, по цвету и способу производства. По составу они бывают полевошпатовыми, баритовыми, титановыми, стронциевыми, циркониевыми и др.; по температуре плавления – легкоплавкими и тугоплавкими. Глазури с повышенным содержанием кремнезема являются тугоплавкими, а с повышенным содержанием щелочных и щелочно-земельных компонентов – легкоплавкими. Температура плавления тугоплавких глазурей 1400–1370°С, легкоплавких – 1250–1080°С и ниже.

По прозрачности различают глазури прозрачные и глухие, по цвету – бесцветные и цветные. Глухие глазури содержат нерастворимые соединения оксидов олова, циркония, титана. В состав цветных глазурей входят красители. Глухими и цветными глазурями скрывают цвет и дефекты черепка. Прозрачные и бесцветные глазури применяют при нанесении подглазурных украшений на черепок белого цвета. Для фарфоровых изделий применяют тугоплавкие глухие и бесцветные глазури.

По способу производства различают глазури сырые и фриттованные. Сырые получают измельчением сырьевых материалов с водой и мелющими телами в мельницах мокрого помола. Во втором случае из сырьевых материалов варят фритту, которую затем измельчают также в мельницах мокрого помола.

Керамические краски – это смесь жаростойких пигментов с легкоплавким стеклом (флюсом), применяемая для украшения фарфоровых, фаянсовых, майоликовых изделий. К пигментам относятся оксиды различных металлов, в том числе и редкоземельных, которые при нагревании взаимодействуют с легкоплавким силикатным стеклом. К красящим пигментам относятся: синие (CaO), фиолетовые (MnO 2), голубые (CaO с добавками Al 2 O 3, ZnO), зеленые (Cr 2 O 3 c добавками CuO, CaO, ZnO), желтые (PbCrO 4), коричневые (Fe 2 O 3 , ZnO, MnO 2, Cr 2 O 3) и др. Керамические краски делят на подглазурные, которыми покрывают неглазурованный черепок, и надглазурные, которые наносят на предварительно заглазурованный черепок.

Подглазурные краски после нанесения на черепок сверху покрывают глазурью и закрепляют при политом обжиге. Они должны выдерживать высокие температуры политого обжига, поэтому эти краски более тугоплавкие, более стойкие к химическим и механическим воздействиям при эксплуатации изделий.

Надглазурные краски более легкоплавкие, их наносят на глазурованное изделие и закрепляют муфельным обжигом при температуре 600–840°С. Ассортимент надглазурных красок более разнообразен.

Вспомогательные сырьевые материалы. Из этих материалов изготовляют формы из гипса для получения изделий, огнеупорный припас и капсели для обжига изделий. Они предохраняют изделия от загрязнения продуктами сгорания топлива и засорки. Капсели бывают различной формы: круглые, прямоугольные и др. Изготовляют их из огнеупорного шамота, карборунда и других высокоогнеупорных материалов. Хлопчатобумажные ткани с противогнилостной пропиткой используют для обезвоживания керамического шликера на фильтрах-прессах.

Керамика является одним из основных материалов, используемых в промышленности и повседневной жизни. Ее называют третьим промышленным материалом, наряду с металлами п полимерами. В этом разделе представлены виды керамики п рассмотрена технология изготовления керамических изделий. Особое внимание уделено способам формования керамических изделий.

б ИСТОРИЯ КЕРАМИКИ

Керамика была первым искусственным материалом, созданным человеком задолго до получения стекла и металла, производства пластмасс и композитов. Керамические изделия, в отличие от деревянных и металлических, долговечны и устойчивы к изменениям природных условий, поэтому археологи изучают историю исчезнувших городов и стран по керамическим черепкам. Археологические раскопки, проводимые на территории многих государств, дают обширный материал для изучения этой интереснейшей области творческой деятельности человека .

Изобретению керамики помогли уникальные свойства глинистых минералов, позволившие первобытным людям лепить из влажной глины сосуды и фигурки, которые после обжига в пламени костра приобретали прочность. (Как говорится в Библии, первый человек на Земле - Адам - также был создан Богом из глины.)

Наличие глины - легкодоступного природного материала обусловило быстрое и повсеместное развитие керамического ремесла на самой заре человеческой истории, в период первобытнообщинного строя. Появившись еще в эпоху мезолита, оно уже в эпоху неолита получило развитие.

Первыми керамическими изделиями были сосуды для воды и пищи с толстыми стенками и пористым черепком, для удобства установки в землю дно такого сосуда было круглым или коническим. В глину для придания прочности при обжиге добавляли толченые раковины и измельченный гранит. По отпечаткам пальцев ученые установили, что древнейшие керамические сосуды изготавливали женщины. Лепили такие сосуды из жгутов и декорировали штампами в виде ямок, полос, бороздок различной формы. В зависимости от используемой глины изделия имели цвет от терракотового до черного. Позднее для декорирования стали использовать цветные глины с преимущественно красной, белой, желтоватой или темной окраской, покрывая ими отдельные части рисунка (ангобы). В некоторых культурах стали использовать лощение - заглаживание поверхности.

Первые глазурованные изделия появились в IV-III тыс. до н.э., в районах Ближнего и Среднего Востока. Керамические изделия (цветной глазурованный кирпич и облицовочные плитки, составляющие монументальное панно) использовались для украшения дворцовых и религиозных построек. Появившаяся глазурь содержала много щелочей и была фриттованной.

Важнейшим фактором совершенствования керамического мастерства явилось изобретение гончарного круга (IV тыс. до н.э.), применение которого резко повысило производительность труда и улучшило качество изделий. Гончарным делом стали заниматься мужчины.

В Древнем Египте сосуды делали из грубой массы, в глину добавляли мелкорубленую солому - для уменьшения вязкости глины, скорейшего высыхания и предотвращения большой усадки изделия. Формовка сосудов тяжелых форм в неолитический и додинастический периоды проводилась вручную, позднее в качестве вращающейся подставки стали применять круглую циновку - предшественницу гончарного круга. Также стали применять формование на веревочных болванках. В Египте появились гончарные печи из глины, высотой в два раза больше человеческого роста, напоминающие расширяющуюся кверху трубу; дверца печи, через которую загружали топливо, была расположена внизу, а сосуды загружали сверху и гончар поднимался по лестнице.

Позднее в Египте масса становится более тонкой, а формы - более разнообразными, с рельефными и гравированными орнаментами. Кроме посуды, ваз и кирпичей египтяне изготавливали из глины статуэтки, часто с головами животных, ожерелья, изображения скарабеев, детские игрушки, печати, даже саркофаги и т.д.

Цвет египетской керамики зависел от сорта глины, декора (ангоба) и обжига. Для ее изготовления употребляли глину в основном двух сортов: коричнево-серого цвета с довольно большим количеством примесей (органических, железистых и песка), которая при обжиге приобретала коричнево-красный цвет, и серую известковую почти без органических примесей, приобретающую после обжига разные оттенки серого цвета, бурую и желтоватую окраску.

Постепенно процесс глазурования стал распространяться и в Древней Греции. Декорирование росписью проводили по сырому черепку. Основными способами изготовления керамических сосудов в Греции были лепка сосуда вручную из жгутиков, формование на веревочных болванках и формование на гончарном круге. Своего расцвета греческая керамика достигла в VI-V вв. до н.э.

В Древней Греции вазы нс были предметом роскоши - их было очень много и изготавливались они из простой глины, а для росписи использовался только черный «лак» (флюсный ангоб). По при небольшом разнообразии применяемых материалов (греки не знали ни прозрачных глазурей, ни цветных эмалей) расписные вазы превращались в подлинные произведения искусства, оказавшие огромное влияние на развитие всего мирового декоративно-прикладного искусства.

Роспись древнегреческой керамики принято делить на четыре стиля:

• 1) IX-VIII вв. до н.э. - геометрический стиль - роспись в виде геометрического орнамента с условно-стилизованными фигурками животных и людей;
• 2) конец VII в. до н.э. - ковровый, или ориентализирующий, стиль - роспись с полихромными поясами орнамента с восточными узорами и изображения животных и фантастических существ;
• 3) VI в. до н.э. - чернофигурный стиль - роспись многофигурными композициями из жизни богов черным «лаком» по незакрашенному желтому, оранжевому или розоватому фону;
• 4) около 530 г. до н.э. - краснофигурный стиль - при покрытии фона черным «лаком» неокрашенные фигуры имели естественный цвет глиняного черепка. Эта техника давала мастеру возможность более детально прорисовывать формы, передавая естественность движения фигуры.

Этрусская керамика (XII-V вв. до н.э.) не уступает греческой с точки зрения технологий, но имеет меньшую художественную ценность.

Этрусскую керамику можно разделить на две группы:

• 1) копии греческих ваз (амфоры и чаши);
• 2) нерасписные сосуды среднеазиатского и египетского типа с грубо выполненными пластическими украшениями. По цвету черепка их делят на черные (буккеро, при обжиге глина приобретала черный цвет) и красные (импасто).

Римская культура унаследовала многие греческие традиции без трепетного отношения к керамике, как это было в Древней Греции. Керамические изделия - это уже не произведения искусства, а обычные бытовые изделия, имеющие по-римски чисто утилитарное, прагматическое значение. Для изготовления посуды применялся ручной гончарный круг. Устройство гончарных обжигательных печей по существу не изменилось, но печи для выпуска массовой продукции часто достигали больших размеров и допускали более высокий обжиг керамики. Римские керамисты изготавливали горшки, солдатские котлы, сковородки, кувшины для воды, посуду для молока, кубки в форме чаш и бокалов, большие блюда, тарелки, соусники, салатники. Римские строители широко применяли керамику, из нее выполняли сложные архитектурные детали.

Первоначально в Древнем Риме большое распространение получила расписная керамика, но постепенно она теряла свою художественную ценность и роспись полностью заменила рельеф на глиняной посуде, покрытой красным «лаком». Керамисты Аррециума в Италии достигли совершенства в изготовлении красной глазури, имеющей ровную окраску и блестящую поверхность, напоминающую блеск сургуча.

Для декорирования использовали известные приемы изготовления невысокого рельефа на внешней поверхности стенок с помощью форм и штампов. Рельефы на некоторых арретинских сосудах создавали с помощью штампов, имевших «негативные» углубленные изображения. Они оттискивались в мягкой керамической массе на поверхности сосудов, а затем покрывались красным «лаком» и обжигались в печах.

Наиболее активно керамические изделия в Киевской Руси стали изготавливаться в VIII-XII вв. Первоначально изделия изготавливались лепкой, но в конце IX - начале X в. произошел переход к гончарной технологии.

В массу для придания прочности стали добавлять различные наполнители: песок, дробленый камень, слюду, солому и мякину. Для придания прочности изделиям их стали декорировать калением в чистой воде, обдариванием в теплом хлебном растворе и чернением в печи. Основной продукцией были различные виды посуды (горшки, крынки, жбаны, миски), детские игрушки, светильники, рукомойники, кирпичи, облицовочная плитка.

В X-XI вв. ручной гончарный круг заменяет ножной, вращающийся быстрее и освобождающий руки гончара, что меняет вновь технологию - устраняется процесс предварительной черновой лепки изделия.

Татаро-монгольское иго отбросило все достижения русских гончаров IX-XII вв.: полностью исчезли некоторые сосуды, упростился орнамент, была практически полностью забыта технология глазурования п после свержения ига еще три века изделия отличались однообразием и грубостью форм.

На культуру керамического производства в Западной Европе большое влияние оказали испано-мавританские керамические изделия, покрытые оловянной глазурью. Вначале в Италии «майоликами» называли только испанскую керамику, импортированную в страну, в конце XIV в. в Италии стало интенсивно развиваться производство подобной керамики, а XVI в. название «майолика» стало применяться и к итальянской керамике.

В Италии керамист Лука делла Роббиа (1399(1400)-1482) первым применил технику глазурования терракоты в круглой скульптуре и рельефах для фасадов и интерьеров зданий. Его изделия стали называть майоликой, а разработанные глазури стали секретом семьи делла Роббиа и до XVI в. изготовление скульптуры из майолики оставалось привилегией семейства делла Роббиа.

Покрытие изделий белой оловянной глазурью создавало идеальный фон для росписи. Сначала рисунок стали просто наносить на сырую глазурь (эль-фреско), а затем еще и усовершенствовали технологию нанесением дополнительного покрытия прозрачной глазурью.

Вначале большинство итальянских керамических изделий служили лишь декоративным целям, но позднее декоративность и утилитарность соединились в альбарелли - античных сосудах эпохи Возрождения.

В свою очередь итальянская майолика оказана немалое влияние на развитие керамического промысла Германии XV в., а также Франции XVI- XVIII вв., где она стана называться «фаянс».

Во Франции родоначальником фаянса считается Бернар Палисси (около 1510-1589(1590)), который разработал собственные рецепты белой эмали и различных глазурей - полив. Он работал с «сельскими глинами» и создан многочисленные декоративные произведения (в основном декоративные блюда), выдержанные как в натуралистическом, так и в мифологическом духе. Одновременно во Франции развивается и другая технология - обжиг при низкой температуре с росписью по предварительно обожженной глазури.

Другим технологическим видом керамики того времени была каменная масса. В XIV в. немецкие гончары изобрели каменную массу. Она массово производилась в XIV-XVII вв.

До XV в. технология производства совершенствовалась, стал применяться рельефный декор, и лишь к началу XVI в. каменная керамика обрела тот классический свой вид, который имеет сейчас.

Благодаря низкодисперсному составу массы и небольшой усадке технология позволила декорировать стенки сосудов весьма тонкими и проработанными рельефами. Штампы для их изготовления вырезались отдельно и пропечатывались на подсохшем сосуде. Благодаря высокой температуре обжига, до 1300°С, уменьшалась пористость черепка. Поэтому утилитарную посуду из каменной массы часто могли не глазуровать, но большинство сосудов при обжиге все же покрывали бесцветной соляной глазурыо. Каменная керамика приобрела прочность, что позволило экспортировать ее далеко от места производства: в Европу, в Россию, в даже в Северную Америку.

Когда каменная керамика попала в Англию, керамист Джозайя Веджвуд на ее основе изобрел более качественные фаянсовые массы - базальтовый черепок, кремовую массу и «яшмовую массу», из которой изготавливались знаменитые синие вазы с белым рельефом в стиле классицизма.

В XVI в. в Европу везли китайский фарфор, где он стал самой желанной драгоценностью, фарфоровые изделия были в каждом дворце Европы и России. Дорогостоящие фарфоровые изделия выставлялись напоказ и позволяли продемонстрировать высокий статус, достаток и хороший вкус владельца. Даже разбитые изделия не выбрасывали, фарфоровые черепки оправляли в драгоценные металлы и носили как бусы на золотой цепочке. В XVII в. появилась мода па декоративную роспись китайского фарфора: основными мотивами росписи были разнообразные цветы (пионы, хризантемы, лотос), ветки сосен, птицы и звери, драконы.

Европейцы очень хотели раскрыть секрет изготовления фарфора. Считается, что в результате именно этих экспериментов появились фаянс, каменные изделия и разновидности мягкого фарфора. Сначала это были попытки итальянских мастеров, и во Флоренции в 1575 г. был получен «фарфор Медичи». По своим свойствам он находился между твердым и мягким фарфором, имел желтоватый цвет, был прозрачным благодаря белой глине из Виченцы и покрывался белой майоличной глазурыо. Для росписи использовали оксид кобальта (синий цвет), иногда оксид марганца (синевато-лиловый цвет). Декорировали изделия стилизованными цветками, ветками, птицами. Выпускали такой фарфор до первой четверти XVII в. включительно.

Затем французские керамисты в конце XVII в. проводили успешные опыты но изготовлению фарфора (мануфактуры в Руане, Сен-Клу, Менне- си, Шантийи, Венсене, изготавливающие изделия из мягкого фарфора). С 1673 по 1696 г. Руанская мануфактура выпускала хрупкий прозрачный мягкий фарфор молочного оттенка. Для росписи использовали синюю, красную и зеленую подглазурную краски.

На фабрике Сен-Клу с 1670 по 1766 г. создавали мягкий фарфор, изделия из которого имели простые формы, толстый черепок кремового цвета и были покрыты блестящей прозрачной плотной глазурью, закрывающей рельеф. Для декора использовали узор из отформованных или наложенных цветов и листьев, рельефный цветочный декор и рельефное золочение.

Для росписи применяли синюю, бирюзовую, желтую и зеленую надглазур- ную краску. Изделия часто оправляли в серебро.

В XVIII в. в Британии открылось много фабрик по производству мягкого фарфора: Челси, Боу, Дерби, Вустер, Споуд, Коулпорт, Минтон. Каждую из них отличал собственные почерк и стиль. На фабрике Челси с 1750 по 1784 г. выпускали декоративные, непрактичные изделия из мягкого фарфора. На производстве в Боу в 1748 г. впервые стали добавлять костную золу в массу и получили отличающийся белизной костяной фарфор; на фабрике в Дерби с 1750 г. выпускали статуэтки, соревнуясь с Челси, а с 1764 по 1769 г. в производстве фарфора стали применять мыльный камень.

Разновидности мягкого фарфора XVI-XVII вв. имели сложный состав, желтый цвет черепка, сильно деформировались при обжиге, но некоторые виды мягкого фарфора после улучшения состава и технологии продолжают выпускать до сих пор, как, например, костяной фарфор.

Наличие большой пористости, хрупкость, сильная деформация при обжиге изделий из мягкого фарфора заставляли европейцев искать рецепт твердого фарфора. В Саксонии у курфюрста Августа в 1709 (1710) г. алхимик Иоганн Фридрих Беттгер с помощью ученого Эренфрида Вальтера фон Чирнгауса получил образцы твердого фарфора. Они подобрали сырьевые материалы для фарфора и глазурей, подняли температуру обжига до 1300°С и разработали технологию высокотемпературного обжига.

В 1710 г. открывается Майсенская мануфактура, на которой начинают выпускаться сосуды, по форме похожие на дельфтский фаянс, сосуды с двойными стенками, украшенные резьбой с внешней стороны, выпускались столовые приборы и различные скульптуры (одной из первых скульптур была фигура Августа Сильного).

Нравы европейцев в XVIII в. стали свободнее, и несмотря на усилия правителя Саксонии Фредерика Августа I удержать в тайне технологию твердого фарфора майсенские мастера уходили в другие страны вместе с секретами производства. Фарфор быстро распространился в европейских городах и вытеснил производство фаянса.

Во Франции на Севрской мануфактуре в 1750 г. выпускали мягкий севрский фарфор, а с 1756 г. стали выпускать твердый фарфор. На фабрике сложился изысканно-утонченный стиль севрского фарфора, особенно характерны изделия с расписной позолоченной пластикой и скульптуры из белого неглазурованного фарфора (бисквита).

Российская керамика после упадка, вызванного татаро-монгольским игом, вновь возрождается в XIV-XV вв. Главным центром становится Гончарная слобода в Москве, где к XVII в. выпускается большой ассортимент посуды, игрушек, светильников и т.д.

В XVI в. в России возникает ценинное ремесло (изготовление глиняных предметов с покрытием изделий белой эмалью). Большинство ценинных изделий - изразцы, изготовленные на глиняной основе, применявшиеся для украшения храмов и домашней обетановки. При описании царских и боярских покоев в XVI в. непременно встречаются упоминания о ценинных печах, покрытых белыми с синим рисунком изразцами.

В начале XVIII в. гжельские мастера изготавливали простую белую посуду и обливную посуду с разноцветной глазурыо и художественной росписью - русскую майолику. Изделия были очень разнообразными: скульптура, посуда и даже сервизы. Однако богатые люди хотели иметь фарфоровые изделия.

В России по указанию Петра I с 1718 г. велись попытки открыть фарфор. В 1724 г. в Москве Афанасий Кириллович Гребенщиков открыл первый це- нинный (майоликовый) завод и поставлял свои изделия к императорскому двору. Сначала выпускались курительные трубки по голландским образцам, затем изразцы - сначала рельефные, затем гладкие с росписью, и с конца 1730-х гг. - ценинная (крытая эмалью) посуда. Па заводе стали выпускать высококачественную майоликовую посуду с росписью синим и трехцветным орнаментом по сырой светло-голубой эмали. В 1746 г. (раньше чем Д. В. Виноградов) сын А. К. Гребенщикова Иван Афанасьевич самостоятельно открыл секрет производства фарфора, но разрешения на его производство не получил и опыты по созданию фарфора на заводе Гребенщикова были прекращены.

По официальной версии фарфор в России появился при Елизавете Петровне в 1746 г., но разработал этот рецепт русский мастер, учившийся за границей (берг-мейстер) Дмитрий Иванович Виноградов. С 1744 г. он проводил эксперименты на первой порцелиновой (фарфоровой) Императорской мануфактуре под руководством Гунтера и разработал технологию производства фарфора на основе нескольких сортов гжельской глины. Первые фарфоровые изделия, созданные в России после открытия секрета русско- 10 фарфора, отличались самобытностью, самостоятельностью, особенно в отношении форм. На мануфактуре выпускали подсвечники, курительные трубки,скульптурки,сервизы.

В 1765 г. порцелиновая мануфактура была преобразована в Императорский фарфоровый завод, где продолжали создавать декоративные вазы, бюсты, рельефы, серию (около ста) фигур из фарфора, изображающих народы России.

В 1766 г. Франц Яковлевич Гарднер основывает частное предприятие по производству фарфора под Москвой, в селе Вербилки Дмитровского уезда (отсюда название «дмитровский фарфор»). Именно ему в 1778 г. Екатерина 11 поручила изготовление «орденского» «Георгиевского сервиза». Сначала на заводе повторяли саксонские тарелки и скульптуры и даже ставили мейсенскую марку в виде двух скрещенных мечей и продавали купцам, мещанам и зажиточным крестьянам. В начале XIX в. на заводе Гарднера выпускали ярко расписанные фигурки - «русские типы». В 1892 г. наследники Гарднера продали завод М. С. Кузнецову.

В начале XIX в. в России появились десятки небольших частных заводов. В 1812 г. в Петербурге открылся завод купца Сергея Батенина, выпускавший до 1839 г. большие золоченые вазы в стиле русского ампира с росписью, в клеймах пышными букетами роз. Похожие изделия выпускали на заводах Попова, Тереховых и Киселева в районе Гжели из вызолоченного фарфора и называли «бронзовый товар».

В 1832 г. Терентий Яковлевич Кузнецов основал в подмосковном Лики- но-Дулёво керамический завод. Его внук Матвей Сидорович Кузнецов к 1889 г. сосредоточил в своих руках все наиболее крупные заводы и организовал «Товарищество М. С. Кузнецова». Кузнецов оставил прежние фабричные марки и пытался сохранить привычный облик изделий, но ручную роспись заменили деколью и стали сочетать разные стили, манеры, приемы и элементы декора. К концу XIX в. («кузнецовский фарфор») формы стали эклектичными, перегруженными полихромной росписью с грубыми цветовыми сочетаниямий. Отсюда презрительное название «кузнецовщина» как синоним «купеческого вкуса» и эклектизма в русском прикладном искусстве конца XIX в.

С 1870 г. в Конаково Тверской губернии, на заводе, также приобретенном М. С. Кузнецовым, стали производить изделия из фарфора с типично «кузнецовской» росписью.

В конце XIX - начале XX в. керамическое производство пошло по двум основным направлениям: развитие утилитарно-бытовых вещей (это направление находилось в данный период в упадке) и выход из исторических рамок (второе новое направление создавало станковые картины в фаянсе, декоративные панно и скульптуры в майолике). Этот конфликт массового производства и искусства в конце концов привел к созданию дизайна, отвечающего за создание не только изделия, стиля, но и среды жизни. На первый план вышел дизайн керамических изделий, в котором должны отражаться и народные традиции, и новые тенденции в быту и архитектуре. Керамические изделия используются в архитектуре как строительный, облицовочный и декоративный материал, в быту (посуда, вазы), как художественная пластика, сувенирная продукция.

Керамическое производство - большие заводы, небольшие мастерские и индивидуальные художпики-керамисты - получили в свое распоряжение большое количество разнообразных масс для производства керамических материалов широкого ассортимента, а также эффективное оборудование (прежде всего печи для обжига) и отработанную десятилетиями XX в. высокопроизводительную технологию.

На сегодня для производства художественных керамических изделий используют следующие виды керамики: майолику, гончарные изделия, терракоту, каменные изделия, фаянс и фарфор. Для изготовления керамических изделий можно выделить основные способы формования: шликерное литье, пластический способ, полусухой способ, сухой способ.

Шликерное литье и пластическое формование па станках позволяет сильно удешевить производство, копировать и тиражировать керамические изделия в любом количестве.

Рассмотрим в следующей главе классификацию видов керамики.

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Когда появились первые керамические изделия?
• 2. Какой сырьевой материал применялся для получения керамических изделий?
• 3. Как декорировали первые керамические изделия?
• 4. Назовите стили росписи древнегреческой керамики.
• 5. Какие технологии применялись для изготовления керамических изделий в Киевской Руси VIII-XII вв.?
• 6. В каких странах Европы стали изготавливать фарфор?
• 7. Когда появился фарфор в России?
• 8. Перечислите основные керамические производства в XIX в. в России.
• 9. Какие современные керамические заводы в России известны?

• Иманов Г. М., Косов В. С., Смирнов Г. В. Производство художественной керамики: учебник.М. : Высшая школа, 1985 ; Акунова Л. Ф., Приблуда С. 3. Материаловедение и технологияпроизводства художественных керамических изделий. М.: Высшая школа, 1991 ; Бойко 10. А.,Лившиц В. Б. Материалы для художественных изделий (Керамика и покрытия. Металлыи сплавы). М. : ОнтоПринт, 2015 ; Волкова Ф. Н. Общая технология керамических изделий.М.: Стройиздат, 1989 ; Французова И. Г. Общая технология производства фарфоровых и фаянсовых изделий. М.: Высшая школа, 1991.

1. Общие сведения

Керамическими называют искусственные каменные материалы и изделия, полученные в процессе технологической обработки минерального сырья и последующего обжига при высоких температурах.

Название "керамика" происходит от греческого слова "keramos" - глина.

Поэтому под технологией керамики всегда подразумевали производство материалов и изделий из глинистого сырья и смесей его с органическими и минеральными добавками.

Материал, из которого состоят керамические изделия после обжига, в технологии керамики называют керамическим черепком .

Глины всегда в истории человечества были и являются одним из основных видов строительных материалов.

Вначале - 8000 лет до н.э. - глины применялись в необожженном виде для глинобитного строительства и изготовления саманного и сырцового кирпича. 3500 лет до н.э. отмечается начало применения керамического кирпича, а 1000 лет до н.э. - глазурованного кирпича и черепицы.

С середины первого тысячелетия в Китае начинается производство изделий из фарфора.

В России первый кирпичный завод был построен в Москве в 1475 г., а в 1744 году в Петербурге начал работать первый фарфоровый завод. В конце XVIII - середине XIX в. бурное развитие металлургической, химической и электротехнической промышленности привело к развитию производства огнеупорной, кислотоупорной, электроизоляционной керамики и плиток для полов

С начала текущего столетия получило развитие производство эффективного кирпича и пустотелых камней для возведения стен и перекрытий, а также керамических плиток для внутренней и наружной отделки и санитарно-технических изделий.

В последнее время получило распространение производство специальной керамики с уникальными свойствами для нужд ядерной энергетики, машиностроения, электронной, ракетной и других отраслей промышленности.

Большой практический интерес имеют керметы, состоящие из металлической и керамической частей.

В понятие керамические материалы и изделия входит широкий круг материалов с различными свойствами.

Их классифицируют по ряду признаков :
- по назначению керамические изделия подразделяют на следующие виды: стеновые, отделочные, кровельные, для полов, для перекрытий, дорожные, санитарно-технические, кислотоупорные, теплоизоляционные, огнеупорные и заполнители для бетонов;

По структуре различают керамические изделия с пористым и спекшимся (плотным) черепком. Пористыми считают изделия с водопоглощением по массе более 5%. К ним относятся изделия как грубой (керамические стеновые кирпич и камень, изделия для кровли и перекрытий, дренажные трубы), так и тонкой (облицовочные плитки, фаянсовые) керамики. К плотным относят изделия с водопоглощением по массе менее 5%. К ним принадлежат также изделия и грубой (клинкерный кирпич, крупноразмерные облицовочные плиты), и тонкой (фаянс, полуфарфор, фарфор) керамики;

По температуре плавления керамические материалы и изделия подразделяются на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350 °С), тугоплавкие (с температурой плавления 1350 °С-1580 °С), огнеупорные (1580 °С-2000 °С), высшей огнеупорности (более 2000 °С).

Возможность получения любых заданных свойств, широкая номенклатура, большие запасы повсеместно распространенного сырья, сравнительная простота технологии, высокая долговечность и экологическая безвредность керамических материалов обеспечивают им одно их первых мест по значимости и объемам производства среди других строительных материалов.

Так выпуск керамического кирпича составляет около половины объема всех стеновых материалов.

2. Сырье для производства керамических материалов

Основным сырьевым материалом для производства строительных керамических изделий является глинистое сырье, применяемое в чистом виде, а чаще в смеси с добавками - отощающими, породообразующими, плавнями, пластификаторами и др.

Глинистое сырье

Глинистое сырье (глины и каолины) - продукт выветривания изверженных полевошпатных горных пород, содержащий примеси других горных пород.

Глинистые минеральные частицы диаметром 0,005 мм и менее обеспечивают способность при затворении водой образовывать пластичное тесто, сохраняющее при высыхании приданную форму, а после обжига приобретающее водостойкость и прочность камня.

Помимо глинистых частиц в составе сырья имеется определенное содержание пылевидных частиц с размерами зерен 0,005-0,16 мм и песчаных частиц с размерами зерен 0,16-2 мм.

Глинистые частицы имеют пластинчатую форму, между которыми при смачивании образуются тонкие слои воды, вызывая набухание частиц и способность их к скольжению относительно друг друга без потери связности. Поэтому глина, смешанная с водой, дает легко формуемую пластичную массу.

При сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается по объему. Этот процесс называется воздушной усадкой.

Чем больше в глинистом сырье глинистых частиц, тем выше пластичность и воздушная усадка глин. В зависимости от этого глины подразделяются на высокопластичные, среднепластичные, умеренно-пластичные, малопластичные и непластичные

Высокопластичные глины имеют в своем составе до 80-90% глинистых частиц, число пластичности более 25, водопотребность более 28% и воздушную усадку 10-15%. Средне- и умеренно-пластичные глины имеют в своем составе 30-60% глинистых частиц, число пластичности 15-25, водопотребность 20-28% и воздушную усадку 7-10%.

Малопластичные глины имеют в своем составе от 5% до 30% глинистых частиц, водопотребность менее 20%, число пластичности 7-15 и воздушную усадку 5-7%.

Непластичные глины не образуют пластичное удобоформуемое тесто.

Глины с содержанием глинистых частиц более 60% называют "жирными", отличаются высокой усадкой, для снижения которой в глины добавляют "отощающие" добавки.

Глины с содержанием глинистых частиц менее 10-15%*- "тощие" глины, в них при производстве изделий вводят тонкодисперсные добавки, например, бентонитовую глину.

Различное сочетание химического, минералогического и гранулометрического состава компонентов обуславливает различные свойства глинистого сырья и пригодность его для получения керамических изделий тех или иных свойств и назначения.

Гранулометрический состав глин тесно связан с минералогическим составом.

Песчаные и пылевидные фракции представлены главным образом в виде остатков первичных минералов (кварца, полевого шпата, слюды и др.).

Глинистые частицы в большинстве своем состоят из вторичных минералов: каолинита, монтмориллонита, гидрослюдистых и их смесей в различных сочетаниях.

Глины с преобладающим содержанием каолинита имеют светлую окраску, слабо набухают при взаимодействии с водой, характеризуются тугоплавкостью, малопластичны и малочувствительны к сушке.

Глины, содержащие монтмориллонит, весьма пластичны, сильно набухают, при формовке склонны к свилеобразованию, чувствительны к сушке и обжигу с проявлением искривления изделий и растрескивания.

Высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита называют бентонитами.

Образцы с преобладанием в глинистой части гидрослюдистых минералов характеризуются промежуточными показателями пластичности, усадки и чувствительности к сушке.

Химический состав глин выражается содержанием и соотношением различных оксидов.

Присутствие оксидов железа снижает огнеупорность глин, тонкодисперсного известняка придает светлую окраску и понижает огнеупорность глин, а камневидные включения его являются причинами появления "дутикон" и трещин в керамических изделиях

Оксиды щелочных металлом являются сильными плавнями, способствуют повышению усадки, уплотнению черепка и повышению его прочности. Наличие в глинистом сырье растворимых солей сульфатов и хлоридов натрия, кальция, магния и железа вызывает появление белых выцветов на поверхности изделий.

Для изготовления отдельных видов огнеупорных теплоизоляционных изделий применяют глинистое сырье из трепелов и диатомитов, состоящие в основном из аморфного кремнезема, а для производства легких заполнителей используют перлит, пемзу, вермикулит.

В настоящее время природные глины в чистом виде редко являются кондиционным сырьем для производства керамических изделий. В связи с этим их применяют с введением добавок различного назначения.

Добавки к глинам

Отощающие добавки . Их вводят в пластичные глины дни уменьшения усадки при сушке и обжиге и предотвращения деформаций и трещин в изделиях. К ним относятся: дегидратированная глина, шамот, шлаки, золы, кварцевый песок.

Порообразующие добавки . Их вводят для повышения пористости черепка и улучшения теплоизоляционных свойств керамических изделий. К ним относятся: древесные опилки, угольный порошок, торфяная пыль. Эти добавки являются одновременно и отощающими.

Плавни . Их вводят с целью снижения температуры обжига керамических изделий. К ним относятся: полевые пшаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк, песчаник, пегматит, стеклобой, перлит.

Пластифицирующие добавки. Их вводят с целью повышения пластичности сырьевых смесей при меньшем расходе воды. К ним относятся высокопластичные глины, бентониты, поверхностно-активные вещества.

Специальные добавки. Для повышения кислотостойкости керамических изделий в сырьевые смеси добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом. Для получения некоторых видов цветной керамики в сырьевую смесь добавляют оксиды металлов (железа, кобальта, хрома, титана и др.).

Глазури и ангобы

Некоторые виды керамических изделий для повышения санитарно-гигиенических свойств, водонепроницаемости, улучшения внешнего вида покрывают декоративным слоем - глазурью или ангобом.

Глазурь - стекловидное покрытие толщиной 0,1-0,2 мм, нанесенное на изделие и закрепленное обжигом. Глазури могут быть прозрачными и глухими (непрозрачными) различного цвета.

Для изготовления глазури используют: кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочноземельных металлов. Сырьевые смеси размалывают в порошок и наносят на поверхность изделий в виде порошка или суспензии перед обжигом.

Ангобом называется нанесенный на изделие тонкий слой беложгущейся или цветной глины, образующей цветное покрытие с матовой поверхностью. По свойствам ангоб должен быть близок к основному черепку.

3. Схема производства керамических изделий

При всем многообразии керамических изделий по свойствам, формам, назначению, виду сырья и технологии изготовления основные этапы производства керамических изделий являются общими и состоят из следующих операций: добыча сырьевых материалов, подготовка массы, формование изделий, их сушка и обжиг.

Добыча глины осуществляется на карьерах обычно открытым способом экскаваторами и транспортируется на предприятие керамических изделий рельсовым, автомобильным или другим видом транспорта.

Разработке карьера предшествуют подготовительные работы: геологическая разведка с установлением характера залегания, полезной толщи и запасов глин; счистка поверхности от растений за год-два до начала разработки, удаление пород, непригодных для производства.

Подготовка глин и формование изделий

Карьерная глина в естественном состоянии обычно непригодна для получения керамических изделий. Поэтому проводится ее обработка с целью подготовки массы.

Подготовку глин целесообразно вести сочетанием естественной и механической обработки.

Естественная обработка подразумевает собой вылеживание предварительно добытой глины в течение 1-2 лет при периодическом увлажнении атмосферными осадками или искусственном замачивании и периодическом замораживании и оттаивании.

Механическая обработка глин производится с целью дальнейшего разрушения их природной структуры, удаления или измельчения крупных включений, удаления вредных примесей, измельчения глин и добавок и перемешивания всех компонентов до получения однородной и удобоформуемой массы с использованием специализированных машин (глинорыхлителей; камневыделительных, дырчатых, дезинтеграторных, грубого и тонкого помола вальцов; бегунов, глинорастирочных машин, корзинчатых дезинтеграторов, роторных и шаровых мельниц, одно- и двухвальных глиномешалок, пропеллерных мешалок и др.).

В зависимости от вида изготовляемой продукции, вида и свойств сырья массу приготовляют пластическим, жестким, полусухим, сухим и шликерным способами. Способ приготовления массы определяет и способ формования и название в целом способа производства

При пластическом способе подготовки массы и формования исходные материалы при естественной влажности или предварительно высушенные смешивают с добавками воды до получения теста с влажностью от 18 до 28%.

Этот способ производства керамических строительных материалов является наиболее простым, наименее металлоемким и потому наиболее распространенным.

Он применяется в случаях использования среднепластичных и умеренно-пластичных, рыхлых и влажных глин с умеренным содержанием посторонних включений, хорошо размокающих и превращающихся в однородную массу.

Технологическая схема производства керамического кирпича:

1 - карьер глины; 2 - экскаватор; 3 - глинозапасник; 4 - вагонетка; 5 - ящичный подаватель; 6 - добавки; 7 - бегуны; 8 - вальцы; 9 -ленточный пресс; 10 - резак; 11 - укладчик; 12 - тележка; 13 - сушильные камеры; 14 - туннельная печь; 15 - самоходная тележка; 16 - склад

Набор и разновидности машин для подготовки массы могут отличаться от приведенных на рис.1 в зависимости от свойств сырья и добавок.

Однако формование при пластическом способе всегда производится на машине одного принципа действия - ленточном шнековом прессе с вакуумированием и подогревом или без них.

Вакуумирование и подогрев массы при прессовании позволяет улучшить ее формовочные свойства, увеличить прочность обоженного изделия до 2-х раз.

В корпусе пресса вращается шнек-вал с винтовыми лопастями. Глиняная масса перемещается с помощью шнека к сужающейся переходной головке, уплотняется и выдавливается через мундштук в виде непрерывного бруса или ленты, или трубы под давлением 1,6-7 МПа.

Ленточный вакуумный пресс:

1 - шнековый вал; 2 - прессовая головка; 3 - мундштук; 4 - глиняный брус; 5 - крыльчатка; 6 - вакуум-камера; 7 - решетка; 8 - глиномялка

Производительность современных ленточных прессов по производству кирпича достигает 10000 штук в час.

Жесткий способ формования является разновидностью современного развития пластического способа.

Влажность формуемой массы при этом способе колеблется от 13% до 18%. Формование осуществляется на мощных вакуумных шнековых или гидравлических прессах. Вакуум-пресс итальянской фирмы "Бонджени", например, создает давление прессования до 20 МПа.

В связи с тем, что "жесткое" формование осуществляется при относительно высоких 10-20 МПа давлениях, могут быть использованы менее пластичные и с естественной низкой влажностью глины.

При этом способе требуются меньшие энергетические затраты на сушку, а получение изделия сырца с повышенной прочностью позволяет избежать некоторые операции в технологии производства, обязательные при пластическом способе.

Формование при пластическом и жестком способах завершается разрезкой непрерывной ленты отформованной массы на отдельные изделия на резательных устройствах.

Эти способы формования наиболее распространены при выпуске: сплошных и пустотелых кирпичей, камней, блоков и панелей; черепицы и т.п.

Полусухой способ производства строительных керамических изделий распространен меньше, чем способ пластического формования. Керамические изделия по этому способу формуют из шихты с влажностью 8-12% при давлениях 15-40 МПа.

Недостаток способа в том, что его металлоемкость почти в 3 раза выше, чем пластического.

Но вместе с тем он имеет и преимущества.

Длительность производственного цикла сокращается почти в 2 раза; изделия имеют более правильную форму и более точные размеры; до 30% сокращается расход топлива; в производстве можно использовать малопластичные тощие глины с большим количеством добавок отходов производства - золы, шлаков и др.

Сырьевая масса представляет собой порошок, который должен иметь около 50% частиц менее 1 мм и 50% размером 1-3 мм.

Прессование изделий производится в прессформах на одно или несколько отдельных изделий на гидравлических или механических прессах. По этому способу делаются все виды изделий, которые изготовляются и пластическим способом.

Сухой способ является разновидностью современного развития полусухого производства керамических изделий. Пресс-порошок при этом способе готовится с влажностью 2-6%.

При этом устраняется полностью необходимость операции сушки. Таким способом изготовляют плотные керамические изделия-плитки для полов, дорожный кирпич, материалы из фаянса и фарфора.

Шликерный способ применяется, когда изделия изготавливаются из многокомпонентной массы, состоящей из неоднородных и трудноспекающихся глин и добавок, и когда требуется подготовить массу для изготовления керамических изделий сложной формы методом литья.

Отливка изделий производится из массы с содержанием воды до 40%. Этим способом изготовляются санитарно-технические изделия, облицовочные плитки.

Сушка изделий

Перед обжигом изделия должны быть высушены до содержания влаги 5-6% во избежание неравномерной усадки, искривлений и растрескивания при обжиге.

Прежде сырец сушили преимущественно в естественных условиях в сушильных сараях в течение 2-3 недель в зависимости от климатических условий.

В настоящее время сушка производится преимущественно искусственная в туннельных непрерывного действия или камерных периодического действия сушилах в течение от нескольких до 72-х часов в зависимости от свойств сырья и влажности сырца

Сушка производится при начальной температуре теплоносителя - отходящих газов от обжиговых печей или подогретого воздуха -120-150 °С.

Обжиг изделий

Обжиг - важнейший и завершающий процесс в производстве керамических изделий. Этот процесс можно разделить на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и регулируемое охлаждение.

При нагреве сырца до 120 °С удаляется физически связанная вода и керамическая масса становится непластичной. Но если добавить воду, пластические свойства массы сохраняются.

В температурном интервале от 450 °С до 600 °С происходит отделение химически связанной воды, разрушение глинистых минералов и глина переходит в аморфное состояние.

При этом и при дальнейшем повышении температуры выгорают органические примеси и добавки, а керамическая масса безвозвратно теряет свои пластические свойства.

При 800 °С начинается повышение прочности изделий, благодаря протеканию реакций в твердой фазе на границах поверхностей частиц компонентов.

В процессе нагрева до 1000 °С возможно образование новых кристаллических силикатов, например силлиманита, а при нагреве до 1200 °С и муллита.

Одновременно с этим легкоплавкие соединения керамической массы и минералы плавни создают некоторое количество расплава, который обволакивает не расплавившиеся частицы, стягивает их, приводя к уплотнению и усадке массы в целом.

Эта усадка называется огневой усадкой.

В зависимости от вида глин она составляет от 2% до 8%. После остывания изделие приобретает камневидное состояние, водостойкость и прочность. Свойство глин уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок называется спекаемостью глин .

В зависимости от назначения обжиг изделий ведется до различной степени спекания. Спекшимся считается черепок с водопоглощением менее 5%. Большинство строительных изделий обжигается до получения черепка с неполным спеканием в определенном температурном интервале от температуры огнеупорности до начала спекания, называемым интервалом спекания.

Интервал спекания для легкоплавких глин составляет 50-100 °С, а огнеупорных до 400 °С. Чем шире интервал спекания, тем меньше опасность деформаций и растрескивания изделий при обжиге.

Интервал температур обжига лежит в пределах: от 900 °С до 1100 °С для кирпича, камня, керамзита; от 1100 °С до 1300 °С для клинкерного кирпича, плиток для полов, гончарных изделий, фаянса; от 1300 °С до 1450 °С для фарфоровых изделий; от 1300 °С до 1800 °С для огнеупорной керамики.

4. Структура и свойства керамических изделий

Керамические материалы представляют собой композиционные материалы, в которых матрица или непрерывная фаза представлена остывшим расплавом, а дисперсная фаза представлена нерасплавленными частицами глинистых, пылевидных и песчаных фракций, а также порами и пустотами, заполненными воздухом.

Материал матрицы в свою очередь представляет собой микрокомпозиционный материал, состоящий из матрицы - непрерывной стекловидной фазы застывшего расплава и дисперсной фазы - кристаллических зерен силлиманита, муллита, кремнезема различных фракций и других веществ, кристаллизующихся при остывании (в основном алюмосиликатов).

Стекловидная, аморфная фаза (переохлажденная жидкость) представлена в микроструктуре легкоплавкими компонентами, которые не успели выкристаллизоваться при заданной скорости остывания расплава.

Истинная плотность керамических материалов 2,5 - 2,7 г/см; плотность 2000 - 2300 кг/м; теплопроводность абсолютно плотного черепка 1,16 В/(м °С). Теплоемкость керамических материалов 0,75 - 0,92 кДж/(кг °С).

Предел прочности при сжатии керамических изделий меняется в пределах от 0,05 до 1000 МПа.

Водопоглощение керамических материалов в зависимости от пористости меняется в пределах от 0 до 70%.

Керамические материалы имеют марки по морозостойкости: 15; 25; 35; 50; 75 и 100.

5. Стеновые изделия

К группе стеновых изделий относятся: кирпич керамический обыкновенный, эффективные керамические материалы (кирпич пустотелый, пористо-пустотелый, легкий, пустотелые камни, блоки и плиты), а также крупноразмерные блоки и панели из кирпича и керамических камней.

Керамические кирпичи и камни

Керамические кирпичи и камни изготовляют из легкоплавких глин с добавками или без них и применяются для кладки наружных и внутренних стен и других элементов зданий и сооружений, а также для изготовления стеновых панелей и блоков.

В зависимости от размеров кирпич и камни подразделяются на виды :
- обыкновенный;
- утолщенный;
- модульный;
- камень обыкновенный;
- укрупненный;
- модульный;
- с горизонтальным расположением пустот.

Типы керамического кирпича и камня

Кирпич: а) обыкновенный; б) утолщенный; в) модульный. Камень: г) обыкновенный; д) укрупненный; е) модульный; ж), з) с горизонтальным расположением пустот

Кирпич может быть полнотелым и пустотелым, а камни только пустотелыми. Утолщенный и модульный кирпич должен быть также только с круглыми или щелевыми пустотами, чтобы масса одного кирпича не превышала 4 кг.

Поверхность граней может быть гладкой и рифленой.

Кирпич и камень должен быть нормально обожжен, так как недожог (алый цвет) обладает недостаточной прочностью, малой водостойкостью и морозостойкостью, а пережженный кирпич (железняк) отличается повышенной плотностью, теплопроводностью и, как правило, имеет искаженную форму.

Допускается изготовление кирпича и камней с закругленными углами с радиусом закругления до 15 мм. Размер цилиндрических сквозных пустот по наименьшему диаметру должен быть не менее 16 мм, ширина щелевых пустот не более 12 мм. Диаметр несквозных пустот не ограничивается.

Толщина наружных стенок кирпича и камней должна быть не менее 12 мм. По внешнему виду кирпич и камень должны удовлетворять определенным требованиям.

Это устанавливается путем осмотра и обмера определенного количества кирпича от каждой партии (0,5%, но не менее 100 шт.) по отклонениям от установленных размеров, непрямолинейности ребер и граней, отбитости углов и ребер, наличию сквозных трещин, проходящих по постели кирпича.

Общее количество изделий с отклонениями, выше допустимых, должно быть не более 5%.

Марка кирпича в зависимости от пределов прочности при сжатии и изгибе

Марка кирпича	Предел прочности, МПа
	Для всех видов кирпичей		при изгибе
	при сжатии		для полнотелого кирпича пластического прессования		для полнотелого кирпича полусухого прессования и пустотелого кирпича		для утолщенного кирпича
	средний для 5 образцов	min	средний для 5 образцов	min	средний для 5 образцов	min	средний для 5 образцов	min
	30,0	25,0
	29,0	20,0
	20,0	17,5
	17,5	15,0
	15,0	12,5
	10,0

Морозостойкость кирпича и камней 15, 25, 35 и 50. Водопоглощение для полнотелого кирпича должно быть для марок до 150 не менее 8%, а для полнотелого кирпича более высоких марок и пустотелых изделий не менее 6%.

По плотности в сухом состоянии кирпич и камни подразделяются на 3 группы :
- обыкновенные - с плотностью более 1600 кг/м;
- условно-эффективные - с плотностью более 1400-1600 кг/м;
- эффективные - с плотностью не более 1400-1450 кг/м.

К эффективным стеновым материалам относятся также пористые сплошные и пустотелые кирпич и камни, изготовляемые из диатомитов и трепелов и имеющие плотность: класс А - 700-1000 кг/м, класс Б - 1001-1300 кг/м, класс В > 1301 кг/м.

Применение эффективных стеновых керамических материалов позволяет уменьшить толщину наружных стен, снизить материалоемкость ограждающих конструкций до 40%, сократить транспортные расходы и нагрузки на основание.

В различных странах выпускаются отличающиеся между собой стеновые материалы как по номенклатуре, так и по типоразмерам и маркам. Так, марка кирпича, выпускаемого за рубежом, составляет 125-600, причем основная масса кирпича производится с маркой 400

В Германии, например, стандарт "Стеновой кирпич" предусматривает производство: обыкновенных полнотелых и пустотелых кирпичей и камней 14-ти типов с размерами 240x115x52-490x300x238 марок от М40 до М280 и плотностью 1200-2200 кг/м(3); легких пустотелых кирпичей и камней 13-ти типоразмеров марок от М20 до М280 и плотностью 600-1000 кг/м(3); высокопрочных кирпичей и камней марок М360, М480 и М600: для внутренних стен и перегородок - пустотелых кирпичей, камней и плит с размерами 330x175x40-945x320x115.

В зарубежной практике известно производство кирпича пазогребневой конструкции для безрастворной кладки, крупноразмерных керамических стеновых элементов, звукоизоляционного кирпича и других стеновых изделий.

Панели и блоки стеновые из кирпича и керамических камней

Панели и блоки стеновые из кирпича и керамических камней изготовляют для повышения индустриальности строительства.

Их изготовляют обычно в горизонтальном положении в металлической форме с матрицей, имеющей ячейки для фиксации положения каждого кирпича и камня и обеспечивающей расшивку швов с лицевой стороны изделия или с матрицей со специальным рисунком отделочного слоя.

Они изготовляются трех-, двух-, и однослойные длиной на один или два планировочных шага и высотой на 1 и 2 этажа, толщина панелей для внутренних стен и перегородок 80, 140, 180 и 280 мм.

Однослойные панели изготавливаются из керамических камней. Двухслойная панель состоит из одного слоя в 1/2 кирпича и слоя утеплителя толщиной до 100 мм.

Трехслойная панель состоит из двух кирпичных наружных слоев, каждый толщиной 65 мм, и слоя утеплителя толщиной 100 мм между ними. Для обеспечения прочности панели при транспортировании и монтаже их армируют стальными каркасами из проволоки по периметру панели и проемов.

6. Облицовочные изделия

Керамические облицовочные изделия применяются для наружной и внутренней облицовки конструкции зданий и сооружений не только с целью декоративно-художественной отделки, но и повышения их долговечности.

Керамические изделия для внешней облицовки зданий

Керамические изделия для внешней облицовки зданий подразделяют на кирпич и камни лицевые, крупноразмерные плиты, плитки керамические фасадные и ковры из них.

Кирпич и камни лицевые являются не только облицовочными изделиями. Они укладываются вместе с кладкой стены и одновременно служат конструктивным несущим элементом вместе с обычным кирпичом.

Лицевые кирпичи и камни выпускаются тех же размеров и форм, что и обычные, и отличаются от последних более высокой их плотностью и однородностью цвета. Производятся по прочности марок 75, 100, 125 и 150, а по морозостойкости не менее 25

Регулируя состав сырья и режим обжига получают от белого, кремового до светло-красного и коричневого цветов.

При отсутствии высококачественного сырья изготавливаются с лицевой поверхностью офактуренной: ангобированием, двухслойным формованием, глазурованием и торкретированием цветной минеральной крошкой.

Двухслойные изделия изготовляют формованием из двух масс: основной части - местных красножгущихся глин и лицевого слоя толщиной 3-5 мм из светложгущихся окрашенных или неокрашенных глин.

Применяется и рельефное офактуривание, которое производится путем обработки еще влажных сырцовых изделий специальными металлическими ершами, гребенками, рифлеными валиками. Для зданий, возводимых из кирпича, лицевые кирпичи являются наиболее экономичным видом облицовки зданий.

Крупноразмерные облицовочные керамические плиты типа "плинк" универсального назначения выпускаются глазурованные и неглазурованные с гладкой, шероховатой или рифленой, одно-или многоцветной поверхностью.

Плиты имеют водопоглощение менее 1% и морозостойкость 50 циклов и более. Изготовляются квадратной или прямоугольной формы длиной 490, 990, 1190 мм, шириной 490 и 990 мм и толщиной 9-10 мм.

Применяются для облицовки фасадов и цоколей зданий, подземных переходов.

Плитки керамические фасадные и ковры из них выпускаются методом пластического и полусухого прессования.

Применяются для облицовки наружных стен кирпичных зданий, наружных поверхностей железобетонных стеновых панелей, цоколей, подземных переходов и оформления других элементов зданий.

Плитки выпускаются глазурованные и неглазурованные, рядовые и специального назначения с гладкой и рельефной поверхностью 26-ти типов с размерами от 292x192x9 мм до 21x21x4 мм

Стандартом допускается выпуск плиток и других типоразмеров. Водопоглощение рядовых плиток 7-10%, а специальных - не более 5%.

Морозостойкость должна быть для рядовых плиток не менее 35 циклов, а специальных не менее 50 циклов.

Плитки могут поставляться в коврах. Заводы выпускают ковры с наклейкой плиткой их лицевой стороной на крафт-бумагу.

Керамические плитки для внутренней облицовки

Плитки керамические для внутренней облицовки подразделяются на две группы - для облицовки стен и для покрытия полов. Эти изделия не подвергаются в условиях эксплуатации действию отрицательных температур, поэтому требования морозостойкости к ним не предъявляются.

Плитки для облицовки стен применяются двух видов - майоликовые и фаянсовые . Фаянсовые плитки изготовляются из сырьевой смеси каолина, полевого шпата и кварцевого песка, а майоликовые из красножгущихся глин с последующим покрытием глазурью.

Плитки классифицируют : по характеру поверхности - на плоские рельефно-орнаментированные, фактурные; по виду глазурного покрытия - прозрачные и глухие, блестящие и матовые одноцветные и декорированные многоцветными рисунками.

По форме, назначению и характеру кромок плитки производятся следующих видов : квадратные, прямоугольные, фасонные угловые, фасонные карнизные прямые, для отделки внешних и внутренних углов; фасонные плинтусные - прямые, дли отделки внешних и внутренних углов.

Типы керамических плиток для внутренней отделки:

1-5 - квадратные; 6-10 - прямоугольные; 11, 12 - фасонные угловые; 13-16 - фасонные карнизные; 17-20 -фасонные плинтусные

Размеры плиток для внутренней отделки (150200)х(50200)х(58) мм.

Водопоглощение плиток для внутренней отделки до 16%, предел прочности при изгибе - 12 МПа.

Плитки должны выдерживать перепады температур от 125±5 °С до 15-20 °С без появления дефектов.

Плитки керамические для полов-метлахские (н азвание произошло от города Меttlach в Германии, где еще в средние века было налажено их производство) производятся из тугоплавких и огнеупорных глин с добавками и без них

Их применяют для настилки подов в зданиях, к чистоте которых предъявляются высокие требования, где возможны воздействия жиров и других химических реагентов, интенсивное движение, а также в случаях, когда материал для полов служит и декоративным элементом в архитектурном оформлении помещения.

При производстве плитки обжигаются до спекания, вследствие чего имеют водопоглощение не более 4% и высокую износостойкость.

Плитки могут быть квадратными, прямоугольными, четырех-, пяти-, шести- и восьмигранными.

Размеры плиток 16-ти типов (2004)х(17349)х(1013) мм.

По виду лицевой поверхности плитки выпускаются гладкими, с рельефом и тиснением: одноцветные и многоцветные, матовые и глазурованные, с рисунками и без них.

Выпускаются и крупноразмерные универсальные керамические плитки размерами (1200500)х500 мм, которые применяются для облицовки и стен и полов.

Типы керамических плиток для полов:

1 - квадратная; 2 - прямоугольная; 3 - треугольная; 4 - шестигранная; 5 - четырехгранная; 6 - пятигранная; 7 - шестигранная; 8, 9 - фигурные

Для устройства полов применяют и мозаичные плитки квадратной или прямоугольной формы размером 23 и 48 мм при толщине 6-8 мм, собранные в "ковры" на крафт-бумаге размером 398x598 мм.

Мировым лидером в производстве керамической плитки является Италия, которая производит их около 30% мирового производства.

7. Керамические изделия для кровли и перекрытий

Наибольшее применение керамические изделия для кровли и черепицы нашли в западноевропейских странах, в некоторых из них кровля до 100% жилых зданий решается за счет применения черепицы.

Черепица, имея долговечность до 300 лет, по этому показателю значительно превышает любые другие кровельные материалы, а по текстурным качествам и по стоимости не уступает им.

К недостаткам черепицы относятся необходимость большого уклона (не менее 30%) кровли и значительный вес кровли, что требует особой прочности конструкции стропил, и высокая трудоемкость кровельных работ.

Однако высокая долговечность, огнестойкость, устойчивость к атмосферным воздействиям и распространенность сырья делают керамическую черепицу одним из самых эффективных кровельных материалов.

Известна черепица разных типов. По назначению черепицу подразделяют на: рядовую, коньковую, разжелобочную, концевую для замыкания рядов и черепицу специального назначения. Черепица производится из легкоплавких глин.

Разновидности керамической черепицы:

а) пазовая штампованная; б) пазовая ленточная; в) плоская ленточная; г) коньковая; д) голландская; е) желобчатая; ж) татарская

Черепица при монтаже укладывается друг на друга ив связи с этим полезная площадь составляет соответственно у плоской - 50%, у штампованной и ленточной пазовой - 75-85%.

При испытании черепица должна выдерживать не менее 70 кг при расстоянии между опорами у плоской - 180 мм, у ленточной пазовой и штампованной - 300 мм. Вес штампованной и ленточной пазовой, уложенной в кровлю и насыщенной водой, должен быть не более 50 кг/м, а плоской - не более 65 кг/м.

Морозостойкость черепицы должна быть не менее 25 циклов.

Камни и плиты для перекрытий

Перекрытия из пустотелых камней и плит огнестойки, долговечны, обладают хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами.

Для их устройства требуется небольшой расход цемента и стали и не требуется дополнительная засыпка.

Камни керамические для перекрытий по назначению подразделяются для: сборных элементов настилов, часторебристых сборных или монолитных перекрытий, накатов (заполнение между балками). Пустотность керамических камней для перекрытий 50-75%.

Керамические камни для перекрытий:

а) несущие; б) ненесущие

8. Санитарно-технические керамические изделия и трубы

Изделия санитарные керамические - умывальники, унитазы, сливные бачки, биде, писсуары, раковины и другие аналогичные изделия производятся из фарфоровых, полуфарфоровых, фаянсовых и шамотированных масс, которые получают из одинаковых материалов.

Типовые составы масс для производства санитарно-технических изделий (% по массе)

Материалы	Фарфор	Полуфарфор	Фаянс
Каолин	28-30	28-32	32-34
Пластическая бело-жгущаяся глина	20-22	20-22	22-24
Полевой шпат	20-24	10-12
Песок кварцевый	20-22	25-28	26-30
Бой обоженный	6-10	8-12	26-30
Жидкое стекло	0,15-0,30	0,15-0,30	0,15-0,30
Сода	0,07-0,15	0,07-0,15	0,07-0,15

Физико-механические свойства санитарно-технической керамики

Свойства	Фарфор	Полуфарфор	Фаянс
Водопоглощение, %	0,2-0,5		10-12
Плотность, кг/м	2250-2300	2000-2200	1900-1960
Предел прочности при сжатии; МПа	400-500	150-200
Предел прочности при изгибе, МПа	70-80	38-43	15-30

Трубы керамические канализационные применяют для строительства безнапорных сетей канализации, транспортирующих промышленные, бытовые, дождевые, агрессивные и не агрессивные воды.

Трубы изготовляются из пластичных тугоплавких и огнеупорных глин, цилиндрической формы длиной 1000-1500 мм с внутренним диаметром 150-600 мм.

На одном конце имеется раструб для соединения отдельных звеньев трубопровода.

Водопоглощение труб должно быть не более 8%, а кислотостойкость не ниже 93%.

Трубы должны быть водонепроницаемыми и выдерживать внутреннее давление не менее 0,15 МПа.

Трубы керамические дренажные изготовляются из глины с добавками и без них и применяются в мелиоративном строительстве для устройства закрытого дренажа с защитой стыков фильтрующими материалами.

Трубы производятся с цилиндрической, шести- и восьмигранной поверхностью с внутренним диаметром 50-250 мм и длиной 333 мм.

Морозостойкость их не менее 15 циклов, а разрушающая внешняя нагрузка от 3,5 до 5,0 кН в зависимости от диаметра.

Внешняя поверхность труб покрывается глазурью. Вода в трубы поступает через круглые или щелевидные отверстия в стыках, а также через стыки труб.

9. Специальные керамические изделия

К специальным керамическим изделиям относятся кирпич для дымовых труб, клинкерный кирпич и кислотоупорные изделия.

Кирпич для дымовых труб применяется для кладки дымовых труб и обмуровки промышленных труб в случае, если температура нагрева их дымовыми газами не превышает 700 °С.

Кирпич изготовляется марок от 125 до 300.

Размеры кирпича: длина 120 и 250 мм, ширина 120 или 250 мм, толщина 65 или 88 мм.

Кирпич бывает прямоугольный или клинообразный.

Меньшую длину клинообразного кирпича принимают 70, 100, 200 и 225 мм. Водопоглощение кирпича должно быть не менее 6%, а морозостойкость 25, 35 и 50.

Клинкерный кирпич получают обжигом глин до полного спекания, но без остекловывания поверхности, поэтому он отличается от обычного высокими прочностью и морозостойкостью.

Размер кирпича 220x110x65 мм.

В соответствии с пределом прочности при сжатии его разделяют на 3 марки - 1000, 700 и 400, морозостойкость которых соответственно - 100-50 циклов, а водопоглощение - соответственно не более 2-6%.

Клинкерный кирпич называют и дорожным и применяется он для покрытия дорог и мостовых, обмуровки канализационных коллекторов и облицовки набережных.

Применяется он и в химической промышленности как кислотостойкий материал.

Кислотоупорный кирпич применяется для защиты аппаратов и строительных конструкций, работающих в условиях кислых агрессивных сред, и при футеровке дымовых труб, которые служат для отвода дымовых газов, содержащих агрессивные среды.

Кирпич изготовляется высшей и первой категории качества трех классов А, Б и В и четырех форм: прямой, клиновой (торцовый и ребровый), радиальный (поперечный и продольный) и фасонный (слезник).

Размеры кирпича 230x113x65 и 230x113x55 мм.

Свойства кирпича имеют следующие значения : кислотостойкость - (98,5-96)%; прочность при сжатии (60-35) МПа; термическая стойкость (5-25) теплосмен.

Кислотоупорные плитки применяются для футеровки оборудования и защиты строительных конструкций и сооружений, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивных сред.

Плитки производятся высшего и первого сортов 6-ти марок : кислотоупорные фарфоровые - КФ, термокислотоупорные дунитовые - ТКД, термокислотоупорные для гидролизной промышленности - ТКГ, кислотоупорные для строительных конструкций - КС, кислотоупорные шамотные - КШ и термокислотоупорные шамотные - ТКШ.

По форме плитки бывают :
- квадратные плоские;
- квадратные радиальные;
- прямоугольные;
- клиновы;
- спаренные.

С одной стороны плитки имеют ребристую поверхность, обеспечивающую лучшее сцепление с футерируемой конструкцией.

Размеры плиток меняются в пределах: длина и ширина 50-200 мм, толщина 15-50 мм.

Значения свойств плиток в зависимости от сорта и марок колеблются в пределах: водопоглощение - (0,4-8)%; кислотостойкость - (97-99)%; предел прочности при сжатии - (10-150) МПа, а при изгибе - (10-40) МПа; термическая стойкость 2-10 теплосмен; морозостойкость-15-20 циклов.

Керамические вазы, горшки, чайные наборы, подсвечники, тарелки, свистки и даже музыкальные инструменты – все это можно создавать самостоятельно.

Чтобы научиться делать керамику своими руками, главное – желание. Перед тем как стать керамистом, попробуйте слепить из глины простейшую безделушку, и вы поймете, стоит ли тратить деньги на покупку оборудования для работы. Если что-то не получилось – не беда, размочите брак и сделайте из него новую фигуру, до запекания изделие можно видоизменять бесконечно.

Из чего делают керамику и где взять материалы для работы

Керамика – это обожженная глина, которая и является главным материалом в работе керамиста. В отличие от , натуральная имеет природное происхождение, ее добывают из недр земли, не подвергая химической и другим видам обработки.

Опытные мастера в целях экономии добывают и готовят сырье самостоятельно. Этот процесс включает несколько этапов и вряд ли заслуживает внимания, если вы только начинаете свой путь и живете в городе.

Глина для изготовления керамики должна быть жирной и без вкраплений камешков и прочего мусора, иначе поделка растрескается в процессе запекания. Готовую массу хранят при определенных условия влажности.

Натуральная глина бывает разных видов :

• Белая – наиболее распространенная, изначально имеет сероватый оттенок, а после термической обработки обретает приятный оттенок слоновой кости.
• Красная – содержит оксид железа, придающий сырью зеленоватый тон. Основной цвет сырца – коричневый, после обжига изделия становятся красными. Хорошо поддается лепке, не крошится, идеальна для скульптур и крупных изделий.
• Фарфоровая – серая в сыром виде и белая после запекания.
• Голубая – чаще используется в косметологии и народной медицине.
• Черная или темно-коричневая керамическая масса – самая твердая глина, приобретающая оттенок слоновой кости после обработки в печи.

Также глины для керамики классифицируют по температуре обработки на легкоплавкие, среднеплавкие, тугоплавкие.

Удобнее всего покупать готовую гончарную глину, ориентируясь на размер фракции, цвет после обжига при разных температурах и другие характеристики и качественные показатели. Стоимость зависит от производителя, фасовки, фактуры. Есть уже готовые массы с добавками для облечения разных задач – лепки, формовки, гончарного круга.

Помимо глины, нужны глазури и эмали для покрытия изделий, пигменты для придания сделанной своими руками керамике нужного оттенка, специальные добавки для улучшения свойств и температурной обработки.

Для склеивания деталей используют шликерную массу – своеобразный клей из разведенной глины. Если просто соединить элементы, они могут отвалиться при нагреве. Все это продается в специализированных магазинах для керамистов.

Способы изготовления керамических изделий

Существует несколько способов превращения глиняной массы в красивое керамическое изделие.

Лепка – самый доступный способ изготовления изделий из керамики своими руками в домашних условиях. Сувениры, скульптуры, посуду, игрушки или другие поделки лепят руками, словно из пластилина, помогая себе специальными стеками или подручными приспособлениями.

Гончарное дело требует наличия вращающегося круга. С помощью этого древнего ремесла и сегодня создают вазы, кувшины, горшки, тарелки, чашки.

Отминка – наиболее простой вариант изготовления керамики для начинающих. В работе используют гипсовую форму, в которую выкладывают мягкую глину, а после застывания извлекают фигурное изделие. Гипсовые формы привлекательны тем, что впитывают излишнюю влагу, помогая глиняному изделию отвердеть и просохнуть.

Литье – здесь тоже используют формы, но другого плана. Разведенную глину разливают по формам, высушивают заготовки, извлекают и раскрашивают.

Глиняная поделка обретает прочность только после обжига – обработки в гончарных печах при температуре от 900 до 1300 градусов. Готовые сувениры покрывают акриловыми красками или специальной стекловидной глазурью для керамики. В случае с глазурью требуется еще один обжиг после окрашивания.

Если хочется получить естественный оттенок, используют молочение – покрывают неокрашенную запеченную керамическую фигурку молоком в несколько слоев и еще раз запекают при более низких температурах.

Гончарная печь – виды и предпочтения

Раньше печи для обжига керамики представляли собой вырытые в земле горны и разогревались исключительно дровами. Современные гончарные печи бывают газовыми, электрическими и дровяными. Последние, как правило, изготавливаются собственноручно, они подходят для эксплуатации в частных домовладениях. В условия квартиры удобнее всего работать с электропечами, для больших объемов можно подобрать газовую.

В металлическом корпусе таких печей скрывается огнеупорный кирпич или другой материал, удерживающий тепло и не боящийся нагрева. Для отвода влаги предусмотрены вентиляционные отверстия, управление процессом обжига керамики осуществляется программным регулятором. Электрические гончарные печи – недешевое удовольствие. Цена зависит от производителя, объема, мощности.

В продаже есть модели с вертикальной и горизонтальной загрузкой и колпаковые. По типу расположения нагревательного элемента гончарные печи подразделяют на муфельные и камерные. В муфельных он находится вокруг емкости из огнеупорного материала (муфеля). В камерных нагреватель расположен внутри, что сокращает потери тепла и делает оборудование более экономичным.

Если немного постараться, можно сделать печь для обжига керамики в домашних условиях своими руками, взяв за основу огнеупорный кирпич и что-то для корпуса, например, старую стиральную машину.

Запекание – самый важный процесс, который не прощает ошибок. Иногда даже опытные мастера видят вместо ожидаемого шедевра негодный брак. Изделия никогда не достают сразу, они должны остыть в печи.

Как выбрать гончарный круг

Гончарные круги нужны для лепки круглых предметов, поэтому этот инструмент необязательно покупать сразу же. Если вы только осваиваете керамику, начинайте с лепки или отминки. Круги бывают с ручным, ножным и электрическим управлением.

Общие сведения о керамических строительных материалах и изделиях

Классификация керамических строительных материалов и изделий. Свойства, применение

Сырье для производства керамических материалов и изделий. Классификация, технологические свойства

Производство керамических строительных материалов и изделий. Общие технологические процессы

Керамические материалы – искусственные каменные материалы, полученные из природных глин или глиняных смесей с минеральными добавками путем формования, сушки и последующего обжига. Слово «керамика» (греч. ceramos) означает обожженная глина. Из нее изготовляли обожженный кирпич, кровельную черепицу, водопроводные трубы, архитектурные детали. Керамические материалы являются самыми древними из всех искусственных каменных материалов. Черепки грубых горшечных изделий находят на месте поселений каменного века. Следы древней керамики (посуда, вазы и т.п.) сохранились в Древнем Египте, Греции. На Руси старинные русские соборы X-XV вв. (Владимирский, Новгородский, церковь в Коломенском и храм Василия Блаженного (Покровский собор, 1561 г.). В Москве, при строительстве которого широко использовали цветной и обыкновенный кирпичи, черепицу и другие керамические изделия).

Большое развитие керамика получила в Средней Азии, Древней Индии, Китае и Японии. У греков и римлян из глины изготовляли обожженный кирпич, кровельную черепицу, архитектурные детали и другие изделия, глинобитные жилища (IV-III тыс. до н.э.).

Высокими художественными достоинствами отмечено и русское изразцовое искусство XV-XVIII вв. Терракотовые и глазурованные образцы изготовляли в Москве, Ярославле. Терракота (от итал. terra– земля, cotta–обожженная) – неглазурованная однотонная керамика с характерным цветным пористым черепком.

Кирпич появился более 5000 лет назад и как конструкционный материал впервые стали применять в Древнем Египте и Вавилонии. И в настоящее время, в период бурного развития строительной промышленности, глиняный кирпич не потерял своего значения. Повсеместное распространение исходного сырья – глины, простота изготовления и длительный срок службы позволяют считать его одним из основных местных строительных материалов.

Классификация керамических строительных материалов и изделий. Свойства, применение

Керамические строительные материалы и изделия по их назначению в отделке зданий и отдельных элементах подразделяются на:

фасадные изделия – лицевой кирпич, разного рода плитки;

изделия для внутренней отделки – глазурованные и неглазурованные плитки, фасонные изделия, ковровая и мозаичная керамика;

плитку для пола;

изделия из фаянса и фарфора декоративного назначения.

Отделочная керамика (облицовочные плитки для стен и полов, керамическая ковровая мозаика, архитектурные детали, терракота, майолика) обладает ценными универсальными потребительными свойствами:

водостойкость

стойкость к агрессивным воздействиям;

высокая экологичность;

простота технологических приёмов изготовления;

разнообразие сырьевых материалов;

прочность;

долговечность;

гигиеничность;

декоративность.

Керамические изделия обладают различными свойствами, которые определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также условиями обжига.

Применение – во всех элементах зданий и сооружений, в сборном керамическом домостроении, в строительстве стеновых керамических изделий, для изготовления фасадной керамики, пористых заполнителей для бетонов, санитарно-технической керамики, плитки для полов, керамических канализационных труб и др.

Таким образом, керамические материалы отвечают современным тенденциям строительной техники, являются конкурентоспособными с другими строительными материалами такого же назначения. Материал, из которого состоят керамические изделия, в технологи керамики называют керамическим черепком.

В зависимости от пористости структуры керамические строительные изделия делят на две группы:

пористые (водопоглощением по массе 5 и более 5% - керамический кирпич и камни, черепицу кровельную, облицовочные плитки и керамические трубы);

плотные (водопоглощением по массе – менее 5% - плитки для полов и дорожный кирпич);

Санитарно-техническая керамика может быть пористой (фаянс) и плотной(санитарный фарфор).

Сырье для производства керамических материалов и изделий. Классификация, технологические свойства

Глина – сырьё для производствакерамических материалов

Качество сырьевых материалов определяется минералогическим составом, физическими свойствами, зависящими от месторождения и условиями залегания. Основными сырьевыми материалами для производства керамических изделий являются глины и каолины ; в качестве вспомогательных сырьевых материалов для улучшения технологических свойств используют пески кварцевые и шлаковые, шамот, выгорающие добавки органического происхождения (древесные опилки, угольная крошка и т.п.).

Глина – один из наиболее распространенных видов осадочных горных пород полиминерального состава. Кислород, кремний и алюминий по своей общей массе составляют около 90% в составе земной коры, потому подавляющую часть минералов составляют алюмосиликаты, силикаты и кварц основа встречающихся в природе керамических сырьевых минералов. Размеры глинистых частиц колеблются практически от коллоидной дисперсности до 5 мкм. Основным минералом каолиновых глин является минерал каолинит.

Глины – землистые осадочные горные породы, состоящие из глинистых минералов со значительными примесями: каолинита, галлуазита, монтмориллита, бейделлита, частиц кварца, полевых шпатов, гидрослюд, гидратов окиси железа, алюминия, карбонатов магния, кальция и др.

Пластичность глинистого сырья, определяемая числом пластичности (по раскатыванию глиняного жгута диаметром 3 мм), зависит от содержания глинистых минералов и влажности массы. В зависимости от содержания глинистых минералов глины делятся: на:

жирные (более 60%);

обычные (30... 60%);

тяжелые суглинки (20... 30%);

средние и легкие суглинки (менее 20%).

По пластичности глинистые материалы подразделяются по числу пластичности на:

высокопластичные (менее 25);

среднепластичные (15... 25);

умеренно-пластичные (7... 15);

малопластичные (3... 7).

Вода, адсорбированная поверхностью глинистых частиц в процессе приготовления сырьевой смеси, играет роль гидродинамической смазки, что обеспечивает во многом ее пластические характеристики. Вместе с тем удаление воды, как из самих глинистых частиц, так и с их поверхности в процессе сушки и обжига вызывает явление воздушной и огневой усадки.

Усадочные деформации являются причиной возникновения в изделии внутренних напряжений, что в конечном итоге влияет на их качественные показатели.

Для уменьшения усадки при сушке и обжиге, а также для предотвращения образования трещин в пластичные глины вводят искусственные или природные отощающие добавки . К их числу относятся дегидратированная глина, шамот, котельные шлаки, золы, кварцевые пески и т.д.

Введение в состав сырьевой смеси плавней обеспечивает более низкую температуру ее спекания. К плавням относят полевые шпаты, пегматит, доломит, тальк, магнезит, карбонаты бария и стронция, нефелиновые сиениты (для фаянсовых масс). Искусственный керамический материал, отформованный из глинистого сырья, получается в результате сложных физических, химических и физико-химических изменений, происходящих при обжиге, т.е. при воздействии высоких температур.

Каолины – это чистые глины, состоящие преимущественно из глинистого минерала каолинита (Al 2 O 3 ·2SiO 2 ·2H 2 O). Каолины огнеупорны, малопластичны, имеют белую окраску. Их применяют для производства фарфора, фаянса и тонких облицовочных изделий, так как после обжига получается белый черепок.

Обычные глины отличаются от каолинов большим разнообразием минералогического, химического и гранулометрического состава. Изменения химического состава заметно отражаются на свойствах глин. С увеличением А1 2 O 3 повышается пластичность глин и огнеупорность, а с повышением содержания SiO 2 пластичность глин снижается, увеличивается пористость, снижается прочность обожженных изделий. Присутствие оксидов железа снижает огнеупорность глины, наличие щелочей ухудшает формуемость изделий.

При изготовлении керамических материалов основными технологическим свойствами глин являются:

пластичность;

воздушная и огневая усадка;

огнеупорность

цвет керамического черепка

спекаемость.

Пластичность глин – способность глиняного теста под действием внешних сил принимать заданную форму и сохранять ее после прекращения действия этих сил. По степени пластичности глины делят на:

высоко пластичные, или «жирные»,

средней пластичности

малопластичные, или «тощие».

Жирные глины хорошо формуются, но, высыхая, дают трещины и значительную усадку. Тощие глины формуются плохо. Для повышения пластичности глин применяют операцию вылеживания их во влажном состоянии на воздухе, вымораживание, гноение в темных подвалах, при этом происходит разрыхление материала и увеличивается ее дисперсность. Пластичность можно также повысить добавлением высокопластичных глин. Самый распространенный способ повышения пластичности - их механическая обработка. Для понижения пластичности глин вводят добавки различных непластичных материалов (отощающие добавки).

Усадка – уменьшение линейных размеров и объема глиняного сырца при его сушке (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка). Усадку выражают в процентах от первоначального размера изделия.

Воздушная усадка происходит при испарении воды из сырца в процессе его сушки на воздухе и составляет, 2...10%.

Огневая усадка получается из-за того, что в процессе обжига легкоплавкие составляющие глины расплавляются и частицы глины в местах их контакта сближаются. Огневая усадка составляет 2...8%.

Полная усадка определяется как арифметическая сумма величин воздушной и огневой усадок. Значение полной усадки колеблется в пределах 4...18%. Полную усадку учитывают при формовании изделий.

Огнеупорность – свойство глины выдерживать действие високих температур без деформации. По температуре плавления глины разделяются на:

легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350°С),

тугоплавкие (с температурой плавления 1350...1580°С)

огнеупорные (свыше 1580°С).

Огнеупорные глины применяют для производства огнеупорных изделий, а также фарфора и фаянса. Тугоплавкие глины применяют в производстве плиток для полов, канализационных труб. Легкоплавкие глины используют для производства керамического кирпича, пустотелых камней, черепицы.

Цвет черепка после обжига зависит от состава и количества примесей в глине. Каолины дают черепок белого цвета. На цвет обожженных глин оказывает влияние содержание оксидов железа, которые придают окраску от светло-желтой до темно-красной и бурой. Оксиды титана вызывают синеватую окраску черепка. Используя минеральные красители, можно получать керамические изделия различных цветов и оттенков.

Спекаемостъю глин называют ее способность уплотняться при обжиге и образовывать камневидный материал. При спекании увеличивается прочность и уменьшается водопоглощение изделий.

Производство керамических строительных материалов и изделий. Общие технологические процессы

Эксплуатационные характеристики керамических изделий во многом определяются как составом сырьевых материалов, так и технологическими приемами их изготовления. В производстве обширной номенклатуры современной строительной керамики используются родственные технологические процессы, позволяющие кратко обобщить основы производства керамических материалов.

Можно выделить следующие общие технологические процессы:

1. добыча глины;

2. подготовка сырьевой массы;

3. формование изделия (сырца);

Эти пять стадий производства являются общими для всех видов керамических изделий. Для отдельных видов изделий могут применять различные способы формования (кирпич пластического и полусухого формования), разные способы сушки (воздушная или в сушильных камерах), а также дополнительные производственные процессы – покрытие изделий глазурью или ангобом.

Добыча глины: Добыче сырья предшествует геологическая разведка, определение химического и минерального состава, физических свойств сырья, полезной толщи месторождения, его однородности и характера залегания, объема работ и т.д. Глина обычно залегает – на небольшой глубине. Разрабатывается сырье в карьерах открытым способом – одноковшовыми, многоковшовыми или роторными экскаваторами. Заводы по производству керамических изделий обычно строят вблизи месторождений глин, т.е. карьер является составной частью завода. Добычу глины стремяться осуществлять в теплое время года, создавая запас материала на складе для работы зимой. Транспортируют глину из карьера на заводы рельсовым транспортом в опрокидных вагонетках, ленточными транспортерами и автосамосвалами.

Подготовка сырьевой массы . Добытая в карьере и доставленная на завод глина непригодна для формования изделий, и нужно разрушить природную структуру глины, очистить ее от вредных примесей, измельчить крупные фракции, смешать с добавками, увлажнить ее, чтобы получилась удобоформуемая масса. В крытых складах или на открытых площадках глинистые материалы выдерживаются до двух лет. За это время разлагаются органические остатки и под действием атмосферных факторов(увлажнения и высушивания, замораживания и оттаивания) и предварительной обработки (рыхления, камнеудаления и т.д.) удается достичь сравнительной однородности массы, как по гранулометрическому, так и по минеральному составу. Дальнейшая подготовка массы осуществляется в зависимости от вида изделий и предполагаемой технологии их изготовления.

На этом этапе с помощью камневыделительных машин, вальцов, мельниц различного вида, дозаторов добавок и воды, глиномешалок или диспергаторов удается получить массу, пригодную для формования изделий. Формовочную массу готовят пластическим, полусухим или мокрым способами в зависимости от свойств сырьевых материалов и требований к качеству получаемого изделия.

Формование изделий – одно из важных операций при изготовлении керамических изделий. Способы изготовления определяются формовочными свойствами сырьевой смеси и, прежде всего, пластичностью, которая многом зависит от количества воды в формовочной смеси. В зависимости от влажности формовочной массы способы подразделяются на сухой, полусухой, пластический и литьевой(шликерный).

При сухом способе пресспорошок имеет влажность 2…6%, при которой используют механические или гидравлические прессы, развивающие давление свыше 40 МПа. Данным способом изготавливают плотные керамические изделия: плитку для полов, некоторые виды кирпича, изделия из фаянса и фарфора.

Полусухой способ предусматривает использование рабочих смесей с влажностью 8... 12%. Поэтому способу изготавливается кирпич, фасонне изделия, плитка.

Наиболее экономичным и распространенным является способ пластического формования при влажности массы 18... 24%. Основной механизм, используемый в этом случае,– ленточный пресс. Шнеквал пресса с переменным шагом лопастей перемалывает массу, одновременно уплотняя её к выходному отверстию. Вакуумирование на последней стадии прессования позволяет дополнительно уплотнить массу. Выходное отверстие пресса– мундштук обеспечивает получение непрерывного глиняного бруса необходимых геометрических размеров. Форма мундштука и его размеры определяют вид выпускаемых изделий: кирпич, камни, плитки, черепица, трубы, фасонные изделия. Установленные перед мундштуком пустотообразователи позволяют формовать дырчатые изделия, с щелевыми пустотами и т.д.

Литьевым способом изготавливают керамические изделия сложной геометрической формы: сантехнические изделия (раковины, унитазы, писсуары и т.д.), некоторые декоративные изделия, плитку для внутренней отделки помещений. Компоненты рабочей смеси тщательно размешивают, дозируют, перемешивают с водой. Влажность массы в этом случае от 40 до 60%. Подготовленная таким образом однородная масса выливаетс в гипсовые формы. Развитая микропористая структура гипсового камня обуславливает удаление части воды в пристеночных слоях. В результате в зависимости от времени достигается необходимая толщина уплотненного слоя. Избыток смеси после этого удаляется. После сушки отдельные эле-менты монтируются.

Сушка и обжиг изделий. В зависимости от способа изготовления влажность сырьевых смесей колеблется в очень больших пределах от 2 до 60%. Удаление воды из отформованных изделий сопровождается усадочными деформациями и, соответственно, возникновением внутренних напряжений. Последние при жестких режимах сушки могут являться причиной искривления, появления трещин, снижающих качественные показатели изделий. Сушку изделий производят до остаточной влажности 4... 6% в туннельных или камерных сушилках. Температура теплоносителя 120...150°С.

Обжиг керамических изделий – один из наиболее ответственных технологических этапов, во многом определяющих свойства получаемых материалов.

В производстве строительной керамики в основном используют туннельные печи непрерывного действия высушенные изделия на обжиговых вагонетках, передвигаясь по туннелям, постепенно нагреваются до температуры спекания в зоне сгорания топлива, а затем медленно охлаждаются встречным потоком воздуха.

При температуре порядка 100...120 °С удаляется физически связанная свободная вода. При температуре 450 ...600 °С глинистые вещества необратимо теряют пластические свойства. Дальнейшее повышение температуры приводит к разрушению кристаллической решетки алюмосиликатов и распаду их на отдельные окислы: при повышении температуры до 1000 °С образуется соединение силлиманит, при температуре 1200-1300 С – новый минерал муллит. Эти минералы обеспечивают высокую прочность и стойкость керамического черепка к различным факторам внешней среды.

После обжига полученные изделии медленно охлаждаются, так как при резком охлаждении могут образоваться трещины. Перед отгрузкой потребителю керамические изделия сортируют с целью проверки качественных показателей на их соответствие требованиям государственных стандартов.