Художественная керамика https://hudojestvennayakeramika.ru/ Mon, 07 Dec 2009 17:14:00 +0300 en-ru MaxSite CMS (http://max-3000.com/) Copyright 2018, https://hudojestvennayakeramika.ru/ Процессы усадки и деформации https://hudojestvennayakeramika.ru/page/processy-usadki-i-deformacii https://hudojestvennayakeramika.ru/page/processy-usadki-i-deformacii Mon, 07 Dec 2009 17:14:00 +0300 Для того чтобы научиться управлять процессами изготовления керамических изделий и уметь достигать повторяемости тех или иных результатов, керамисту необходимо познать природу используемого материала, а также систематически накапливать и анализировать опыт, появляющийся при вдумчивом изучении технологических операций.

Так, например, казалось бы, простая операция — сушка керамических изделий — может стать весьма трудной, если не понять, что происходит при этом с глинистыми частицами и водой. Ведь при сушке не только сокращаются размеры изделия, что само по себе важно как для технических, так и художественных изделий, но часто вследствие этого возникают трещины и деформация черепка. Последнее может оказаться неодолимым злом, если пренебречь природой глинистого материала; то же относится и к обжигу.

Обсудить]]>
Усадка и пористость https://hudojestvennayakeramika.ru/page/usadka-i-poristost https://hudojestvennayakeramika.ru/page/usadka-i-poristost Wed, 02 Sep 2009 16:21:00 +0300 Процессы сокращения размеров отформованного изделия в значительной мере связаны с изменением пористости черепка (см. Обжиг).

Керамисты применяют примитивный и ориентировочный способ установления открытой пористости и степени спекания обожженного черепка. Если к свежему излому черепка влажный кончик языка прилипает (присасывается), скажем, как к мелу, то это говорит о том, что черепок весьма порист. Количественное установление пористости является весьма важным критерием оценки черепка изделия. С его помощью можно установить, является ли черепок каменным, фарфоровым или гончарным.

Во всех случаях желательно, чтобы огневая усадка была возможно меньшей. В известных пределах, не увеличивая сильно пористость и не в ущерб формуемости массы, к этому стремятся путем добавления в нее шамота или других непластичных материалов. Для различных глин и для разных керамических масс сокращение размеров весьма различно.

Из массы — как литейной, так и пластичной, составленной без учета свойств использованной глины и введенных в нее непластичных материалов, в том числе флюсов, — редко можно изготовить изделия с необходимыми утилитарными качествами. Такие дефекты, как трещины или слишком большая пористость, вследствие чего изделия начинают пропускать воду, и отмеченная выше деформация — частые спутники в практике начинающего керамиста.

Во многих случаях нельзя достигнуть малой огневой усадки черепка. Например, линейная усадка сильно остекловывающегося черепка всегда равна 11—13% при значительно большей объемной. Такие массы, правильно обожженные до созревания, обычно имеют пористость (по водопоглощению), близкую к нулевой (электрофарфор, высокообожженный фарфор и др.). В то же время усадка скульптурных масс, обжигаемых обычно при довольно низкой температуре, невелика (2—3%), но пористость их достигает 20—22%.

Пример объемного изменения состава в каменном черепке при нагреве

Пример объемного изменения состава в каменном черепке при нагреве

На рисунке показано изменение каменнодельной глины при повышении температуры, связанное с сокращением объема и образованием минералов (метакаолинит — разложившийся каолинит). Судя по количеству воздуха, пористость с повышением температуры сильно уменьшается При 1400°С она равна нулю, но если допустить слишком высокую температуру — примерно 1600°С, т.е. пережог, то пористость может появиться снова. Эта схема одинаково справедлива как для чистой глины, так и для масс, составленных из нее.

Обсудить]]>
Напряжения, создающиеся при обжиге https://hudojestvennayakeramika.ru/page/napryazheniya-sozdayushhiesya-pri-obzhige https://hudojestvennayakeramika.ru/page/napryazheniya-sozdayushhiesya-pri-obzhige Wed, 02 Sep 2009 06:57:00 +0300 Содержащаяся в глине химически связанная вода (см.  Обжиг) начинает заметно испаряться лишь при красном накале изделия (500—600°С), когда прочность черепка ослаблена и из-за дополнительного его сжатия в нем возможно образование трещин. Поэтому необходимо замедлить скорость подъема температуры обжига. В так называемых карбонизированных составах приходится считаться также с разложением карбонатов, выделяющих большое количество углекислого газа.

При обжиге глинистые минералы, потерявшие химически связанную воду, начинают с повышением температуры (1000°С и более) перекристаллизовываться в совершенно новые минералы, имеющие иную кристаллическую структуру, например в тонкоигольчатый муллит 3Al2O3*2SiO2. Но при такой температуре возможно начало образования и жидкой фазы, создающей в некоторых видах черепка известную просвечиваемость после окончательного обжига. Даже очень маленькие иглы муллита, пронизывающие стекловатую часть черепка, увеличивают общую прочность изделия, но из-за оптических явлений уменьшают возможную просвечиваемость. Развившиеся длинные кристаллы муллита (0,01 мм и более) образуют своего рода арматуру для стекловатой части обожженного черепка, но из-за большего коэффициента преломления по сравнению со стеклом просвечиваемость черепка весьма уменьшается. Последнее объясняется наличием не только муллита, но и кварца, газовых включений и др.

При обжиге изделий образуется вязкая жидкость, пронизывающая твердые частицы. В результате развиваются силы поверхностного натяжения, что приводит к уплотнению черепка и уменьшению пористости.

Как при сушке, так и при обжиге изделие сокращается не только линейно, но и объемно. С известным приближением линейное сокращение можно пересчитать на объемное В зависимости от метода формования, размера частиц, их свойств и других факторов формованное изделие может содержать до 50% объемных пор. Если такое изделие обжечь до нулевой пористости, то оно уменьшится до половины своего первоначального объема. Так как в массы добавляют материалы, не дающие усадки, то довольно часто объемная усадка определяется в 30—32%, что соответствует 11,2—12,0% линейного сжатия.

Удаление воды, перекристаллизация с образованием стекла и удаление воздуха из пор — являются одними из главных причин дополнительного сокращения изделия при обжиге. Возникающие при этом напряжения только в том случае не приведут к короблению и деформации, если предшествующие операции формования и сушки были выполнены технологически правильно, а последующий обжиг не создал дополнительных причин, ведущих к короблению и деформации.

Обычно хорошо обожженное изделие имеет однородную плотность черепка. Если же при формовании изделия, например, прессованием было допущено неравномерное давление (что часто бывает на практике), то места, оказавшиеся под меньшим давлением, имея меньшую плотность, претерпевают при обжиге большую усадку, что обязательно приведет к заметному короблению. Даже при вполне удовлетворительном проведении предшествующих обжигу операций может произойти деформация, если допустить значительный перепад температур по высоте или ширине обжигаемого изделия.

Кроме указанных выше, причинами деформации при обжиге может служить наличие в отдельных местах слишком большого количества жидкой фазы (стекла) при неравномерном смешивании массы. Тогда уже достаточно одной силы тяжести, чтобы привести к отвисанию, например, рук в скульптуре балерины (см. Политой обжиг).

Несмотря на то, что взаимосвязь причин и следствий деформации при обжиге весьма сложна, тем не менее опытный проектировщик или художник по керамике находит формы, наименее поддающиеся деформации, а самое главное, зная поведение керамических масс при сушке и обжиге, проектируют изделия с соответствующим допуском, что позволяет изготовить их в задуманном виде. Это весьма облегчает технологию обжига.

С деформацией при сушке и обжиге изделий, особенно фарфора, на производстве борются, осуществляя, например, разные способы садки изделий: на бомзы, в спаренном виде, индивидуальную садку с подпорками. Плоские изделия, обжигаемые до частичного уплотнения, укладывают в стопки. Плоские изделия с большой просвечиваемостью обжигают на подсыпке.

Обсудить]]>
Напряжения, создающиеся при сушке https://hudojestvennayakeramika.ru/page/napryazheniya-sozdayushhiesya-pri-sushke https://hudojestvennayakeramika.ru/page/napryazheniya-sozdayushhiesya-pri-sushke Wed, 02 Sep 2009 03:03:00 +0300 Почти все причины, ведущие к деформации и трещинам, можно объяснить неравномерным состоянием массы во время сушки. Неравномерность физического состояния смежных участков образуют места, которые охарактеризуем как находящиеся под напряжением

В последнее время в керамике обращено внимание на деформацию изделий, вызванную особым свойством глинистых частиц — ориентироваться в одном направлении; это наблюдается как в пластичных массах, выходящих, скажем, из мундштука пресса, так и в шликерных.

Если на поверхность затвердевшего гипса налить шликер и получить пласт глины, то по мере высушивания края его поднимутся дугообразно кверху. Дело в том, что одна часть черепка, соприкасающаяся с гипсом (нижняя), будет состоять из довольно правильно расположенных в линию плоских частиц, а другая (верхняя) — из весьма хаотически расположенных. Если верх будет высыхать с нормальным сокращением, то усушка вдоль нижней поверхности будет несколько меньшей, поскольку количество водяной пленки в нижней части будет меньшим. (Практикам известно, между прочим, что отлитые изделия дают меньшую усушку, чем отформованные из пластичной массы).

Другим примером деформации служит часто наблюдаемый случай, когда отформованную пластическим способом толстую плитку для ускорения сушки помещают на гипсовую пластину; плитку также «поведет» кверху.

Деформации плитки, оусловленные неравномерной сушкой (схема)

Деформации плитки, обусловленные неравномерной сушкой (схема)

Допустим, что сразу после формования влажность всех слоев плитки равна 23%. На рисунке показаны условия, когда на поверхности плитка имеет 13% влажности, а внизу— те же 23%, из-за неравномерного сокращения плитка покоробится. Из рисунка видно, что с поверхности плитка полностью высохла, приближаясь к этому состоянию, она слегка распрямилась, так как нижняя часть начала сокращаться, а верхние слои еще не стали совсем жесткими. В состоянии, представленном на рисунке, плитка осталась в деформированном состоянии, несмотря на то что нижние слои высохли, ибо верхние слои оказались слишком жесткими, чтобы дать ей полностью распрямиться.

Если напряжения окажутся большими, чем может выдержать глинистая масса, то образуются, кроме того, трещины. Высушивание плитки между двумя гипсовыми пластинами или на крупной сетке помогает избежать этого.

Могут быть и другие причины возникновения напряжений. Достаточно, например, не совсем высушенную плитку поднять за один край одной рукой, как скрытая на первый взгляд деформация проявится затем при обжиге.

Иногда трудно получить прямые декоративные рифления на пластическом теле черепка, если не выполнять их заранее под некоторым углом, что связано с ориентацией частиц Весьма трудно также отформовать прямую стенку сосуда, если не предусмотреть в форме допуск на втягивание стенки во внутрь или не принять иных мер (наложение груза и др.). Причиной этого часто бывает более медленное высыхание внутренней стороны стенки, чем наружной.

Хорошо и правильно высушенное изделие может, однако, «взорваться» в печи, если не учесть его остаточной и гигроскопической влаги, которая должна быть удалена на первых этапах обжига.

Быстрый начальный подъем температуры приводит к значительному повышению давления паров воды, которые не могут столь же быстро уйти через тонкие поры черепка.

На основе изучения природы глинистых масс, а также взаимосвязи между формой и толщиной стенок керамического изделия и процессами сушки конструкторы разработали весьма разнообразные сушильные устройства, многие из которых уже внедрены в производство. Они позволяют быстро высушивать изделия без брака Например, при автоматическом формовании изделий их устанавливают вместе с гипсовой формой в сушила с направленным потоком теплоносителя, где весьма быстро высушивают.

Обсудить]]>
Схема удаления воды при сушке и стадии состояния черепка https://hudojestvennayakeramika.ru/page/sxema-udaleniya-vody-pri-sushke-i-stadii-sostoyaniya-cherepka https://hudojestvennayakeramika.ru/page/sxema-udaleniya-vody-pri-sushke-i-stadii-sostoyaniya-cherepka Tue, 01 Sep 2009 06:19:00 +0300 Высушивание начинается с поверхности изделия при известном перепаде температур между наружными и внутренними слоями черепка, а также при наличии сил, направляющих воду к поверхности, с которой она удаляется: это капиллярные силы. Капилляры образуются из открытых пор черепка. При быстром режиме сушки вода с поверхности изделия удаляется быстро, а вода, находящаяся внутри толщи черепка, как бы отстает в своем продвижении к поверхности. В результате создается перепад в распределении влажности по черепку и, как говорят, градиент влажности становится большим.

Если взять два глинистых пласта толщиной 2,5—3 см, с влажностью, скажем, 20—22% и один из них высушивать до окончательного удаления влаги за 3 ч, а другой — за 30 ч (быстрый и медленный режимы), то при быстром режиме сушки уже через 2 ч (2/3 цикла) поверхностный слой пласта будет иметь почти нулевую влажность, а срединные слои — 13—14% влажности. При медленном же высушивании образца через 20 ч (2/3 цикла) влажность срединных слоев может составить примерно 10%, а поверхностных — около 5%. Как видим, при быстрой сушке возникает угроза коробления или разрыва изделия, так как создаются напряжения из-за слишком большой разницы между влажностью срединных и поверхностных слоев черепка. При быстром режиме сушки на поверхности черепка образуется почти сухая плотная корочка (как на хлебе), а так как, рано или поздно, середина черепка все же прогреется, то нагретые пары воды, устремляясь к поверхности, прорвут эту корку, образуя трещину или разрывая все изделие.

схема различных стадий

Схема различных стадий состояния глиняных частиц черепка при высушивании

а - влажная глина, б - кожетвердое состояние, в - критическое сотояние, г - сухое состояние

На производстве стремятся ускорить сушку, создавая для этого ряд технологических условий, одним из которых, например для толстостенных изделий, является размещение их в горячем, но влажном пространстве (сушилка с контролируемой влажностью), что предотвращает образование плотной корочки, о которой упоминалось выше. Только после прогрева всего черепка можно создать условия для быстрой смены горячего сухого воздуха (до известных пределов).

Что же происходит с частицами и всем объемом глиняного черепка, когда они подвергаются высушиванию? Находящаяся между глиняными частицами вода, испаряясь, начинает стягивать и сближать их между собой до тех пор, пока пленки воды не исчезнут. Но вначале происходит основное сжатие черепка, и он, как говорят, переходит в кожетвердое состояние. Однако воды в черепке еще много; она остается в различных пространствах, образовавшихся при сближении пластинчатых глинистых частиц друг с другом. Существующие капиллярные канальцы нарушаются, образуя почти закрытые воздушные поры. Удаление воды, таким образом, резко замедляется, и масса черепка находится, как говорят, в критическом состоянии. Первоначально же вода удаляется почти с такой же скоростью, как если бы она находилась вне черепка.

После того, как черепок приобретает кожетвердое состояние, размеры его изменяются сравнительно мало, ибо твердые частицы начинают соприкасаться друг с другом. При окончательном высушивании частицы плотно соприкасаются, тело черепка приобретает весьма заметную прочность. Связь между частицами обусловлена особого рода силами сцепления, возникающими при удалении воды и проявляющимися в нарастании механической прочности высушиваемого изделия.

Когда глинистая масса переходит в критическое состояние, сушка изделий должна производиться под постоянным контролем. Обычно контролируется скорость движения воздуха той или иней влажности над изделиями. При прочих равных условиях с повышением температуры скорость сушки возрастает из-за увеличения упругости пара.

Добавление к глине непластичных материалов, не способных сокращаться, например кварца с частицами различной величины, изменяет картину высушивания. При вкраплении в глинистую массу кварцевых частиц общее количество водной пленки в одном и том же объеме массы уменьшается. Таким образом, уменьшается и усушка, а также облегчается сушка изделия, ибо создаются условия для более легкого выхода воды из черепка. Если усушка пластичной глины может достигнуть 9—10%, то, например, усушка терракотовой массы составляет 2—3%. Естественно, что при этом почти всегда уменьшается прочность высушенного изделия Но это необходимо, чтобы исключить возможность деформации изделия или образования трещин. Однако коробления, деформации и трещин можно избежать и в весьма пластичной массе, если учитывать все причины, ведущие к этому, и осуществлять соответствующий контроль

Регулировать общую усадку изделия можно также количеством воды в массе (рабочим влагосодержанием), что зависит от метода формования. Например, массы, содержащие от 4 до 8% воды (сухое прессование), практически почти не сокращаются при сушке

Обсудить]]>
Вода и материалы https://hudojestvennayakeramika.ru/page/voda-i-materialy https://hudojestvennayakeramika.ru/page/voda-i-materialy Tue, 01 Sep 2009 05:33:00 +0300 Вода хорошо смачивает глинистые частицы, образуя очень тонкие пленки между ними.

Смачивание делает глину пластичной, т.е. способной приобретать под давлением любую форму и сохранять ее, так как частицы, как при хорошей смазке, легко скользят друг по другу. Благодаря большой поверхности соприкосновения, обусловленной пластичностью глинистых, частиц, проникшая между ними вода не только «смазывает» их, но и удерживает друг около друга (физическая и химическая суть этого еще недостаточно ясна). Для каждого вида глины характерны определенные усилия, под действием которых поверхностная пленка может разорваться.

разделенные пленкой воды

Две глиняные (а) и две кварцевые частицы (б) разделенные пленкой воды (схема)

Между тем полевошпатовые или кварцевые материалы, как бы мы их не измельчали, при взаимодействии с водой не проявляют такой пластичности и скольжения, как глины, ибо строение их частиц иное. В них также может появиться пленка воды, но она не удерживает их и весьма незначительно «смазывает», ибо точек соприкосновения мало. Добавление упомянутых материалов к глине снижает пластичность массы и уменьшает усадку при удалении воды (сушке).

Обсудить]]>