Керамические материалы (керамика).

Основой этих материалов являются порошки тугоплавких соединений типа карбидов, оксидов, боридов, нитридов: БЮ, "ПС, СГ7С3, АЬОз, 8Юз, Zr02?, СгВ, №зВ, ИВз, ВЫ, ПЫ и др. В зависимости от назначения керамику изготавливают высокотемпературную, для режущих инструментов, сварочную, с сотовой структурой, для светотехники, пористую, специальную и др. Достоинства керамики:

• рабочая температура изделия может достигать 800... 1200 °С;
• возможность работать в агрессивных кислотах и щелочах;
• керамические материалы - хорошие диэлектрики;
• керамика легче стали почти на 40 %;
• низкий коэффициент линейного расширения (в 3...5 раз меньше, чем у стали);
• твердость керамических изделий значительно выше твердости закаленной стали;
• модуль упругости керамики значительно выше многих сталей;
• керамика - немагнитный материал.

Недостаток керамики - значительная хрупкость. При резком охлаждении нагретой керамики она растрескивается. Для уменьшения этих недостатков создаются новые виды керамики.

Новый керамический материал на основе карбида кремния обладает высокой механической прочностью и износостойкостью при высоких температурах, низким коэффициентом термического расширения, высоким сопротивлением окислению при температурах до 1500 °С, высокой химической инертностью, биосовместимостью, коррозионной стойкостью, устойчивостью к радиационным воздействиям, высокой твердостью и теплопроводностью. В зависимости от состава керамика используется как конструкционный материал, так и инструментальный.

Как конструкционный материал керамика применяется в подшипниках скольжения, работающих в агрессивных средах и при высокой температуре, в высокоскоростных подшипниках качения, сухих газодинамических уплотнениях, нагревательных элементах, фильерах, распылительных соплах, элементах конструкций роторных двигателей.

Металлокерамика (металлокерамические материалы) - искусственный материал, представляющий собой тетерогенную композицию металлов и сплавов с керамикой. В этих материалах основой является керамика, в которую добавляется некоторое количество металла, являющегося связкой и обеспечивающего такие свойства, как пластичность и вязкость. К керамической фазе относят оксиды АЬОз, 8Юз, 7гОг, СГ2О3, карбиды (8Ю, "ПС, О3С2, бориды (СлэБз, ТПЗз, ZrB2), силициды (Мо81), нитриды (ИМ) и углерод (алмаз, графит). В качестве металлической связки применят металлы N6, Мо, Со, Сг, А1, Ее, ТЕ

Металлокерамики (другое название керметы) объединяют важные конструкционные и эксплуатационные свойства металлов и неметаллов.

Они отличаются большой прочностью, высокими износо- и теплостойкостью, антикоррозионными свойствами. Применяются в качестве антифрикционных или защитных покрытий деталей и самостоятельных конструкционных материалов в авиастроении, автомобилестроении, транспортном и химическом машиностроении, электроприборостроении, турбостроении и других отраслях промышленности.

Стекло. Обычное стекло - эго чрезвычайно хрупкий и ломкий материал. Оно имеет весьма низкие пределы прочности на растяжение и изгиб и обладает относительно высокой поверхностной твердостью. Эксплуатационные свойства стекла можно заметно улучшить, изменив технологию изготовления, компонентный состав или усилить его другими материалами, например армированием стекла проволокой. Кроме того, на поверхность стекла можно нанести органические или неорганические защитные покрытия.

В последнее время стали известны химические методы улучшения характеристик, например ионный обмен, которые приводят к более существенному повышению прочности стекла, порой до 10 раз.

Прочность стекла и его устойчивость к перемене температур можно повысить за счет направленной кристаллизации. Так получают си- таллы. Эти материалы могут выдерживать внезапное повышение температуры на 1000 °С, так как при этом не происходит практически никакого изменения их объема.

Ситаллы обладают высокой механической прочностью и термостойкостью, водоустойчивы и газонепроницаемы, характеризуются низким коэффициентом расширения, высокой диэлектрической проницаемостью и низкими диэлектрическими потерями. Они применяются для изготовления трубопроводов, химических реакторов, деталей насосов, фильер для формования синтетических волокон, в качестве футеровки электролизных ванн и материала для инфракрасной оптики, в электротехнической и электронной промышленности.

Высоконадежные стекла применяют для грузовиков и поездов, в качестве иллюминаторов для кораблей, подводных лодок и космических аппаратов. Кроме того, ввиду своей коррозионной устойчивости, стекло все чаще используется для изготовления теплообменников, работающих с водяным паром высокого давления. В станкостроении применение стекол ограничивается пока только смотровыми окнами, но и здесь ситаллы уже испытываются в качестве материала для опор и фундаментов.

Кварцевое стекло. Его получают плавлением при 1700°С чистого кварцевого песка или горного хрусталя, имеющих состав 5102. Важнейшим свойством кварцевого стекла является способность выдерживать любые температурные скачки. Например, кварцевые трубы диаметром 10...30 мм выдерживают многократное нагревание до 800...900 °С и охлаждение в воде. Брусья из кварцевого стекла, охлаждаемые с одной стороны, сохраняют на противоположной стороне температуру 1500 °С и потому используются в качестве огнеупоров. Тонкостенные изделия из кварцевого стекла выдерживают резкое охлаждение на воздухе от температуры выше 1300 °С и потому с успехом используются для высокоинтенсивных источников света. Кварцевое стекло из всех стекол наиболее прозрачно для ультрафиолетовых и инфракрасных лучей.

Кварцевое стекло обладает высокими жаростойкостью, диэлектрическими свойствами, химической устойчивостью. Из кварцевого стекла изготовляют химическую огнеупорную посуду, выпарные чаши для серной кислоты; его широко применяют также в электротехнике, оптике, медицине. Заготовки из чистейшего кварцевого стекла используют для вытягивания кварцевых волоконных световодов.

Пеностекло - пористый стеклянный материал, обладает тепло- и звукоизоляционными свойствами, небольшой плотностью (примерно в 10 раз легче кирпича) и высокой прочностью, сравнимой с бетоном. Пеностекло не тонет в воде и потому используется для изготовления понтонных мостов и спасательных принадлежностей. Оно легко поддается механической обработке резанием.

Стеклянное волокно. При надевании стекло размягчается и легко вытягивается в тонкие и длинные нити. Тонкие стеклянные нити не обладают хрупкостью. Их характерным свойством является чрезвычайно высокое удельное сопротивление разрыву. Нить диаметром 3-5 мкм имеет сопротивление на разрыв 200-400 кг/мм" 1 , т. е. приближается по этой характеристике к мягкой стали. Из нитей изготавливают стекловолокно, стеклоткани и стекловату. Ткани, изготовленные из стеклянного волокна, обладают высокой химической стойкостью. Поэтому их применяют в химической промышленности в качестве фильтров кислот, щелочей и химически активных газов. Вследствие хорошей огнестойкости стеклоткани применяют для пошива защитной одежды специалистам, работающих в огнеопасных местах. Основная область применения стекловолокна и стеклотекстильных материалов - использование в качестве армирующих элементов стеклопластиков и композитов и при производстве материалов с высокой тепло-, холодо- и звукопоглощающей способностью.

Стекловата обладает прекрасными тепло- и звукоизоляционными свойствами, поэтому широко применяется в строительстве.

Органическое стекло (плексиглас) - прозрачная бесцветная пластическая масса, образующаяся при полимеризации метилового эфира ме- такриловой кислоты. Легко поддается механической обработке. Органическое стекло выпускается несколько видов: техническое, светотехническое, ориентированное техническое, экструзионное АСЯУМА 72, АСЯУМА 82 и др. По ГОСТ 10667-90 выпускается стекло листовое конструкционное в виде прозрачных неокрашенных листов толщиной от 0,8 мм до 50,0 мм, размерами 1150x1250 и 1400x1600 мм. Листовое стекло применяется в авиа- и машиностроении, для изготовления бытовых изделий, средств защиты в лабораториях и др.

Жидкое стекло (ГОСТ 13078-81) применяется в строительстве в качестве добавки к стройматериалам, повышает их долговечность, прочность, огнеупорность, атмосферосгойкость, для грунтования бетонных, кирпичных, оштукатуренных деревянных поверхностей, гидроизоляции емкостей и бассейнов, склеивания бумаги, картона. Является экологически чистым антисептиком (препятствует образованию плесени, гнили, грибков).

Другие применения: приготовление замазок для водопроводных труб, удаление старых лаковых и масляных красок, изготовление силикатных красок (смесь жидкого стекла с различными красителями), предотвращение коррозии металлов (жидкое стекло с цементным порошком, затем покраска), предотвращение образования и удаление накипи, удаление грязных, масляных и жирных пятен с одежды.

Глина - мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глина состоит из одного или нескольких минералов группы каолинита (происходит от названия местности Каолин в Китае), монтмориллонита или других слоистых алюмосиликатов (глинистые минералы), но может содержать и песчаные и карбонатные частицы.

Керамика (др. греч. кэсбмпт - глина) - изделия из неорганических, неметаллических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготовляемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением.

Шликер (нем. Schlicker) - используемая в производстве фарфора кашеобразная, мягкая фарфоровая масса, состоящая из каолина, кварца и полевого шпата. Смешанная с водой и подкрашенная глина, использовавшаяся в древности для росписи керамики, также называется шликером. В настоящее время шликером называют водные суспензии составов на основе глины, используемые для формования керамических изделий методом литья в пористые, как правило, гипсовые формы. Типичная влажность шликера для литья фарфора - 30-33%, для литья фаянсa - 33-37%, шликеры на основе красножгущихся глин могут иметь влажность и более 40%. Чем меньше влажность шликера, тем быстрее происходит формирование слоя керамической массы на поверхности гипсовой формы, тем меньше усадка при сушке и деформация изделий. Для приготовления шликера с низкой влажностью в его состав вводят дефлоккулянты (разжижители) - жидкое стекло, кальцинированную соду, углещелочной реагент - в количестве 0,1-0,5%.

Ангоб - вид декоративного огнеупорного покрытия для керамики, не имеющее блика. Обычно используется для маскировки темного цвета черепка. Ангоб может быть белым и цветным. Акунова, Л.Ф., Крапивин, В.А. Технология производства и декорирование художественных керамических изделий./ Л.Ф. Акунова, В.А. Крапивин. - М.: Дом. - 75 с.

Глазурь - это стекловидное покрытие на керамике, защищающее ее от внешних воздействий и служащее одновременно украшением. Современные промышленные глазури обычно бесцветны и прозрачны (например, на фарфоровой посуде) или окрашены и непрозрачны (на кафеле). Но посетив любой музей искусства, можно убедиться, что глазури обладают гораздо более широким «репертуаром» визуальных эффектов. Глазури на древних египетских амулетах сияют голубизной столь же ярко, как и в тот день, когда их извлекли из обжиговой печи. Совершенно не поблекли сцены, изображенные на древнегреческих вазах, покрытых красной и черной поливной глазурью. Яркие трехцветные свинцовые глазури, «светящийся» селадон и фарфор свидетельствуют о вкусе и могуществе китайского императорского двора.

Гончарный круг - станок для формовки посуды и керамических изделий, позволяющий использовать инерцию вращения для создания формы изделий и повышения производительности труда. Ручной гончарный круг одной рукой вращают на вертикальной оси и формируют изделие другой рукой. Ножной гончарный круг приводят в движение с помощью махового колеса, расположенного внизу, которое вращают ногами.

Виды керамики

В зависимости от строения различают тонкую керамику (черепок стекловидный или мелкозернистый) и грубую (черепок крупнозернистый). Основные виды тонкой керамики - фарфор, полуфарфор, фаянс, майолика. Основной вид грубой керамики - гончарная керамика. Фарфор имеет плотный спекшийся черепок белого цвета (иногда с голубоватым оттенком) с низким водопоглощением (до 0,2%), при постукивании издает высокий мелодичный звук, в тонких слоях может просвечивать.

Глазурь не покрывает край борта или основание изделия из фарфора. Сырье для фарфора - каолин, песок, полевой шпат и другие добавки.

Фаянс имеет пористый белый черепок с желтоватым оттенком, пористость черепка 9 - 12%. Из-за высокой пористости изделия из фаянса полностью покрываются бесцветной глазурью невысокой термостойкости. Фаянс применяется для производства столовой посуды повседневного использования. Сырье для производства фаянса - беложгущиеся глины с добавлением мела и кварцевого песка.

Полуфарфор по свойствам занимает промежуточное положение между фарфором и фаянсом, черепок белый, водопоглощение 3 - 5%, используется в производстве посуды.

Майолика имеет пористый черепок, водопоглощение около 15%, изделия имеют гладкую поверхность, блеск, малую толщину стенок, покрываются цветными глазурями и могут иметь декоративные рельефные украшения. Для изготовления майолики применяется литьё. Сырье - беложгущиеся глины (фаянсовая майолика) или красножгущиеся глины (гончарная майолика), плавни, мел, кварцевый песок.

Гончарная керамика имеет черепок красно-коричневого цвета (используются красножгущиеся глины), большой пористости, водопоглощение до 18%. Изделия могут покрываться бесцветными глазурями, расписываются цветными глиняными красками - ангобами. Кухонная и хозяйственная посуда, декоративные изделия. Третьяков, Ю.Д., Лепис, Х.Л. Химия и технология твердофазных материалов./ Ю.Д Третьяков. Х.Л Лепис. - М.: МГУ. -203 с.

По способу приготовления керамические массы подразделяют на порошкообразные, пластичные и жидкие. Порошкообразные керамические массы представляют собой увлажнённую или с добавкой органических связок и пластификаторов смесь измельченных и смешанных в сухом состоянии исходных минеральных компонентов. Перемешиванием глин и каолинов с отстающими добавками во влажном состоянии (18-26% воды по массе) получают пластические формовочные массы, которые при дальнейшем увеличении содержания воды и с добавкой электролитов (пептизаторов) превращаются в жидкие керамические массы (суспензии) - литейные шликеры. В производстве фарфора, фаянса и некоторых других видов керамики пластичную формовочную массу получают из шликера частичным обезвоживанием его в фильтр-прессах с последующей гомогенизацией в вакуумных массомялках и шнековых прессах. При изготовлении некоторых видов технической керамики литейный шликер приготовляют без глин и каолинов, добавляя в тонкомолотую смесь исходного сырья термопластические и поверхностно-активные вещества (например, парафин, воск, олеиновую кислоту), которые потом удаляются предварительным низкотемпературным обжигом изделий.

Обжиг керамики является самым важным технологическим процессом, обеспечивающим заданную степень спекания. Точным соблюдением режима обжига обеспечиваются необходимый фазовый состав, и все важнейшие свойства керамики. За редким исключением спекание кристаллических фаз протекает с участием жидких фаз, образующихся из эвтектических расплавов. В зависимости от состава керамической массы и температуры обжига в фарфоровых, стеатитовых плотно спекшихся изделиях содержание жидкой фазы в процессе спекания достигает 40-50% по массе и более. Силами поверхностного натяжения, возникающими на границе жидкой и твёрдой фаз, зёрна кристаллических фаз (например, кварца в фарфоре) сближаются, а газы, распределённые между ними, вытесняются из капилляров. В результате спекания размеры изделий уменьшаются, возрастают их механическая прочность и плотность. Спекание некоторых видов технической керамики (например, корундовой, бериллиевой, циркониевой) осуществляется без участия жидкой фазы в результате объемной диффузии и пластического течения, сопровождающихся ростом кристаллов. Спекание в твердых фазах происходит при использовании весьма чистых материалов и при более высоких температурах, чем спекание с участием жидкой фазы, и потому получило распространение лишь в производстве технической керамики на основе чистых окислов и тому подобных материалов. В соответствии с комплексом предъявляемых требований степень спекания разных видов керамики колеблется в широких пределах.

Производство керамических изделий включает следующие основные операции: приготовление массы, формование изделий, сушку, обжиг и декорирование.

Материалы, применяемые для керамического производства, принято подразделять на основные и вспомогательные. К основным относятся материалы, идущие для приготовления керамических масс, глазурей, керамических красок; к вспомогательным - материалы, применяемые для изготовления гипсовых форм, капселей.

Основные материалы делят на пластические, отощающие, плавни, глазуреобразующие и керамические краски.

Пластическими материалами являются глины и каолины. Глины и каолины образуются в результате распада горных пород типа гранита, гнейса, полевого шпата. Каолины отличаются от глины более чистым химическим составом, меньшей пластичностью, большей огнеупорностью.

Отощающими материалами являются кварц и чистые кварцевые пески, они способствуют уменьшению пластичности глин, снижают усадку и деформацию изделий при сушке.

Плавни понижают температуру плавления и спекания глинистых материалов, придают керамическому черепку плотность, просвечиваемость, механическую прочность; к ним относятся полевой шпат, пегматит, мел, известняк, доломит.

Глазуреобразующие материалы (глазурь) - это тонкий стекловидный слой на поверхности керамических изделий. Она предохраняет черепок от механических воздействий, улучшает его гигиеничность, придает поверхности изделия лучший внешний вид. Глазури бывают прозрачные и непрозрачные (глухие), бесцветные или окрашенные.

Керамические краски применяют для украшения фарфоровых, фаянсовых, майоликовых и других изделий. Основу керамических красок составляют металлы и их оксиды, которые при нагревании образуют с силикатами, алюминатами, боратами и другими веществами окрашенные соединения на черепке керамических изделий. По характеру применения керамические краски подразделяют на подглазурные и надглазурные.

Подглазурные краски наносят на неглазурованный обнаженный черепок, затем изделие покрывают глазурью и обжигают.

Надглазурные - наносят на черепок, покрытый глазурью, закрепляют их особым обжигом при температуре 600-850°С.

Приготовление керамической массы осуществляется последовательным выполнением ряда технологических процессов: очистки сырья от вредных минеральных включений, дробления, разлома, просеивания через сита, дозирования и смешивания.

Формуют изделия из пластических и жидких (шликер) керамических масс. Изделия несложных форм - (чашки, тарелки) формуют из пластической массы влажностью 24-26% в гипсовых формах с помощью стальных шаблонов на автоматах и полуавтоматах.

Способ: литья из жидкой массы - шликера влажностью 30-35% гипсовые формы является незаменимым в производстве керамических изделий, где сложность и разнообразие форм исключают использование других способов формования. Осуществляют литьё ручным или автоматическим способами.

Сушка способствует повышению прочности керамических изделий, сформированной из пластической массы или отлитых из шликера. Сушку проводят в конвекционных (конвейерных, камерных и туннельных) и радиационных сушилках при температуре 70-90 0С.

Обжиг является основным технологическим процессом. В результате сложных физико-химических превращений, проходящих при высоких температурах, керамические изделия приобретают механическую прочность.

Обжиг проводят в два приема. Для фарфоровых изделий первыйобжиг (утильный) происходит при температуре 900-950°С, а второй (политой) - при температуре 1320-1380°С. Для фаянсовых изделий первый обжиг проводится при температуре 1240-1280 єС, а второй - при температуре 1140-1180°С. Используются печи двух видов: туннельные (непрерывного действия) и горны периодического действия).

Декорирование изделий является завершающей стадией производства фарфоровых и фаянсовых изделий, заключающийся в нанесении на белье (неокрашенный полуфабрикат) специальных разделок двумя методами: ручным и полумеханизированным.

Усик, отводка, лента представляют собой непрерывные круговые полоски (усик шириной 1 мм, отводка - от 1 до 3 мм, лента от 4 до 10 мм).

Трафарет наносят аэрографом при помощи пластин из тонкой жести или фольги, имеющих вырезы, контуры которых соответствуют наносимому рисунку. Он может быть одноцветным и многоцветным.

Крытьё различают следующих видов: сплошное - все изделиепокрыто равномерным слоем краски; полукрытьё - изделие покрыто краской шириной от 20 мм и выше, нисходящее - краску накладывают с ослаблением тона к низу изделия; крытье с прочисткой - по сплошному крытью сделана прочистка рисунка; крытье с прочисткой и раскраской красками и золотом.

Печать наносят на изделие с печатного оттиска на бумаге, приэтом получают графический однокрасочный рисунок, который обычно раскрашивают одной или более красками.

Штамп представляет собой наиболее простой способ декорирования. Рисунок наносят резиновым штампом. Чаще штампы наносят золотом.

Декалькомания (деколь) занимает основное место в декорировании изделий. Переносят рисунок на изделие при помощи переводной картинки, выполненной литографическим способом. В настоящее время применяют сдвижную деколь. На подкладочную бумагу наносят ацетилцеллюлозную пленку, на которой напечатан рисунок. При смачивании пленка с рисунком отделяется от бумаги и остается на изделии. В процессе муфельного обжига пленка сгорает, а краска сплавляется с поверхностью изделия.

Шелкография является перспективным способом украшения керамических изделий. Печатание рисунка производят через шелковую сетку, на которую накладывают трафарет. Декорируемое изделие подводят под шелковую сетку. Резиновый ролик, с краской проходя через сетку, продавливает ее в вырезы трафарета, и таким образом рисунок переводят на изделие.

Живописные работы выполняют кисточкой или пером ручным способом. В зависимости от сложности живопись бывает простой и высокохудожественной.

Фотокерамика воспроизводит на изделии портреты знаменитых людей, виды городов, особенно эффектна она в цветном исполнении.

Основными свойствами керамических изделий являются физические и химические. Свойства керамических изделий зависят как от состава применяемых масс, так и от технологических особенностей их производства.

Основными свойствами являются объемная масса, белизна, просвечиваемость, механическая прочность, твердость, пористость, термическая стойкость, скорость распространения звуковых волн, химическая устойчивость.

Объёмная масса фарфора равна 2,25-2,4 г/смі, а фаянса 1,92-1,96г/смі.

Белизна - способность материала отражать падающий на него свет. Особенно важна белизна для фарфоровых изделий. Белизна определяется визуально путем сравнения испытуемого образца с эталоном или с помощью спектрофотометра.

Просвечиваемость характерна для фарфора, который просвечивает даже при большой толщине изделия, так как: имеет плотный спекшийся черепок. Фаянсовые изделия не просвечивают, поскольку черепок является пористым.

Механическая прочность является одним из важнейших свойств, от которого зависит долговечность изделия. Удельная механическая прочность, т.е. отношение приложенного усилия к единице толщины дна, определяется по методу свободного падения стального шарика по дну изделия. У фаянса она более высокая, чем у фарфора. Прочность на удар по методу маятника, наоборот, у фаянсовых изделий ниже, чем у фарфоровых.

Твердость глазурного слоя по минералогический шкале Мооса для фарфора составляет 6,5-7,5, а для фаянса - 5,5-6,5, микротвердость определяется вдавливанием алмазной пирамидки (по Виккерсу). Фарфоровые глазури являются твердыми, майоликовые - мягкими, а фаянсовые относятся к средним.

Пористость определяют методом водопоглощения, которая у фарфора составляет 0,01-0,2%, а у фаянса - 9-12%.

Термическая стойкость характеризует способность изделия выдерживать резкие смены температур. Термическая стойкость фарфоровых изделий выше, чем у фаянсовых. Так в соответствии с действующими ГОСТами, глазурь у фарфоровых изделий должна выдерживать перепады температур от 205 до 20°С, а у фаянсовых - от 145 до 20°С (для бесцветных глазурей) и от 135 до 20°С (для цветных глазурей).

Скорость распространения звуковых волн у фарфоровых изделий в 3-4 раза выше, чем у фаянсовых, поэтому при ударе деревянной палочкой по краю, фарфоровые изделия издают высокий звук, а фаянсовые - глухой.

Химическая устойчивость глазурей и керамических красок, при.- меняемых для бытовых фарфоровых и фаянсовых изделий, должна быть высокой, так как при обработке слабыми кислотами и щелочами при обыкновенной температуре или при нагревание до 60-65°С они не должны разрушаться.

Все керамические товары делят на изделия грубой и тонкой керамики. Изделия грубой керамики имеют неоднородную структуру черепка, различаемую невооруженным взглядом, кроме этого черепок имеет естественную окраску от желтых до коричневых тонов.

Для изделий тонкой керамики характерен спекшийся мелкопористый черепок, с однородной, плотной структурой.

Рис.

1 - отводка; 2 - лента; 3 - трафарет; 4 - штамп; 5 г крытьё сплошное, 6 - крытье нисходящие; 7 - печать; 8 - печать с раскраской; 9 - деколькомания; 10 и 11 живопись; 12 и 13 - фото по керамике; 14 и 15 - разделка рельефа.

Изделия тонкой керамики включают две группы:

1- изделия со спекшимся в изломе черепком (твердый фарфор, мягкий, костяной и фриттовый фарфор, тонкокаменные изделия);

2 - изделия с пористым черепком (фаянс, майолика, полуфарфор).

Твердый фарфор характеризуется высокой механической прочностью, химической и термической устойчивостью. Российские заводы вырабатывают в основном фарфоровые изделия из твердого фарфора, который готовят из массы, содержащей 50% глинистых веществ, 25% полевого шпата и 25% кварца.

Мягкий фарфор имеет высокую просвечиваемость, но меньшую термическую и механическую прочность. Массы, применяемые в производстве мягкого фарфора, содержат 30% глинистых материалов, 30-36% полевого шпата и 20-45% кварца. Используют мягкий фарфор при изготовлении художественных изделий.

Костяной фарфор изготавливают из массы, в состав которой кроме обычных компонентов входит 20-60% костяной золы. Костяной фарфор характеризуется высокой просвечиваемостью, но вместе с тем низкой механической и термической прочностью. Применяется для изготовления сувенирной посуды.

Фриттовый фарфор по своему составу напоминает стекло, так как не содержит глинистых материалов. Этот вид фарфора вследствие недостаточной твердости глазури и трудоемкости технологического процесса для изготовления посуды применяют редко.

Тонкокаменные изделия имеют окраску, зависящую от природных свойств глины (светло-сёрая, кремовая). Эти изделия обладают высокой термической устойчивостью. Изготавливают химическую тонкокаменную посуду, а также кружки, кофейные и чайные сервизы.

Фаянс имеет, белый пористый черепок, водопоглощение которого колеблется в пределах 9-12%. Фаянсовые изделия докрывают легкоплавкой глазурью. В состав фаянсовой массы входят 65% глинистых материалов, 30% кварца или кварцевого песка и 2-5% полевого шпата.

Майолика является разновидностью фаянса, обладает высокой пористостью. Майоликовые изделия обычно покрывают цветной глазурью.

Полуфарфор по своим свойствам занимает среднее положение между фарфором и фаянсом и в основном идет на изготовление изделий санитарно-технического назначения. Полуфарфоровые изделия дешевле фарфоровых и выше по качеству, чем фаянсовые.

Керамические изделия подразделяются на посуду и художественно-декоративные изделия. В свою очередь посуда может быть столового, чайного и кофейного назначения.

Фарфоровые изделия по толщине стенки делят на обыкновенные с толщиной стенки 2,5 (чашка) - 4 мм и тонкостенные 1,4 (чашка) - 2,5 мм все остальные.

В зависимости от размера керамические изделия делят на мелкие и крупные.

По форме изделия делят на полые и плоские.

К плоским относятся блюдца, блюда, тарелки, селедочницы и другие; к полым - бокалы, чашки, кружки, пиалы, чайники, кофейники, сахарницы, кувшины и другие.

В зависимости от наличия глазурного слоя различают фарфоровые изделия глазурованные и неглазурованные (бисквитные).

По комплектности изделия бывают штучные и комплектные (сервизы, гарнитуры, наборы). Особенностью изделий, входящих в комплект, является единство декоративного оформления, конструкции и формы.

Классификация фарфоровой посуды

По назначению ассортимент бытовых фарфоровых изделий делят на столовую, чайную, бытовую посуду и прочую.

Особо выделены художественно-декоративные изделия.

Фарфоровая столовая посуда (см. приложение 1) представлена самыми разнообразными изделиями, как по наименованиям, так и по фасонам и размерам.

Блюда выпускают круглыми и овальными размером 300, 350,400 и 450 мм.

Вазы для супа или компота изготавливаются с крышками разных фасонов емкостью 2000-3500 см 3 .

Подливочники бывают без поддона и с поддоном (на тарелочке)
ёмкостью от 80 до 400 см 3 .

Салатники характеризуются разными фасонами (круглые, овальные, четырехугольные) и емкостью 1200-1400 см 3 , четырехугольные имеют емкость от 120 до 1000 смі.

Селедочницы выпускаются длиной 135 и 250-270 мм.

Тарелки - основной вид столовой посуды. Они бывают глубокими и мелкими, для взрослых и детей. Глубокие тарелки выпускают диаметром 240 и 200 мм и мелкие 240 мм (подставка под глубокую тарелку 240 мм), 200 мм (для вторых блюд), 175 мм (закусочная) и 158 мм (пирожковая). Детские тарелки глубокие и мелкие диаметром 178 мм входят в состав детских наборов. Кроме перечисленных изделий в эту группу входят изделия для специй - горчичницы, солонки, перечницы и хренницы.

Чайная и кофейная посуда (см. приложение 2) весьма разнообразна по фасонам, размерам и декору. Чашки с блюдцами занимают основное место в ассортименте данной группы. Чайные чашки от кофейных, отличаются по емкости. Так кофейные чашки имеют емкость 60, 85 и 100-130см3. Емкость чайных чашек бывает 200-250 см 3 (обыкновенные), 260-275 см 3 (среднегабаритные), 300-350 см 3 (крупногабаритные) и 400 и 500 см 3 (подарочные).

Чайники различают заварные (для заварки чая) емкостью 250, 350 - 375, 450, 500 - 700, 735 - 800 смі и доливные (для кипятка) ёмкостью 1000-1250, 1400 и 3000 см 3 .

Бокалы выпускаются разных фасонов с блюдцами емкостью 375 - 400, 500 и 600 смі.

Кофейники изготавливают разных фасонов емкостью 500, 750,

1000-1250, 1400 смі.

Кружки вырабатываются с ручкой и без ручки, с утолщенным черепком и специальные курортные плоские с отверстием в ручке. Емкость кружек колеблется от 90 до 500 смі.

Пиалы по форме бывают конические, без ручек емкостью 140-150, 220-250, 350-400 смі.

К группе чайной и кофейной посуды относят также вазы для фруктов и варенья на ножке.

Прочие изделия - это сырницы, салфетницы и др.

Комплектную посуду выпускают в виде сервизов, наборов, гарнитуров, для нее характерно единство формы (фасона) и разделки.

Сервизы и гарнитуры по назначению бывают столовыми, чайными и кофейными на 6 и 12 персон. Гарнитур включает большее количество предметов, чем сервиз того же назначения.

Художественно-декоративные изделия - бытовая посуда (см. приложение 3) занимают значительное место в группе фарфоровых изделий. В.ассортимент художественно-декоративных изделий входят скульптура (фигурки людей, животных, птиц; рыб и т.д.), бюсты, настенные барельефы, вазы для цветов, разные изделия (пудреницы, пепельницы, карандашиницы, блюда и тарелки настенные, графины для вина, памятные медали и т.д.).

Для изделий прикладного искусства характерно сочетание утилитарных свойств с высокими эстетическими. Эти изделия разнообразные по форме, их более тщательно отделывают и декорируют (чаще способом живописи).

Фаянсовая посуда.

Ассортимент фаянсовых изделий проще и менее разнообразен, чем аналогичных фарфоровых. Значительную долю занимают плоские изделия (тарелки, миски, селедочницы и др.). В ассортименте фаянсовых изделий отсутствуют чашки чайные, чайники, кофейники. В основном ассортимент фаянсовой посуды представлен изделиями столового назначения. Фаянсовая посуда состоит из штучных и комплектных изделий. В комплектные изделия входят сервизы столовые, наборы тарелок (разных размеров и детские наборы).

Художественно-декоративные изделия занимают незначительное место в ассортименте фаянсовых изделий, в основном это скульптура, вазы для цветов и пепельницы разных фасонов.

Майоликовая и гончарная посуда.

Ассортимент майоликовых изделий включает посуду и художественно-декоративные изделия.

Для майоликовых изделий характерна разделка различными цветными глазурями (майоликовыми поливами) и подглазурными красками.

Ассортимент майоликовых изделий представлен и штучной и комплектной посудой. Вырабатывают кружки, масленки, кофейницы, сухарницы, пепельницы, рюмки для яиц, сырницы, салатницы, медовницы; особенно широко представлены в ассортименте приборы для фруктов, блинов, салата, яиц, воды, варенья, компота, чая, специй, а также кофейные и детские приборы.

Художественно-декоративными изделиями являются вазы для цветов, настенные блюда и тарелки, пепельницы, скульптура и другие.

Гончарные изделия относятся к грубой керамике. Основным сырьем являются легкоплавкие глины средней пластичности. Формуют эти изделия на гончарном круге или в гипсовых формах. После сушки и глазурования обжигают в горнах при температуре 900-1000 єС.

Ассортимент гончарных изделий состоит из крынок, горшков, мисок, кувшинов, масленок, сухарниц, судков для сметаны и масла, цветочных горшков. Из гончарной массы вырабатывают такие художественно-декоративные изделия: вазы для цветов, кашпо, блюда настенные, скульптуру, игрушки и др.

Оценка качества керамической посуды.

Керамические, товары должны быть прочными, удобными в пользовании, иметь красивый внешний вид. Их изготавливают в соответствии с образцами, утвержденными в установленном порядке. При оценке качества керамических товаров обращают внимание на показатели качества черепка, глазури и декорирования. В зависимости от внешнего вида, физико - технических показателей, характера, размера и количества дефектов посуда по действующим ГОСТам делится на 1 и 2 сорта.

Белизну, термическую стойкость, водопоглощение, кислотостой-кость определяют по методикам, изложенным в ГОСТах.

Белизна фарфоровых изделий для 1-го сорта должна быть не менее 64%, для 2 - 58%. Для фаянсовых изделий белизна не регламентируется.

Просвечиваемость характерна только для фарфоровых изделий, которые в слоях толщиной до 2,5 мм просвечивают. Механически прочными считаются фарфоровые и фаянсовые тарелки и блюдца, которые при пятидневном хранении их стопками (первые по 120 штук, а вторые по 100 и 150 штук) не разрушаются.

Наличие дефектов устанавливают при внешнем осмотре изделия. Все многообразие дефектов, встречающихся на керамических изделиях, делятся на дефекты черепка и глазури и дефекты декорирования.

Дефекты черепка и глазури. Деформация изделия выражается в его искривлении. Этот дефект возникает в результате направленного проведения процессов сушки и обжига. Особенно характерен для плоских изделий. Замеряется деформация с помощью ступенчатого шаблона в миллиметрах и для основных видов изделий имеет допуски по ГОСТу.

Выбоины и щербины на изделии образуются в процессе производства, транспортирования и хранения.

Заглазурованные односторонние трещины представляют несквозные посечки черепка.

Разлив глазури на черепках должен быть гладким и равномерным. Допускаются незначительные натеки. Мелкие рассредоточенные наколы, не нарушающие товарный вид, изделия допускаются. Матовость глазури в 1 сорте не допускается.

Плешины и сборка глазури проявляются в виде мест, не покрытых глазурью. На лицевой стороне фарфоровых изделий в 1 сорте, фаянсовых изделий в 1 и 2 сортах не допускаются.

Сухость глазури и летелый край встречаются на фаянсовых изделиях. Сухость глазури возникает в результате недостаточной толщины глазурного слоя на изделии. Летелый край резко снижает гигиенические свойства изделия; он характеризуется отскоком глазури по его краям в 1 сорте не допускается.

Цек и волос - это трещины глазурного слоя. Изделия с этими дефектами переводят в брак.

Засорка появляется на изделиях в результате выкрашивания зерен шамота из капселей. Она бывает подглазурной, а также надглазурной, которую можно зашлифовать.

Мушка проявляется в виде темных точек на изделии. Появляется этот дефект вследствие попадания в керамическую массу оксидов железа.

Следы от полозков характерны только для фаянсовых изделий и допускаются с оборотной стороны зашлифованными или зачищенными. Неправильность монтировки деталей изделия - это несимметричное их расположение, отклонение приставных деталей (носиков, ручек) от вертикальной и горизонтальной плоскостей.

Подрыв приставных деталей допускается, если он волосяной и несквозной и не нарушает механическую прочность изделия. Однако подрыв носиков у чайников, не допускается.

Дефекты декорирования. Пережог или не дожег красок, образуется при нарушении муфельного обжига. Краска не должна стираться.

Сборка деколькомании допускается, если она не нарушает рисунка.

Помарки краской надглазурные на лицевой стороне изделия в первом сорте не допускаются.

Отслоение краски переводит изделие в брак.

По ГОСТу число допустимых дефектов не должно превышать для фарфоровых изделий для 1 сорта - 3, для 2 сорта - 6; фаянсовых изделий соответственно - 3 и 6.

Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение керамической посуды.

Каждое фарфоровое и фаянсовое изделие маркируют товарным знаком, который наносят на центр дна изделия керамической краской и закрепляют обжигом. Товарный знак должен быть четким.

При упаковывании посуды применяют тару потребительскую (коробки из картона, бумаги и комбинированных материалов); пачки из картона, бумаги и комбинированных материалов и пакеты бумажные и из комбинированных материалов, материалы вспомогательные (бумагу оберточную и прокладочную, картон гофрированный, термоусадочные материалы, пленку полиэтиленовую, полистирол, древесную стружку и др.); тару транспортную (ящики деревянные и ящики из гофрированного картона).

Чашки с блюдцами укладывают следующим способом: чашку вверх дном помещают на блюдце с лицевой стороны, предварительно переложенное бумагой, и оборачивают бумагой. Затем формуют стопу, содержащую от двух до двенадцати изделий, которую также оборачивают бумагой. Допустимо формование стоп, составленных отдельно из чашек и блюдец. Плоские изделия заворачивают в бумагу через одно изделие, а затем в пакет по 25-40 штук. Укрупненный пакет перевязывают шпагатом или заклеивают бумажной лентой и наклеивают ярлык с указанием завода-производителя и его адреса, наименования изделия, количество изделий в пакете, сорта, даты упаковки, номера упаковщика и номера ГОСТа или ТУ. При упаковывании пакетов сервизов, наборов, гарнитуров укладывают изделия одного сорта и одного декоративного оформления: каждый предмет оборачивают бумагой. Затем посуду укладывают в потребтельскую и транспортную тару. Изделия сувенирного и подарочного назначения укладывают в коробки из гофрированного картона, на которые наклеивают художественно оформленные этикетки.

Посуду транспортируют всеми видами транспорта. В основном посуду перевозят в железнодорожных вагонах и контейнерах, пол которых выстилают древесной стружкой равномерным и плотным слоем. Ряды пакетов тоже прокладывают стружкой. На контейнерах и железнодорожных вагонах завод - изготовитель должен сделать надпись «Осторожно стекло».

Посуду, направляемую в районы Арктики, Крайнего Севера и отдаленные районы упаковывают в соответствии со специальными техническими условиями.

Керамика (керамические материалы) - поликристаллические материалы, получаемые спеканием глин и их смесей с минеральными добавками, а также оксидов металлов и других тугоплавких соединений. Люди начали использовать керамические материалы с 5-го тысячелетия до н. э.

Техническая керамика включает искусственно синтезированные керамические материалы различного состава (химического и фазового). Основными компонентами технической керамики являются оксиды, бескислородные соединения металлов, а также глины.

Следует отметить, что любой керамический материал является многофазной системой. В керамике могут присутствовать кристаллическая, стекловидная и газовая фазы.

Кристаллическая фаза представляет собой определенные химические соединения или твердые растворы. Эта фаза составляет основу керамики и определяет значения ее механической прочности, термостойкости и других основных свойств.

Стекловидная фаза находится в керамике в виде прослоек стекла, связывающих кристаллическую фазу. Обычно керамика содержит 1…10 % стекловидной фазы, которая снижает механическую прочность и ухудшает тепловые показатели материала. Однако стеклообразующие компоненты (глинистые вещества) облегчают технологию изготовления изделий.

Газовая фаза представляет собой газы, находящиеся в порах керамики. По этой фазе керамику подразделяют на плотную, без открытых пор и пористую. Наличие даже закрытых пор нежелательно, так как из-за этого снижается механическая прочность материала.

Техническая керамика характеризуется многообразием составов и свойств. Поскольку различные виды керамики отличаются сырьем, составом, структурой и свойствами, то объединяющим признаком этих материалов можно считать технологию их получения (составление шихты, формование и обжиг).

Керамические материалы характеризуются общими для них свойствами (высокая температура плавления, большие значения твердости и модуля упругости, химическая инертность). При этом данные материалы отличаются большим диапазоном электрических и тепловых свойств (от сверхпроводников до диэлектриков, от теплоизоляторов до высокотеплоотводящих материалов), обладают специфическими свойствами (эмиссионными, оптическими, ядерными, каталитическими). Из керамики изготавливают украшения, строительные материалы (в том числе облицовочную плитку и кирпич), посуду (фарфоровую и глиняную), футеровку печей, режущий инструмент, детали химического и металлургического оборудования, уплотнители насосов, работающих в условиях абразивного изнашивания, детали двигателей (внутреннего сгорания и газотурбинных) и ракет и др.

Большинство керамических материалов являются кислородсодержащими соединениями. К ним относятся силикатные соединения (на основе глин и других силикатов) и из чистых тугоплавких оксидов металлов (оксидов бериллия, магния, алюминия, циркония, гафния и проч.).

К бескислородным соединениям принадлежат керамические материалы, состоящие из карбидов, нитридов, боридов, силицидов и др.

Различают керамические материалы пористые и плотные (каменная керамика); грубые (с неоднородным строением) и тонкие (с мелкокристаллическим строением).

Керамика на основе оксида алюминия А1 2 О 3 (корундовая) обладает высокой прочностью, которая сохраняется при высоких температурах. Корундовая керамика химически стойка и является отличным диэлектриком. Изделия из этого материала применяют во многих областях техники (пластины резцов, используемые при больших скоростях резания, калибры, фильеры для протяжки стальной проволоки, сопла, детали высокотемпературных печей, подшипники печных конвейеров, детали насосов, свечи зажигания в двигателях внутреннего сгорания). Керамику на основе оксида алюминия с плотной структурой используют в качестве вакуумной, а пористую - как термоизоляционный материал. В корундовых тиглях плавят различные металлы, оксиды, шлаки.

Особенностями оксида циркония (ZrO 2) являются слабокислотная или инертная природа и низкий коэффициент теплопроводности. Рекомендуемые температуры применения керамики из ZrO 2 2 000…2 200 °С; она используется для изготовления огнеупорных тиглей для плавки металлов и сплавов, как тепловая изоляция печей, аппаратов и реакторов, в качестве покрытия на металлах для защиты последних от действия температур.

Керамика на основе оксидов магния и кальция обладает стойкостью к действию основных шлаков различных металлов, в том числе и щелочных. Но термическая стойкость таких материалов низкая. Оксид магния при высоких температурах летуч, а оксид кальция способен к гидратации даже на воздухе (их применяют для изготовления тиглей). Кроме того, MgO используют для футеровки печей, пирометрической аппаратуры и т. д.

Керамика на основе оксида бериллия отличается высокой теплопроводностью, что сообщает этому материалу высокую термостойкость, но его прочностные свойства невысокие. Оксид бериллия обладает способностью рассеивать ионизирующее излучение высоких энергий, имеет высокий коэффициент замедления тепловых нейтронов и применяется для изготовления тиглей для плавки некоторых чистых металлов, а также в качестве вакуумной керамики в ядерных реакторах.

Следует отметить, что разработаны и используются керамические материалы на основе оксидов титана, тория, урана и др.

Бескислородная керамика создана на основе соединений, которые не содержат кислорода. К ним относятся соединения элементов с углеродом (МеС) - карбиды, с азотом (МеN) - нитриды, с бором (МеВ) - бориды, с кремнием (МеSi) - силициды и с серой (МеS) - сульфиды. Эти соединения отличаются высокой огнеупорностью (2 500…3 500 °С), твердостью (иногда как у алмаза) и износостойкостью (по отношению к агрессивным средам). При этом материалы обладают высокой хрупкостью. Сопротивление окислению при высоких температурах (окалиностойкость) карбидов и боридов составляет 900…1 000 °С, у нитридов - несколько ниже. Силициды могут выдерживать температуру 1 300…1 700 °С (на поверхности образуется пленка кремнезема).

Карбиды кремния, хрома, титана, вольфрама и другие получили широкое применение. Из карбида кремния изготавливают огнеупоры, конструкционные материалы, абразивные материалы, электротехнические материалы и др. Из карбида титана изготавливают детали насосов химической промышленности, лопатки газовых турбин, электроды, твердые сплавы и др. Карбид вольфрама используется, в основном, для производства твердых сплавов для резцов, фрез и другого инструмента.

Нитриды - соединения азота с более электроположительными элементами, главным образом, металлами. Тугоплавкими соединениями с высокой твердостью, хорошими износостойкостью и химической стойкостью являются нитриды алюминия, бора, кремния, титана.

Нитрид алюминия обладает еще и хорошими электроизоляционными свойствами. Его используют в качестве электроизоляционного материала, огнеупора (тигли, футеровка печей), из него изготавливают усы (для армирования композиционных материалов). Механические свойства сверхтвердых модификаций нитрида бора близки к свойствам алмаза. Они используются для изготовления инструментальных материалов и сверхтвердых материалов типа «боразон», «гексанит», «эльбор». Нитрид кремния используется в качестве инструментального материала, конструкционного материала, материала трения, огнеупора. Нитрид титана используется для нанесения покрытий на поверхности изложниц и как декоративное покрытие золотистого цвета. Нитриды молибдена и ниобия при определенных температурах являются сверхпроводниками.

Бориды обладают металлическими свойствами. Они износостойки, тверды, стойки к окислению и электропроводность боридов очень высокая. В технике используются дибориды тугоплавких металлов (TiВ 2 , ZrВ 2 и др.). Их легируют кремнием или дисилицидами, что делает их устойчивыми до температуры плавления. Диборид циркония стоек в расплавах алюминия, меди, чугуна, стали и др. Его используют для изготовления термопар, работающих при температуре свыше 2 000 °С в агрессивных средах, а также труб, емкостей, тиглей. Благодаря высокому уровню механических свойств, жаропрочности и жаростойкости бориды широко используются как конструкционные материалы для узлов и деталей газовых турбин, реактивных двигателей, для сопел распыления металлов, чехлов термопар и др.

Силициды отличаются от карбидов и боридов полупроводниковыми свойствами, окалиностойкостью, стойкостью к действию кислот и щелочей. Эти материалы можно применять при температуре 1 300…1 700 °С, при температуре 1 000 °С они не взаимодействуют с расплавленным свинцом, оловом и натрием. Дисилицид молибдена (МоSi 2) наиболее широко используется в качестве стабильного электронагревателя в печах при температуре 1 700 °С в течение нескольких тысяч часов. Из спеченного МоSi 2 изготовляют лопатки газовых турбин, сопловые вкладыши двигателей. В радио- и электротехнике силициды используют как высокотемпературные полупроводниковые материалы.

Сульфиды (в зависимости от соотношения серы и металла в соединении) являются обычными полупроводниками, узкозонными полупроводниками или обладают свойствами металлов. Эти материалы используются в электротехнике и электронике. Сульфидам присуща высокая химическая стойкость по отношению к расплавам металлов и солей при высоких температурах. Сульфиды применяются в качестве огнеупоров для тиглей и других изделий в прецизионной металлургии, а в химической промышленности их используют как катализаторы.

Следует отметить, что разрабатываются новые составы керамических материалов, совершенствуются технологии получения изделий из этих материалов и область их применения постоянно расширяется.

) и их смесей с минеральными добавками, изготовляемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением.

В узком смысле слово керамика обозначает глину , прошедшую обжиг . Однако современное использование этого термина расширяет его значение до включения всех неорганических неметаллических материалов. Керамические материалы могут иметь прозрачную или частично прозрачную структуру, могут происходить из стекла (см. ситаллы). Самая ранняя керамика использовалась как посуда из глины или из смесей её с другими материалами. В настоящее время керамика применяется как индустриальный материал (машиностроение, приборостроение, авиационной промышленности и др.), как строительный материал, художественный, как материал широко используемый в медицине, науке. В 20-ом столетии новые керамические материалы были созданы для использования в полупроводниковой индустрии и др. областях

Слово «керамический» происходит также от индоевропейского Керри , означая высокую температуру. Откуда «Керамический» может использоваться как прилагательное, описывающее материал, продукт или процесс; или как только существительное во множественном числе «керамика».

История

Исторически керамические изделия были твёрдыми, пористыми и хрупкими. Изучение керамики приводит к разработке все новых и новых методов для решения данных проблем, уделяя особое внимание сильным сторонам материалов, а также и необычному их использованию.

Керамика известна с глубокой древности и является, возможно, первым созданным человеком материалом. Время появления керамики относят к эпохе мезолит и неолита. Различными видами керамики являются терракота , майолика , фаянс , каменная масса, фарфор , ситаллы .

Исходя из происхождения слова керамика понимаются такие изделия, для которых глина (при случае каолин), смешанная с полевым шпатом, кварцем или известью, служит главным сырьем. Эти исходные вещества перемешиваются и перерабатываются в массу, которая либо от руки, либо на поворотном круге формуется и затем обжигается.

Отдельные виды керамики формировались постепенно по мере совершенствования производственных процессов, различаясь в зависимости от образовательных свойств черепка и калильного жара. Большинство из них удерживается и по сей день. Древнейший вид - это обыкновенный горшечный товар с землистым, окрашенным и пористым черепком. Это типичная бытовая керамика или изделия, которые разными способами облагораживались - штампованием и гравировкой (например, Bucchero nero), тонким облицовочным слоем (греческая керамика и римские Terra - sigillata), цветной глазурью («Гафнеркерамика» Ренессанса). Первоначально керамика формовалась от руки. Изобретение гончарного круга в третьем тысячелетии до нашей эры, было большим прогрессом, что позволило изготовлять посуду с более тонкими стенками.

К концу XVI века керамика переходит в Европу майолика . Обладая пористым черепком из содержащей железо и известь, но при этом белой фаянсовой массы или изразцовой глины, она покрыта двумя глазурями: непрозрачной, с содержанием олова, и прозрачной блестящей свинцовой глазурью. Майолика родом из заальпийских стран называется фаянсом. Декор писали на майолике по сырой глазури, прежде чем обжечь изделие при температуре порядка 1000 °C. Краски для росписи брались того же химического состава, что и глазурь , однако их существенной частью были окислы металлов, которые выдерживали большую температуру (так называемые огнеупорные краски - синяя, зеленая, желтая и фиолетовая). Начиная с XVIII века, стали применять так называемым муфельные краски, которые наносились на уже обожженную глазурь. С их помощью особенно на фарфоре, достигают высоких результатов.

В XVI веке в Германии распространяется производство каменной посуды. Белый (например, в Зигбурге) или окрашенный (например, в Ререне) весьма плотный черепок состоит из глины, смешанной с полевым шпатом и другими веществами. Обжигаясь при температуре 1200-1280 °С, каменная посуда очень тверда и практически непориста. В Голландии, по образцу Китайской керамики, ее стали производить красной, и ту же особенность обнаруживает каменная посуда Бётгера.

Каменная посуда также изготовлялась Веджвудом в Англии. Тонкий фаянс как особый сорт керамики рождается в Англии в первой половине XVIII века с белым пористым черепком, покрытым белой же глазурью. Он в зависимости от крепости черепка делится на мягкий тонкий фаянс с высоким содержанием извести, средний - с более низким ее содержанием и твердый - совсем без извести. Этот последний по составу и крепости черепка часто напоминает каменную посуду или фарфор.

В строительстве широко применяется цемент - один из видов керамики, сырьем для которого служат глина и известняк, смешанный с водой.

История появления керамики на Руси

Керамика в России

‎Керамика известна с глубокой древности и является, возможно, первым созданным человеком материалом. Россия в области керамики достойно занимает ведущее место в мире, несмотря на то, что в международной литературе вопрос о возникновении фарфорового и керамического производства часто умаляется. На примере появления чёрной керамики археологически доказано, что уже в 3-ем тысячелетии до н. э. чёрная лощённая керамика использовалась в ритуальных и обрядовых целях. Значительный ущерб развитию керамики в России нанесло только одно монголо-татарское нашествие, которое много уничтожило достижений русских гончаров IX-XII веков. Например, исчезли двуручные корчаги-амфоры, вертикальные светильники, более простым стал орнамент, искусство перегородчатой эмали, глазурь (самая простая - жёлтая, уцелела только в Новгороде).

Лишь в XV веке прдолжалось развитие керамики на Руси. В России и в настоящее время, особенно в сельской местности, каждый керамический сосуд незаменим. Пища в керамических горшках самая ароматная и долго хранящаяся.

Изготовление керамической посуды на гончарном круге представляло и представляет особый интерес. Так называемые квасники (сосуды для кислых щей, браги, пива, дрожжевых или фруктовых квасов) появились в Москве в ХIX веке.

Прозрачная керамика

Исторически керамические материалы непрозрачны из-за особенностей их структуры. Однако спекание частиц нанометровых размеров позволило создать прозрачные керамические материалы, обладающие свойствами (диапазоном рабочих длин волн излучения, дисперсией, показателем преломления), лежащими за пределами стандартного диапазона значений для оптических стёкол .

См. также

• Обварная керамика

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Керамин-Минск
• Керар

Смотреть что такое "Керамические материалы" в других словарях:

Керамические материалы - неметаллические материалы из тугоплавких неорганических соединений, получаемые спеканием, плазмо химическим и другими методами. К. м. обладают высокой температуроустойчивостью, жаропрочностью, твёрдостью, электроизоляционными и другими ценными… … Энциклопедия техники

керамические материалы Энциклопедия «Авиация»

керамические материалы - керамические материалы — неметаллические материалы из тугоплавких неорганических соединений, получаемые спеканием, плазмо химическим и другими методами. К. м. обладают высокой температуроустойчивостью, жаропрочностью, твёрдостью,… … Энциклопедия «Авиация»

Прозрачные керамические материалы - Основная статья: Оптические материалы Волновод на базе прозрачной керамики Прозрачные керамические материалы материалы, прозрачные для электромагнитных … Википедия

Абразивные керамические материалы - (абразивы) – вещества повы­шенной твердости, применяемые в массивном или измельченном со­стоянии для механической обработки (шлифования, резания, истирания, заточки, полирования и т.д.) других материалов. Естественные аб­разивные материалы –… …

Сверхтвердые керамические материалы - – композиционные керамичес­кие материалы, получаемые введением различных легирующих добавок и наполнителей в исходный нитрид бора. Структура таких материалов образо­вана прочно связанными мельчайшими кристаллитами и, следовательно, они являются… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Керамические плитки и плиты - – тонкостенные изделия, изготовленные из керамической массы и/или других неорганических материалов. Примечание 1. Керамические плитки и плиты применяют главным образом для настилки полов и облицовки стен. Как правило, их формуют при… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Материалы строительные керамические - – получают в процессе технологической переработки минерального сырья (в основном глинистого), способного при затворении водой образовывать пластичное тесто, которое в высушенном состоянии обладает небольшой прочностью, а после обжига приобретает… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Керамические изделия для облицовки - – выпускают глазурованными и неглазурованными. К ним относится лицевой кирпич и ковровые облицовочные плитки. Кирпич и камни лицевые керамические имеют марки по прочности 75,100,125,150; водопоглощение 6…14 %. [Словарь строительных материалов и… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Керамика - неорганические поликристаллические материалы, получаемые из сформованных минеральных масс (глины и их смеси с минеральными добавками) в процессе высокотемпературного спекания.

Состав керамики образован многокомпонентной системой, включающей:

• - кристаллическую фазу (более 50%) - химические соединения или твердые растворы;
• - стекловидную фазу - прослойки стекла, химический состав которого отличается от химического состава кристаллической фазы;
• - газовую фазу - газы, находящиеся в порах.

Свойства керамики определяются ее составом, структурой и пористостью. Керамику классифицируют по вещественному составу, составу кристаллической фазы, структуре и назначению.

По вещественному составу разновидностями керамики является фаянс, полуфарфор, фарфор, терракота, керметы, корундовая и сверхтвердая керамика и так называемая каменная масса.

По составу кристаллической фазы различают керамику из чистых оксидов и бескислородную.

По структуре керамика делится на плотную и пористую . Пористые керамики поглощают более 5% воды, а плотные - 1…4% по массе или 2..8% по объему. Пористую структуру имеют кирпич, блоки, черепица, дренажные трубы и др.; плотную - плитки для полов, канализационные трубы, санитарно-технические изделия.

Керамику классифицируют по характеру строения, степени спекания (плотности) черепка, типам, видам и разновидности, наличию глазури.

По характеру строения керамику подразделяют на грубую и тонкую . Изделия грубой керамики (гончарные изделия, кирпич, черепица) имеют пористый крупнозернистый черепок неоднородной структуры, окрашенный естественными примесями в желтовато-коричневые цвета.

Тонкокерамические изделия отличаются тонкозернистым белым или светлоокрашенным, спекшимся или мелкопористым черепком однородной структуры.

По степени спекания (плотности) черепка различают керамические изделия плотные, спекшиеся с водопоглощением менее 5% - фарфор, тонкокаменные изделия, полуфарфор и пористые с водопоглощением более 5% - фаянс, майолика, гончарные изделия.

Типы, виды и разновидности керамических изделий

Основные типы керамики - фарфор, тонкокерамические изделия, полуфарфор, фаянс, майолика, гончарная керамика .

Тип керамики определяется характером используемых материалов, их обработкой, особенно тонкостью помола, составом масс и глазурей, температурой и длительностью обжига. В состав масс всех типов керамики входят пластичные глинистые вещества (глина, каолин), отощающие материалы (кварц, кварцевый песок), плавни (полевой шпат, пегматит, перлит, костяная зола и др.) При обжиге отформованных изделий в результате сложных физико-химических превращений и взаимодействий компонентов масс и глазурей, формируется их структура. Структура черепка неоднородна и состоит из кристаллической, стекловидной и газовой фаз.

Кристаллическая фаза образуется при разложении и преобразовании глинистых веществ и других компонентов массы. Кристаллическая фаза и особенно муллит придают черепку прочность, термическую и химическую устойчивость.

Стекловидная фаза возникает за счет расплавления плавней и частично других компонентов. Она соединяет частицы массы, заполняет поры, повышая плотность черепка; в количестве до 45 - 50% увеличивает прочность изделий, при большем содержании - вызывает хрупкость изделий, снижает их термостойкость. Стекловидная фаза способствует уменьшению водопоглощения, обуславливает просвечиваемость черепка.

Газовая фаза (открытые и замкнутые поры) оказывает неблагоприятное влияние на физико-химические свойства изделий; снижает прочность, термическую и химическую устойчивость, вызывает водопоглощение и водопроницаемость черепка.

Различие между отдельными типами керамики обусловлено спецификой их внутренней структуры, то есть составом и соотношением отдельных фаз, составом и структурой глазури.

Свойства керамики

Керамические изделия и материалы классифицируют по назначению и свойствам, по основному используемому сырью или фазовому составу спекшейся керамики. В зависимости от состава сырья и температуры обжига керамические изделия подразделяют на 2 класса: полностью спекшиеся, плотные, блестящие в изломе изделия с водопоглощением не выше 0,5% и пористые, частично спекшиеся изделия с водопоглощением до 15%. Различают грубую керамику, имеющую крупнозернистую, неоднородную в изломе структуру (например, строительный и шамотный кирпич), и тонкую керамику с однородным, мелкозернистым в изломе и равномерно окрашенным черепком (например, фарфор, фаянс). Основным сырьём в керамической промышленности являются глины и каолины вследствие их широкого распространения и ценных технологических свойств. Важнейшим компонентом исходной массы при производстве тонкой керамики являются полевые шпаты (главным образом микролин) и кварц. Полевые шпаты, особенно чистых сортов, и их сростки с кварцем добываются из пегматитов. Во все возрастающих количествах кварцево-полевошпатовое сырье добывается из разнообразных горных пород путем обогащения и очистки от вредных минеральных примесей.

По способу приготовления керамические массы подразделяют на порошкообразные, пластичные и жидкие. Порошкообразные керамические массы представляют собой увлажнённую или с добавкой органических связок и пластификаторов смесь измельченных и смешанных в сухом состоянии исходных минеральных компонентов. Перемешиванием глин и каолинов с отстающими добавками во влажном состоянии (18--26% воды по массе) получают пластические формовочные массы, которые при дальнейшем увеличении содержания воды и с добавкой электролитов (пептизаторов) превращаются в жидкие керамические массы (суспензии) -- литейные шликеры. В производстве фарфора, фаянса и некоторых других видов керамики пластичную формовочную массу получают из шликера частичным обезвоживанием его в фильтр-прессах с последующей гомогенизацией в вакуумных массомялках и шнековых прессах. При изготовлении некоторых видов технической керамики литейный шликер приготовляют без глин и каолинов, добавляя в тонкомолотую смесь исходного сырья термопластические и поверхностно-активные вещества (например, парафин, воск, олеиновую кислоту), которые потом удаляются предварительным низкотемпературным обжигом изделий.

Выбор метода формования керамики определяется в основном формой изделий. Изделия простой формы -- огнеупорный кирпич, облицовочные плитки -- прессуются из порошкообразных масс в стальных пресс-формах на механических и гидравлических пресс-автоматах. Стеновые стройматериалы -- кирпич, пустотелые и облицовочные блоки, черепица, канализационные и дренажные трубы и т.д. -- формуются из пластичных масс в шнековых вакуумных прессах выдавливанием бруса через профильные мундштуки. Изделия или заготовки заданной длины отрезают от бруса автоматами, синхронизированными с работой прессов. Хозяйственный фарфор и фаянс формуются преимущественно из пластичных масс в гипсовых формах на полуавтоматах и автоматах. Санитарно-строительная керамика сложной конфигурации отливается в гипсовых формах из керамического шликера на механизированных конвейерных линиях. Радио- и пьезо- керамика, керметы и другие виды технической керамики в зависимости от их размеров и формы изготовляются главным образом прессованием из порошкообразных масс или отливкой из парафинового шликера в стальных пресс-формах.

Заформованные тем или иным способом изделия подвергаются сушке в камерных, туннельных или конвейерных сушилках.

Обжиг керамики является самым важным технологическим процессом, обеспечивающим заданную степень спекания. Точным соблюдением режима обжига обеспечиваются необходимый фазовый состав, и все важнейшие свойства керамики. За редким исключением спекание кристаллических фаз протекает с участием жидких фаз, образующихся из эвтектических расплавов. В зависимости от состава керамической массы и температуры обжига в фарфоровых, стеатитовых и других плотно спекшихся изделиях содержание жидкой фазы в процессе спекания достигает 40--50% по массе и более. Силами поверхностного натяжения, возникающими на границе жидкой и твёрдой фаз, зёрна кристаллических фаз (например, кварца в фарфоре) сближаются, а газы, распределённые между ними, вытесняются из капилляров. В результате спекания размеры изделий уменьшаются, возрастают их механическая прочность и плотность. Спекание некоторых видов технической керамики (например, корундовой, бериллиевой, циркониевой) осуществляется без участия жидкой фазы в результате объемной диффузии и пластического течения, сопровождающихся ростом кристаллов. Спекание в твердых фазах происходит при использовании весьма чистых материалов и при более высоких температурах, чем спекание с участием жидкой фазы, и потому получило распространение лишь в производстве технической керамики на основе чистых окислов и тому подобных материалов. В соответствии с комплексом предъявляемых требований степень спекания разных видов керамики колеблется в широких пределах. Изделия из электрофарфора, фарфора, фаянса и других видов тонкой керамики покрываются перед обжигом глазурью, которая при высоких температурах обжига (1000--1400 °C), плавится, образуя стекловидный водо- и газонепроницаемый слой. Глазурированием повышают технические и декоративно-художественные свойства керамики. Массивные изделия глазуруются после сушки и обжигаются в один прием. Тонкостенные изделия перед глазуровкой во избежание размокания в глазурной суспензии подвергают предварительному обжигу. В некоторых керамических производствах неглазурованная поверхность обожжённых изделий шлифуется абразивными порошками или абразивным инструментом. Изделия хозяйственной керамики украшаются керамическими красками, декалькоманией и золотом.

Таблица 1. Классификация керамических изделий

Назначение	Тип керамики	Исходные материалы	Температура обжига, 0C
Класс пористых, частично спекшихся изделий с водовопоглощением до 15%
Строительная керамика:
стеновые материалы	Высокопористая, грубозернистая	Глина, песок и др. отощающие материалы		Глиняный кирпич и пустотелые блоки
кровельные материалы		Глина и песок		Черепица
облицовочные материалы		Пластичные и пироплавкие глины шамот, кварцевый песок, полевой шпат, тальк, каолин		Облицовочные фасадные плитки и блоки, терракота, плитки метлахские, мозаичные, глазурованные фаянсовые и др.
санитарно-технические изделия	Фаянс, полуфарфор	Глина, каолин, кварцевый песок		Оборудование санитарных узлов
	Фаянс, полуфарфор, майолика	Глина, каолин, кварцевый песок, полевой шпат		Столовая и чайная посуда, художественно-декоративные изделия
Огнеупорная керамика	Алюмосиликатная, кремнеземистая, магнезиальная, хромистая, цирконовая и др.	Огнеупорная глина, каолин, шамот, кварциты, известь, доломит, магнезит, высокоогнеупорные окислы и др.		Кирпичи и блоки, применяемые при сооружении печей, топок и др.
Класс полностью спекшихся, блестящих в изломе изделий с водопоглощением не выше 0,5%
Техническая керамика:
электротехническая (для токов промышленной и высокой частоты)	Муллитовая, корундовая, стеатитовая, кордиеритовая, на основе чистых окислов, электрофарфор	Глина, каолин, андалузит, глинозем, полевой шпат, циркон, цирконосиликаты и др.		Изоляторы, чехлы для термопар, вакуумплотные колбы, термостойкие детали для печей и др.
кислотоупорная	"Каменная", кислотоупорный фарфор	Беложгущиеся глины и каолин, кварц, полевой шпат, циркон, цирконосиликаты и др.		Сосуды для хранения кислот и щелочей, аппаратура химических заводов, посуда и др.
Бытовая и художественно-декоративная керамика	Твердый и мягкий хозяйственный фарфор	Беложгущиеся глины и каолин, кварц, полевой шпат		Столовая и чайная посуда, статуэтки, вазы и др.
Санитарно-строительные изделия	Низкотемпературный фарфор	Глина, каолин, полевой шпат, кварцевый песок		Умывальные столы, унитазы и др.

Грубокерамические материалы

Крупнопористые крупнозернистые керамические материалы применяются для изготовления крупногабаритных изделий в строительстве, архитектуре малых форм и т. п. Эти сорта выдерживают высокие температуры и термические колебания. Их пластичность зависит от содержания в породе кварца и алюминия (кремнезема и глинозема. -- Ред.). В общей структуре много глинозема с высоким содержанием шамота. Температура плавления колеблется от 1440 до 1600 °С. Материал хорошо спекается и дает незначительную усадку, поэтому используется для создания больших объектов и крупноформатных настенных панно. При изготовлении художественных объектов не следует превышать температуру в1300°С.

Каменная керамическая масса

Основу этого сырья составляют шамот, кварц, каолин и полевой шпат. Во влажном состоянии оно имеет черно-коричневый цвет, а после сырого обжига -- цвет слоновой кости. При нанесении глазури каменная керамика превращается в прочное, водостойкое и несгораемое изделие. Она бывает очень тонкой, непрозрачной или в виде однородной, плотно спекшейся массы. Рекомендуемая температура обжига: 1100-1300 °С. При ее нарушении глина может рассыпаться. Материал используют в различных технологиях изготовления гончарных изделий из пластинчатой глины и для моделирования. Отличают изделия из красной глины и каменную керамику в зависимости от их технических свойств.

Пористая керамическая масса

Глина для керамики представляет собой белую массу с умеренным содержанием кальция и повышенной пористостью. Ее натуральный цвет -- от чисто-белого до зеленовато-коричневого. Обжигается при низких температурах. Рекомендуется необожженная глина, так как для некоторых глазурей однократного обжига недостаточно.

Техническая керамика

К технической керамике относятся электро- и радиотехническая керамика, керметы, абразивные керамические материалы, пенокерамика и другие.

По электрическим свойствам керамику подразделяют на собственно электротехническую, применяемую при частотах до 20000 Гц, и радиотехническую, используемую преимущественно при высоких (более 20000 Гц) частотах.

Электротехническая керамика по области применения делится на изоляторную (установочную), конденсаторную (сегнетоэлектрики) и пьезокерамику, проведение экспертизы качества.

Изоляторная керамика должна иметь низкие потери, хорошие электроизоляционные свойства и прочность. Изоляторная керамика должна иметь большую диэлектрическую проницаемость, малые потери и температурный коэффициент. Основу конденсаторной низкочастотной сегнетокерамики составляют твердые растворы титанатов бария, кальция, циркония и станнатов кальция и магния и др. Использование конденсаторной керамики увеличивает надежность работы и теплостойкость конденсаторов и уменьшает их размеры.

Пьезокерамика - керамические материалы с пьезоэлектрическими свойствами. Структура пьезокерамики - твердые растворы на основе титанита бария, ниобата бария и ниобата и титаната свинца.

Абразивные керамические материалы (абразивы) - вещества повышенной твердости, применяемые в массивном или измельченном состоянии для механической обработки других материалов. Естественные абразивные материалы - кремень, наждак, пемза, корунд, гранат, алмаз и др.; искусственные абразивные материалы - электрокорунд, карбид кремния, боразон, эльбор, синтетический алмаз и др. По убыванию абразивной способности эти материалы располагаются так: синтетический алмаз, кубический нитрид бора, карбид кремния, карбид титана и электрокорунд. В настоящее время разрабатываются новые абразивные материалы на основе боридов и карбидов переходных металлов, а также типа белбора.

Основные характеристики абразивных материалов: твердость. Прочность и износ, размер и форма абразивного зерна, абразивная способность, зернистость. С увеличением прочности этих материалов улучшается сопротивляемость усилиям резания, так как сопротивление сжатию у них в несколько раз больше, чем сопротивление растяжению. Прочность абразивных материалов на растяжение и сжатие снижается с повышением температуры шлифования.

Измельченный и классифицированный абразивный материал называют шлифовальным. Зернистость шлифовальных материалов определяется размером абразивных зерен, т.е. группой материалов по ГОСТ 3647-80: шлифзерно, шлифпорошки, микрошлифпопрошки и тонкие микрошлифпорошки. Обозначение зернистости дополняют индексами В, П, Н и Д, которые характеризуют процентное содержание (массовую долю) основной фракции (36…60%).

Абразивные керамические материалы используются как в несвязанном виде (порошки, пасты, суспензии), так и в связанном (бруски, шлифовальные шкурки, круги, головки и др.).