Технологія кераміки
 |
Що потрібно мати для роботи з керамікою.
Млин— пристрій для подрібнень глини та інших компонентів сировинної суміші. Навіть якщо глина не вимагає введення будь-яких добавок, вона зазвичай містить пісок, тому її все одно треба розмелювати. Промисловість випускає млина з порцеляни з барабанами місткістю до 10 л (рис. 3). Телами такого млина, що мелять, є кулі з твердої порцеляни. Діаметр куль і їх кількість залежать від характеристик речовини, що розмелюється. У нашому випадку діаметр куль 19. 25 мм. Замість куль застосовують і циліндри, але обов'язково з твердої порцеляни або іншого аналогічного матеріалу (ультрафарфору, ураліту, алунду тощо). Як тіл, що мелють, підійде і крем'яна галька відповідних розмірів, яку ретельно відсортують, видаляючи шматки м'яких гірських порід. Придатна також галька з кварциту, яшми, рогівки. Матеріалом, що розмелюється, заповнюють не більше 1/3 внутрішнього об'єму барабана. Отже, барабан ємністю 10 л дозволяється засипати не більше 3,3 л твердої речовини. (При цьому, природно, маса цього обсягу матеріалу залежить від його насипної щільності. Так, при насипній щільності кварцового піску, що дорівнює 1,8 г/м³, маса 3,3 л піску складе 5,94 кг.).
Приводом для млина служить пристрій, що обертається, що складається з пари гумових валів, черв'ячної передачі, редуктора і електродвигуна (рис. 4). Привід повинен дозволяти при необхідності змінювати частоту обертання млина, так цю частоту встановлюють залежно від завантаження млина і властивостей матеріалу, що розмелюється. Можливо, комусь із читачів вдасться придумати простішу конструкцію приводу.
| Мал. 3. Циліндр кульового млина. | Мал. 4. Привід кульового млина: |
 |  |
Металевий кожух млина не дуже складно згорнути із сталевого листа завтовшки не менше 0,8 мм. Кріплення герметичної кришки має бути надійним, щоб під час приготування шлікера вода не просочилася через випадковий зазор. Прокладку для кришки роблять із м'якої гуми.
Крім млина для подрібнення невеликих кількостей різних матеріалів необхідно мати фарфорову ступку місткістю не менше 0,5 л.
Сід-верстак, що підігрівається— пристосування для підігріву форм і первинної сушіння відформованих виробів (рис. 5).
Підігрів стільниці здійснюють за допомогою стандартних електричних елементів опору (спіралей), наприклад, електричної плитки. Для регулювання температури нагріву потрібно автотрансформатор, потужність якого повинна бути не меншою за сумарну потужність усіх нагрівальних елементів. Температура поверхні верстата 40. 45°.
Підігрівають верстак гарячою водою від опалювальної системи, нагрітим повітрям від електрокалорифера або іншим способом. Важливо забезпечити рівномірне нагрівання поверхні верстата при зазначеній вище температурі протягом всього часу формування виробів. Можна обійтися без такого верстата. В цьому випадку просто доведеться після кожного формування виробів ретельно просушувати гіпсові форми, а також відформовані вироби.
Піч для випалу— пристрій, що виділяє теплоту, в якому обпалюють кераміку. Без печі кераміку просто не отримати, тому що випал - головне дійство, що перетворює глину на черепок. Привибір печі, враховують кількість виробів, які ви збираєтеся виробляти, а також доступність енергоносіїв та їх вартість.
Якщо ви бажаєте виготовляти по три. п'ять невеликих вазочок або статуеток на день, то підійде лабораторна піч муфельна, об'єм камери якої становить приблизно 5-6 л (рис. 6). При намірі обпалювати кілька десятків виробів за один раз, найкраще самому скласти піч для випалу.
Ситознадобиться визначення тонкості помелу глини. Розмір осередків такого сита, як говорилося, дорівнює 0,0053 мм. Це сито дуже дефіцитний виріб, роздобути його важко, тому простіше виготовити його самому, зробивши сітку з нейлонового панчохи. Для цього від старої панчохи відрізають шматок довжиною 10 см, що не має спущених петель. Розрізають його вздовж (якщо панчоха зі швом - то по шву). Виходить клапоть прямокутної форми приблизно 10 х 20 см. Якщо такий клапоть натягнути на обичайку діаметром 7. 8 см, досягнувши рівного розташування ниток нейлону, то вийде сито з осередками приблизно необхідного розміру. Як обічайка підійде циліндрична частина пластикової пляшки (з-під миючих засобів, олії та ін) відповідного діаметру. Довжина відрізаної частини не менша за її діаметр. Кріплять нейлонову тканину на обічайці, наприклад, перев'язавши загнуті вгору краї тканини нейлоновою ниткою, дротом, можна надіти на ці краї кільце шириною 7. 10 мм. Не слід тільки приклеювати або приварювати тканину до обічайки.
Штангенциркульнеобхідний для вимірювань зразків при визначенні усадки глини, та й для визначення інших розмірів.
Надфілі, сталеві циклі, стеки, ножі, лопатки, кронциркуль, циркуль-вимірювач, сталевий косинець, мутовка, ключки, пензлі — дрібний ручний інструмент, який стане в нагоді при виготовленні форм та оздобленні відформованих виробів.
Для нанесення глазурі знадобиться пульверизатор.
Електроплита потрібна для підігріву деяких компонентів керамічної маси, розм'якшення парафіну або воску.
Стандартний віскозиметр Енглера навряд чи вдасться придбати. Однак замість нього можна виготовити саморобний (рис. 10). Для цього підбирають верхню частину пластикової пляшки, з якої було виготовлено обичайку для сита. Необхідно, щоб верхня частина, що перевернула вниз горлом, вміщала не менше 300 мл шлікера. З металевого диска діаметром, рівним діаметру отвору шийки, виготовляють калібрований злив, Для цього в центрі диска свердлять отвір діаметром 6,7 мм. Отриману «шайбу» вклеюють або вварюють у шийку, як показано на рис. 11. Ще для саморобного віскозиметра будуть потрібні підставка-триніжник і паличка-затичка з твердої деревини — берези, дуба, бука.
| Мал. 10. Віскозиметр. | Мал. 11. Встановлення каліброваної шайби. |
 |  |
Обов'язково знадобляться ваги для зважування сировинних компонентів перед подрібненням в млині, для відмірювання проб шлікера для різних цілей і т. д. Необхідно мати як ваги з точністю зважування не більше 5 г, так і аптечні, зазвичай застосовуються для зважування фотореактивів.
Добавки, що використовуються при виготовленні кераміки.
Як мовилося раніше, регулювання властивостей керамічних мас застосовують різного роду добавки. Давайте розберемося, що це за речовини таякі нові властивості вони здатні надати глині. Усі добавки поділяють такі групи:
- отощаючі;
- стабілізатори;
- пластифікатори;
- інтенсифікатори спікання.
Отощаючі добавкизменшують межу пластичності глини, знижують повітряну (і вогневу) усадку. До них відносяться: кварцовий та кварцово-полешпатовий пісок, металургійні та паливні шлаки, зола теплових електростанцій.
Стабілізаторизнижують розшаровування шлікерних керамічних мас і ступінь їх загусання. Це електроліти, наприклад, сода або рідке скло. Виявляються корисними в цій якості деякі пластифікатори.
Пластифікаторипідвищують пластичність глини. Це високопластичні глини, деякі органічні сполуки, наприклад, технічні лігносульфонати — відходи виробництва целюлози. Їх зараз називають скорочено ЛСТ, а раніше вони були відомі під назвами ССБ та СДБ. Інший продукт того ж виробництва - карбоксиметилцелюлоза (КМЦ), яка використовується як шпалерний клей. Подібні речовини часом служать і стабілізаторами.
Інтенсифікатори спікання(або плавні) підвищують спекаемость глини, знижують температуру її спікання. До таких добавок відносяться як речовини, які самі мають відносно низькі температури плавлення, — польові шпатові гірські породи (сієніт, андезит, пегматит), бите скло (віконне та пляшкове), так і речовини (вапняк, мармур, допоміт, мармур, тальк), що утворюють легкоплавкі сполуки з мінералами глини.
Найчастіше як добавки застосовують речовини, що є під рукою. Звичайно, швидше за все, у вашому розпорядженні виявиться не так багато підходящих добавок. Але це не страшно. Головне при складанні шлікера розібратися - чи потрібнаякась добавка до наявної глини, а якщо потрібна, то яка саме, і в якій кількості.
Ось щоб відповісти на ці питання, і треба знати усі згадані вище властивості глини.
Далі перевіримо, чи справді ця добавка змінить властивості глини так, як потрібно. Для цього перевіримо повітряне усадження суміші, що складається з 53,8% глини та 46,2% піску. Як це зробити – відомо. Треба дуже ретельно змішати глину з піском. Після випробувань плиток з «нової» глини встановили, що після введення піску вона стала середньопластичною та середньочутливою до сушіння, а її повітряне усадження зменшилося до 6,3%.
А ось ситуація складніша. Наприклад, досліди з глиною показали, що вона неспекуча, сильно запесочені (32% піску), число пластичності всього 5%. Тут явно потрібно ввести в глину інтенсифікатор спікання та пластифікатор. Як інтенсифікатор спікання візьмемо бите скло. На жаль, теорії розрахунку кількості такої добавки немає, тому сказати, скільки скла потрібно додати для підвищення спекаемости глини, важко. Треба експериментувати.
Тепер перевіримо властивості шлікера зі склом. Визначимо плинність. Припустимо, вона виявилася прийнятною, скажімо, 21 с. Але при цьому ступінь загусання склала 2,7, що забагато. Тобто потрібна чергова добавка - стабілізатор, якою вирішили застосувати соду. Приготуємо шлікер із добавкою 0,1% соди. Перевіримо його плинність і загусність.
Перша виявилася рівна 20 с, що нормально, а друга знизилася до 2,3, але і це ще забагато. Додамо в шлікер ще 0,1% соди, в результаті чого плинність дещо збільшилася (19 с), а значення загусності знизилося до 2,1.
Цей результат нас влаштовує. Значить склад шлікера, з яким має працювати, містить (в % за масою):глина - 84,8; склобій - 15; сода - 0,2 (при вологості шлікера 39%). Подібним чином роблять і в інших випадках. Стратегія, яку застосовують при доборі складу сировинної суміші, така:
- експериментальна перевірка обраного рішення методом спроб та помилок.
Можна сформулювати деякі загальні правила, керуючись якими призначають ті чи інші добавки. Але для початку нагадаємо, які властивості має мати хорошу якість ливарний шлікер для зливного формування:
- вологість 35. 40% (чим менше, тим краще);
- плинність 18. 22 с;
- ступінь загусання 1,7. 2,2;
- густина 1,74. 1,77.
Додамо, отощаючі добавки дозволяється вводити в глину в кількості від 0 до 50%. Критерієм достатності кількості добавок є усадки (повітряна та вогнева). Немає сенсу домагатися повного усунення усадок, достатньо «відрегулювати» їх так, щоб сума повітряного та вогневого усадок становила не більше 15%.
Пластифікатори у вигляді високопластичної глини (бентоніту)вводять у межах від 7 до 15%. Пластифікатори типу ЛСТ або КМЦ додають у кількості 0,05. 0,25%; при більшому змісті можуть різко підвищити ступінь загусання шлікера. Стабілізатори - ЛСТ, КМЦ або сода використовують у таких же кількостях, як і пластифікатори.
Звичайно, роблять і по-іншому, не вдаючись до жодних випробувань. Наприклад, спробують дізнатися, чи хтось займається по сусідству керамікою. Може майстер поділиться досвідом та розповість, чи потрібні добавки для місцевої тину. І якщо потрібні, то які? За відсутності такого порадника іноді просто пробують різні варіанти. Його буде метод спроб і помилок у чистому вигляді, без жодної теорії. Але якщо у вас не виявиться необхідних приладів, адосвідом поділитися з вами нема кому, доведеться скористатися саме описаним у матеріалі підходом.