Обжиг керамических изделий можно вести в один или несколько приемов: предварительный (утельный, или бисквитный), дообжиг (второй, или политой) и обжиг декора (их может быть несколько). Обжиг формирует структуру черепка и свойства керамических изделий. Обычно проводят двукратный обжиг.
* утельному (до глазурования);
* политому (после глазурования).
Применяют также однократный скоростной и бескапсельный обжиг. Фарфоровые изделия, декорированные надглазурными украшениями, подвергают третьему обжигу - муфельному.
Утельный обжиг в зависимости от состава черепка и назначения фарфоровых изделий проводят при температуре 900-1000шС, а политой - 1350-1400шС. При утельном обжиге удаляет механически и химически связанная влага, черепок приобретает необходимую прочность при достаточной для впитывания глазури пористости. Реакции взаимодействия исходных компонентов массы протекают в твердой фазе.
Для обжига применяют печи:
* непрерывного действия - туннельные;
* конвейерные с шагающим подом;
* роликовые щелевые;
* периодического действия - горны.
В печах непрерывного действия поддерживается более строгий температурный режим, сокращается время обжига и обеспечиваются нормальные условия работы при загрузке и выгрузке. В качестве топлива используют нефть, газ и электричество (в электропечах). После утельного обжига керамические изделия либо декорируют послегазурными красками, газурируют и подвергают политому обжигу, либо глазуруют, обжигают и декорируют.
Фарфоровые изделия после утельного обжига чаще всего глазуруют, а затем обжигают.
Тугоплавкую глазурь в виде суспензии наносят методом окунания, обливания и пульверизацией. После глазурования с ножки или верхнего края форфорого изделия счищают глазурь, чтобы предупредить сплавление х с подставкой во время политого обжига или другими изделиями при обжиге "в спарку". Это отличительный признак фарфоровых изделий; фаянсовые изделия полностью покрывают глазурью.
Перед политым обжигом изделия помещают в шамотные капсели и тщательно предохраняют от сплавления друг с другом и с капселем. Капсели устанавливают на вагонетку и направляют в туннельную печь. Применяют также бескапсельную загрузку на специальные этажерочные вагонетки. В процессе обжига формируется черепок с необходимыми физическими и химическими свойствами. При политом обжиге происходят расплавление глазури, равномерное ее распределение по всей поверхности изделия и сплавливание с черепком.
Строгое соблюдение определенного режима температуры, скорости ее подъема, времени выдержки и газовой среды - непременное условие проведения обжига. При нарушении этих требований образуются дефекты, ухудшающие внешний вид и свойства готовых изделий. Политой обжиг можно разделить на ряд периодов, каждый из которых протекает при определенном температурном режиме и газовой среде, что обеспечивает постепенное формирование черепка с необходимыми свойства.
* Первый период протекает при температуре до 900-940шС; скорость подъема температуры 100-140шС в час. Из массы удаляется остаток гигроскопической влаги, происходит разложение глинистых веществ, карбонатов, выгорание органических примесей. В этот период поддерживает окислительная газовая среда. Реакция протекает в твердой фазе, в этот период начинается спекание черепка, которое сопровождается усадкой. На поверхности пористого черепка, который обладает высокий каталитический и адсорбционной способностью, осаждается углерод, выделяющийся при сгорании топлива. Углерод придает черепку серый цвет.
* Второй период обжига протекает в сильно окислительной среде при температуре 940-1040шС. Он является подготовительным к самому ответственному этапу - обжигу в восстановительной среде. В этот период выравнивается температура, завершается выделение остатков гидратной воды и полностью выгорает сажистый углерод. Если углерод не выгорит до расплавления глазури в третьем периоде, то изделие будет иметь серую или буроватую окраску либо покроется мельчайшими кратерообразными точками - наколами. Вследствие расплавления полевого шпата образуется жидкая фаза, которая цементирует твердые частицы и обуславливает повышение механической прочности черепка. Происходит процесс кристаллизации глинозема и начинает образовываться муллит.
* Третий период ведется при температуре 1040-1250шС в восстановительной среде, которая необходимая для перевода окисного железа в закисную формы. Закись железа образует силикаты, который придают черепку голубоватую оттенок. На этом этапе вначале образуется силиманитоподобный ангидрид, а затем муллит и кремнезем в виде кристобалита. Продолжается спекание черепка, сопровождающие интенсивной, так как кристаллические частицы соединяют вязким расплавом. При температуре выше 1200шС вязкость расплава снижается, и на границе твердой и жидкой фаз сближаются под действием поверхностных сил частицы кварца, продукты разложения каолинита и кристаллы муллита. Образование легкоплавкого силиката закиси железа способствует развитию жидкой фазы. На этом этапе начинается расплавление глазури. Скорость подъема температуры - 30-35шС в час.
* Четвертый этап, завершающий формирование черепка, начинается при температуре 1250шС и заканчивается при 1380-1410шС, протекает он в нейтральной среде. Происходят окончательное спекание черепка, разлив глазури и сплавление с черепком. Активнее протекает процесс взаимодействия полешпатовго стекла и аморфного кремнезема из каолинитового остатка, что способствует заполнению промежутков между кристаллами муллита. Одновременно укрупняются кристаллы муллита в полешпатовом стекле и уменьшаются размеры остаточного кварца. Протекают диффузионные процессы, обуславливающие равномерное распределение кристаллических новообразований в черепке.
*Период заканчивается выдержкой изделий при максимальной температуре в течение 1,5-3 ч. Чем продолжительнее выдержка изделий, тем больше образуется кристалла муллита. Игольчатые кристаллы муллита, переплетаясь, способствуют повышению механической прочности и термической стойкости черепка. При этом ускоряется процесс муллитизации за счет растворения кварца в стекле и насыщения его кремнеземности. Образующиеся кристаллы муллита как бы врастают в стекло, в нерастворившихся зерна кварца. При повышении температуры обжига уменьшается пористость черепка, так как пустоты заполняются стекловидной массой и другими структурными элементами. Однако при повышении температуры выделяются газы из полевошпатового стекла, вспучивается черепок и снижается качество изделий.
* Пятый, диффузионный, период обжига соответсвует выдержке изделий при максимальной температуре обжига. После обжига начинается процесс охлаждения. До температуры 600-530шС охлаждение проводят со скоростью 250-200шС в час. Затем процесс резко замедляется, при этом происходят ионные модификации, сопровождающиеся большими изменениями объемов, в результате чего возникают внутренние напряжения. Помимо этих напряжений, возникают напряжения вследствие перехода стекловидной массы из пластического состояния в упругое.
Продолжительность политого обжига в туннельных печах от 18-22 до 32-34ч. На некоторых предприятиях керамические изделия, в том числе и фарфоровые, подвергают однократному бескапсельному обжигу. При этом цикл производства сокращается до 3-5ч, значительно снижается расход топлива, повышается производительность труда, уменьшает себестоимость готовой продукции.
Главная задача однократного обжига - обеспечение непромакаемости черепка при глазуровании изделий, высушенных до содержания влаги 1%. С этой целью в массу вводят высушенные до 4-7% трошковской глины или специальных пластифицирующих добавок, способствующих повышению водостойкости, в том числе и некоторые виды пластических масс. Однократному обжигу подвергают в основном толстостенные изделия - кружки, салатники, масленки, сахарницы, которые при глазуровании без утельного обжига не размокают, не деформируются и не разрушаются.
При обжиге на изделиях могут образоваться следующие дефекты: искажение размеров и формы, щербины, задувка, прыщи, пузыри, засорка, желтоватый оттенок и т.д. После обжига изделия проверяют для выявления дефектов. Изделия, отвечающие предъявляемым к ним требованиям, декорируют.
Современная электрическая печь представляет собой металлический каркас, обложенный огнеупорным кирпичом или другими огнеупорными материалами, внутри которого по стенкам уложена металлическая проволока (нихром). Такую печь можно сделать самостоятельно, заказать или купить у изготовителей электрических печей (более подробное описание печей и перечень организаций, их изготовляющих, см. в приложении). Обжиг - не только технологический процесс, но и могущественное художественное средство. Управляя огнем, керамист может добиться возникновения различных фактур, тончайших градаций цвета черепка и глазурей. Поэтому, несмотря на высокие достижения современной индустрии печей, многие гончары предпочитают работу с живым огнем, изучают примитивные обжиги - в полевых и земляных печах, "раку", капсюльные обжиги и многое другое.
Теоретически в зависимости от среды, в которой происходит обжиг, его разделяют на окислительный и восстановительный. Окислительный - это обычный обжиг, при котором получается обычная красная или белая (в зависимости от свойств глины) посуда. При восстановительном обжиге, когда при температуре 900°С замазываются все топочные устья и керамика томится без доступа кислорода, изделия становятся аспидно-черными. Такую керамику называют томленой, задымленной, чернолощеной, а в простонародье изделия из нее называли синюшками. Теперь мы знаем, что такая керамика появилась еще на заре земной цивилизации, в Древней Этрурии. Технология ее изготовления этрусскими гончарами известна нам только в общих чертах, так как с исчезновением Этрурии как самостоятельного государства эта технология там никогда не возобновлялась.
На Руси чернолощеная, как и другая гончарная, керамика была потеснена майоликой, фаянсом и фарфором. С появлением электрических печей для обжига керамики эта технология исчезла почти совсем, так как применять ее в обычных электропечах невозможно. Наука давно уже дала объяснение процессам, происходящим в горнах, с которыми работали наши предки. В таких печах происходила обычная восстановительная реакция. В процессе этой реакции черепок приобретает серую и даже черную окраску, так как окись железа переходит в закись, которая способна образовать шпинель FеО*Fе2О3, окрашивающую черепок в темные (до черного) тона, в зависимости от температуры обжига, применяемого восстановителя и качества лощения посуды. Восстановителем, как правило, служит окись углерода (СО), которая выделяется при сгорании органических веществ - угля, дерева и др.
При избытке восстановительных газов вследствие графитизации при кристаллическом (на накаленной глине) разложении сложных углеводородов ко времени спекания можно получить черепок серебристо-черных тонов. В техническом отношении такой черепок отличается хорошей электропроводностью. Еще очень важным при восстановительном обжиге является то, что сильно увеличивается усадка обожженного черепка, что естественно приводит к снижению его водопоглощения по сравнению с обжигом в окислительной атмосфере. При восстановительном обжиге в черепке происходит процесс восстановления железа из его оксидов наподобие процессов, происходящих в доменной печи:
Fе2O3+ ЗСО = 2Fе + ЗСО2 + 32 кДж/моль.
Но эти процессы происходят только при температурах, близких к температурам доменного процесса, а при более низких температурах, которые создаются в печах для обжига керамики, оксид железа теряет кислород не полностью и полного восстановления железа не происходит.
Традиционная гончарная чернолощеная керамика не требует применения глазури и имеет значительные преимущества пере; обливной керамикой вообще и обливной, сделанной литьевым способом, в частности, Во-первых, при ее изготовлении не требуется второй обжиг, а значит, вдвое сокращается расход электроэнергии и время на ее изготовление; во-вторых, не требуется глазурь, затраты на которую составляют чуть ли не треть цены изделия; в-третьих, резко увеличивается прочность и снижается температура спекания черепка. Она имеет и эстетические преимущества: ее сейчас воспринимают одновременно и как традиционную, и как суперсовременную.
При изготовлении обливной керамики температуру утельного обжига доводят до 800-850°С только с одной целью: чтобы потом при глазуровании изделия не размокли. Второй обжиг - политой - идет при более высокой температуре: для гончарных изделий - 900-950°С. При этом обжиге происходит окончательное спекание черепка и заплавление глазури. Глазурь применяется в керамике для того, чтобы, во-первых: изделие не протекало, во-вторых: по глазури можно специальными красками нанести рисунок. Глазурные краски приготовляются очень просто. Берутся красители, приготовленные на металлической основе, и перетираются с глицерином или со старым перебродившим пивом. После того как они высохнут, вы ими пользуетесь, как акварельными красками.
Печь восстановительного огня, в которой при обжиге чернолощеной керамики происходит восстановление железа из его окиси, позволяет также восстанавливать металлы, содержащиеся в глазурях, и получать различные металлические оттенки и блеск на керамических изделиях. Прежде чем начать восстановление глазури, ее нужно обжечь в обычных условиях, а затем снизить температуру, чтобы глазурь приобрела достаточную вязкость. Очень важно точно установить момент, позволяющий перейти к восстановлению. Если глазурь слишком остыла, получается газонепроницаемая поверхность, при которой восстановители не могут воздействовать на входящие в состав глазури металлические соединения; если глазурь еще жидка (маловязка), то восстанавливающиеся металлы растворяются в жидкой глазури, тонут в ней, не удерживаясь на поверхности глазурного слоя. Избыток восстановителя в этот период обжига может привести к общему почернению поверхности глазури и образованию пузырей.
Процесс восстановления осуществляется двумя способами: либо после завершения процесса обжига снижают температуру и забрасывают восстановители: либо после утельного обжига в окислительной печи сосуды помещают в восстановительную печь и производят восстановление. Оптимальной температурой восстановлении следует считать температуру несколько выше (на 30-100°С) температуры начала размягчения, зависящей от состава глазури. Для большинства глазурей невысокого огня в зависимости от их состава оптимальная температура восстановления колеблется в пределах 600 - 650°С или 680 - 720°С. Расход восстановителей на 1 м3 емкости муфеля: для твердых вое становителей 1,2-1,5 кг/м3, для жидких-1,5-2 л/м3. Время, необходимое для восстановления, а также степень восстановлении зависят от интенсивности восстановителя в желаемого цвета. Во избежание повторного окисления глазури восстановительная среда должна поддерживаться, пока температура не опустится до 400-450°С.
В зависимости от назначения и характера керамического материала в производстве художественной керамики используют однократный или двукратный обжиг.
При однократном обжиге изделия после сушки поступают на глазурование и далее - на высокотемпературный обжиг. Однократный обжиг применяют в основном для некоторых толстостенных изделий художественной керамики, а также скульптуры.
При двукратном обжиге изделия после сушки подвергают первому (утельному) обжигу, затем - глазурованию и второму - политому обжигу. Двукратный обжиг - основной вид тепловой обработки керамических изделий.
Назначение утельного обжига заключается в том, чтобы придать черепку прочность, достаточную для глазурования и транспортирования изделий, а также обеспечить максимально возможную степень дегазации (дегидратации) массы. При этом фарфоровый полуфабрикат максимально освобождается от органических и других газообразующих составляющих массы, что положительно сказывается на качестве политого обжига и продукции в целом: резко снижаются отходы при политом обжиге, достигаются более высокие качественные показатели и эксплуатационные свойства готовой продукции.
Используют две схемы двукратного обжига изделий:
1. Утельный обжиг осуществляется при температуре значительно ниже температуры политого обжига;
2. Температура утельного обжига превышает температуру политого обжига.
По первой схеме обжигаются, например, фарфоровые изделия, т. е. первый обжиг осуществляется при температуре 850...1000°С, второй - при 1260...1450°С. При производстве же фаянсовых изделий используют вторую схему, когда температура первого обжига составляет 1280°С, а второго (после глазурования) - 1140...1160°С (фаянсовая схема). Костяной фарфор и майолику также обжигают по фаянсовой схеме. Первый обжиг изделий осуществляется в различных типах обжигательных печей.
В процессе первого обжига из изделий удаляется механически связанная и гигроскопическая вода (при температуре 110...130°С), происходит дегидратация глинистого вещества, и частичное удаление химически связанной гидратной воды (при температуре 500...600°С), выгорание органических веществ и частичная декарбонизация (термическое разложение) углекислых магния MgCO3 и кальция СаСО3.
В результате этих физико-химических процессов керамический полуфабрикат приобретает механическую прочность и освобождается от газообразных составляющих массы. Степень освобождения зависит от температуры и продолжительности обжига. Чем выше температура и продолжительность обжига, тем меньше в массе полуфабриката остается газообразных продуктов, тем выше качество политого обжига и продукции в целом.
Например, декарбонизация углекислого кальция СаСО3 начинается при температуре 920°С и заканчивается при температуре 1000°С. Если первый обжиг вести при температуре, не превышающей 850°С, то процесс декарбонизации углекислого кальция не произойдет и отложится до второго (политого) обжига, что нежелательно, так как это усложнит протекание второго обжига и будет способствовать образованию дефектов на обжигаемых изделиях.
Однако температура первого низкотемпературного обжига может повышаться до определенного предела, после которого ее рост нежелателен, так как при этом резко снижается пористость черепка по водопоглощению и затрудняется процесс глазурования изделий.
В обжиге происходят все основные изменения в глине и глазури, после которых и образуется то, что мы называем керамикой. Обжиг - это технологический процесс, параметры которого найдены практическими испытаниями, и он должен быть проведен так, как этого требуют обжигаемые изделия. Интуитивно понятно, что мы хотим вынуть из печи. От утиля ожидается звонкая прочность и некоторая пористость, чтобы он впитывал глазурь.
От бисквитного фарфора - приятная шелковистость и белизна. Блестящие глазури должны хорошо блестеть, а матовые быть по-настоящему матовыми. Никто не желает кривья и треска, прилипшей к полке глазури, и всякого рода пузырей и наколов. Сформулировать это понимание на языке цифр сложнее. Во время нагрева множество химических соединений, из которых состоит наше сырое изделие, претерпевает серьезные изменения. Дегидратация, фазовые превращения, химические взаимодействия, растворение и кристаллизация - вот их неполный список.
До сих пор не существует полной теоретической модели, по которой можно было бы заранее предсказать результат, а если бы она существовала, нам потребовался бы месяц исследований состава глины и глазури, чтобы дать точное задание на расчет. Нам остается проводить эксперимент за экспериментом, выясняя, что важно, а что нет, какой должна быть температура, нужна ли выдержка, и почему том и тогда все было хорошо, а здесь и сейчас - сплошное безобразие.
1. Виды обжига, зачем они нужны и что нужно контролировать прежде всего. Условно разделим все материалы на 4 группы:
-Фарфор - много плавней, при нагревании в черепке образуется много жидкой фазы. Сюда же отнесем каменные массы.
- Фаянс - жидкой фазы почти что нет.
- Майолика - здесь будем так называть изделия из красной глины, в том числе гончарку, терракоту и т.п.
- Шамот - по химическому составу - любой из вышеперечисленных материалов. Отличается от них тем, что содержит зерна уже обожженного материала, связанные пластичной глиной.
Фарфоровая схема обжига. Сначала проводят первый, утильный, обжиг. То есть обжигают высохшие изделия без глазури. Температуру выбирают в интервале 800 - 1000°С. После первого обжига изделия приобретают прочность, достаточную даже для машинного глазурования (на конвеерной линии). Изделия остаются пористыми, но, если есть трещины, их легко выявить (по характерному дребезжанию) простукиванием деревянной палочкой. При глазуровании не надо церемониться с изделием так, как это бывает в случае сырца (однократный обжиг). Можно легко глазуровать изделия окунанием, даже если они метровых габаритов. Изделия после этого обжига называют утилем.
Затем проводят второй обжиг. Перед глазурованием и, соответственно, перед вторым, политым, обжигом, на изделие наносят подглазурную роспись. Педанты технологии после этого проводят еще и промежуточный закрепляющий обжиг, чтобы краски не смылись при окунании в глазурь. Политой обжиг, т.е. обжиг полуобожженного заглазурованного изделия, проводят при температуре созревания черепка. Это разные температуры для разных видов фарфора (а мы сюда отнесли еще и каменные массы).
Настоящий фарфор требует 1380 - 1420°С, рядовой столовый фарфор - 1300 - 1380°С, санитарно-технический - 1250 - 1280°С, а каменные массы - в зависимости от того, что используют в роли плавня. Второй обжиг окончательно формирует структуру керамики и, таким образом, определяет все ее физико-химические свойства. Изделия после этого обжига (если оно не расписано) называют бельем,
Из белых фарфоровых чашек очень приятно пить чай на даче. Традиции диктуют фарфору другой вид: с цветочной росписью, картинкой, золотой или голубой каемочкой. Украшения фарфор получает в третьем, декорирующем, обжиге. Обычные надглазурные краски вжигают при 800 - 830°С, люстровые краски и препараты золота - при той же или чуть меньшей температуре. Сейчас распространился и высокотемпературный декорирующий обжиг при 1000 -1100°С.
Роспись для него проводят красками высокого огня (внутриглазурные краски) или легкоплавкими цветными глазурями. Иногда, чтобы получить яркие краски, проводят два и более декорирующих обжигов. Все они, с точки зрения классификации, третьи. Изделия после третьего обжига называют на Худсовете предприятия.
Первый обжиг фаянса - высокий. В фаянсовых массах практически нет плавней, поэтому при обжиге образуется минимальное количество жидкой фазы, или не образуется вообще, а глины, входящие в его состав, имеют высокую тугоплавкость. Это дает возможность обжигать изделия из фаянса сразу при температурах, необходимых для созревания черепка. Как правило, это 1200-1250°С. В отличие от фарфора, черепок останется пористым, на него легко нанести слой глазури.
А второй обжиг, политой, можно проводить при любой температуре! То есть, при той, которая требуется для нормального растекания глазури: 1150 - 1250°С, если это "фаянсовые" глазури, 900 - 1000°С, если это свинцовые майолики; можно нанести белую эмаль и использовать технику росписи по сырой эмали. Во всех случаях, если глазури подобраны правильно, мы получим изделие с такой же прочностью, какой она была после первого обжига.
Третий, декорирующий, обжиг проводят так же, как и в фарфоровой схеме. Если он необходим. Ведь, по сравнению с фарфором, низкая температура политого обжига допускает применение глазурей и красок широкой цветовой гаммы.
Обжиг майолики - здесь используются красножгушиеся глины с невысокой тугоплавкостью. Пережег может привести к их вспучиванию и сильной деформации. Красные глины вдобавок имеют узкий интервал обжига. Например, при 950°С это еше непрочное рыхлое, а при 1050°С -плотноспекшееся, стекловидное тело. Конечно, бывают и исключения, но там и тогда. Для майолики в принципе характерны низкие температуры обжига - 900 - 1100°С. И как раз примерно при этих температурах завершаются процессы разложения глинистых материалов, которые (процессы) сопровождаются выделением газообразных веществ. Это делает крайне затруднительным так называемый однократный обжиг - и черепка и глазури - за один раз. Если обратиться к нижеприведенной таблице, будет ясно, насколько близки температуры обжига майолики к критическим для керамики температурам. Самая распространенная технология -первый, утильный, и второй, политой, обжиг.
Режим первого обжига выбирают таким, чтобы в максимальной степени прошли все процессы превращения глинистых минералов. Незавершенность этих процессов обязательно скажется на качестве поверхности глазури после второго обжига. Температура утильного обжига может быть и выше, и ниже температуры политого обжига. Обычно ниже, где-то науровне 900 - 950°С. Режим второго обжига выбирают исходя из характеристик глазури, но, естественно, при этом нельзя превышать температуру начала деформации черепка.
Обжиг шамота. Основное отличие шамотных масс от вышеперечисленных - наличие в массе жесткого каркаса из плотных, уже прошедших соответствующий обжиг зерен. Размер зерен может варьироваться от 100 микрон до нескольких миллиметров, что определяется скорее требованиями фактуры материала, а не требованиями технологии. Жесткий каркас препятствует усадке массы в процессе обжига. (Кстати, при сушке усадка шамотных масс ненамного меньше, чем тонких пластичных масс). Это позволяет проводить обжиг при несколько более высоких температурах, не опасаясь серьезной деформации изделия. Часто материал зерен имеет другой состав, чем пластичная составляющая массы.
Если тугоплавкость зерен выше, температуру обжига можно увеличить значительно. А в целом схема обжига шамота та же, что и для других типов масс: сначала утильный, потом (если нужно) политой, потом (если нужно) декорирующий обжиги.
Однократный обжиг - это когда на высушенное изделие наносят глазурь и обжигают все в один прием, объединяя утильный и политой обжиги. Это мечта любого производственного экономиста: - только один раз тратится энергия на нагрев;
- ставка изделий в печь и их выемка производится один раз;
- не нужен промежуточный склад утиля;
- цикл от сырца до готового изделия сокращается вдвое, т.е. меньше относительные затраты на аренду площадей и зарплату за счет повышения производительности.
В принципе, если не считать совсем низкотемпературный декорирующий обжиг, однократно можно обжечь любой материал. Но:
приходится наносить и подглазурный рисунок, и собственно глазурь на просто высушенное изделие, которое, конечно, не имеет прочности утиля;
из-за этого исключается машинная обработка, а руками надо все делать очень акуратно, чтобы ничего не разбить;
Глазурование методом окунания - наиболее экономный с точки зрения расхода глазурей - можно проводить только для маленьких изделий, делая большую паузу между глазурованием внутри и снаружи; нет утиля, нет и промежуточного контроля качества (овальность, тонкие краевые трещины и т.п.), т.е. заранее закладывается более высокий процент брака глазури должны быть специфицированы на однократный обжиг.
Как же определить, нужен нам однократный или двукратный обжиг? Решающим критерием для художника или художественной студии является конечный результат - то есть осуществление художественного замысла. Для мастерских, изготавливающих более или менее серийную продукцию, и для керамических фабрик, решающим могут оказаться соображения экономического порядка. Вот что нужно иметь в виду.
Для фарфора:
Энергозатраты на низкий утильный обжиг существенно ниже затрат на высокий обжиг. Для первого достаточны температуры порядка 900°С, воздушная окислительная среда, электрическая печь со слабой футеровкой. Для второго - хорошо футерованная и желательно пламенная печь. Стоит ли экономить на утиле?
Глазури для фарфора начинают расплавляться при температуре, близкой к температуре созревания фарфорового черепка. В том интервале температур, где происходят процессы разложения глинистых минералов, глазурный слой походит на порошок, и газы легко проходят через него. Таким образом, не приходится опасаться дефектов глазури, возникающих по причине газонепроницаемости расплава. Стоит ли проводить утильный обжиг?
Фарфоровые массы - это тощие, быстро промокающие массы. Глазурование сырца требует сноровки. Утиль нужен! Многие крупные изделия, например, изразцы, часто надо глазуровать напылением. А при обжиге на бисквит глазуровать вообще не надо. Тогда зачем нужен утиль?
Для фаянса - утильный обжиг (помните, он проводится на высокую температуру) нужен обязательно, если мы собираемся использовать легкоплавкие глазури. Иначе в однократном обжиге мы получим не фаянс, а нечто недожженное, напоминающее папье-маше. Утильный обжиг не нужен, если мы используем высокотемпературные глазури, которые, наподобие фарфоровых, начинают плавиться выше 1100°С. В этом случае
наносят их, как правило, напылением сжатым воздухом.
Для майолики - самый сложный случай. Утиль нужен практически всегда, и причем на максимально высокую температуру. Многие технологи западной школы рекомендуют обжигать майолику чуть ли не до стекловидного состояния, чтобы выжечь все примеси и разложить все, что способно разложиться в утильном обжиге. Вопрос, а как потом глазуровать? Можно. Читайте об этом в разделе о глазурях.
Если в качестве покрытия использовать ангобы или что-то вроде терра-сигилята, или если вы располагаете специальными глазурями с очень коротким интервалом плавления, можно обойтись без утиля. Для всех материалов однократный обжиг возможен при условии тщательно отлаженной технологии, которая в случае керамики на две трети состоит из опыта работающих Кажется, в нашем изложении проблем обжига все уже запутано настолько, что требуется еще одна раскладка по полочкам. Что происходит в процессе нагрева и охлаждения.
Выгорание органических веществ.Если по каким-то 200 400 причинам их много, следует обеспечить хороший приток воздуха (деколи, люстры, связующее надглазурных красок и мастик). Серьезное фазовое превращение кварца. Оно редко 550 - 600 проявляется на стадии нагрева, а на стадии охлаждения может привести к т.н. "холодному" треску. Разложение минералов глины. Выделяется химически 400 - 900 связанная вода.
Разлагаются азотнокислые и хлористые соли (если их использовали). Начало расплавления свинцовых и других легкоплавких флюсов, надглазурных красок. При 750 - 800°С в третьем декорирующем обжиге 600 - 800 происходит размягчение поверхности глазури и впекание красок, золота и т. п. Выгорание сульфидов. Разложение мела, доломита. Начало взаимодействия карбонатов кальция и магния с кремнеземом. Эти процессы сопровождаются выделениями углекислого газа. Их наиболее мелкие частицы уже спеклись и обеспечили заметную прочность черепка.
К концу интервала - полное расплавление майоликовых глазурей. Интенсивное взаимодействие извести и кремнезема | сопровождается появлением жидкой фазы (например, в известковом фаянсе), уплотнением и деформацией 1000-1100 Начало размягчения полевых шпатов. Плавление нефелин-сиенита. Интенсивное разложение сульфатов, что сопровождается выделением сернистого газа. Интервал спекания беложгущихся глин, фаянсовой массы. 1200 -1250 Растворение кремнезема и каолинита в расплаве полевого шпата.
Процесс муллитообразования. Иглы муллита пронизывают 12ЯП 14SO фарфоровую массу, что в дальнейшем обеспечит ей высокую прочность и термостойкость. Превращение тонкодисперсного кварца в кристобаллит. Этот температурный интервал характерен для фарфора. Здесь происходят процессы восстановления рыжих оксидов железа в более благородные голубые, если обеспечены 1200 -1420 соответствующие окислительно- восстановительные условия обжига. Температуры высоки, вязкости умеренные, очень быстро протекает диффузия: например, подглазурная роспись теряет четкость очертаний.
Ничего особенного в процессе охлаждения не происходит. И глазурь, и масса находятся в достаточно пластичном состоянии, поэтому охлаждать можно настолько быстро, 1420 -1000 насколько это позволяет печь. Если используются глазури, склонные к кристаллизации, медленное охлаждение или выдержка 1-3 часа в этом интервалу приводит к росту кристаллов
Начинается окисление низших оксидов меди, марганца и др. металлов (если они использованы) в высшие. Недостаток кислорода в пространстве печи может дать 1000 - 700 поверхность с металлизацией. Если требуется восстановление - самое время для него. Восстановительную среду следует поддерживать чуть ли не до комнатных температур, как минимум до 250-300°С.
И черепок, и глазурь перешли в хрупкое состояние и далее 900 - 750 остывают как единое твердое тело. Если не согласованы КТР - возможен цек или отскок глазури и даже разрушение изделия. Обратное фазовое превращение кварца с резким 600 - 550 объемным изменением. Скоростной проход этого интервала может вызвать "холодный" треск. Фазовое превращение кристобаллита. Он образовался, 300 - 200 если в массе был очень тонкодисперсный кремнезем, при 1250 - 1300°С. Не следует спешить открывать дверцу печи. Охлаждение продолжается! В глубине ставки, в толстых 250 - 100 частях изделий температура гораздо выше, чем в тонких кромках и чем показывает термопара. Дайте изделиям остыть равномерно. В таблице описаны основные процессы. Поэтому сейчас еще раз кратко укажем, что главное в обжиге.
Первый обжиг. В печь ставим сырец. В нем много воды, даже если он выглядит сухим. До 200 - 300°С нагреваем медленно, например за 2 - 3 часа. Обеспечиваем хорошую вентиляцию, чтобы выгорели все примеси. Конечная температура - 900 - 1000°С. Если нет уверенности втемпературе, делаем выдержку 1 - 3 часа, давая возможность всей садке равномерно прогреться. Охлаждение ведем с такой скоростью, с которой остывает печь. Форсированное охлаждение проводим только после нескольких экспериментов - цека глазурей не будет, поскольку нет глазурей, а вот холодный треск из-за кварца может иметь место.
Обжиг с глазурью после утиля. В печь ставим заглазурованные изделия. Черепок уже обжигали на утиль, так что скорость на начальном участке нагрева может быть выше; главное, хорошо просушить глазурь. Нагрев до конечной температуры проводим так быстро, как позволяет печь и, главное, скорость прогрева изделий. При конечной температуре делаем выдержку от 15 минут до 1-2 часов с целью равномерного прогрева. Если скорость подъема температуры в конце нагрева невысокая (50°С в час и меньше), считаем, что выдержка уже была. Лучше, конечно, здесь пользоваться конусами Зегера. "Полочки" (выдержки при постоянной температуре) на стадии охлаждения - только для кристаллических глазурей и некоторых матовых. В остальном - как в п.1.
Однократный обжиг с глазурью. Принимаем во внимание все, что в п.1 и в п.2. Не форсируем подъем темперагуры в интервале 500 - 900°С - до начала плавления глазури из черепка должны удалиться все газы! Обжиг деколей, люстровых красок, надглазурных красок. Поднимаем температуру очень медленно (за 2 - 4 часа) до 400°С - надо сгореть всей органике. При этом среда должна быть окислительной (воздушной), а вентиляция - интенсивной. От 400 до 800°С - выдержка 5-15 минут. О том, какие условия обжига диктует печь, читайте ниже.
Электрические печи и два сло<