Глазури и ангобы в производстве изделий из фарфора и фаянса

  Главная      Учебники - Производство керамики     Технология фарфоро-фаянсовых изделий (Мороз И.И.) - 1984 год

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  ..

 

ГЛАВА 9.

ПОКРЫТИЯ, ИХ ПРИГОТОВЛЕНИЕ И НАНЕСЕНИЕ


1.

Глазури и ангобы в производстве изделий из фарфора и фаянса

Для улучшения технических и эксплуатационных свойств и повышения декоративных качеств тонкокерамические изделия обычно покрывают глазурью. Нанесенная в виде тонкой стекловидной пленки глазурь повышает механическую прочность изделий, препятствует прониканию жидкости и газов в поры изделия, придает поверхности гладкость и блеск, повышает их декоративность и сохраняет подглазурный декор.

Виды глазурей и требования к ним зависят от назначения изделий. Глазурь должна обладать достаточной кислотостойкостью, повышенной термостойкостью и механической прочностью, ударной вязкостью и твердостью 6—7 по шкале Мооса, иметь хороший блеск, ровный розлив и быть хорошо сплавленной без дефектов поверхности.

Глазурный покров обычно бывает толщиной 80— 260 мкм, т. е. в среднем 120—140 мкм и представляет собой силикатное стекло непостоянного химического состава.

В поверхностном слое глазурь имеет равномерное строение, изменяющееся по мере приближения к по-верхности черепка в результате прорастания кристаллами муллита, взаимодействия с материалом черепка и проникновения в его поры.

Количественно преобладающей фазой глазури является прозрачное стекло. Ее кристаллическая фаза обычно представлена образованиями двух типов: остатками шихты и новообразованиями. Например, в фарфоровой глазури преобладают кристаллы первого типа. Обычно это остатки (1—3%) непрореагировавшего, не-растворившегося в расплаве кварца с размером частиц 20—40 мкм. Из кристаллов — новообразований в фарфоровой глазури присутствуют игольчатые кристаллы муллита длиной до 3 мкм, кристаллы анортита и кри-стобалита.

Газовая фаза глазури — правильной формы округлые пузырьки размером от 10 до 80 мкм, располагающиеся ближе к контактному слою глазурь — черепок и реже во всей толще глазури. Наличие газовых пузырьков в глазурном покрове снижает его качество и создает предпосылки для образования дефектов на поверхности глазури: пузырей, оспин, наколов, ухудшения микро-

рельефа поверхности (шагрень глазури) — и может стать причиной образования микротрещин.

Структура глазурного покрова и его состав оказывают влияние на усадку, деформацию и белизну черепка. При высоком содержании оксидов кальция, бария, стронция глазурь может тормозить усадку при обжиге, а при повышенном содержании оксида магния, полевого шпата способствовать увеличению усадки в пределах от 0,8 до 1%. Это объясняется различием в температурах спекания и плавления, КТР, поверхностного натяжения и других параметров глазури и черепка.

При односторонном нанесении глазури на поверхность изделия влияние ее на черепок проявляется в большей мере и может вызвать деформацию изделия. Глазурный покров, нанесенный с двух сторон на тонкостенное изделие, повышает его прочность на 30—60%, так как составляет 10—15% общей толщины. Использование ценных качеств глазурного покрова возможно только тогда, когда глазурь подбирается в соответствии с конкретными свойствами черепка, на который она наносится.

По составу различают глазури полевошпатовые, борносвинцовые, циркониевые, литиевые и др. Полево-шпатовые глазури отличаются большой твердостью и высокой температурой плавления. Их используют в производстве изделий из твердого фарфора и твердого фаянса. По просвечиваемости глазури бывают прозрачные и глухие (эмали). Глушение глазурей основано на явлении кристаллизации под влиянием вводимых в их состав добавок, нерастворяющихся в глазурном прозрачном расплаве и препятствующих проникновению света в черепок за счет рассеивания и отражения его. Глухие глазури полностью скрывают естественную окраску изделий после обжига.

По окраске глазури бывают бесцветные и окрашенные. Прозрачные бесцветные глазури используют в производстве всех тонкокерамических изделий. При добавлении в заглушенную глазурь красителя цветовой тон становится тем светлее, чем прозрачнее была глазурь. Окрашивают глазурь, вводя в ее состав красящие оксиды или соли, растворяющиеся в глазурном расплаве, т. н. молекулярные красители, или огнеупорные красящие вещества в тонкодисперсном состоянии, равномерно распределяющиеся в массе глазури, т. е. коллоидные красители.

Матовость глазури на изделиях декоративно-художественного назначения достигается как за счет изменения ее состава, так и путем соответствующей обработки: недожогом, образованием мельчайших газовых пузырьков (СО2) при разложении карбонатов, кристаллизацией прозрачной глазури при охлаждении, снижением коэффициента кислотности свинцовых глазурей и др. Для получения матовых глазурей в них также вводят повышенное количество А12О3, Тi2, CaO, Na2О, MgO, Баи и других оксидов, снижая при этом содержание SiО2. Для получения матовых глазурей необходимо, чтобы Al2О3:SiО2= 1:5, а добавка компонентов, вызывающих матовость глазури, составляла: СаО 0,2—0,5 моля, ZnO до 0,3 моля. При вводе MgO матовость исчезает. Цветовая гамма матовых глазурей более ограничена, чем глянцевых. На получение матовой глазури также оказывает влияние скорость охлаждения и печная атмосфера.

Кристаллизация глазури может быть двух видов: крупнокристаллическая и мелкокристаллическая. Крупнокристаллическая глазурь имеет группы кристаллов, внедренные в нее или находящиеся на ее поверхности в

виде сферолитов. Это высокотемпературные глазури. Мелкокристаллические (авантюриновые) глазури содержат кристаллы, равномерно распределенные в массе, отражающие и поглощающие световые лучи. Эти глазури имеют золотистый оттенок при наличии кристаллов гематита Fe203 или фаялита (2 Fe0-Si02), распадающегося затем на оксид и металлическое железо. Кристаллические глазури получают при соответствующем режиме обжига путем пересыщения глазурного распада оксидами, способными при охлаждении создавать центры кристаллизации, снижения вязкости глазури в направлении, благоприятствующем росту зародившихся кристаллов, выдержки 1—2 ч при максимальной температуре, регулирования скорости нагрева и охлаждения изделий, изменения газовой среды во время обжига изделий, увеличения толщины слоя глазури примерно до
2 мм.

Металлизация глазури достигается также за счет восстановления оксидов меди, никеля, кобальта и других до металлического состояния путем создания восстановительной среды при соответствующих температурах обжига изделий.

Глазури «кракле» получают путем искусственного образования густой сетки трещин глазури из-за большого несоответствия КТР глазури (больше) и черепка, а также резкого охлаждения изделий холодной водой. Образовавшиеся трещины глазурного покрова заполняют красителями или покрывают слоем глазури и повторным обжигом закрепляют краски.

По температуре плавления глазури бывают легкоплавкими и тугоплавкими с температурой розлива 1100° С и выше. Тугоплавкие глазури богаты кремнеземом и бедны щелочными и щелочноземельными оксидами, легкоплавкие— наоборот.

По способу приготовления глазури бывают нефриттованные — сырые и фриттованные. Сырые глазури используют, если в их составе нет компонентов, растворимых в воде, а фриттованные — если их отдельные составные части (сода, бура и др.) растворимы в воде. В этом случае всю глазурную шихту или часть ее предварительно фриттуют, т. е. сплавляют, при этом растворимые компоненты переходят в нерастворимое состояние. Фриттование способствует понижению температуры розлива глазури и делает ее более однородной. Сырые

глазури используют в производстве фарфоровых и по-луфарфоровых изделий, а фриттованные — в производстве фаянсовых, майоликовых, тонкокаменных изделий, изделий из низкоспекающихся масс, мягкого фарфора. Глазурный покров снижает белизну изделия на 5—7%.

В состав глазурей независимо от вида и способа производства изделий всегда входят кремнезем и глинозем в сумме 82—90%. При этом содержание SiО2 примерно в 10 раз больше, чем А12О3, а силикатный модуль (SiО2:А12О3) составляет 4,2:6,2. Остальные оксиды, входящие в состав глазурей, в небольших количествах, корректируют ее свойства применительно к видам изделий и способу производства.
 


Глазури для фарфоровых изделий малокомпонентны, тугоплавки, по составу близки к составу черепка изделий. Это способствует образованию развитого контактного слоя между черепком и глазурью с минимальными напряжениями, что исключает возможность возникновения цека. Бесполевошпатовые глазури обладают повышенной механической прочностью и химической стойкостью, имеют пониженный КТР.

Установлено, что если КЛР глазури на 6—15% меньше, чем КЛР черепка, то в ней возникают напряжения сжатия от 3—3,4 до 8—12 МПа, в результате чего глазурный покров тонкостенных изделий как бы обжимает черепок, повышая на 30—60% прочность изделий.

С понижением температуры и сокращением длительности обжига изделий все большее значение приобретают легкоплавкие полевошпатовые глазури для мягкого фарфора, полуфарфора, тонкокаменных изделий. Снижение температуры розлива таких глазурей достигается понижением количества А12О3 и SiО2, повышенным содержанием полевого шпата, мела, доломита, углекислого бария, селитры и других компонентов. При повышении содержания глинозема и величины отношения А12О3:SiО2 увеличивается тугоплавкость глазури. Увеличивая присутствие в глазури щелочных оксидов (Na2О + К2О), учитывают, что при их общем содержании более 28% глазурь легко размывается водой, а при наличии СаО более 16—18% глазурь расстекловывается. Изменяя содержание в глазури щелочных и щелочноземельных оксидов, регулируют КТР глазури, модуль упругости, температуру розлива и другие свойства. Оптимальное соотношение K2О:Na2О должно быть не менее 2, CaO:MgO— не менее 1, а сумма R0 должна превышать сумму R2О не менее чем в 3 раза.

Глазури для фаянса отличаются от глазурей для фарфора большим количеством входящих в их состав оксидов, меньшим коэффициентом кислотности 1,5—2,5, большим КТР Pi—6,8*10-6 1/°С, склонностью к цеку ввиду значительного отличия от состава фаянса, слабо развитым контактным слоем, меньшей твердостью и прозрачностью. Они более легкоплавкие, чем фарфоровые.

 



Компоненты глазури вводят: оксид лития — споду-ментом или карбонатом лития; оксид натрия — плагиоклазом, пегматитом, полевым шпатом, содой и др.; оксид калия — полевым шпатом, пегматитом, поташом; оксид магния — доломитом, магнезитом; оксид кальция — мрамором, мелом, доломитом; оксид стронция — целестином; оксид бария — витеритом и т. д. По влиянию на плавкость и температуру розлива глазури оксиды могут быть расположены в ряд BaО>K2О>iNa2О>ZnО> >CaO>MgO.

 

 

Изменяя химический состав глазурей, исходят из различного действия оксидов. Диоксид кремния повышает тугоплавкость, вязкость расплава, механическую прочность и химическую устойчивость глазури, понижает КТР глазури.

Оксид алюминия повышает тугоплавкость и вязкость расплава, улучшает упругость и химическую устойчивость глазури.

Оксид свинца, являясь сильным плавнем, удлиняет интервал плавкости, улучшает розлив, повышает блеск и яркость надглазурных красок, снижает твердость глазури. Однако в СССР использование свинца в глазурях изделий хозяйственно-бытового назначения запрещено.

Карбонат бария, вводимый в состав глазури в количестве 4—5%, повышает блеск глазури, способствует розливу, понижает стойкость против цека.

Оксиды калия, натрия, лития, являясь сильными плавнями, понижают температуру розлива глазури, способствуют растворению в глазури других оксидов, изменяют вязкость (Na2О — уменьшает, К2О — повышает), снижают прочность и химическую устойчивость глазури. Оксид кальция придает глазури прочность и блеск.

Диоксид циркония используют во фриттованных глазурях для изделий, обжигаемых при температурах

1050—1180° С. Качество глушения глазури зависит не только от содержания в ней диоксида циркония, но и от соотношения других оксидов (B2О3 + Na2О + K2О, SiO3 и А12О3).

 

В качестве основного плавня в состав фритты вводят В2О3 в виде буры или гидроборацитов при общем содержании щелочных оксидов в пределах 4—7%. Цирконовые глазури склонны к образованию наколов тем больше, чем ниже их вязкость и поверхностное натяжение при температуре розлива. Этот дефект можно устранить, повышая вязкость и поверхностное натяжение при розливе, а также снижая температуру обжига. Применение цирконовой глазури вместо стронциевой улучшает внешний вид, повышает белизну, придает больший блеск, устраняет матовость, полосность и серовато-зеленый оттенок на фаянсовых изделиях.

Вводом борного ангидрида снижают коэффициенты линейного и термического расширения, что уменьшает напряжения, возникающие между глазурью и черепком.

Для повышения белизны глазури в состав фритты (сверх 100%) вводят 0,01—0,04% сернокислого кобальта.

Глазури темных цветов: черного, темно-коричневого, вишневого — для фарфоровых, фаянсовых и майоликовых изделий могут быть получены на основе андезита с минимальным вводом СоО, Fe2О3 и других красящих оксидов. Глазури на основе андезита или перлита, в том числе и низкотемпературные (950—1150° С)—фриттованные. Глазури глухие обладают высоким зеркальным блеском (63—74%), сочностью и глубиной цвета. Если андезитовые глазури имеют темную до черной окраску, то перлитсодержащие глухие глазури имеют белизну 76—88%. Эти глазури обладают повышенной термостойкостью.

Свойства глазурей принято характеризовать в расплавленном и твердом состоянии. В расплавленном состоянии глазури характеризуются температурой начала розлива, вязкостью и поверхностным натяжением. Температура начала розлива определяется появлением первых капель расплава глазури на поверхности изделий. Температура розлива — это интервал температур, в котором глазурь равномерно распределяется в расплавленном состоянии на изделии, не всасывается его порами и после охлаждения образует ровный и зеркальный

слой. Эти показатели глазури зависят от ее состава, тонины помола исходных компонентов и длительности нагрева.

Температуры плавления глазурей приведены в табл. 13.

Степень измельчения компонентов глазури и фритты значительно влияет на цветовой тон глазури. Это объясняется тем, что при впитывании черепком глазурной суспензии твердые частицы глазури движутся к черепку с различной скоростью, поэтому гранулометрический состав глазурного слоя на поверхности изделия и на черепке будет различным, что не может не влиять на цвет обожженной глазури. На цвет глазури также влияет температура обжига.

Температура розлива глазури зависит от пористости черепка изделий. Огнеупорность полевошпатово-известковой глазури ниже температуры ее розлива на пористом материале типа фаянса на 100—110° С, на полу-фарфоре — на 40—50° С. Температуру розлива глазури регулируют изменением ее состава.

 

t а блица 13. ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАбЛЁНИЯ ГЛАЗУРЕЙ

Изделия

Начало усад­ки, °С

Начало спека­ния, °С

Конец спека­ния (начало течения), °С

Плавление (начало), °С

Фарфоровые

1100—1150

1140—1180

1220—1250

1250—1280

Фаянсовые

700—750

850—900

1060—1100

1050—1150

Низкотемпера­турного фар­фора (нз низ- коспекающихся масс)

750—1070

750—1070

900—1160

И 20—1160

Полуфарфоро-

вые

1000—1020

1060—1080

1100—1130

1140—1160

Тонкокаменные

1080—1090

1100-1150

1110—1180

1200—1220

Майоликовые

720—780

820—860

920—960

900—1000

 



Вязкость глазури оказывает большое влияние на ее розлив и кристаллизацию, а на саму вязкость влияет изменение эффективного радиуса ионов элементов, вводимых в глазурь. Увеличение ионного радиуса элемента способствует повышению вязкости расплава глазури. Нормальная вязкость, обеспечивающая хороший розлив

фарфоровой глазури — 200—250, фаянсовой — 100— 700 Па-с. Вязкость глазури регулируют вводом в ее состав соответствующих добавок. Кремнезем и глинозем обычно повышают вязкость, а водяной пар, СО, Нг, H2S понижают вязкость расплава глазури. Температура затвердевания расплава фарфоровой глазури 1050— 1070°С, что соответствует вязкости 10—13 ГПа-с, поверхностное натяжение глазурей составляет 295— 525 МН/м.

При ускоренном, а тем более однократном обжиге процессы, протекающие в глазурях, смещаются в область более высоких, чем обычно, температур, накладываются друг на друга, сопровождаясь обильным газообразованием в коротком температурном интервале и пи-ропластическом состоянии. В этих условиях возможность возникновения дефектов глазурного покрытия повышается.

Поскольку глазури при нагревании постепенно размягчаются и происходит это в определенном температурном интервале, важно, чтобы он был минимальным и соответствовал температуре политого обжига изделий или был бы несколько ниже. Другим важным требованием для автоматизированного производства изделий является подбор такого состава глазури, который обеспечивал бы расплавление всех компонентов в коротком температурном интервале при сокращенном цикле обжига (3—5 ч). Глазури для автоматизированного производства изделий должны иметь более высокую тонину помола (остаток на сите № 0056—10085 отв/см2 не более 0,1%), чем для обычных условий производства. Тонкий помол ускоряет и улучшает розлив глазури, уменьшает склонность к цеку за счет лучшего растворения зерен кварца в полевошпатовом расплаве. Уменьшение толщины слоя глазурного покрова даже при короткой выдержке при температуре розлива глазури способствует снижению напряжений между глазурью и черепком. В период розлива глазурь поглощает больше кремнезема и глинозема из черепка, приобретает большую устойчивость к деформациям, а увеличение толщины контактного слоя способствует лучшему закреплению глазури на черепке.

Для скоростного однократного обжига лучше использовать маловязкие глазури, обеспечивающие хороший розлив за короткое время нагрева и способствую-

щие удалению газов из черепка. В глухих глазурях вязкость должна быть достаточной для проявления эффекта глушения и не должна быть слишком высокой для достижения хорошего розлива. В таких глазурях количество щелочных компонентов снижают за счет повышения содержания щелочноземельных оксидов. В тех случаях, когда для глушения используется циркон, рекомендуется его заменить на диоксид титана и ввести в глазурь добавки, понижающие поверхностное натяжение. Это объясняется тем, что в условиях однократного скоростного обжига циркон не может проявить в полной мере свойства глушителя.



Ангобы — матовые белые или цветные по-крытия, наносимые обычно на лицевую поверхность изделия для получения более гладкой поверхности, скрытия нежелательной окраски черепка, создания рельефного рисунка. Приготовляют ангобы из тугоплавких, светложгущихся глин (для архитектурно-строительной керамики) или же из легкоплавких глин (для майоликовых изделий). Для получения необходимой окраски используют красящие пигменты. По составу ангобы бывают глинисто-песчаные (для майолики) и флюсные (для архитектурно-строительной керамики). Наносят ангобы на сырые, слегка подвяленные изделия. Иногда на изделия, покрытые ангобом и обожженные, наносят прозрачную глазурь.

Ангоб по своим свойствам является промежуточным слоем между черепком и глазурью, т. е. неполностью расплавленным (водопоглощение — 0,1—0,2%), но по сравнению с материалом изделия более плотным. Спекшийся ангоб должен обладать рядом свойств, присущих глазури. Почти полное спекание ангобного слоя обеспечивает достаточную прочность сцепления его с изделием. Прочность сцепления черепка и ангоба больше в тех изделиях, в которых КТР черепка и ангоба близки между собой или КТР ангоба ниже КТР черепка.



Вопросы для самопроверки

1. Виды глазурей и требования к ним.

2. Оценка глазурей по качеству.

3. Свойства глазурей и способы их регулирования.

4. Ангобы, назначение и свойства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  ..