Посібник для кераміста.- М.: В. ш., 1986.- 105-114 с.

Глазурування

Особливості глазурування керамічних виробів пов'язані зі специфікою їх експлуатації і полягають у тім, що шар глазурі або ангоба повинен бути рівномірним, мати достатню товщину, щоб не проглядався черепок, володіти хімічною стійкістю та міцністю.

Для одержання глазурованої поверхні на керамічний виріб наносять сметаноподібну водну суспензію глазурі (шлікер), висушують виріб і обпалюють у печі, при цьому шар глазурі на виробі розплавляється й при охолодженні застигає у вигляді склоподібної плівки.

Властивості глазурних покриттів

Глазурі бувають білі й кольорові, прозорі й глухі (непрозорі), блискучі й матові, легкоплавкі й тугоплавкі.

За способами готування глазурі бувають сирі й фритовані. У сирих глазурях глазурний шлікер готують мокрим помелом і одночасним змішуванням нерозчинних у воді компонентів. Розчинні у воді речовини вводити до складу сирих глазурей не рекомендується, тому що при нанесенні глазурного шлікера на вироби розчинні речовини разом з водою усмоктуються у виріб і заданий склад глазурі буде порушений. Якщо до складу глазурі необхідно вводити розчинні у воді речовини, то глазур фритують, тобто вихідні компоненти глазурі попередньо сплавляють, а потім виконують тонкий помел отриманого скла для глазурного шлікеру. Основні характеристики глазурних розплавів і покриттів: температура розливу, в'язкість розплаву, поверхневий натяг, змочувальна здатність і температурний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР) глазурного покриття.

Температура розливу характеризується точкою повного плавлення глазурей. Вона залежить від їхнього хімічного складу. У глазурей із простим хімічним складом типу моносиліката свинцю початкова точка перебуває близько 400-500 °С. Складні глазурі типу лужних алюмоборосилікатних починають плавитися при температурі 600-650 °С. Для одержання гарного розливу глазурі випал виробу необхідно проводити при температурі, що вище точки початку їхнього плавлення на 400-500 °С, тобто для глазурей із простим хімічним складом при температурі близько 800-900 °С, а для складних - 1000-1100 °С.

В'язкість розплавленої глазурі при максимальній температурі випалу повинна перебувати в певних межах. Надмірно рідкий, текучий стан глазурі в цей період може привести до усмоктування її пористим черепком. Крім того, малов'язка глазур у процесі випалу може стікати на поверхні виробу, утворюючи напливи і викликаючи нерівномірність товщини глазурного покриття. У той же час грузла, дуже густа глазур не дає гарного розливу й блискучої поверхні. Грузла глазур, розплавляючись, погано розтікається на черепку виробу, утворюючи рябоватий хвилястий шар із дрібними внутрішніми пухирцями, гази з яких у процесі випалу виробів не встигають повністю вийти із грузлої розплавленої плівки глазурі. При підвищенні температури в'язкість глазурей зменшується. В'язкість глазурі в кінцевій стадії випалу не повинна різко мінятися з температурою, тобто важливо, щоб глазур була досить "довгою". При переході в область більш низьких температур в'язкість глазурі, що охолоджується разом з керамічною основою, росте й при деякій температурі глазур стає вже "твердою", становлячи із черепком як би одне тіло. Із цього моменту в глазурі починають виникати напруги.

Поверхневий натяг - це надлишкова енергія, що виникає в поверхневому шарі глазурі. Поверхневий натяг стягає поверхневий шар і прагне зменшити поверхню рідкої плівки, завдяки чому іони здобувають орієнтоване положення. Поверхневий натяг сприяє запливанню наколів на глазурі, поглиблень від спливаючих і газових пухирців, що лопнули, визначає розтікання глазурі по виробу, впливає на кристалізацію. Поверхневий натяг залежить від складу глазурі.

Змочувальна здатність являє собою особливий вид взаємодії рідини із твердим тілом. Вона проявляється або у формі розтікання рідини по твердому тілу, або, навпаки, у формі згортання плівок рідини в краплю. Змочуванність керамічного черепка залежить від складу глазурі, складу і хімічної природи поверхні, що змочується.

Температурний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛР) - найважливіший показник затверділої глазурі, він повинен відповідати або бути близьким до значення коефіцієнта лінійного розширення керамічного черепка. ТКЛР являє собою відносне подовження матеріалу при його нагріванні на 1 °С:

ТКЛР = (Lk – Ln)/[Ln(Tk-Tn)],

де Ln i Lk - відповідно початкова довжина зразка і його довжина при температурі нагрівання, мм;

Tn i Tk - відповідно початкова та кінцева температура нагрівання зразка, °С. Величина розширення залежить від мінералогічного й хімічного складів обпаленого керамічного матеріалу або глазурі. Вона неоднакова в окремих температурних інтервалах й, отже, залежить від температури нагрівання зразка.

Готування та нанесення глазурі

Для готування глазурей використовують природні матеріали - кварц, польовий шпат, глини, крейду, датоліт та інші або штучні - соду, поташ, борну кислоту, буру, оксид цинку, вуглекислий барій та ін., що мають у своєму складі оксиди різних елементів, які надають глазурям необхідні властивості.

Для готування сирих глазурей природні легкоплавкі матеріали (датоліт, доломіт, польовошпатовий концентрат, перліт, глину) подрібнюють і збагачують. Відповідно до рецептури ці матеріали змішують із добавками та барвниками й піддають мокрому помелу в кульових млинах до проходження без залишку через сито № 0063. Отриману сиру глазур наносять на вироби. При готуванні фритованої глазурі складові частини глазурі подрібнюють і перемішують, потім варять фриту в обертових печах періодичної або у ванних печах безперервної дії.

Якість фрити, отриманої у ванній печі, значно вища, ніж в обертових печах. Це пояснюється, по-перше, рівномірністю провару маси й однорідністю складу фрити у всій її масі. По-друге, у ванній печі фрита виходить із більш високим ступенем грануляції, гранули мають менший розмір і легше піддаються помелу. Впровадження ванних печей у виробництво фрити полегшує працю робітників і дає можливість механізувати трудомісткі процеси завантаження й вивантаження фрити, поліпшує умови праці й підвищує культуру виробництва.

Отримана гранульована фрита разом із добавками подрібнюється з водою в кульовому млині тонкого помелу і у вигляді глазурного шлікера подається для глазурування виробів.

Нанесення глазурі.

У виробництві виробів будівельної кераміки глазур наносять на виріб зануренням його в глазур, розпиленням або поливом.

При зануренні виробів у глазурний шлікер волога поглинається стінками виробу, а на поверхні залишається тонкий рівномірний ущільнений шар глазурного покриття, товщина якого залежить від щільності глазурного шлікера й часу перебування виробу в ньому.

При глазуруванні виробів розпиленням глазурну суспензію наносять стисненим повітрям через форсунки або за допомогою дискових відцентрових розпилювачів. За допомогою форсунок вироби глазурують у камерах. Камери встановлюють у розривах транспортних конвеєрів, на яких переміщаються вироби. При цьому форсунки роблять у камері зворотньопоступаьний рух перпендикулярно напрямку руху виробів або круговий і покривають виріб тонким шаром суспензії.

У пневматичних форсунках розпилення відбувається стисненим повітрям. Нанесений на цегли глазурний шар складається з окремих, помітних під мікроскопом часток, що надає глазурному шару рихлість. У процесі випалу на поверхні цегли спочатку створюється сильно розвинутий мікрорельєф з різкими формами, потім у міру сплавки окремих часток глазурі утвориться нерівна поверхня , однак найчастіше грузла глазур не встигає з'єднатися в суцільний шар розплаву й утворити рівне покриття, що визначає утворення рябкуватості та хвилястості на поверхні цегли.

Розпилення глазурі дисковими відцентровими розпилювачами відбувається без стисненого повітря за рахунок обертового руху набору дисків. Глазурна суспензія від вібросита під невеликим надлишковим тиском надходить по трубчастій насадці у встановлений безпосередньо на валу електродвигуна розпилювач, що складається з набору дисків , що обертаються із частотою 2800 обертів за хвилину. Під дією відцентрової сили глазур у вигляді плівки переміщається з безупинно зростаючою швидкістю до периферії диска й скидається в розпиленому виді на виріб. Крапельки, що залишилися в повітрі, засмоктуються циклоном або електростатичним осадителем. Глазурування розпиленням забезпечує рівномірне покриття виробу, причому при нанесенні глазурі на гарячий виріб волога швидко випаровується, що є особливо важливим при глазуруванні необпалених виробів.

Для глазурування лицювальних цегл найбільш ефективним є спосіб поливу. Цегли, що рухаються з великою швидкістю на текстропному конвеєрі, проходять під струменем глазурі, що рівномірно випливає через щілину глазуровочного пристрою. Кількість глазурі, що наноситься на цеглу, регулюють зміною щільності глазурі й швидкістю руху конвеєра. Глазурне покриття, нанесене способом поливу, дуже щільне, без поділу на фракції, без ознак шаруватості.

Після випалу якість поверхні, що полита, значно краще, ніж при нанесенні глазурі методом розпилення - розлив рівний, без хвилястості й рябкуватості. Щоб глазурний шлі кер краще прилипав до черепка, до нього вводять клей (наприклад, КМЦ), але в незначних кількостях.

Дефекти глазурного покриття

В обпаленому виробі можуть виникати наступні дефекти глазурного покриття.

Цек глазурі - це сітка дрібних (волоссяних) тріщин. Причина, що викликає цек, - невідповідність температурних коефіцієнтів лінійного розширення глазурі й черепка. Коли ТКЛР глазурі більше ТКЛР керамічного черепка, еластичність і механічна міцність на розтягання глазурі недостатня й глазур розтріскується.

Механізм виникнення цека розглянемо на наступному прикладі. У період закінчення випалу і затвердіння глазурного покриття шари глазурі і черепка мають однакову довжину. Якби глазур і керамічний черепок не були жорстко з'єднані й при подальшому охолодженні могли змінювати розміри незалежно один від одного, то, внаслідок того що ТКЛР глазурі більше ТКЛР черепка, глазурний шар прийняв би розмір l1, а черепок – l2. У дійсності глазурний шар також має розмір l2 і виявляється в розтягнутому стані, що викликає появу тріщин 3 на глазурі.

Зниження ТКЛР глазурі за рахунок зменшення вмісту оксидів лужних металів і збільшення вмісту диоксиду кремнію в глазурі, збільшення ТКЛР черепка за рахунок збільшення в ньому вмісту кварцу сприяють усуненню цека. Великий вплив на утворення цека роблять товщина глазурного шару, тонкість помелу глазурі й керамічної маси, ступінь фритовання та режим випалу. Нормальний помел глазурі характеризується залишком на ситі № 0063 не більш, ніж 0,07%. Тому що в легкоплавких глазурях напруги вирівнюються при температурі 600° С, при цих температурах рекомендується сповільнювати процес охолодження глазурованих виробів.

Крім цека термічного походження зустрічається цек від набрякання при зберіганні й експлуатації глазурованих виробів. Під впливом вологи керамічний черепок набухає (вологосне розширення) і збільшується в обсязі. Це викликає в глазурном шарі напруги розтягання, що при недостатній еластичності глазурі може привести до цеку.

Відшаровування глазурі виникає в тому випадку, коли ТКЛР глазурі менше, ніж черепка. У цьому випадку глазурний шар при охолодженні випробовує напруги стиску й, будучи пружним, прагне зігнутися й відірватися від поверхні керамічного черепка.

Зборка - глазур стягається при розплавлюванні на черепку в крапельки й складки. Згортання глазурі відбувається в місцях розривів, що виникають на її поверхні. Ці розриви є результатом високого поверхневого натягу та пов'язаного з ним зниження змочувальної здатності глазурного покриття. Зборка найчастіше утворюється при надмірній тонкості млива глазурі, появі на черепку пилу, жирних або смоляних плям й у тих випадках, коли газоподібні продукти не встигли повністю виділитися з керамічної маси до спікання глазурі й продовжують виділятися при більше високих температурах, у результаті виходять більші розриви, не заповнені розплавленою глазур'ю.

Наколи - утворення на поверхні глазурі крапкових западин, не заповнених глазур'ю. Головна причина появи наколів на глазурі - пухирці газу, що утворюються в черепку й глазурі, які, піднімаючись на поверхню глазурі при її розплаві, лопаються, залишаючи на цьому місці кратери. На виникнення наколів впливають хімічний склад черепка і глазурі, в'язкість і поверхневий натяг глазурі, сірчисті гази в печі й режим випалу. При нагріванні до 800-950 °С у керамічній масі відбувається розкладання карбонатів і при цьому виділяється вуглекислий газ. Глини містять також деяку кількість гумінової кислоти та органічних домішок, а також масел, що попадають із устаткування в процесі переробки. При нагріванні до 500-700 °С ці органічні домішки також виділяють летучі речовини. Всі процеси, пов'язані з виділенням газів із черепка, повинні закінчуватися до температури початку розм'якшення глазурі й при її нагріванні. Причиною наколів можуть служити також гази, що утворюються в самій глазурі, що містить доломіт або піролюзит. Після розплавлювання міхурів залишаються кратери зі стовщеними краями.

Поганий розлив, хвилястість, слабкий блиск глазурі можуть з'явитися при низькій температурі випалу, недостатньо тонкому мливі глазурі, недостатньому перемішуванні компонентів перед фритованням і поганому проплавленні фрити.

Сухість - тонкий шар глазурі з недостатнім блиском. Цей шлюб порозумівається тим, що глазур передчасно усмоктується у виріб. Через підвищену плинність глазурного шлікеру.

Напливи - місцеві стовщення глазурі у вигляді смуг або плям. Утворюються вони через нерівномірність нанесення глазурі, зниженої плинності глазурного шлікера, підвищеної температури випалу виробів.

Міхури, прищі й спучування (скипання) - місцеві опуклості на поверхні глазурного шару з утворенням під ними порожнеч. Причина виникнення дефекту - значне виділення газів із черепка в процесі плавлення глазурі.

Сліпиш - приплавлення одного виробу до іншого; відбувається через неправильну установку або наповзання глазурованих виробів один на одний в процесі випалу.

Засміченість, мушка - приплавлення до поверхні глазурі часток шамоту; темні цятки з'являються на поверхні глазурі від залізистих домішок у сировинних матеріалах.