ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Глина завжди служила людині будівельним матеріалом і сировиною для виробництва предметів найрізноманітнішого призначення.

Рецепт глиняного тіста змінювався в різних країнах і в різні епохи. Глину, що лежить під ногами, намагалися окультурити, пристосувати для виробництва посуду та інших предметів господарства. Завдяки таким вишукувальним зусиллям наших предків з’явилася багато віків тому перша кераміка, і стало розвиватися гончарне ремесло [1].

Історія кераміки налічує сторіччя. Виготовлення гончарних виробів з обпаленої глини виникло ще кілька тисячоліть тому в Давньому Вавилоні, Єгипті та Персії. При археологічних розкопках там були виявлені численні глиняні судини, тарілки і черепки [2].

Один з видів кераміки, що доволі поширений в світі – майоліка. Майоліка це – особливий різновид тонкої кераміки з непрозорим пористим черепком, що вкривається блискучою поливою та прикрашається декоративним розписом. Цей термін відносять до керамічних виробів, на основі легкоплавких глин, обпалених при невисоких температурах (1000 – 1100 °С) [3].

Само слово майоліка походить від італійського Maiolica, старої назви іспанського острова Мальорка, звідки в 1115 році, як військовий видобуток в боротьбі з піратами, італійцями були вивезені керамічні судини і поливні плити, що й послужили для гончарів Італії того часу зразками при їх дослідах керамічного виробництва.

Крім цих зразків на розвиток майоліки, безсумнівно, мали вплив подібні вироби Малої Азії та Персії завезені в Італію через відносини її торгових міст з Сицилією і Сходом.

У Росії майоліка з'явилася на початку XVIII в. Голландці і італійці завезли цю особливу технологію розпису предметів з червоної глини по сирій емалі з подальшим випаленням в спеціальних печах при Петрі I, і розквіт майолікового виробництва припав якраз на XVIII століття [2].

Легкість, витонченість, точність і краса. Ці асоціації виникають при спогляданні виробів народного промислу під назвою майоліка. Особливістю майоліки є її художнє оформлення, яке додає кожному виробу унікальність, неповторність і цінність. Ще з часів давнини розпис майолікових виробів відображав у собі народну творчість, несучи в своїх малюнках історію, релігію і культуру.

1. Актуальність теми

Простота технології виготовлення й доступність сировини роблять майоліку досить розповсюдженою і часто використовуваною в побуті. Її також нерідко застосовують для прикраси фасадів та інтер'єрів, для облицювання будь-яких житлових приміщень з нормальною вологістю.

Цей старовинний спосіб обробки стін в останні десятиліття стає все більш популярним. Десятки фірм на території України пропонують облицювання печей і камінів кахлями, багато спеціалізуються винятково на кахельних печах.

Зараз в Україні працюють декілька крупних заводів з виробництва майолікової кераміки: Балаклавський майоліковий завод у місті Севастополь, Васильківський майоліковий завод у місті Васильків, Опішнянський завод художніх виробів Художній керамік в селі Опішня Полтавської області, Львівський керамічний завод і Львівська керамо-скульптурна фабрика у місті Львів та інші. В асортименті підприємств посуд майоліковий, чашки, блюдця, горщики, вази, вазони, декоративні сувеніри, тощо.

Майолікові вироби в наш час переживають своє друге народження. І це не випадково. Людина завжди прагне до витонченого, художнього і красивого. Один із шляхів задоволення цього прагнення – багатобарвний, теплий, живий кахель, декоративні скульптури та розписаний посуд.

Невисокі температури випалу (1000 – 1100 °С), відносна проста технологія виготовлення на порівняно простому обладнанні роблять майоліку дешевою, доступною та розповсюдженою, але при цьому привабливою, витонченою й цінною с точки зору мистецтва.

Окрім цього, однією з головних переваг технології майолікової кераміки є можливість альтернативного застосування в якості сировини вскришних і териконних порід, відходів вуглезбагачення, шлаків й золи, браку й бою керамічного і скляного.

У наш час проблема раціонального використання сировинних ресурсів, мінімізації відходів і їх корисного застосування стоїть дуже гостро. Тому розгляд питання залучення у виробництво відходів промисловості і використання низькосортної сировини є дуже актуальним.

2. Мeта і задача дослідження

Мета дослідницької роботи: отримання майолікових виробів з використанням техногенної сировини Донбасу.

Задачa: залучення у виробництво майоліки низькосортної сировини, вторинних ресурсів,а також виробничих відходів.

3. Наукова новизна

Використання у якості сировини для майолікових виробів нетрадиційних матеріалів – техногенних побічних продуктів різних виробництв.

4. Значення й застосування продукції

Майоліка являє собою тонкокерамічні вироби з непрозорим пористим білим або забарвленим черепком, який, у свою чергу, може бути створений на основі білої або кольорової глини.

Розрізняють майолікові вироби господарсько-побутового призначення – посуд (рис. 1), декоративно-художнього призначення – монументальні скульптурні зображення (рис. 2), і будівельного призначення – облицювальні плити та плитки, пічні кахлі, декоративні панно, горельєфи, барельєфи (рис. 3).

Майолікові вироби побутового призначення

Рисунок 1 – Майолікові вироби побутового призначення

Майолікові вироби декоративного призначення

Рисунок 2 – Майолікові вироби декоративного призначення

Майоліка будівельного призначення

Рисунок 3 – Майоліка будівельного призначення

В асортимент майолікового посуду входять чашки з блюдцями, склянки, піали, блюдця для варення і фруктів, глечики, маслянки, молочники, графини, кавники, чайники, цукорниці, вази для печива, хлібниці, тарілки десертні і для торта, горщики, салатники, оселедниці, миски, чарки для яєць, сільнички, лотки, банки для варення та інші вироби [4].

Майолікова плитка – це надзвичайно красивий варіант плитки, за допомогою якої можна чудово прикрасити стіни кухонь, ванних або використовувати її для створення декоративних панно в будь-яких кімнатах – наприклад, вітальнях і їдальнях. Ця плитка з нанесеним малюнком, або тонуванням, покритим прозорою глазур’ю і прикрашена візерунком є дивовижним витвором мистецтва, який може стати надбанням кожного будинку. Серед фізичних властивостей майолікової плитки можна відзначити високу механічну міцність і прекрасну стійкість до утворення кракелюр в глазурі. Однак через свою пористу основу така плитка легко вбирає воду, тому може бути застосована тільки для обробки внутрішніх стін [5].

Майолікові вироби стилізованої форми нагадують тварин, птахів, листя, фрукти і можуть використовуватися як декоративні прикраси.

Недоліки майоліки: висока пористість і водопроникність, недостатня (30,0 – 50,0 МПа) міцність при згині, схильність до утворення цека глазурі, що обмежує області її використання [3].

Але, незважаючи на це, майоліка користується стійким попитом завдяки високим декоративним перевагам, що асоціюються зі старовиною і народними традиціями .

5. Експериментально-методична частина

5.1 Методи формування майолікових виробів. Їх переваги й недоліки

В залежності від форми й конфігурації, виду та призначення виробів технологія майоліки передбачає дві технологічні лінії: лиття у гіпсові форми або пластичне формування.

Так для виробів простої конфігурації, що мають форму тіл обертання застосовується пластичне формування. Для виробів ж складної форми, що характеризуються високими декоративними властивостями, застосовується формування литтям, оскільки пластичним способом їх не виготовити [3].

Окрім цього, метод пластичного формування має доволі обмежені технологічні можливості оскільки за своєю суттю передбачає довготривалість виробничого циклу, а також високу трудомісткість. Метод пластичного формування, що створився багато століть тому, навіть у своєму модернізованому вигляді до теперішнього часу базується на старих фізико-хімічних принципах.

Цим, головним чином, і пояснюється той факт, що дотепер не вдається знайти достатньо дійового методу боротьби з жолобленням виробів при сушінні та випалі, ліквідувати ряд інших масових видів браку, що зароджуються в процесі формування або, ще раніше, при приготуванні і переробці пластичної маси [4].

Головним недоліком пластичного формування у його теперішньому вигляді є те, що воно не тільки не ліквідує асиметричність та анізотропну структуру, яку має заготовка, але й сприяє створенню нових дефектів нерівномірності. Та незважаючи на це пластичне формування отримало широке розповсюдження оскільки має також і ряд переваг. Даний метод дозволяє формувати вироби різного розміру, що мають форми тіл обертання, при незначних механічних зусиллях на відносно простому, виробничому обладнанні.

При пластичному формуванні виробів найбільш повно використовуються такі властивості керамічних мас, як пластичність і формувальна здатність, а також здатність віддавати частину води, що в них міститься, пористим формам, давати усадку і легко відділятися від пористої поверхні форм [3].

Свої переваги має також і технологічна схема, що передбачає формування литтям. Відливання виробів у гіпсових формах відрізняється простотою робочих процесів та дозволяє використовувати малопластичні маси. Окрім цього, перевагами даного методу є: легкість транспортування шлікеру на любі відстані, усунення відходів, зменшення втрат маси і також можливість виготовлення тонкостінних виробів [6].

Але разом з цим шлікерне формування має також ряд суттєвих недоліків: висока трудомісткість процесу, тяжкі умови праці, потреба у електроліті, необхідність значної виробничої площі а також швидкий знос гіпсових форм. Саме ці фактори призводять до скорочення використання методу лиття на заводах [7].

Окрім цього, для формування майолікової плитки може застосовуватися також напівсухе пресування, а для виготовлення особливо складних декоративних скульптур та монументальних зображень – метод набивки. Та в рамках роботи перевага надається формуванню литтям, оскільки маси, що досліджуються складаються переважно з малопластичних запісочених суглинків. А саме формування литтям найбільш придатне для таких мас.

5.2 Сировинні матеріали

Всі сировинні матеріали, необхідні для виготовлення кераміки, розподіляють на три групи: пластичні, спіснюючі, плавні.

Пластичні матеріали – основний компонент керамічних виробів. Можливість формування заснована на їх головній властивості – пластичності, тобто здатності деформуватися під впливом зовнішніх механічних зусиль без порушення суцільності (без розриву або утворення тріщин) і зберігати отриману форму після усунення цих зусиль [8].

У якості пластичної складової в рамках проекту використовується суміш суглинку карбену родовища каолінів Біла балка та вогнетривкої білої глини Дружківського родовища.

Слід зазначити, що запісоченість обраного суглинку, обумовлює його роль також і у якості спіснювача. Тобто домішки, що в ньому містяться, у вигляді піску й лужних та лужноземельних оксидів, беруть участь у регулюванні технологічних і структурно-механічних властивостей формувальної маси, ливарних властивостей шлікерів, у формуванні структури черепка, збільшуючи обсяг пір і покращуючи їх розподіл для проникнення вологи, знижуючи усадку при сушінні та випалюванні, запобігаючи деформацію і утворення тріщин. Це дає можливість не вводити спіснюючі матеріали у склад шихти додатково, проте для підвищення механічної міцності виробів та корегування швидкості набору товщини (при формуванні литтям) додатково може використовуватися шамот.

Звісно, наявність у суглинку спіснюючих домішок значно знижує його якість і робить непридатним для використання у керамічному виробництві. Але додаючи до нього незначну кількість жирної, високопластичної дружківської глини (для регулювання пластичності та формувальної здатності маси й ливарних властивостей шлікеру), а також деяких корегуючих добавок техногенного походження, запісочений суглинок карбену можна пристосувати для виготовлення майоліки.

У разі необхідності до складу шихти можуть бути введені плавні – речовини, які сприяють утворенню при термічній обробці легкоплавких сполук і зниженню температури випалу виробів, що в свою чергу дозволяє значно скоротити питому витрату палива [3].

В рамках проекту планується розробка декількох керамічних мас, в яких пластична складова комбінується з кількома різними добавками техногенного походження й відходами керамічного виробництва. В якості таких добавок виступають гранульований шлак, нефеліновий відсів, брак та бій керамічного виробництва, шамот класичний й шамот красної цегли та ін.

5.3 Методи дослідження

Для підбору оптимального технологічного режиму виготовлення й визначення його особливостей в межах проекту планується проведення ряду дослідів: визначення води затворення глини; визначення повітряної, вогневої та повної усадки, визначення в’язкості та строків тужавіння керамічних шікерів, визначення швидкості набору маси черепку й водовіддачі керамічних шлікерів.

Окрім цього, щоб зробити висновок, щодо оптимальної комбінації сировинних матеріалів, та обрати найкращій (з точки зору технологічних характеристик отриманих виробів) склад шихти, необхідно також визначити оптимальну температуру випалу та інтервал спікання, водопоглинання й пористість, механічні характеристики.

У відповідності з ТКР керамічного черепка, для отриманих виробів має бути підібрана глазур. Глазуровані вироби проходять випробування на термостійкість і хімічну стійкість, для них визначається такий показник, як блиск глазурного вкриття, аналізуються декоративні властивості (якість забарвлення, однотонність ті ін.).

5.4 Технологія виготовлення майоліки

Незалежно від обраного методу формування, технологічний цикл виготовлення майолікових виробів починається однаково і передбачає попередню підготовку всіх сировинних матеріалів, тобто їх подрібнення, помел, просів та зважування у відповідності з їх масовою часткою за рецептом шихти. Різниця полягає у ступені зволоження суміші сировинних матеріалів, залежно від чого можуть бути отримання напівсуха маса (прес-порошок), пластична маса (тісто) й рідка маса (шлікер).

Після підготовки зважені компоненти направляються на змішування. Змішування планується проводити у лабораторному кульковому млині, де також відбувається додатковий помел й усереднення маси.

З метою запобігання деформації керамічних виробів та їх розтріскування в процесі сушки організовують їх підв’ялювання – повільне підсихання свіжесформованого сирцю в природних умовах. Після підсушки на повітрі сирець має вологість приблизно 15 – 17% і набуває деякої міцності, достатньої, щоб його можна було транспортувати, але все ж таки залишається ще досить тендітним. Такий стан керамічних виробів називається кожетвердим (глина ще сира, але вже втратила пластичність. В кожетвердому стані, у разі необхідності вироби піддаються оправці – доробці, шви на виробах зрізаються резачком, невеликі вади зашпаровують м'якою масою, після чого вся поверхня загладжується вологою губкою. Також при вологості 15 – 18 % до виробів можуть бути приставлені ручки, носики, квіточки, листики та інші елементи рельєфного декору [9].

Після підв’ялювання і оправки вироби направляються на сушку у сушильній шафі. Тривалість та режим процесу сушіння залежить від фізико-технологічних властивостей маси, початкової та кінцевої температури напівфабрикату і теплоносія, розміру, виду та конфігурації виробів, а також конструктивних особливостей сушильних пристроїв.

У процесі сушіння напівфабрикату відбуваються фізико-механічні колоїдно-фізичні та біохімічні зміни, які багато в чому визначають одержання продукції потрібної якості. Відомо, що вода в формувальній масі або ливарному шлікері не однаково пов’язана з мінеральними частинками і по-різному проявляє свої властивості в процесі сушки.

Зазвичай при сушінні віддаляється вода, що утримується механічно мікро–і макрокапілярами та вода, що розташовується на поверхні частинок виробів. Частково видаляється вода фізико-хімічна, пов’язана адсорбційно, вода з гідратних оболонок глинистих частинок і вода, пов’язана структурно, що знаходиться між гідратними оболонками [10].

Зміна вологовмісту напівфабрикату супроводжується усадочними явищами, в наслідок чого на поверхні виробу можлива поява тріщин та короблення. Саме тому дуже важливо чітко дотримуватися заданих технологічних параметрів режиму сушіння [3].

Тріщини в процесі сушіння (сушильні тріщини) з’являються внаслідок значного перепаду вологості зовнішніх, а також внутрішніх шарів сирцю, і проявляються вони в кінцевому періоді сушіння, коли цей сирець твердне. У товстостінних виробах ймовірність виникнення тріщин більша, ніж в тонкостінних, оскільки швидкість передачі вологи з внутрішніх шарів значно менше швидкості випаровування вологи з поверхневих шарів.

Слід зазначити, що тріщини утворюються при сушінні не тільки за рахунок напружень, що виникають в результаті перепаду вологості. Вони можуть виникати, як наслідок поганої обробки маси, коли остання стає неоднорідною і містить грудки, тверді включення і т.д.

Для забезпечення якісного сушіння необхідно: досягти швидкості внутрішньої дифузії, рівної зовнішньої, направити на сушку сирець з добре обробленої маси з можливо меншим вологовмістом, вводити спіснюючі добавки для зниження повітряної усадки, підвищувати капілярність маси введенням електролітів [11].

Наступний етап виробничого циклу – випал. Випал – найважливіша стадія будь-якого керамічного виробництва, саме під час випалу протікають всі основні зміни та перетворення у глині: складні фізико-хімічні процеси зневоднення, розкладення компонентів маси й вигорання органічних домішок з виділенням газоподібних продуктів, реакції взаємодії компонентів маси з утворенням нових кристалічних фаз, плавлення легкоплавких евтектик з утворенням скловидної фази, поліморфні перетворення та інші, після яких керамічна маса ущільнюється і набуває міцність каменю. Фізичний зміст випалу полягає в процесі спікання. [12].

Щоб зрозуміти механізм спікання майолікового черепка, необхідно розглянути процеси, що відбуваються при випалі, а також їх сутність.

При нагріванні виробів до температури 140 – 160 °С відбувається видалення гігроскопічної вологи. Незважаючи на те, що напівфабрикат потрапляє на випал з незначною вологістю (4 – 5 %), інтенсивне її видалення може призвести до появи тріщин, тому швидкість підйому температури в даному інтервалі мінімальна.

Температура 200 – 400 °С характеризується вигоранням органічних речовин, що можуть входити у склад сировинних матеріалів як домішки.

Наступний етап – видалення конституційної вологи, відбувається в інтервалі температур 450 – 850 °С. Цей процес супроводжується чітко вираженим ендотермічним ефектом, зміною маси, а також руйнуванням молекул каолініту, перебудовою його решітки та послабленням хімічного зв’язку між Al2O3 і SiO2.

Ендотермічному ефекту відповідає видалення майже 3/4 конституційної води. Решта води видаляється при більш високих температурах [4]. Дослідження останнього часу підтверджують, що процес дегідратації слід роздивлятися як кристалохімічний процес зміни двохшарової решітки каолініту з поглинанням значної кількості теплоти.

Незважаючи на порушення у кристалічній решітці, каолінітові частинки зберігають гексагональну форму через наявність хоча і послабленого зв’язку Si – Al – Si Схема структурних змін каоліну наведено на рисунку 4.

Схема структурних змін каолініту (по Фрейдену)

Рисунок 4 – Схема структурних змін каолініту (по Фрейдену)

При температурі 950 °С розкладаються карбонатні складові маси, виділяється CO2, а за рахунок плавлення легкоплавких мінералів, домішок і їх взаємодії з кремнеземом та глиноземом у виробах з’являється рідка фаза. Паралельно починається спікання сполучної глини, спостерігається найбільша усадка.

У температурному інтервалі 1000 – 1080 °С завершаються перетворення глиняних речовин, їх частини вже спеклись та забезпечили помітну міцність черепку. При цій температурі проводиться витримка виробів, після чого вони охолоджуються [3].

Слід зазначити, що при охолодженні температура в товстих частинах виробів значно вища, ніж в тонких кромках, тому дуже важливо забезпечити рівномірне охолодження, щоб запобігти появу дефектів [13].

В рамках проекту випал майолікових зразків буде проводитись у лабораторній муфельній печі з карбід-кремнієвими нагрівачами.

Завершальна стадія виробничого циклу – вибір, підготовка й нанесення глазурі, а також синтез керамічних пігментів для отримання красок й нанесення декору. Глазур і декор також закріплюються випалом.

Висновки

Таким чином, на основі проведеної роботи і аналітичного аналізу літератури слід зазначити:

- Майоліка це один з найдавніших видів мистецтва, який було засновано ще в стародавньому Єгипті. Це особливий вид декоративної тонкої кераміки, що вкривається блискучою або матовою глазур’ю та розписується витонченим узором, який відображає мотиви народної творчості та асоціюється зі стариною.

- Розписний й вкритий глазур’ю майоліковий посуд володіє достатньої механічною, хімічною й термічною стійкістю, що дозволяє використовувати його у побуті для піднесення та приготування страв. Скульптури і вироби стилізованої форми є справжніми витворами мистецтва, що слугують витонченими й естетичними прикрасами будь-кого інтер’єру. Облицювальна плитка та декоративне панно можуть стати досить простим й надзвичайно красивий варіантом прикраси стін кухонь, ванних, віталень і їдалень.

- Окрім високих естетичних властивостей широке розповсюдження майоліки обумовлено відносно невисокими температурами випалу, простою технологією виготовлення, можливістю використання низькосортної й легкодоступної сировини , а також нескладного обладнання. Всі ці переваги роблять вироби з майоліки дешевими і доступними але при цьому привабливими, витонченими й красивими.

- Отримання майолікових виробів на основі запісочених суглинків, вскришних порід й побічних продуктів різних виробництв – один з засобів утилізації цих відходів, а також раціонального використання матеріально-сировинної бази країни.

Отже, пронесена через сторіччя й вдосконалена з роками майоліка й досі широко використовується в різноманітних сферах життя та діяльності людини, супроводжуючи і змінюючись, накопичуючи та відображаючи характерні риси того чи іншого часу, того чи іншого народу.

При написані даного реферату магістерську роботу ще не закінчено. Остаточне завершення: грудень 2013. Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

  1. История керамики [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://kulesh.at.ua/publ/1-1-0-1
  2. Майолика. История возникновения и развития майолики [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://shishkin-art.ru/?item=c13ac8d3-cf4b-4175-a790-54512c84e138&termin=f6666e27-78ea-481f-998c-9f0576036cf5
  3. Мороз И.И. Фарфор, фаянс, майолика / И.И. Мороз.–К.: Техника, 1975. – 352с.
  4. Августиник А.И. Керамика / А.И. Августинник. – Л.: Стройиздат, 1975. – 592с.
  5. Ещенко Д.Д. Производство и применение фасадной керамики / Д.Д. Ещенко. – Л.: Стройиздат, 1967. – 127с.
  6. Майолика. Шедевры из глины [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://blog.i.ua/community/1952/837697/
  7. Литье [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ceramicportal.ru/articles/litye.htm
  8. Cырье для производства керамики [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.portal-student.ru/Lstmat1-87.php
  9. Основы технологии художественной керамики [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://abc.vvsu.ru/Books/osn_tehn_hud_keram_up/page0005.asp
  10. Рохваргер Е.Л. Сушка керамических изделий / Е.Л. Рохваргер. – М: Промстройиздат, 1958 – 88с.
  11. Чижский А.Ф. Сушка керамических материалов и изделий / А.Ф. Чижский. – М.: Стройиздат, 1971 – 107с.
  12. Обжиг керамики [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://kulesh.at.ua/publ/1-1-0-2%29
  13. Миклашевский А.И. Технология художественной кераміки / А.И. Миклашевский, Л.: Стройиздат, 1971 – 224с.