Реферат по теме выпускной работы
Содержание
- Введение
- 1. Актуальность темы
- 2. Цель и задача исследования
- 3. Научная новизна
- 4. Значение и применение продукции
- 5. Экспериментально-методическая часть
- 5.1 Методы формования майоликовых изделий. Их преимущества и недостатки
- 5.2 Сырьевые материалы
- 3.3 Методы исследования
- 3.3 Технология изготовления майолики
- Выводы
- Перечень ссылок
- История керамики [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://kulesh.at.ua/publ/1-1-0-1
- 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
- Мороз И.И. Фарфор, фаянс, майолика / И.И. Мороз.–К.: Техника, 1975. – 352с.
- Августиник А.И. Керамика / А.И. Августинник. – Л.: Стройиздат, 1975. – 592с.
- Ещенко Д.Д. Производство и применение фасадной керамики / Д.Д. Ещенко. – Л.: Стройиздат, 1967. – 127с.
- Майолика. Шедевры из глины [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://blog.i.ua/community/1952/837697/
- Литье [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.ceramicportal.ru/articles/litye.htm
- Cырье для производства керамики [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.portal-student.ru/Lstmat1-87.php
- Основы технологии художественной керамики [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://abc.vvsu.ru/Books/osn_tehn_hud_keram_up/page0005.asp
- Рохваргер Е.Л. Сушка керамических изделий / Е.Л. Рохваргер. – М: Промстройиздат, 1958 – 88с.
- Чижский А.Ф. Сушка керамических материалов и изделий / А.Ф. Чижский. – М.: Стройиздат, 1971 – 107с.
- Обжиг керамики [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://kulesh.at.ua/publ/1-1-0-2%29
- Миклашевский А.И. Технология художественной кераміки / А.И. Миклашевский, Л.: Стройиздат, 1971 – 224с.
Введение
Глина всегда служила человеку строительным материалом и сырьем для производства предметов самого различного назначения.
Рецепт глиняного теста
менялся в разных странах и в разные эпохи. Глину, лежащую под ногами, пытались окультурить
, приспособить для производства посуды и других предметов хозяйства. Благодаря таким изыскательским усилиям наших предков появилась много веков назад первая керамика, и стало развиваться гончарное ремесло [1].
История керамики насчитывает века. Изготовление гончарных изделий из обожженной глины возникло еще несколько тысячелетий назад в Древнем Вавилоне, Египте и Персии. При археологических раскопках там были обнаружены многочисленные глиняные сосуды, тарелки и черепки [2].
Один из достаточно распространенных в мире видов керамики – майолика. Майолика – это особая разновидность тонкой керамики с непрозрачным пористым черепком, покрытым блестящей глазурью и украшенным декоративной росписью. Этот термин относится к керамическим изделиям на основе легкоплавких глин, обожженных при невысоких температурах (1000 – 1100 °С) [3].
Само слово майолика
происходит от итальянского Maiolica
, старого названия испанского острова Мальорка, откуда в 1115 году, как военная добыча в борьбе с пиратами, итальянцами были вывезены керамические сосуды и поливные плиты, которые и послужили для гончаров Италии того времени образцами в их керамических опытах.
Кроме этих образцов на развитие майоликовой керамики, несомненно, повлияли подобные изделия Малой Азии и Персии, завезенные в Италию через отношения ее торговых городов с Сицилией и Востоком.
В России майолика появилась в начале XVIII в. Голландцы и итальянцы завезли эту особую технологию росписи предметов из красной глины по сырой эмали с последующим обжигом в специальных печах при Петре I, и расцвет майоликового производства пришелся как раз на XVIII век [2].
Легкость, изящность, точность и красота. Эти ассоциации возникают при созерцании изделий народного промысла под названием майолика. Особенностью майолики является ее художественное оформление, которое придает каждому изделию уникальность, неповторимость и ценность. Еще со времен древности роспись майоликовых изделий отражала в себе народное творчество, неся в своих рисунках историю, религию и культуру.
1. Актуальность темы
Простота технологии изготовления и доступность сырья делают майолику весьма распространенной и часто применяемой в быту. Ее также нередко используют для украшения фасадов и интерьеров, для облицовки любых жилых помещений с нормальной влажностью.
Этот старинный способ обработки стен в последние десятилетия становится все более популярным. Десятки фирм на территории Украины предлагают облицовку печей и каминов изразцами, многие специализируются исключительно на изразцовых печах.
Сейчас в Украине работают несколько крупных заводов по производству майоликовой керамики: Балаклавский майоликовый завод в городе Севастополь, Васильковский майоликовый завод в городе Васильков, Опошнянский завод художественных изделий Художественный керамик
в селе Опошня Полтавской области, Львовский керамический завод и Львовская керамо-скульптурная фабрика в г. Львов и другие. В ассортименте предприятий посуда, чашки, блюдца, горшки, вазы, вазоны, декоративные сувениры и т.д.
Майоликовые изделия в наше время переживают свое второе рождение. И это не случайно. Человек всегда стремится к изящному, художественному и красивому. Один из путей удовлетворения этого стремления – многоцветный, теплый, живой кафель, декоративные скульптуры и расписная посуда.
Невысокие температуры обжига (1000 – 1100 °С), относительная простая технология изготовления на сравнительно простом оборудовании делают майолику дешевой, доступной и распространенной, но при этом привлекательной, изящной и ценной с точки зрения искусства.
Кроме этого, одним из главных преимуществ технологии майоликовой керамики является возможность альтернативного применения в качестве сырья вскрышных и терриконных пород, отходов углеобогащения, шлаков и зол, брака и боя керамического и стеклянного.
В наше время проблема рационального использования сырьевых ресурсов, минимизации отходов и их полезного применения стоит очень остро. Поэтому рассмотрение вопроса вовлечения в производство отходов промышленности и использования низкосортного сырья является очень актуальным.
2. Цель и задача исследования
Цель исследовательской работы: получение майоликовых изделий с использованием техногенного сырья Донбасса.
Задачa: вовлечение в производство майолики низкосортного сырья, вторичных ресурсов, а также производственных отходов.
3. Научная новизна
Использование в качестве сырья для майоликовых изделий нетрадиционных материалов – техногенных побочных продуктов различных производств.
4. Значение и применение продукции
Майолика представляет собой тонкокерамические изделия с непрозрачным пористым белым или окрашенным черепком, который, в свою очередь, может быть создан на основе белой или цветной глины.
Различают майоликовые изделия хозяйственно-бытового назначения – посуда (рис. 1), декоративно-художественного назначения – монументальные скульптурные изображения (рис. 2), и строительного назначения – облицовочные плиты и плитки, печные изразцы, декоративные панно, горельефы, барельефы (рис. 3).
Рисунок 1 – Майоликовые изделия бытового назначения
Рисунок 2 – Майоликовые изделия декоративного назначения
Рисунок 3 – Майолика строительного назначения
В ассортимент майоликовой посуды входят чашки с блюдцами, стаканы, пиалы, блюдца для варенья и фруктов, кувшины, масленки, молочники, графины, кофейники, чайники, сахарницы, вазы для печенья, хлебницы, тарелки десертные и для торта, горшки, салатники, селедочницы, миски, рюмки для яиц, солонки, лотки, банки для варенья и другие изделия [4].
Майоликовая плитка – это очень красивый вариант плитки, с помощью которой можно прекрасно украсить стены кухонь, ванных или использовать ее для создания декоративных панно в любых комнатах – например, гостиных и столовых. Эта плитка с нанесенным рисунком, или тонировкой, покрытая прозрачной глазурью и украшенная узором является удивительным произведением искусства и может стать достоянием каждого дома. Среди физических свойств майоликовой плитки можно отметить высокую механическую прочность и прекрасную устойчивость к образованию кракелюр в глазури. Однако из-за своей пористой основы такая плитка легко впитывает воду, поэтому может быть использована только для отделки внутренних стен [5].
Майоликовые изделия стилизованной формы напоминают животных, птиц, листья, фрукты и могут использоваться как декоративные украшения.
Недостатки майолики: высокая пористость и водопоглощение, недостаточная (30,0 – 50,0 МПа) прочность при изгибе, склонность к образованию цека глазури, что ограничивает области ее использования [3].
Но, несмотря на это, майолика пользуется устойчивым спросом благодаря высоким декоративным преимуществам, которые ассоциируются со стариной и народными традициями.
5. Экспериментально-методическая часть
5.1 Методы формования майоликовых изделий. Их преимущества и недостатки
В зависимости от формы и конфигурации, вида и назначения изделий технология майолики предусматривает две производственные линии: литье в гипсовые формы или пластическое формование.
Так для изделий простой конфигурации, имеющих форму тел вращения, применяется пластическое формование. Для изделий же сложной формы, характеризующихся высокими декоративными свойствами, применяется формование литьем, поскольку пластическим способом их не изготовить [3].
Кроме этого, метод пластического формования имеет довольно ограниченные технологические возможности, поскольку по своей сути предусматривает продолжительность производственного цикла, а также высокую трудоемкость. Пластическое формование, появившееся много веков назад, даже в своем модернизированном виде до настоящего времени базируется на старых физико-химических принципах.
Этим, главным образом, и объясняется тот факт, что до сих пор не удается найти достаточно действенного метода борьбы с короблением изделий при сушке и обжиге, ликвидировать ряд других массовых видов брака, зарождающихся в процессе формования или, еще раньше, при приготовлении и переработке пластичной массы [4].
Главным недостатком пластического формования в его нынешнем виде является то, что оно не только не ликвидирует асимметричность и анизотропную структуру, которую имеет заготовка, но и способствует созданию новых дефектов неравномерности. Но, несмотря на это, пластическое формование получило широкое распространение, поскольку имеет также и ряд преимуществ. Данный метод позволяет формовать изделия различного размера, имеющие формы тел вращения, при незначительных механических усилиях на относительно простом, производственном оборудовании.
При пластическом формовании изделий наиболее полно используются такие свойства керамических масс, как пластичность и формовочная способность, а также способность отдавать часть воды, содержащейся в них, пористым формам, давать усадку и легко отделяться от поверхности форм [3].
Свои преимущества имеет также и технологическая линия, предусматривающая формование литьем. Отливка изделий в гипсовых формах отличается простотой рабочих процессов и позволяет использовать малопластичные массы. Кроме этого, преимуществами данного метода являются: легкость транспортировки шликера на любые расстояния, устранение отходов, уменьшения потерь массы и также возможность изготовления тонкостенных изделий [6].
Но вместе с этим шликерное формование имеет также ряд существенных недостатков: высокая трудоемкость процесса, тяжелые условия труда, потребность в электролите, необходимость значительной производственной площади, а также быстрый износ гипсовых форм. Именно эти факторы приводят к сокращению использования метода литья на заводах [7].
Кроме этого, для формования майоликовой плитки может применяться также полусухое прессование, а для изготовления сложных декоративных скульптур и монументальных изображений – метод набивки. Но в рамках работы предпочтение отдается формованию литьем, поскольку исследуемые массы состоят преимущественно из малопластичных запесоченных суглинков. А именно формирование литьем является наиболее подходящим для таких масс.
5.2 Сырьевые материалы
Все сырьевые материалы, необходимые для изготовления керамики, подразделяют на три группы: пластичные, отощающие, плавни.
Пластичные материалы – основной компонент керамических изделий. Возможность формования основана на их главном свойстве – пластичности, то есть способности деформироваться под действием внешних механических усилий без нарушения сплошности (без разрыва или образования трещин) и сохранять полученную форму после снятия этих усилий [8].
В качестве пластической составляющей в рамках проекта используется смесь суглинка карбена месторождения каолинов Белая балка
и огнеупорной белой глины Дружковского месторождения.
Следует отметить, что запесоченность выбранного суглинка, обусловливает его роль также и в качестве отощителя. То есть, примеси, содержащиеся в нем, в виде песка, щелочных и щелочноземельных оксидов, участвуют в регулировании технологических и структурно-механических свойств формовочной массы, литейных свойств шликеров, в формировании структуры черепка, увеличивая объем пор и улучшая их распределение для проникновения влаги, снижая усадку при сушке и обжиге, предотвращая деформацию и образование трещин. Это дает возможность не вводить отощающие материалы в состав шихты дополнительно, однако для повышения механической прочности изделий и корректировки скорости набора толщины (при формировании литьем) дополнительно может использоваться шамот.
Естественно, наличие в суглинке отощающих примесей значительно снижает его качество и делает непригодным для использования в керамическом производстве. Но, добавляя к нему небольшое количество жирной, высокопластичной Дружковской глины (для регулирования пластичности, формовочной способности массы и литейных свойств шликера), а также некоторых корректирующих добавок техногенного происхождения, запесоченный суглинок карбена можно приспособить для изготовления майолики.
При необходимости в состав шихты могут быть введены плавни – вещества, способствующие образованию при термической обработке легкоплавких соединений и снижению температуры обжига изделий, что в свою очередь позволяет значительно сократить удельный расход топлива [3].
В рамках проекта планируется разработка нескольких керамических масс, в которых пластическая составляющая комбинируется с несколькими различными добавками техногенного происхождения и отходами керамического производства. В качестве таких добавок выступают гранулированный шлак, нефелиновый отсев, брак и бой керамического производства, шамот классический, шамот красного кирпича и др.
5.3 Методы исследования
Для подбора оптимального технологического режима производства и определения его особенностей в рамках проекта планируется проведение ряда опытов: определение воды затворения глины, определение воздушной, огневой и полной усадки, определение вязкости и сроков схватывания керамических шикеров, определения скорости набора массы черепка и водоотдачи керамических шликеров.
Кроме этого, чтобы сделать вывод об оптимальной комбинации сырьевых материалов, и выбрать лучший (с точки зрения технологических характеристик полученных изделий) состав шихты, необходимо также определить оптимальную температуру обжига и интервал спекания, водопоглощение, пористость и механические характеристики полученных образцов.
В соответствии с ТКР керамического черепка, для полученных изделий должна быть подобрана глазурь. Глазированные изделия проходят испытания на термостойкость и химическую стойкость, для них определяется такой показатель, как блеск глазурного покрытия, анализируются декоративные свойства (качество окраски, однотонность и др.).
5.4 Технология изготовления майолики
Независимо от выбранного метода формования, технологический цикл изготовления майоликовых изделий начинается одинаково и предполагает предварительную подготовку всех сырьевых материалов, то есть их дробление, помол, просев и взвешивания в соответствии с их массовой долей по рецепту шихты. Разница заключается в степени увлажнения смеси сырьевых материалов, в зависимости от чего могут быть получены полусухая масса (пресс-порошок), пластическая масса (тесто) и жидкая масса (шликер).
После подготовки взвешенные компоненты направляются на смешивание. Смешивание планируется проводить в лабораторной шариковой мельнице, где также происходит дополнительный помол и усреднение массы.
С целью предотвращения деформации керамических изделий и их растрескивания в процессе сушки, необходимо организовать их подвялку – медленное подсыхание свижесформованого сырца в естественных условиях. После подсушки на воздухе сырец имеет влажность примерно 15 – 17% и приобретает некоторую прочность, достаточную, чтобы его можно было транспортировать, но все же остается еще предельно хрупким. Такое состояние керамических изделий называется кожетвердым (глина еще сырая, но уже потеряла пластичность. В кожетвердом состоянии, в случае необходимости, изделия подвергаются оправке – доработке, швы на изделиях срезаются резачком, небольшие изъяны заделываются мягкой массой, после чего вся поверхность заглаживается влажной губкой . Также при влажности 15 – 18% к изделиям могут быть приставлены ручки, носики, цветочки, листики и другие элементы рельефного декора [9].
После подвялки и оправки изделия направляются на сушку в сушильном шкафу. Продолжительность и режим процесса сушки зависит от физико-технологических свойств массы, начальной и конечной температуры полуфабриката и теплоносителя, размера, вида и конфигурации изделий, а также конструктивных особенностей сушильных устройств.
В процессе сушки полуфабриката происходят физико-механические, коллоидно-физические и биохимические изменения, которые во многом определяют получение продукции требуемого качества. Известно, что вода в формовочной массе или литейном шликере связана с минеральными частицами неодинаково и по-разному проявляет свои свойства в процессе сушки.
Обычно при сушке удаляется вода, удерживаемая механически микро- и макрокапилярами и вода располагаемая на поверхности частиц изделий. Частично удаляется вода физико-химическая, связанная адсорбционно, вода гидратных оболочек глинистых частиц и вода, связанная структурно, что находится между гидратными оболочками [10].
Изменение влагосодержания полуфабриката сопровождается усадочными явлениями, в результате чего на поверхности изделия возможно появление трещин и коробления. Именно поэтому очень важно четко придерживаться заданных технологических параметров режима сушки [3].
Трещины в процессе сушки (сушильные трещины) появляются вследствие значительного перепада влажности внешних, а также внутренних слоев сырца, и проявляются они в конечном периоде сушки, когда сырец затвердевает. В толстостенных изделиях вероятность возникновения трещин больше, чем в тонкостенных, поскольку скорость передачи влаги из внутренних слоев значительно меньше скорости испарения влаги из поверхностных слоев.
Следует отметить, что трещины образуются при сушке не только за счет напряжений, возникающих в результате перепада влажности. Они могут возникать как следствие плохой обработки массы, когда последняя становится неоднородной и содержит комки, твердые включения и т.д.
Для обеспечения качественной сушки необходимо: достичь скорости внутренней диффузии, равной внешней, направить на сушку сырец с хорошо обработанной массы с возможно меньшим влагосодержанием, вводить отощающие добавки для снижения воздушной усадки, повышать капиллярность массы введением электролитов [11].
Следующий этап производственного цикла – обжиг. Обжиг – важнейшая стадия любого керамического производства. Именно во время обжига протекают все основные изменения и преобразования в глине: сложные физико-химические процессы обезвоживания, разложения компонентов массы и выгорания органических примесей с выделением газообразных продуктов, реакции взаимодействия компонентов массы с образованием новых кристаллических фаз, плавления легкоплавких эвтектик с образованием стекловидной фазы, полиморфные превращения и другие, после которых керамическая масса уплотняется и приобретает прочность камня. Физический смысл обжига заключается в процессе спекания [12].
Чтобы понять механизм спекания майоликового черепка, необходимо рассмотреть процессы, происходящие при обжиге, а также их сущность.
При нагревании изделий до температуры 140 – 160 °С происходит удаление гигроскопической влаги. Несмотря на то, что полуфабрикат попадает на обжиг с незначительной влажностью (4 – 5%), интенсивное ее удаление может привести к появлению трещин, поэтому скорость подъема температуры в данном интервале минимальна.
Температура 200 – 400 °С характеризуется выгоранием органических веществ, которые могут входить в состав сырьевых материалов как примеси.
Следующий этап – удаление конституционной воды, происходит в интервале температур 450 – 850 °С. Этот процесс сопровождается четко выраженным эндотермическим эффектом, изменением массы, а также разрушением молекул каолинита, перестройкой его решетки и ослаблением химической связи между Al2O3 и SiO2.
Эндотермическому эффекту соответствует удаление почти 3/4 конституционной воды. Остальная вода удаляется при более высоких температурах [4]. Исследования последнего времени подтверждают, что процесс дегидратации следует рассматривать как кристаллохимический процесс изменения двухслойной решетки каолинита с поглощением значительного количества теплоты.
Несмотря на нарушения в кристаллической решетке, каолинитовые частицы сохраняют гексагональную форму из-за наличия хотя и ослабленного связи Si – Al – Si. Схема структурных изменений каолинита приведена на рисунке 4.
Рисунок 4 – Схема структурных изменений каолинита (по Фрейдену)
При температуре 950 °С разлагаются карбонатные составляющие массы, выделяется CO2, а за счет плавления легкоплавких минералов, добавок и их взаимодействия с кремнеземом и глиноземом в изделиях появляется жидкая фаза. Параллельно начинается спекание соединительной глины, наблюдается наибольшая усадка.
В температурном интервале 1000 – 1080 °С завершаются преобразования глинистых веществ, их частички уже спеклись и обеспечили заметную прочность черепка. При этой температуре проводится выдержка изделий, после чего они охлаждаются [3].
Следует отметить, что при охлаждении температура в толстых частях изделий значительно выше, чем в тонких кромках, поэтому очень важно обеспечить равномерное охлаждение, чтобы предотвратить появление дефектов [13].
В рамках проекта обжиг майоликовых образцов будет проводиться в лабораторной муфельной печи с карбид-кремниевыми нагревателями.
Завершающая стадия цикла – выбор, подготовка и нанесения глазури, а также синтез керамических пигментов для получения красок и нанесения декора. Глазурь и декор также закрепляются обжигом.
Выводы
Таким образом, на основе проведенной работы и аналитического анализа литературы следует отметить:
- Майолика – это один из древнейших видов искусства, который был основан еще в древнем Египте. Это особый вид декоративной тонкой керамики, покрытой блестящей или матовой глазурью и расписанной изящным узором, который отражает мотивы народного творчества и ассоциируется со стариной.
- Расписанная и глазурованная майоликовая посуда обладает достаточной механической, химической и термической стойкостью, что позволяет использовать ее в быту для подачи и приготовления блюд. Скульптуры и изделия стилизованной формы являются настоящими произведениями искусства, служат изящными и эстетическими украшениями любого интерьера. Облицовочная плитка и декоративное панно могут стать достаточно простым и чрезвычайно красивым вариантом украшения стен кухонь, ванных, гостиных и столовых.
- Кроме высоких эстетических свойств широкое распространение майолики обусловлено относительно невысокими температурами обжига, простой технологией изготовления, возможностью использования низкосортного и легкодоступной сырья, а также несложного оборудования. Все эти преимущества делают изделия из майолики дешевыми и доступными, но при этом привлекательными, изящными и красивыми.
- Получение майоликовых изделий на основе запесоченных суглинков, вскрышных пород и побочных продуктов различных производств – одно из средств утилизации этих отходов, а также рационального использования материально-сырьевой базы страны.
Таким образом, пронесенная через века и усовершенствованная с годами майолика до сих пор широко используется в различных сферах жизни и деятельности человека, сопровождая и изменяясь, накапливая и отражая характерные черты того или иного времени, того или иного народа.
При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2013 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.