Электротехнический фарфор способы изготовления

Изготовление фарфора

Производство фарфора – это тонкое искусство, химия, магия, не зря материал называют «белым золотом». Были времена, когда столовые сервизы из него ценились дороже драгоценных металлов, считались привилегией венценосных особ.

История появления

Секрет производства фарфоровой массы долгое время был тайной. Родиной материала считается Китай, где он появился в 620 году. Почти тысячу лет китайские мастера оставались монополистами, тщательно оберегали рецепт и секрет изготовления каолиновых изделий.

Тем временем европейские мастера экспериментировали, чтобы получить оптимальную формулу. В итоге в 1708 году это удалось двум немецким ученым – Беттгеру и Чирнгаузу. Им удалось получить качественное сырье для фарфора. Так началась его эра в Европе.

В том же 1708 году в Дрездене открылась первая мануфактура, занимавшаяся выпуском неглазурованных столовых приборов. Через два года мастера презентовали изделия немецкому королю – он их одобрил. А вскоре немецкие сервизы покорили другие страны.

Подробное описание сырья и технологии появилось позднее, через 20 лет. Постепенно производство освоили во Франции, Англии, России.

Описание

В классическом варианте это полупрозрачный материал, тонкая остекленная керамика. Его характерные признаки:

• белый цвет с синим отливом;
• высокая прочность – оцарапать острым предметом изделия не получится;
• низкая пористость;
• устойчивость к химическому и температурному воздействию;
• природная красота.

Состав и подготовка сырья

Для изготовления фарфора используется масса, в составе которой:

При таких пропорциях смесь получается белой, с необходимой степенью прозрачности, пластичной. Не каждая глина подходит – только определенные сорта.

Подготовка сырья необходима, чтобы разрушить природные твердые материалы до состояния мельчайших гранул и получить однородную массу. Для получения равномерного состава пластичный каолин распускают в воде, используя мешалки с лопастями.

Затем предварительно подготовленную массу (она имеет консистенцию суспензии) просеивают через промышленные сита. В каждом сите – 3500-5000 отверстий на 1 см 2 . В них встроен электрический магнит, очищающий смесь от крупных металлических примесей.

Полевой шпат и кварц очищают от посторонних примесей, после чего обжигают в специальных печах. Температура обжига – 900-1000 градусов. В процессе термической обработки кварц растрескивается, его проще перемолоть и очистить от железных соединений.

Очистка от железа – обязательный этап, потому что если этого не сделать у готовых изделий будет грязный коричневый оттенок.

Для максимально тонкого помола в промышленные мельницы добавляют специальные добавки. Они поверхностные, на качество фарфоровых изделий не влияют.

Когда однородная масса получена, ее еще раз просеивают, затем обезвоживают в фильтр-прессах и отправляют на вылеживание. Вылеживается сырьевая масса во влажных помещениях в течение двух недель. За это время она разрыхляется, повышаются ее пластические свойства. Затем из сырья удаляют воздух в вакуумных прессах и отправляют для формирования заготовок.

Формование

Технология производства фарфора – сложный многоступенчатый процесс. Этим во многом объясняется высокая стоимость изделий. Для формования заготовок используются формы из гипса или ПВХ.

Формование проводится полуавтоматическим или автоматическим способом. Для раскатывания пласта одинаковой толщины используется специальный ролик и вращающаяся форма.

Вещи сложной формы, имеющие декоративно-художественную ценность и сложную конфигурацию, изготавливаются методом литья. Для заготовок используются гипсовые или разъемные формы.

Сушка

Когда будущая чашка, ваза, чайник, тарелка сформованы, их нужно высушить. Исходная влажность сырьевой массы – 22-24%, а после сушки показатель сокращается до 2-4%. Это необходимо для получения прочной продукции, без внутренних трещин и деформации.

Сушка состоит из двух этапов:

1. Предварительный – заготовки сушат в формах до 15-16% влажности, после чего их вынимают из форм.
2. Окончательный – заготовки сушат без форм до 2-4% влажности.

Обработка проводится в специальных сушилках, что значительно ускоряет процесс. Высушенные каолиновые изделия зачищают от швов, удаляют загрязнения, пыль и отправляют на обжиг.

Обжиг

Первый обжиг проводится при температуре 900 градусов и занимает около 12 часов. Затем изделие покрывают глазурью и снова обжигают.

Температура повторного обжига выше, стартует от 1000 градусов – точный показатель зависит от типа фарфора, техники его изготовления.

Типы фарфора

Материал классифицируется по технике изготовления как:

Твердый

В его составе от 47 до 66% каолина. Обжиг проходит при температуре 1400-1600 градусов. Изначально в таком сырье меньше влажности – заготовки практически не деформируются.

Костяной

Этот вид считается самым прочным, при этом ценится за тонкие, просвечивающиеся стенки. При кажущейся внешней хрупкости разбить его сложнее, чем классический.

Половину состава костяного фарфора занимает костяная мука – отсюда и название.

Бисквитный

У бисквитного фарфора пористая шероховатая структура, внешне похожая на мрамор. Эта особенность объясняется тем, что заготовки проходят только первичный обжиг при температуре от 800 до 1000 градусов.

Матовая фактура настолько эффектно смотрится, что ее обычно не покрывают глазурью. Эта техника используется для изготовления ваз, статуэток, других предметов интерьера. Посуду из бисквитного фарфора не делают.

Мягкий

В состав мягкого сырья входит меньше каолина – 25-40%. При этом количество полевого шпата и кварца увеличено – 45 и 30% соответственно. Каолиновая масса получается не такой прочной, зато очень пластичной.

Есть несколько разновидностей мягкого фарфора:

1. Полевошпатный. В нем содержится 50% шпата и всего 30% белой глины. Материал плотный, тяжелый, но не прочный, поэтому стоит намного дешевле аналогов. Обжигается один раз.
2. Высокополевошпатный. Отличается от полевошпатного большим количеством кварца – 45%. Удельный вес глины – всего 15%. Изделия из него считаются элитными, обжигаются при низкой температуре.
3. Фриттовый – прочный, устойчивый к термическому воздействию, химикатам, доступный по стоимости. Обжигается при самой низкой температуре. В состав помимо глины входят сплавы солей и стекла. Фриттовая масса часто используется для лепки статуэток и других оригинальных вещей.

Мягкую каолиновую массу предпочитали мастера Древнего Китая, а твердую – европейские умельцы.

Роспись

Есть два вида росписи: подглазурная и надглазурная.

При подглазурной росписи сначала на изделие наносят краски, а затем окрашенный слой покрывают глазурью. Глазурь прозрачная, придает элегантный блеск изделиям, защищает от микротрещин, ультрафиолета, воздействия щелочей. Такую посуду можно мыть много раз без ущерба качеству.

Надглазурная техника выполняется в обратной последовательности: сначала изделие покрывают глазурью, а на нее уже наносят краску. Цвета получаются яркие, насыщенные, но со временем блекнут, тускнеют.

Для сервизов и аксессуаров массового производства рисунки наносят по технике деколи. Сначала рисунок печатают на специальной бумаге, затем – наклеивают его на чашку, супницу, тарелку и обжигают. Бумага сгорает, а краски впечатываются в поверхность посуды.

Фарфоровые изделия премиум-класса – штучный товар, мастера расписывают его вручную, декорируют золотом и серебром. Стоимость работы высокая, зато получаются настоящие произведения искусства.

Источник

Фарфоровая масса для изготовления электротехнических изделий

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к составам масс на основе алюмосиликатной керамики, используемым для изготовления электрофарфора.

Сущность изобретения: фарфоровая масса включает следующие компоненты, в мас.%: волластонит 4 — 10, кварц серицитовый фарфоровый камень 50 — 66, глина тугоплавкая 5 — 12, каолин — остальное. Фарфоровые изделия, изготовленные из данной массы, после обжига при температуре 1280 — 1320 o C обладают повышенной механической прочностью (предел прочности при изгибе — более 800 кг/см 2 ), термостойкостью более 180 o C, электрической прочностью — до 30 кВ/мм. По своим свойствам полученный фарфор отвечает основным требованиям, предъявляемым к электротехническим изделиям. Введение в состав фарфоровой массы принципиально нового сырья позволяет снизить температуру отжига на 50 o C. 2 табл.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности к составам масс на основе алюмосиликатной керамики, используемым для изготовления электрофарфора.

Известна керамическая масса для изготовления фарфоровых санитарных изделий, содержащая 17 — 20 мас.% огнеупорной глины, 18 — 30 мас.% каолина и 50 — 65 мас.% кварц-серицитовых сланцев [1]. После формования изделии из данной массы их обжигают при температуре 1180 — 1250 o C.

Водопоглощение полученного после отжига фарфора составляет 0,1 — 0,8%, механическая прочность при изгибе 430-490 кг/см 2 . По своим физико-механическим свойствам фарфор указанного состава не соответствует требованиям, предъявляемым к электротехническим изделиям, т.к. в состав фарфоровой массы входит огнеупорная, а не тугоплавкая глина, чем и объясняется довольно низкая температура обжига. Кроме того, водопоглощение у электрофарфора должно быть менее 0,1%.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является керамическая масса, используемая преимущественно для изготовления высоковольтных изоляторов [2], имеющая следующий состав, мас.%: Глина часовярская — 10 — 16 Каолин — 22 — 25 Кварц-серицитовый сланец — 31 — 40 Кварцевый песок — Остальное Кварц-серицитовый сланец, входящий в состав данной керамической массы тонкодисперсен; содержащиеся в нем зерна кварца размером 30 — 50 мкм имеют округлую скатанную форму. Это предопределяет повышение показателей прочностных свойств фарфора. Содержание серицита в кварцсерицитовом сланце составляет 50 — 60%.

Известно, что введение грубодисперсного кварцевого песка, зерна которого имеют обмолочную форму, снижают прочностные свойства фарфора. Для уменьшения отрицательного влияния грубодисперсного кварцевого песка на прочностные характеристики фарфора, его подвергают дополнительному тонкому помелу, что усложняет технологию изготовления фарфора в целом.

Тангенс угла диэлектрических потерь материалов, полученных из данной керамической массы при частоте 50 Гц и температуре 20 o C составляет 0,012 — 0,014. В указанном авторском свидетельстве не приведены значения прочности, термостойкости и водопоглощения фарфоровых изделий. Однако, поскольку изобретение относится к высоковольтному фарфору, то материал должен характеризоваться следующими основными свойствами: водопоглощение — менее 0,1%, предел прочности при статическом изгибе — не менее 750 кг/см 2 , электрическая прочность — не менее 23 кВ/мм. При воспроизведении прототипа были получены следующие характеристики: предел прочности при изгибе 750 кг/см 2 , электрическая прочность 27 кВ/мм, tg 0,014, удельное объемное электрическое сопротивление 110 13 Омсм, термостойкость 160 o C (табл. 2).

Целью изобретения является расширение сырьевой базы при изготовлении электротехнического фарфора за счет использования нового нетрадиционного вида сырья, а также повышение электрической и механической прочности и термостойкости фарфора.

Согласно изобретению указанная цель достигается тем, что фарфоровая масса для изготовления электротехнических изделий, содержит глину тугоплавкую, каолин, кварц-серицитовый фарфоровый камень и волластонит при следующем соотношении компонентов, мас.%: глина тугоплавкая — 5 — 12 кварц-серицитовый фарфоровый камень — 50 — 66 волластонит — 4 — 10 каолин — остальное
При этом кварц-серицитовый фарфоровый камень, содержащий 11 — 15 мас.% серицита, представляет собой природную неметаллическую горную породу Джаны-Джольского месторождения (Киргызстан), которая включает мелкодисперсный кварц, имеющий зерна округлой формы, слюду типа серицита, а также небольшое количество полевошпатовых минералов в виде альбита и анортита (не более 10% ). При минимальном (менее 0,2% ) содержании красящих оксидов железа и титана огневая проба кварцсерицитного фарфорового камня характеризуется высокой белизной (до 90%) и остеклованной мелочно-белой поверхностью, что обусловливает при использовании этого материала увеличение белизны фарфоровых изделий.

Волластонит месторождения Кара-Корум (Киргызстан) — это силикат кальция CaSiO₃, с минимальным содержанием оксидов железа, титана (- 0,3%), и щелочных металлов (- 0,58%) имеющий табличатые или призматические кристаллы, размер зерен которых составляет 54 — 60×60 — 120 мкм. Использование этого материала в составе фарфоровых масс позволяет увеличить механическую и электрическую прочность фарфора.

Известно, что при обжиге фарфоровых масс классического состава процесс образования структуры материала включает в себя взаимодействие глинистых компонентов (каолина и огнеупорной глины), палевого шпата и кварцевого песка.

В состав кварц-серицитового фарфорового камня входят все необходимые оксиды для образования кристаллического каркаса керамического материала и алюмосиликатного расплава, из которого при обжиге выкристаллизовываются кристаллы муллита, равномерно распределяющиеся по матрице стеклофазы. Такая структура обеспечивает «армирование» иглами муллита стекловидной фазы и способствует увеличению механической прочности и термостойкости фарфора.

Волластонит в составе фарфоровой массы способствует образованию стекловидной фазы с повышенной реакционной способностью, ускоряет процесс структурообразования фарфора, повышает в составе стеклофазы содержание малоподвижных ионов кальция, что обусловливает повышение электрофизических свойств материала.

Температура обжига фарфора на кварц-серицитовой основе (с содержанием серицита 11 — 15%) с добавкой волластонита находится в интервале 1280 — 1320 o C.

При содержании фарфорового камня в фарфоровой массе менее 50% фарфор в указанном интервале температур не спекается, его водопоглощение превышает 0,2%. При содержании фарфорового камня в массе более 66% фарфоровая масса обладает низкой пластичностью, высокой чувствительностью к сушке, то есть характеризуется неудовлетворительными технологическими параметрами.

Фарфоровую массу готовят мокрым помолом исходных компонентов, при этом предварительно загружают волластонит, тугоплавкую глину и фарфоровый камень, измельчают до заданной дисперсности, после чего догружают каолин и доводят дисперсность массы до остатка на сите N 0056, равного 1,0 — 1,2%. Для измельчения компонентов в качестве мелющих тел используют уралитовые шары. Обезвоживание суспензии фарфоровой массы производят до влажности 22 — 25%. После обезвоживания массу вакуумируют на вакуум-прессе и изготавливают фарфоровые изделия методом пластического формования. Образцы можно также изготавливать методом прессования и шликерного литья. Обжиг образцов проводят в диапазоне температур 1280 — 1320 o C по режимам, принятым для обжига электротехнического фарфора.

Пример 1
Исходные компоненты, а именно: 8 кг огнеупорной глины, 32 кг каолина просяновского, 50 кг кварц-серицитового камня Джаны-Джольский с содержанием серицита 11% и 10 кг волластонита киргизского измельчают в шаровой мельнице мокрым способом, залив в мельницу воду и загрузив в нее уралитовые (глиноземистые) шары при соотношении шары : измельчаемый материал : вода, равном 1 : 1 : 1,2. Помол проводят в течение 6 ч до дисперсности, характеризуемой остатком на сите 10000 отв/см 2 — 1%. После измельчения суспензию пропускают через сито, обезвоживают (гипсовые формы или фильтрпресс). Керамическую массу вакуумируют на вакуум-прессе и затем формованием изготавливают образцы и полуфабрикат изделия. Полуфабрикат сушат в сушильном шкафу, затем обжигают в печи камерного типа при температуре 1280 o C в течение 12 ч после чего изделия подвергают испытаниям (полученные характеристики приведены в табл. 2).

Из приведенных примеров (см. табл. 1) видно, что фарфоровые изделия, получаемые из фарфоровой массы предложенного состава, по своим физико-техническим характеристикам не уступают аналогичным изделиям, полученным из керамической массы, описанной в прототипе, а по некоторым свойствам, таким как электрическая и механическая прочность и термостойкость даже превосходит прототип. По своим свойствам полученный фарфор отвечает основным требованиям, предъявляемым к электротехническим изделиям для успешной эксплуатации в различных условиях. В то же время введение в состав фарфоровой массы принципиально нового сырья позволяет снизить температуру отжига ( на 50%), упростить технологию приготовления фарфоровой массы и вовлечь в производство электротехнического фарфора новый вид сырья, решив проблемы, связанные с сырьевой базой.

Фарфоровая масса для изготовления электротехнических изделий, включающая кварц-серицитовый компонент, глину тугоплавкую и каолин, отличающаяся тем, что дополнительно она содержит волластонит, а в качестве кварц-серицитового компонента кварц-серицитовый фарфоровый камень с содержанием серицита в нем 11 15% при следующем соотношении компонентов в фарфоровой массе, мас.

Волластонит 4 10
Кварц-серицитовый фарфоровый камень 50 66
Глина тугоплавкая 5 12
Каолин Остальноег

Источник