Сырьевые материалы для производства керамических изделий подразделяются на основные и вспомогательные.
К основным сырьевым материалам относятся материалы пластичные (глинистые), непластичные (отощающие, плавни), глазури и керамические краски.
Пластичные материалы – глина, каолин и бентонит – при смешивании с водой образуют керамическую массу и способны принимать под действием внешних сил ту или иную форму изделия и сохранять ее после сушки и обжига. Они представляют собой тонкодисперсные горные породы осадочного происхождения, которые являются продуктами разрушения горных пород под влиянием воды.
Продукты, оставшиеся на месте разрушения, называются первичными. Они более качественные, так как меньше загрязнены посторонними примесями. Продукты разрушения горных пород, которые переносятся водой и отлагаются на новом месте, называются вторичными. При переносе с одного места на другое изменяются их химический и минералогический составы, они загрязняются примесями (Fe2O3).
Глины весьма разнообразны по химическому и минералогическому составу и свойствам. Основными минералами, содержащимися в глинах, являются каолинит – Al2O3·2SiO2·2H2O, монотермит – Al2O3·3SiO2·2H2O, монтмориллонит – Al2O3·4SiO2·H2O, гидрослюды и др. Каолинит повышает огнеупорность глины, гидрослюды снижают пластичность и обусловливают усадку при сушке. При наличии в глинах (бентонитовых) монтмориллонита повышается их набухаемость, пластичность и адсорбционная способность. Пригодность глин для изготовления керамических изделий, помимо состава, определяется их пластичностью (связующей способностью), усадкой (воздушной и огневой), огнеупорностью, спекаемостью, белизной (наличием красящих примесей).
Основные месторождения глин – Веселовское, Чясов-Ярское, Трошковское, Нижнеувельское; содержание Al2O3 15–40%, Fe2O3 1,5–3%, размер частиц 1–10 мкм.
Каолины относятся к мономинеральным породам и состоят в основном из каолинита. В отличие от глины они имеют ярко выраженное кристаллическое строение, меньшую пластичность и большие огнеупорность и температуру спекания, что затрудняет формование и обжиг изделий. Каолин содержит меньше примесей, в том числе и окрашивающих. При обжиге дает черепок белого цвета, что очень ценится в производстве фарфоровых и фаянсовых изделий. Так же как глины, каолины делят на первичные и вторичные. Для удаления примесей их обогащают отмучиванием (мокрое обогащение) или сухим обогащением. Отмученный каолин имеет большую огнеупорность (1730–1770°С). Для изготовления фарфоровых изделий бытового назначения применяют преимущественно каолины мокрого обогащения, для фаянсовых – сухого обогащения.
Основные месторождения каолинов: Просяновское, Глуховецкое, Алексеевское.
Бентонитовые глины представляют собой продукт гидратации и гидролиза стекловидной фазы пеплов, туфов и лав. Основной минерал – монтмориллонит. В щелочной среде образуются щелочные бентониты, обладающие высокой пластифицирующей способностью. При смешивании с водой они сильно набухают, увеличиваются в объеме до 10 раз и образуют гелевидную массу. В керамической промышленности их используют в качестве добавок (от 3 до 5%) взамен огнеупорной глины (8–15%). Это позволяет сохранить хорошую формующую способность массы и повысить белизну изделий. Бентониты имеют огнеупорность 1300–1400°С и играют роль пластификатора и минерализатора, способствуя ускорению процессов кристалообразования.
Отощающие материалы применяют для регулирования технологических свойств (уменьшения усадки, деформации и растрескивания изделий) и получения изделий с заданными свойствами. Отощающие материалы образуют как бы каркас, который цементируется при сушке и обжиге пластичными материалами. Их делят на искусственные и естественные.
К искусственным отощителям относится шамот, представляющий собой обожженную при температуре 700–900°С глину. При обжиге из глины удаляется химически связанная вода, и она теряет пластические свойства. В качестве отощающего материала используют также отходы производства (бой черепка после первого и второго обжигов).
Естественные отощители – это кварц, кварцевый песок, кремень и др. Эти материалы повышают капиллярность массы, что способствует ускорению процессов сушки изделий. Природные отощающие материалы способствуют спеканию черепка при обжиге, взаимодействуя при температуре выше 1000°С с легкоплавкими примесями пластичных материалов. За счет растворения кварца в расплавах силикатов повышается вязкость жидкой фазы, что предотвращает деформацию черепка.
К плавням относятся вещества, которые при обжиге керамической массы образуют расплав. При увеличении доли плавней в массе возрастает содержание стекловидной фазы, в результате чего обеспечивается просвечиваемость изделий, но уменьшается термическая стойкость и механическая прочность, особенно на удар. Их вводят в состав масс для снижения температуры обжига. При этом повышается плотность керамических изделий.
В качестве плавней используют полевые шпаты, пегматиты, мел, нефелиновые сиениты, сподумены и другие вещества, способные образовывать легкоплавкие эвтектики. Используются калиевый полевой шпат К2О∙Al2O3∙SiO2 и натриевый полевой шпат Na2O∙Al2O3∙SiO2. Основные месторождения: Чупинское, Малышевское, Вишневогорское.
Глазурь представляет собой тонкий стекловидный слой на поверхности керамических изделий. Защищает черепок от воздействия воды, кислот, щелочей и придает декоративные свойства. Закрепляют глазурь на поверхности черепка при полном обжиге.
Глазури различают по химическому составу, температуре плавления, прозрачности, по цвету и способу производства. По составу они бывают полевошпатовыми, баритовыми, титановыми, стронциевыми, циркониевыми и др.; по температуре плавления – легкоплавкими и тугоплавкими. Глазури с повышенным содержанием кремнезема являются тугоплавкими, а с повышенным содержанием щелочных и щелочно-земельных компонентов – легкоплавкими. Температура плавления тугоплавких глазурей 1400–1370°С, легкоплавких – 1250–1080°С и ниже.
По прозрачности различают глазури прозрачные и глухие, по цвету – бесцветные и цветные. Глухие глазури содержат нерастворимые соединения оксидов олова, циркония, титана. В состав цветных глазурей входят красители. Глухими и цветными глазурями скрывают цвет и дефекты черепка. Прозрачные и бесцветные глазури применяют при нанесении подглазурных украшений на черепок белого цвета. Для фарфоровых изделий применяют тугоплавкие глухие и бесцветные глазури.
По способу производства различают глазури сырые и фриттованные. Сырые получают измельчением сырьевых материалов с водой и мелющими телами в мельницах мокрого помола. Во втором случае из сырьевых материалов варят фритту, которую затем измельчают также в мельницах мокрого помола.
Керамические краски – это смесь жаростойких пигментов с легкоплавким стеклом (флюсом), применяемая для украшения фарфоровых, фаянсовых, майоликовых изделий. К пигментам относятся оксиды различных металлов, в том числе и редкоземельных, которые при нагревании взаимодействуют с легкоплавким силикатным стеклом. К красящим пигментам относятся: синие (CaO), фиолетовые (MnO2), голубые (CaO с добавками Al2O3, ZnO), зеленые (Cr2O3 c добавками CuO, CaO, ZnO), желтые (PbCrO4), коричневые (Fe2O3, ZnO, MnO2, Cr2O3) и др. Керамические краски делят на подглазурные, которыми покрывают неглазурованный черепок, и надглазурные, которые наносят на предварительно заглазурованный черепок.
Подглазурные краски после нанесения на черепок сверху покрывают глазурью и закрепляют при политом обжиге. Они должны выдерживать высокие температуры политого обжига, поэтому эти краски более тугоплавкие, более стойкие к химическим и механическим воздействиям при эксплуатации изделий.
Надглазурные краски более легкоплавкие, их наносят на глазурованное изделие и закрепляют муфельным обжигом при температуре 600–840°С. Ассортимент надглазурных красок более разнообразен.
Вспомогательные сырьевые материалы. Из этих материалов изготовляют формы из гипса для получения изделий, огнеупорный припас и капсели для обжига изделий. Они предохраняют изделия от загрязнения продуктами сгорания топлива и засорки. Капсели бывают различной формы: круглые, прямоугольные и др. Изготовляют их из огнеупорного шамота, карборунда и других высокоогнеупорных материалов. Хлопчатобумажные ткани с противогнилостной пропиткой используют для обезвоживания керамического шликера на фильтрах-прессах.
