Качество будущих изделий зависит от способа обогащения сырьевых материалов и от соблюдения технологии обогащения. Так, добавление в каолиновую суспензию коагулянтов приводит к укрупнению и осаждению глинистых частиц, но одновременно может вызвать нежелательные явления, отмечаемые в заводской практике, например, способствует образованию пробок в шликеропроводах и недоливу изделий при шликерном литье.
Плавнями в керамических массах называются вещества, которые способствуют спеканию черепка, образуют в нем стекловидную и кристаллическую фазу, уплотняя и упрочняя черепок.
Полевые шпаты - универсальный плавень в технологии тонкой керамики и в производстве глазурей. Земная кора состоит более чем на 50% из полевошпатовых пород, но месторождения полевых шпатов, пригодных для керамической промышленности весьма ограничены и в основном исчерпаны. Представляют собой алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов.
Флюсующее действие плавней обусловлено их низкой температурой плавления или способностью образовывать с другими компонентами массы легкоплавкие эвтектики.
Калиевые полевые шпаты (ортоклазы) отвечают формуле К20 • Аl2О3 • 6Si02, натриевые (альбиты)- Na2O • Аl2О3 • 6Si02, кальциевые (анортиты) - СаО • Аl2О3 • 6Si02. Менее известны и реже встречаются литиевый полевой шпат (сподумен) Li20 • Аl2О3 • 4Si02 и бариевые полевые шпаты (цельзианы)- ВаО • Аl2О3• 6Si02.
Эти минералы редко встречаются в чистом виде, обычно они смешаны друг с другом в твердых растворах. В керамические массы предпочитают вводить калиевый полевой шпат, как образующий при плавлении более вязкий расплав, и тем самым способствующий сохранению формы изделия в обжиге. Температура плавления чистого альбита - 1118°С, ортоклаза - 1170°С, анортита - 1550°С. Флюсующее действие полевых шпатов в керамической массе проявляется с 900°С, дальнейшее повышение температуры ведет к растворению в расплаве каолина и кварца.
Пегматиты в настоящее время являются основным заменителем полевых шпатов в производстве тонкой керамики. Пегматиты содержат в своем составе 60-70% полевых шпатов, 25-30% кварца, некоторое количество слюды и других минералов. Наличие слюды слюды в пегматитах нередко приводит к образованию "мушек", портящих внешний вид беложгущихся изделий. Твердые растворы альбита и анортита образуют группу плагиоклазов. Плагиоклазы могут частично заменить в составе фарфора ортоклаз, но сообщают фарфору меньший интервал спекания и способность легко деформироваться в обжиге.
Перлиты - порода вулканического происхождения, содержащая 70-75% SiO2; 0,5-2% Fе203; 1-2% CaO; 0,1-1,3% МgО, 50,8% щелочных оксидов. Перлит сравнительно недавно применяется в качестве заменителя полевых шпатов в тех случаях, когда не требуется высокая белизна керамических изделий.
Тальк – гидросиликат магния 3МgО•4Si02•Н2О с плотной структурой, называемый жировиком. Образование в природе связано с действием на доломит CaСO3•МgСO3 щелочных растворов, содержащих СО2 и Si02.Огнеупорностьталька 1490-1510°С. Применяют тальк в производстве огнеупорных и термостойких изделий.
Оксиды кальция и магния весьма огнеупорны 2600 и 2800°С соответственно, но находясь в тонко измельченном виде, при температуре выше 1000°С образуют легкоплавкие эвтектики с другими компонентами керамической массы и способствует спеканию черепка. Следует заметить, что такие массы обладают малым интервалом спекания, изделия из них легко деформируется в обжиге. Обожённые же до 1000°С известковые массы обладают пониженной механической прочностью.
Карбонаты кальция и магния используют как флюсующие добавки в каменных и фарфоровых массах, а также в глазурях. Введение их в состав керамических масс в виде доломита (СаСО3 • MgCO3) усиливает флюсующее действие.
Введение отощающих материлов в шихту фарфоровых и фаянсовых масс позволяет регулировать технологические свойства формовочных масс и литейных свойств шликера, а также получать изделия с заданными свойствами. Отощающие материалы снижают пластичность и усадку масс при сушке и обжиге. Их вводят в керамические массы для регулирования их структурно-механических и технологических свойств.
В качестве природных отощающих материалов используют кварц жильный молотый, кварцевый песок, кварцевые отходы обогащения каолинов, а искусственных – шамот и дегидратированную глину. Шамот – размолотый бой обожженных неглазурированных изделий или керамический материал, получаемый обжигом глин и каолинов при температуре не ниже 800°С. Дегидратированная глина – это глина, обоженная до температуры 700-750°С, при которой она теряет химически связанную воду.
Содержание отощающих материалов в массах доходит до 40%.
Кремнезем Si02,образующий кварцевые породы, при обжиге претерпевает полиморфные превращения, переходит из одной кристаллической формы в другую. Эти переходы сопровождаются изменением объема кварца, что необходимо учитывать при выборе режима обжига и охлаждения, так как это обратимые процессы.
Кремнеземистые материалы, используемые для производства фарфоровых и фаянсовых изделий, должны содержать не более 0,2% оксида железа и не менее 95% Si02 для 1 сорта.
Глазурью называется тонкий (0,1-0,3 мм) стекловидный слой, нанесенный на поверхность керамического изделия и закрепленный на ней обжигом.
Глазури (эмали) предохраняют керамические изделия от загрязнения и действия кислот и щелочей, придают им декоративность, снижают влагопроницаемость. Правильно подобранная глазурь повышает прочность керамических изделий. Глазурь применяют в виде суспензии, содержащей тонкомолотые компоненты, нерастворимые в воде. Суспензию наносят на поверхность изделия, которое затем подвергают высокотемпературной обработке; при этом на поверхности изделия образуется тонкое стекловидное покрытие.
Глазурную суспензию готовят из сырья с минимальным содержанием примесей. Основные компоненты глазурной суспензии: кварц, полевой шпат, каолин, т. е. те же виды сырья, что и для приготовления керамических масс, только количество легкоплавких компонентов (полевой шпат и др.) в глазурях больше, чем в керамических массах.
Основной стеклообразующий оксид - кремнезем SiO2 - вводится в состав глазури в виде кварца, кварцевого песка, а также с пегматитом, каолином и глиной. Увеличение содержания кремнезема в глазури снижает температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) глазурного слоя, увеличивает механическую прочность, повышает температуру плавления и вязкость глазури.
Оксид алюминия Аl2О3 (глинозем) вводят в состав глазури с глиной, каолином, полевым шпатом и пегматитом. Введение глинозема в состав глазури повышает ее вязкость, эластичность, снижает склонность к микроскопическим трещинам ("цеку") и ТКЛР, улучшает упругость и химическую стойкость, увеличивает стойкость к действию высоких температур, но ухудшает розлив глазури, т. е. равномерное распределение глазури по поверхности изделия.
Оксид бора В2О3 вводится в состав глазури в виде буры Na2B4O7 · 10Н2О или борной кислоты Н3ВО3, которые придают глазури блеск, снижают кислотостойкость и склонность к "цеку", повышают термостойкость и уменьшают ТКЛР глазури.
Диоксид титана, вводимый в состав глазури в виде рутила ТiO2, содействует кристаллизации, понижает прозрачность глазури, повышает химическую стойкость. Диоксид титана хорошо взаимодействует с кремнеземом и щелочными оксидами, способствуя образованию стекловидной фазы.
Диоксид циркония, вводимый в состав глазури в виде цирконового концентрата ZrO2 · SiO2 с содержанием ZrO2 60%, снижает склонность глазури к "цеку", повышает ее термостойкость, при использовании в больших количествах понижает прозрачность глазури.
Оксид кальция СаО, вводимый в состав глазури с доломитом, мелом, мрамором, снижает склонность глазури к "цеку", образует с кремнеземом прочные соединения, придает глазурям блеск, эластичность; при введении более 15% СаО способствует кристаллизации глазури.
Оксид магния MgO, вводимый в состав глазури в виде доломита и магнезита, увеличивает блеск и белизну глазурей, снижает их склонность к "цеку".
Оксид натрия Na2O, вводимый в глазурь в виде полевого шпата, пегматита, соды, буры, - сильный плавень, который уменьшает вязкость расплава, снижает прочность, термостойкость, химическую стойкость, повышает ТКЛР глазури.
Оксид калия К2О, вводимый в состав глазури с калиевым пегматитом, поташом (углекислый калий), действует подобно оксиду натрия, но несколько слабее, повышает вязкость расплава, заметно улучшает блеск глазури.
Оксид лития Li2O, вводимый в состав глазури в виде сподумена Li2O · Аl2О3 · 4SiO2 или углекислого лития Li2CO3, снижает ТКЛР глазури, повышает ее термостойкость и улучшает розлив.