Горячая деколь

[Admiral]

Ребята, всем привет!
Решил заняться нанесением изображений на керамику (тарелки, кружки) методом горячей деколи.
Денег на открытие в обрез, выбор остановил на муфельной печи 1250 гр., 2,8 кВт, 220 В, многоступенчатый терморегул, внутрянка 300х300х300 мм.; принтер б/у Ricoh Aficio SP C430.
Опыта в данном направлении вообще нет, все буду начинать с нуля.
У знающих людей прошу помощи. Подскажите в какой стороне копать?
Есть ли особенности технологии в обжиге керамики (температурные шаги в обжиге, время выдержки)?
Нужны ли подставки по посуду и какие есть нюансы?
Буду рад найти единомышленников.

[Аноним]

Обжиг – это наиболее важный и энергозатратный технологический процесс. Во время обжига в керамических массах проходит ряд физико-химических преобразований, которые на конечной стадии завершаются процессом спекания. После обжига снижается пористость изделий, увеличивается их прочность, водонепроницаемость, изменяется цвет, создается декоративное покрытие – изделие приобретает целостность. Глазури превращаются в стеклообразное водонепроницаемое покрытие, которое служит не только для эстетических, но и для санитарных целей.
Порядок и схема обжига
Обжиг керамики может проходить в один или в два (2-ух этапная схема), или в три 3 и даже более этапов.
Чаще применяется 2-ух этапная схема обжига – два последовательно проводимые обжига:
1 обжиг – утильный (промежуточный). В первом обжиге участвует хорошо высушенное изделие, которое или совсем не декорировано, или частично декорировано ангобом или цветной глиной. Глазурь в первом обжиге не участвует. Результатом первого обжига является не готовое изделие, а полуфабрикат – утиль, он же черепок или бисквит (biscuit), который предстоит еще декорировать глазурью, флюсным ангобом, подглазурными или надглазурными красками, или любым сочетанием этих материалов. Температура утильного обжига обычно выбирается таким образом, чтобы, с одной стороны, все основные физико-химические процессы, связанные с выделением газообразных веществ и набором некоторой прочности изделия, завершились, а с другой стороны, пористость черепка (влагопоглощение) должно быть достаточным для качественного нанесения глазури и других материалов.
2 обжиг – политой. Проводится после первого обжига и после того, как на черепок наносится глазурь и краски. Температура политого обжига, как правило, зависит от температуры обжига применяемых для декорирования материалов.
В 2-ух этапной схеме обжига возможны два варианта:
1) фарфоровая схема – политой обжиг проводят при более высокой температуре, чем утильный. Эта схема обычно используется в производстве фарфора. Такой порядок обжига позволяет без труда декорировать изделие после первого низкого обжига. В то время как окончательную прочность, водонепроницаемость и другие полезные свойства изделия приобретают уже во втором политом обжиге.
2) фаянсовая схема обжига – политой обжиг проводят при более низкой температуре, чем утильный. Фаянсовая схема обычно используется при обжиге масс, которые и после высокого обжига сохраняют достаточную пористость для нанесения глазури (фаянсовые массы). А также в тех случаях, когда требуется декорирование низкотемпературными глазурями.
3-ий и последующие обжиги иногда проводят для закрепления деколей или какого-либо другого декоративного покрытия. Эти обжиги обычно непродолжительны и проводятся при не очень высоких температурах.
Обжиг в 1-этап
Обжиг в один этап считается экономически более выгодным, так как требует меньше энергетических и других затрат – загрузка изделий в печь, складские расходы и др. Но обжиг в 1-этап имеет и множество минусов:
– приходится декорировать изделие, не имеющее прочности утиля, что требует особой аккуратности в работе;
– практически исключается глазурование методом окунания (а это самый экономичный метод);
– глазурование внутренней и внешней части изделий приходиться проводить с большим перерывом;
– требуется применение добавок, позволяющих закрепить глазурь или другой декор на изделии (Monocol V, КМЦ);
– не подходит для низкотемпературных глазурей и красок.
Обжиг в один этап выгоден:
– при больших объемах производства, когда технологическая схема хорошо отработана и определенный процент брака запланирован;
– когда не требуется сложное декорирование и длительная ручная работа;
– когда хотя бы часть глазури наносится распылением;
– когда используются глазури с коротким интервалом плавления;
– когда используются высокотемпературные глазури, период плавления которых совпадает с периодом спекания черепка.
Таким образом, каждый вправе выбрать ту схему обжига, которая больше подходит для имеющихся в его распоряжении материалов и условий работы.
Температура обжига и основные процессы
Современные печи для обжига керамики могут обеспечить достаточно быстрый нагрев до самых высоких температур, но скорость нагрева печи лимитируется скоростью протекания физико-химических процессов, которые преобразуют сырой керамический материал в прочное керамическое изделие. Эти процессы протекают в твердой фазе и требуют определенного времени для их полного завершения. В общем случае весь процесс обжига керамики можно разделить на несколько температурных интервалов.
Ниже приводится краткое описание основных процессов, протекающих в каждом из этих периодов.
25–200°С – происходит медленный нагрев изделий, при котором удаляется межслоевая и частично адсорбированная (связанная) вода. В этот период могут проявиться все недостатки и просчеты, допущенные ранее при сушке – это воздушные пузыри и другие неоднородности, оставшиеся при вымешивании массы, недостаточно равномерная сушка, чрезмерное заглаживание поверхности изделий, затрудняющее выход газов, и т.д. На этом этапе очень важен равномерный прогрев изделий. Скорость нагрева выбирается в зависимости от общего пространства печи, от степени загрузки, размера и толщины изделий. Крупные и толстые изделия не следует нагревать слишком быстро. С другой стороны, слишком медленный нагрев на этом этапе может привести к эффекту “запаривания”, когда растворимые в воде соли конденсируются на поверхности изделий, что в дальнейшем может давать пятна и “выцветы” на глазури. В среднем, скорость подъема температуры на этом участке составляет 75-100°С/час.
200-400°С – завершается удаление связанной воды, а также происходит сгорание большей части органических веществ, содержащихся в массах. Это могут быть естественные органические примеси, а также различные органические добавки и материалы. Сгорание некоторых клеящих добавок возможно вплоть до 600-700°С. Скорость подъема температуры на этом участке также, в среднем, составляет 100°С/час. При температуре 400°С рекомендуется сделать выдержку 15-20 минут, для удаления выделяющихся газов и выравнивания температуры в пространстве печи. Заглушки в этот период должны быть открыты и атмосфера в печи – преимущественно окислительная.
400-600°С – начинается дегидратация глинистых минералов и выделение химически-связанной воды, входящей в их кристаллическую решетку. Удаление “кристаллизационной воды” обычно не представляет каких-либо трудностей, но разрушение глинистых минералов в этот период может быть причиной возникновения локальных напряжений в черепке.
Около 573°С происходит фазовый переход кварца из β в более высокотемпературную α – форму. Этот процесс сопровождается объемными изменениями, что вызывает дополнительные напряжения в черепке. Поэтому в этот период не следует поднимать температуру в печи слишком быстро – не более 100°С/час. При 600°С также желательно сделать выдержку 20-30 минут.
600-800°С – в этот период черепок обладает пониженной прочностью, так как большинство глинистых минералов к этому моменту уже разложились, а процесс спекания еще не завершен – новые минералы еще не образовались, жидкая фаза также отсутствует. Силы сцепления между частицами ослаблены, поэтому температуру в печи следует поднимать достаточно быстро 130-150°С/час.
Любая остановка нагрева в этот период нежелательна.
800-1000°С – начинается процесс спекания керамической массы, зависящий от состава массы. Общим является завершение разложения глинистых минералов, их перекристаллизация и взаимодействие с другими компонентами массы. Во время спекания происходит диффузионный перенос вещества, химическое взаимодействие компонентов и образование новых минералов. Эти процессы могут протекать с выделением газообразных веществ. Если выделение летучих не завершилось в первом утильном обжиге, то оно может продолжиться в последующем политом обжиге и вызвать брак глазурного покрытия – проколы, кратеры, пузыри и пр.
В этот период обжига карбонаты кальция СаСО3 и магния MgCO3 активно взаимодействуют с продуктами разложения глинистых минералов – аморфными кремнеземом SiO2 и глиноземом Al2O3. Эти реакции протекают с выделением углекислого газа СО2. Некоторые красящие оксиды – марганца MnO2, меди СuO, железа Fe2O3, разлагаются во время обжига, с выделением кислорода О2. Если керамические массы содержат в большом количестве этих компонентов – например, карбонаты больше > 16-20% (массы PA, PB, PCB) или оксид марганца MnO2 > 9% (масса РМ), то график обжига таких масс должен быть несколько удлинен, особенно в период выделения летучих. Скорость обжига в этот температурный период не должна превышать 75-100°С/час.
О Рис.1.jpg
Рис.1 Образец керамической массы с карбонатом кальция – до обжига (слева), и после обжига, при 1000°С (справа)
Конечная температура обжига и время выдержки выбираются в зависимости от состава массы и от того, какую пористость на промежуточном этапе мы хотим получить. Важно помнить, что карбонаты являются плавнями. Поэтому пережог массы, содержащей карбонаты, выше некоторой температуры, может дать излишек расплава в черепке и как итог избыток стекловатой фазы и низкую пористость. Поэтому для масс, содержащих карбонаты, требуется особенно тщательно соблюдать график обжига (cм. график обжига).
Например, для массы РСВ, которая содержит > 20% карбонатов, температуру обжига утиля не следует выбирать выше 1000°С, во избежание излишнего “остекловывания” черепка перед глазурованием.
Некоторые керамические массы, которые не содержат карбонаты, но имеют более высокую пропорцию легкоплавкой глинистой составляющей (например, PK) также быстро спекаются и дают низко-пористый черепок. Первый обжиг таких масс, как и масс, покрытых ангобом с большим содержанием флюса, следует проводить при температуре – не выше 950-980°С.
Высокотемпературные “каменные” массы и массы с шамотом обжигают по фаянсовой схеме, если их предполагается украшать легкоплавкими глазурями. Эти массы обычно спекаются в течение широкого температурного интервала, который заканчивается выдержкой в 20-30 минут при конечной температуре. Скорость обжига таких масс, выше температуры 600°С, обычно составляет 130-1500°С/час (Таблица графиков обжига). Если высокотемпературные массы предполагается глазуровать высокотемпературными глазурями, то тогда используется фарфоровая схема обжига. В этом случае первый утильный обжиг обычно проводят при температуре 1000°С.
Охлаждение
Период остывания в условиях небольших мастерских обычно не регулируется. Охлаждение печи происходит естественным путем после ее отключения. Но некоторые нюансы есть и в этом процессе. Не следует форсировать остывание и преждевременно открывать печь. Охлаждение печи, как правило, занимает столько же времени, как и нагрев. Особенно важно проводить медленное охлаждение керамических масс с высоким содержанием кварца – каменные массы, фарфор. Это связано с тем, что в период охлаждения около температур 573°С и 230°С, высокотемпературные формы кварца переходят в низкотемпературные кристаллические формы, с существенным изменением объема, что может стать причиной возникновения локальных напряжений в остывающем черепке и вызвать скрытые дефекты, и даже разрушение изделий. Не рекомендуется открывать печь пока температура не упадет до 160°С.
С другой стороны, слишком медленное остывание печи в период до 700°С, например, при плохом проветривании помещения, где располагаются печи, может вызвать нежелательную кристаллизацию и помутнение глазури.
Список использованной литературs^
1. Августиник А.И. Керамика, изд.2, Л. Стройиздат, 1975, 592 с.
2. Миклашевский А.И. Технология художественной керамики (практическое руководство в учебных мастерских). Изд. литературы по строительству, Л., 1971, 303 с.
3. Химическая технология керамики. Учеб. пособие для вузов под ред. И.Я. Гузмана, М., ООО РИФ “Стройматериалы”, 2003, 496 с.
4. Химический энциклопедический словарь. М. Советская энциклопедия, 1983, 792 с.
5. Фасеева Г.Р. и др. (2010). Влияние карбонатсодержащих пород на свойства керамических материалов. Вестник Казанского технологического университета, № 8.
6. Cultrone G. et.al (2001). Carbonate and silicate phase reactions during ceramic firing. Eur. J. Mineral., 13, 621-634.
7. Serra M.F. et.al (2013). Firing transformations of an argentinean calcareous commercial clay. Ceramica, 59, 254-261.
8. Trindade M.J. et.al (2009). Mineralogical transformations of calcareous rich clays with firing: A comparative study between calcite and dolomite rich clays from Algarve, Portugal. Applied Clay Science, 42, 345–355.

[Автор]

Сообщения