Схемы обжига керамики, происходящие процессы при обжиге

Обжиг – это важнейшая составляющая гончарного производства, без которой невозможно становление керамики твердой керамикой. То, как нужно обжигать изделие, зависит от того, из какого материала это изделие изготовлено. Условно можно разделить схемы обжига на четыре вида – фаянсовая, фарфоровая, шамотная и майоликовая. Эти схемы различаются между собой, но все включают в себя два этапа – утильный обжиг (первый) и политой (с глазурью). Иногда требуется третий этап – обжиг надглазурных красок.

В фарфоре, полуфарфоре и каменных массах очень много плавней – веществ, которые образуют жидкую фазу, которая способствует усадке изделия и тем самым уменьшает пористость, которая необходима для глазуровки черепка. Поэтому фарфоровая схема обжига подразумевает под собой не высокотемпературный утильный обжиг и высокотемпературный глазурный обжиг. Первый раз фарфор обжигается примерно на 1000 градусов для того, чтобы хрупкое сырое изделие стало крепким, но при этом достаточно пористым, чтобы впитать в себя глазурь. Если проводить утильный обжиг фарфора при более высоких температурах, изделие спечется слишком сильно и не будет впитывать в себя глазурь. Далее фарфоровый черепок покрывается подглазурными красками и глазурями.

После утильного обжига изделие можно спокойно глазуровать окунанием, ведь оно становится намного крепче, чем сырое и точно не потрескается. Второй раз обжигать фарфор нужно при температуре около 1200-1400 градусов. То, какая температура требуется для политого обжига, зависит от того, какой это фарфор. Для настоящего нужно 1400 градусов, для санитарно-технического – около 1300, а для каменных масс около 1200 градусов. Для фарфора обычно используют тугоплавкие глазури, то есть высокотемпературные, ведь если недожечь черепок, это будет не фарфор, а нечто недожженное и некоторые детали могут просто отвалиться.

Иногда нужен третий обжиг – если вы используете надглазурные краски. Они обычно требуют обжига на 700-800 градусов, температура опять-таки зависит от их вида. Обычные надглазурные краски требуют около 800 градусов, а люстровые и препараты золота – чуть меньшей температуры. Также фарфор можно обжигать однократно, что позволяет экономить время и электроэнергию. Глазури для фарфора чаще всего тугоплавкие и температура их плавления примерно такая же, как температура созревания черепка, поэтому опасаться дефектов глазурей из-за газов, выходящих из изделия, не стоит. Однако этот способ исключает глазуровку окунанием, ведь сырое изделие очень хрупкое и от окунания в глазурь скорее всего треснет. Также сырое изделие нужно очень аккуратно расписывать подглазурными красками и глазурями.

Фаянс состоит из тех же материалов, что и фарфор, но компоненты имеют разное соотношение. В фаянсе практически нет плавней, поэтому его можно сразу обжигать на максимальную температуру. Второй раз обжигать фаянс можно на любую температуру. То, какая температура нужна, зависит от того, что за глазурь вы используете – высокотемпературную или не высокотемпературную. Фаянс также, как и фарфор, можно обжигать однократно. Однако если вы используете легкоплавкие глазури, утильный обжиг нужен обязательно, ведь если обжечь фаянс один раз на 1000 градусов, мы получим не керамику, а нечто недожженное. Глазури для фаянса, как и глазури для фарфора, плавятся при температуре созревания черепка, поэтому утильный обжиг не очень нужен.

Майоликовая схема обжига подходит для красножгущихся глин с низкой тугоплавкостью. Если обжечь майолику на более высокую температуру, чем требуется, изделие «поплывет». Красные глины имеют небольшой интервал обжига – то есть при 900-1000 градусах это еще рыхлый и непрочный черепок, а при 1000-1100 градусах это уже полностью спеченное стекловидное изделие. Для обжига майолики требуется низкая температура – около 900-1100 градусов. Как раз при этой температуре в керамическом изделии происходит разложение глиняных масс, что влечет за собой обильное выделение газообразных веществ. Так как и глазурь, и черепок созревают при температуре активного выделения газов, однократный обжиг исключается, ведь эти газообразные вещества скорее всего повредят глазурь, которая уже расплавилась. Температура утильного обжига может быть как выше, так и ниже температуры политого обжига. Однако обычно утильный обжиг требует 900-950 градусов, а политой — 1000-1050. Глазури, соответственно, нужно выбирать низкотемпературные, чтобы при политом обжиге не деформировать черепок.

Шамот – это пластичная глина с добавлением мелких зерен уже обожженного материала. Чаще всего эти частицы состоят из иного материала, чем пластичная часть. Жесткие, уже обожженные зерна не дают материалу сильно усаживаться во время обжига. Также эти частицы позволяют обжигать шамот на более высокие температуры, чем глину без зерен, не опасаясь деформации черепка. В целом, то, как следует обжигать шамот, зависит от того, из каких материалов он состоит. Если из красножгущейся майолики – обжиг, опять-таки, не должен превышать 1100 градусов. Если из каменной массы – он может обжигаться на высокие температуры. А так, схема обжига такая же: утильный, политой и при необходимости третий, декорируемый. Шамот так же, как и другие керамические массы, можно обжигать однократно. Однако если он состоит из майолики – нельзя, ведь глазурь обретает дефекты из-за газообразных веществ, выходящих из изделия при температуре спекания черепка.

Какие процессы происходят во время обжига керамики

В диапазоне между 20 и 100 градусами происходит удаление свободной (той, которая находится в порах черепка) влаги из изделия. Нагревать черепок нужно очень медленно – увеличивать температуру стоит со скоростью около 60-70 градусов в час. Изделия с толстыми стенками прогреваются дольше, поэтому их температуру стоит повышать еще медленнее.

Со 100 до 200 градусов свободная вода продолжает испаряться и изделие претерпевает усадку. Также в этом промежутке температур начинает удаляться химически связанная вода, которая обладает свойствами твердого тела. Температуру следует так же поднимать медленно, но не слишком. Если поднимать температуру слишком медленно, соли могут раствориться в воде, что повлечет за собой появление пятен на изделии.

В диапазоне между 200 и 400 градусами химически связанная вода удаляется окончательно. Также на этом этапе сгорает большая часть органических соединений (класс химических веществ, включающий в себя почти все химические соединения, в которые входят атомы углерода). Скорость нагрева в этом этапе не должна превышать 100 градусов в час. Также по достижении 400 градусов требуется выдержка около 15 минут.

С 500 до 600 градусов происходит выделение воды, которая входит в состав кристаллической решетки глины, что называется дегидрацией. При температуре 573 градусов происходит серьезное фазовое превращение кварца. Когда черепок достигает температуры 600 градусов, следует сделать выдержку около 30 минут.

С 600 до 800 градусов происходит преобразование материалов – изначальные минералы уже разложились, а новые еще не образовались, поэтому в этом этапе обжига керамика становится очень хрупкой. Этот диапазон должен пройти достаточно быстро, скорость нагрева должна составлять не менее 130 градусов в час. Также примерно при температуре 700 градусов начинают плавиться надглазурные краски, а глазурь размягчается и позволяет надглазурной краске впечься в нее.

В диапазоне между 850 и 950 градусами завершаются почти все превращения глинистых веществ. К концу интервала майолика полностью расплавляется.

В интервале между 1000 и 1100 градусами появляется жидкая фаза.

С 1100 до 1250 полностью спекается фаянс.

С 1250 до 1400 градусов спекается фарфор.

В процессе охлаждения почти ничего не происходит. Если вы используете глазури, склонные к кристаллизации, то медленное охлаждение с 1400 до 1000 добавит еще больше кристаллизации. В интервале между 900 и 750 градусами происходит цек, если не согласованы КТР (коэффициенты теплового расширения), то есть если линейное расширение глазури и линейное расширение керамической массы не совпадают. И наконец, когда изделия остывают до 200-100 градусов, печь можно открывать и любоваться результатом!