Температурний режим випалу кераміки

Випалення кераміки поділяється на кілька етапів залежно від температури нагрівання печі.

НАГРІВ

20 — 100
На початковому етапі розігріву відбувається видалення вологи з глини чи іншої керамічної маси. Розігрів має проходити повільно. Найголовніше - дотримуватися рівномірності нагріву. Швидкість нагрівання визначається товщиною стінок виробу: чим товщі стінки, тим повільніше має бути нагрівання.

100 — 200
На цьому етапі продовжується процес видалення вологи з маси все ще продовжується. Важливо пам'ятати, що показання температури на приладі, як правило, вище за температуру самого виробу, особливо в товщі або якщо виріб розташований на товстій підставці, яка поглинає частину тепла. Також починається усадка глазурів. У цей проміжок нагріву, оскільки з виробу все ще випаровується вода, глазурне покриття піддається ризику розтріскування або фрагментарних відколів. Нагрів має бути рівномірним, оскільки з люстрових покриттів виділяються леткі органічні сполуки.

200 — 400
У цьому інтервалі вигорають органічні сполуки. Хороший приплив повітря особливо необхідний, якщо вміст у масі органічних речовин високо (деколи, люстри, що сполучає надглазурних фарб і мастик).

550 — 600
При розігріванні печі до цих температур відбувається фазове перетворення кварцу, яке характеризується стрибкоподібними змінами внутрішньої енергії речовини і, відповідно, його щільності, а також теплоємності, стисливості та коефіцієнта термічного розширення. Тому на стадії охолодження кераміка може потріскатись (т.зв. «холодний» тріск).

400 — 900
У цьому проміжку з глини виділяється хімічно зв'язана вода, а також розкладається ряд мінералів, що містяться в ній.Також розкладаються хлористі та азотнокислі солі.

600 — 800
За цих температур починається розплавлення надглазурних покриттів, і навіть легкоплавких флюсів (свинцевих та інших).

750 — 800
У цьому інтервалі, який іноді називають третім декоруючим випалом, відбувається вигоряння сульфідів, а також розм'якшення поверхні глазурі та дифузія фарб, золота тощо.

850 — 950
У цьому інтервалі відбувається розкладання що містяться в керамічній масі крейди та/або доломіту. Починається взаємодія складової частини керамічної маси - кремнезему - з карбонатом кальцію та магнію. Ці процеси супроводжуються виділеннями вуглекислого газу.
На цьому етапі також закінчуються всі перетворення глинистих речовин: міцність черепка забезпечується за рахунок спікання найдрібніших частинок.
До кінця інтервалу майолікова глазурі, як правило, вже повністю розплавляються.

1000 -1100
На цьому етапі відбувається ущільнення та деформація черепка, починають розм'якшуватися польові шпати.
Рідка фаза з'являється як результат інтенсивної взаємодії кремнезему та вапна.
Також інтенсивно розкладаються сульфати, що супроводжується виділенням сірчистого газу.
Відбувається плавлення нефелін-сієніту.

1200 -1250
У даному інтервалі спекаються фаянсові і керамічні маси, що біляться.
У розплаві польового шпату розчиняються кремнезем та каолініт.

1280 — 1350
У цьому температурному інтервалі голки мулліта пронизують фарфорову масу, що після виходу з випалу є основою високої міцності та термостійкості. Процес зветься мулітоутворення.
Також тонкодисперсний кварц перетворюється на кристобаліт.

1200 — 1420
Цей інтервал використовується для випалу порцеляни. За таких високих температур дифузія відбувається дуже швидко.Також за таких температур, якщо забезпечені необхідні окислювально-відновлювальні умови випалу, відбуваються процеси відновлення рудих оксидів заліза більш благородні блакитні.

ОСТИВАННЯ

1420 — 1000
Маса та глазурі перебувають у досить пластичному стані, таким чином виріб охолоджують так швидко, наскільки дозволяють технічні характеристики печі.
Якщо використовувати глазурі, схильні до кристалізації, то повільне охолодження або витримка до 10 годин у цьому інтервалі зазвичай призведе до зростання кристалів.

1000 — 700
Тут починається окислення марганцю, нижчих оксидів міді та інших металів, якщо такі містяться у складі, у вищі.
Нестача кисню в печі може дати поверхні виробу металізацію. Якщо заплановано відновлення, його потрібно проводити саме в цьому інтервалі. Відновне середовище потрібно підтримувати як мінімум до 250-300С, а краще майже кімнатних температур.

900 — 750
Маса (черепок) і глазур перейшли в тендітний стан і остигають вже як єдине ціле. Якщо КТР не узгоджені, то можливий відскок глазурі, цек і пошкодження виробу.

600 — 550
На цьому етапі відбувається зворотне фазове перетворення кварцу з різкою об'ємною зміною. Занадто швидке проходження цього інтервалу може викликати холодний тріск.

300 — 200
У цьому інтервалі відбувається фазове перетворення кристобаліту. Він утворився при температурі 1250 - 1300, якщо в масі був дуже тонкодисперсний кремнезем. Двері печі не потрібно відчиняти швидко.

250 — 100
У цьому інтервалі продовжується охолодження. У товстих частинах виробів, а також у глибині печі температура набагато вища, ніж у тонких частинах і показує вимірювальний елемент. Виробам необхідно дати охолонути рівномірно.

Утильний або перший випал кераміки

Випалення кераміки вважається найважливішим технологічним процесом, причому найбільш енерговитратним. деталі технології. Випал дозволяє отримати кераміку у звичному для нас вигляді з глини шляхом множини фізико-хімічних перетворень. Відбувається так зване спікання, це фінальна стадія випалу.

Залежно від технології випалу можна отримувати різні результати. Основне призначення термічної обробки - збільшення міцності черепків, підвищення їх водонепроникності, надання кераміці стійкого відтінку.

Утиль (кераміка, що отримується всього лише одним випалом і відрізняється відсутністю декору і глазурі) повинен стати міцним, але залишатися пористим, щоб згодом увібрати глазур.

Параметри випалу та його технології були отримані методом проб та помилок. Потрібна велика практика, щоб пізнати всі секрети виготовлення кераміки.

Примітно те, що ази гончарного мистецтва осягали люди, далекі від таких наук, як фізика чи хімія.Щоб пізнати теорію, необхідно мати уявлення про такі процеси, як дегідратація, фазові переходи, хімічні реакції, кристалізація та плавлення, а також розчинення.

Навіть сьогодні немає єдиної методики точних розрахунків для здобуття того чи іншого результату. Іноді потрібно провести десяток експериментів, щоб отримати потрібний відтінок чи потрібні фізичні властивості. Проте, можна керувати процесом випалу, знаючи його принципи та особливості.

Процеси, які протікають при випаленні

В даний час майстр має всі можливості, щоб регулювати процес термообробки. Сучасні печі дозволяють обпалювати заготовки за високих температур, забезпечуючи високу швидкість нагрівання. Не завжди така висока швидкість затребувана, оскільки певні обмеження накладає швидкість протікання фізико-хімічних процесів. Саме ці процеси сиру глину перетворюють на міцну кераміку.

На повне завершення процесу йде деякий час. Якщо його не витримати, виріб не отримає тих властивостей, на які розраховує кераміст.

Прийнято ділити процес випалення певні температурні інтервали. Такий поділ зумовлений тим, що у певному інтервалі відбуваються свої зміни. У спеціальній літературі можна зустріти таблиці із докладним описом процесів. Для загального розуміння достатньо зупинитись на основних.

25-200 градусів

У діапазоні температур від 25 до 200 градусів відбувається підвищення внутрішньої енергії виробу. Швидкість нагріву досить низька, тому встигає вийти міжшарова (пов'язана) вода. У цьому періоді важливо рівномірно прогрівати шари глини.

Перший етап здатний виявити раніше допущені технологічні помилки.Наприклад, можуть виявитися неоднорідні маси або бульбашки, які утворюються внаслідок поганого вимішування чи нерівномірного сушіння. При допущенні надмірного загладжування будуть спостерігатися скупчення газів, оскільки вони не мають можливості вийти назовні через пори.

Бажано, щоб конструкція печі дозволяла регулювати швидкість нагрівання. Вона вибирається, виходячи з таких умов, як об'єм муфеля, маса виробів, що обпалюються, товщина їх стінок. Масивні глиняні черепки необхідно прогрівати поступово, щоб тепло встигало проникнути в матеріал і виріб поступово підвищував свою температуру.

Але не варто занадто уповільнювати нагрівання, так як це може призвести до появи ефекту «запарювання». Виявляється ефект у виникненні плям на глазурі внаслідок конденсації розчинених у воді солей. Середня швидкість нагрівання першому етапі становить близько 100 градусів на годину. На даному етапі глазурні покриття схильні до ризику утворення тріщин, якщо відбуватиметься інтенсивне випарювання вологи.

200-400 градусів

У діапазоні температур від 200 до 400 градусів фіналізується видалення зв'язаної води. Крім цього, більшість органічних сполук згоряє, тому важливо на цій стадії забезпечити хороший приплив кисню. Органіка в глині ​​може зустрічатися як добавок і сполучних, а й сам матеріал містить природні органічні елементи. Їхнє вигоряння може тривати набагато довше, аж до етапу нагріву до 700 градусів.

Швидкість нагріву на даному діапазоні також не перевищує 100 градусів за годину. Зазвичай при досягненні температури 400 градусів виробляється 15-хвилинна витримка. Заглушки муфеля повинні бути відкриті, щоб гази, що виділяються, залишили пічний простір.У той же час, випалення має бути окислювальним, тобто процес відбувається при взаємодії з киснем.

400-600 градусів

При більш високій температурі відбувається виділення води, яка входить до складу кристалічних ґрат глинистих мінералів. Цей процес називається дегідратацією. Сам собою процес дегідратації не пов'язаний виникненням будь-яких складнощів, проте в процесі руйнування глинистих мінералів локально спостерігаються внутрішні напруження в шарах матеріалу.

Особливу увагу слід приділити швидкості зростання температури поблизу 573 градуси. При зазначеній температурі відбувається фазовий перехід, при якому стабільний у нормальних умовах поліморфний кварц (α-кварц) перетворюється на високотемпературну модифікацію (β-кварц).

При проходженні цієї позначки рекомендується ще знизити швидкість нагріву, так як виникає додаткова напруга по всьому об'єму черепка. Після того, як температура виробу досягне 600 градусів, витримують тривалістю близько 30 хвилин.

600-800 градусів

У вказаному діапазоні температур глина має знижені властивості міцності. Справа в тому, що і випал відбувається модифікація глинистих мінералів. Вихідні мінерали вже розклалися, а нові мінерали поки що не утворилися, тобто кераміка не спіклася. Усі матеріали перебувають у твердій фазі.

Діапазон від 600 до 800 градусів бажано пройти у прискореному режимі. Швидкість нагріву повинна становити не менше 130 градусів за годину. Зупинка нагрівання може фатально обернутись для майбутнього виробу.

800-1000 градусів

Спікання кераміки починається за температури 800 градусів. Точну температуру назвати неможливо, оскільки її значення залежить від складу глини.До цього часу залишки глинистих мінералів шляхом перекристалізації та сполуки з іншими речовинами трансформуються у нові мінерали. У процесі хімічної взаємодії деяких компонентів глини утворюються газоподібні речовини. Важливо, щоб саме на цьому етапі завершилося утворення летких речовин.

Більш детальний рецепт випалу, тобто кінцева температура, швидкість нагрівання на кожному етапі та час витримки залежить від складу глини. Присутні в глині ​​карбонати за високої температури переходять у рідкий стан. Перепалив таких черепків загрожує утворенням склоподібної речовини з низькою міцністю та низькою пористістю. Глини, що не містять карбонатів, спікають швидше, тому їх обпалюють першим випалом при температурі 950 градусів. Високотемпературні шамоти випалюють за так званою «фаянсовою» схемою, наведеною нижче.

У невеликих майстернях без складного обладнання регулювати процес охолодження дуже складно, тому найчастіше майстри просто відключають піч, дозволяючи кераміці остигати природним шляхом. Однак тут є свої нюанси.

Пекти не слід відкривати для збільшення швидкості охолодження. Вважається, що кераміка повинна за часом остигати стільки ж, скільки вона нагрівалася.

Кам'яні маси та порцеляна містять багато кварцу, тому знову-таки при проходженні позначки 573 градуси слід уповільнити швидкість охолодження. Відкривати піч можна лише після того, як температура в ній впаде нижче за 160 градусів.

Види випалення

Після того, як було викладено основи процесу випалу при нагріванні та охолодженні матеріалів, можна детальніше розглянути суть утилевого випалу. Однак його доцільніше описувати в контексті узагальненої теорії, тому мова вестиметься про всі види випалу.Більшість різновидів кераміки обпалюється за кілька етапів. Найпопулярнішою схемою є двоетапна схема випалу, хоча існують рецепти, які з 3 і більше етапів.

У двоетапній схемі випалу перший називається утильним чи проміжним. Для першого випалу виріб просушують, але не прикрашають. Якщо бути точним, допускається часткове декорування кольоровою глиною або ангобами. Глазур'ю покривають виріб тільки перед политим випалом, оскільки термообробка глазурі потребує більш високих температур, ніж при утильному випаленні.

Утиль, черепок і бісквіт - все це слова-синоніми і означають напівфабрикат, з яким ще доведеться працювати. Утиль декорується надглазурними чи підглазурними фарбами, глазур'ю чи ангобами, що містять флюси. Самостійно вибрати температуру утильного випалу складно, оскільки необхідно визначити той інтервал температур, в якому завершилися б процеси газоутворення і набору міцності, але при цьому пористість залишалася досить високою, щоб згодом можна було нанести глазур. Зазвичай, користуються вже готовими, давно розробленими схемами, перевіреними практично.

Политий випал потрібен для термообробки як самого черепка, так і глазурі або фарб, якими він декорований. Температура випалу також визначається для кожного складу окремо. Рецептура першого та другого випалу дуже різноманітна, проте можна виділити п'ять основних схем, якими користуються керамісти. Застосування тієї чи іншої схеми залежить від різновиду кераміки, тому, перш ніж приступити до опису схем випалу, дамо відповідь, що вся кераміка умовно ділиться на кілька видів.

• Порцеляна та кам'яні маси. Даний вид кераміки відрізняється наявністю карбонатів, отже, при випаленні виникає багато плавнів, тобто велика маса перебуває у рідкій фазі.
• Фаянс. Фаянсова кераміка характерна відсутністю рідкої фази.
• Майоліка. До неї відносять вироби з червоної глини, це продукти гончарного ремесла та теракота.
• Шамот. Вогнетривка глина, до складу якої входять зерна обпаленого раніше матеріалу.

Схема випалу для порцеляни

На першому етапі проводиться утильний випал. Вироби із глини просушують, але не покривають глазур'ю. Температура утильного випалу порцеляни не перевищує 1000 градусів. В результаті такої термообробки черепки набувають потрібної міцності та пористості.

Черепки після брухту називають утилем. Вони придатні для глазурування різними методами. На готовий брухт наносяться підглазурні фарби та саму глазур. Потім проводиться політ обпалювання. Температура випалу може досягати 1420 градусів (для справжньої порцеляни).

Схема випалу для фаянсу

Утильний випал фаянсу проводять при вищій температурі, так як у матеріалі практично відсутні плавні. Це означає, що якщо черепок обпалити при температурі 1250 градусів, він залишиться пористим.

Температура для випалу диктується температурою плавлення глазурі. Таким чином, температура політого випалу фаянсу може бути нижчою за температуру брухту. Той факт, що фаянс можна обпікати нижчою температурою, дає можливість проводити третій випал, що декорує, використовуючи весь спектр фарб глазурів.

Схема випалу для майоліки

Для виготовлення майоліки використовуються глини, що не відрізняються високою тугоплавкістю. Їх не можна перепалювати, інакше утворюватимуться дефекти та спучування.Деякі глини готуються у вузькому діапазоні температур. Наприклад, при температурі 950 градусів вони ще досить пухкі, а при температурі 1050 градусів вже щільно спікаються.

Утильний випал проходить у тому режимі, коли всі глинисті мінерали повністю трансформуються. Середня температура першого випалу лежить у діапазоні від 900 до 950 градусів. Режим політого випалу встановлюється, з властивостей глазурі.

Схема для випалу шамоту

У шамотних масах є жорсткий каркас із попередньо обпалених зерен. Він унеможливлює усадку глини в процесі випалу. Відсутність усадки дозволяє випалювати глину при високих температурах (для інших матеріалів температура обмежена через виникнення деформацій).

Основна схема випалу є класичною. Спочатку йде утильне випалення, і його змінює поливний. При необхідності можна проводити додатковий випал, що декорує.

Схема одноетапного випалу

Одноетапний випал виправдовує себе лише тим, що він найвигідніший в економічному плані. Тут відіграють роль такі фактори, як енерговитрати, трудовитрати на завантаження виробів у піч та вивантаження з неї.

Схема одноетапного випалу проста: на висушений черепок наноситься глазур, та був за прийом відбувається загальний випал. Таким чином, утильний та поливний випали об'єднуються.

Але такий спосіб має кілька недоліків. Доводиться прикрашати виріб із сирої глини, а це дуже незручно. Для закріплення глазур на поверхні пластичної глини необхідно використовувати спеціальні добавки. Даний спосіб не можна застосовувати при роботі з низькотемпературними фарбами та глазурями.

Яка температура потрібна для кераміки

У випалі відбуваються всі основні зміни в глині ​​і глазурі, після яких і утворюється те, що ми називаємо керамікою. що ми хочемо вийняти з печі. Від брухту очікується дзвінка міцність та деяка пористість, щоб він Вбирав глазур. Від бісквітного фарфору - приємна шовковистість і білизна повинні блищати, а матові бути по-справжньому матовими.

Сформулювати це розуміння на мові цифр складніше. Під час нагріву безліч хімічних сполук, з яких складається наш сирий виріб, зазнає серйозних змін. моделі, за якою можна було заздалегідь передбачити результат, а якби вона існувала, нам знадобився б місяць досліджень складу глини та глазурі, щоб дати точне завдання на розрахунок. там і тоді все було добре, а тут і зараз - суцільне неподобство.

Але ми хочемо отримувати задумані ефекти та заплановані властивості виробів, і для цього потрібно мати можливість контролювати параметри випалу та керувати ними, знаючи основні, найзагальніші принципи.

Тепер саме про ці принципи.

1. Види випалу, навіщо вони потрібні і що слід контролювати передусім.

Умовно розділимо всі матеріали на 4 групи:
• - Порцеляна - багато плавнів, при нагріванні у черепці утворюється багато рідкої фази. Сюди віднесемо кам'яні маси.
• - Фаянс - Рідкої фази майже немає. До речі, і фаянсу вже ніхто не випускає в його раніше класичному варіанті.
• - Майоліка - тут називатимемо вироби з червоної глини, у тому числі гончарку, теракоту тощо.
• - Шамот - за хімічним складом - будь-який із перелічених вище матеріалів. Відрізняється від них тим, що містить зерна обпаленого матеріалу, пов'язані пластичною глиною.

Для кожної групи матеріалів умовно виділимо деякі моменти, що їх об'єднують.

Порцелянова схема випалу.

Спочатку проводять перший, утильний, випал. Тобто випалюють висохлі вироби без глазурі. Температуру вибирають в інтервалі 800 – 1000°С. Після першого випалу вироби набувають міцності, достатньої навіть для машинного глазурування (на конвейєрній лінії). Вироби залишаються пористими, але, якщо є тріщини, їх легко виявити (за характерним деренчанням) простукуванням дерев'яною паличкою. При глазурованіі не треба церемонитися з виробом так, як це буває у разі сирцю (одноразовий випал). Можна легко глазурувати вироби зануренням навіть якщо вони метрових габаритів. Вироби після цього випалу називають утилем.

Потім проводять другий випал. Перед глазуруванням і, відповідно, перед другим, политим, випалом, на виріб наносять підглазурний розпис. Педанти технології після цього проводять ще й проміжний закріплюючий випал, щоб фарби не змилися при зануренні в глазур. випалення напівобпаленого заглазурованого виробу, проводять при температурі дозрівання черепка. Це різні температури для різних видів порцеляни (а ми сюди віднесли ще кам'яні маси).Справжній фарфор вимагає 1380 - 1420 ° С, рядовий столовий фарфор - 1300 - 1380 ° С, санітарно-технічний - 1250 - 1280 ° С, а кам'яні маси - в залежності від того, що використовують у ролі плавня. Другий випалення остаточно формує структуру кераміки і, таким чином, визначає всі її фізико-хімічні властивості. Вироби після цього випалу (якщо воно не розписане) називають білизною.

З білих порцелянових чашок дуже приємно пити чай на дачі. Традиції диктують фарфору інший вигляд: з квітковим розписом, картинкою, золотою або блакитною облямівкою. Прикраси порцеляна отримує в третьому, що декорує, випаленні. Звичайні надглазурні фарби спалюють при 800 - 830 ° С, люстрові фарби та препарати золота - за тієї ж чи трохи меншої температури. Зараз поширився і високотемпературний декоруючий випал при 1000 - 1100 о С. Розпис для нього проводять фарбами високого вогню (внутрішньоокі фарби) або легкоплавкими кольоровими глазурями. Іноді, щоб отримати яскраві фарби, проводять два і більше випалів, що декорують. Усі вони, з погляду класифікації, треті. Вироби після третього випалу називають на Худраді підприємства.

Фаянсова схема випалу

Перший випал фаянсу – високий. У фаянсових масах практично немає плавнів, тому при випалюванні утворюється мінімальна кількість рідкої фази, або не утворюється взагалі, а глини, що входять до його складу, мають високу тугоплавкість. Це дає можливість обпалювати вироби з фаянсу відразу при температурах, необхідних дозрівання черепка. Зазвичай, це 1200-1250°C. На відміну від порцеляни, черепок залишиться пористим, на нього легко нанести шар глазурі.

А другий випал, политий, можна проводити за будь-якої температури! Тобто при тій, яка потрібна для нормального розтікання глазурі: 1150 - 1250 ° C, якщо це "фаянсові" глазурі, 900 - 1000 ° C, якщо це свинцеві майоліки; можна нанести білу емаль та використовувати техніку розпису по сирій емалі. У всіх випадках, якщо глазурі підібрані правильно, ми отримаємо виріб з такою ж міцністю, якою вона була після першого випалу.

Третій, декоруючий, випал проводять так само, як і у фарфоровій схемі. Якщо він потрібний. Адже, порівняно з порцеляною, низька температура випалу допускає застосування глазурів і фарб широкої колірної гами.

Випалення майоліки

Тут використовуються глини, що червонопалюються, з невисокою тугоплавкістю. Перепал може призвести до їх спучування та сильної деформації. Червоні глини також мають тонкий інтервал випалу. Наприклад, при 950°C це ще неміцне пухке, а при 1050 o C - щільноспеклеся, склоподібне тіло. Звичайно, бувають і винятки, але там і тоді. Для майоліки в принципі характерні низькі температури випалу - 900 - 1100 o C. І якраз приблизно за цих температур завершуються процеси розкладання глинистих матеріалів, які (процеси) супроводжуються виділенням газоподібних речовин. Це робить вкрай скрутним так званий одноразовий випал – і черепка та глазурі – за один раз. Якщо звернутися до таблиці нижче, буде ясно, наскільки близькі температури випалу майоліки до критичних для кераміки температур. Найпоширеніша технологія - перший, утильний, і другий, политий, випал.

Режим першого випалу вибирають таким, щоб максимально пройшли всі процеси перетворення глинистих мінералів.Незавершеність цих процесів обов'язково позначиться якості поверхні глазурі після другого випалу. Температура утильного випалу може бути і вищою, і нижчою за температуру політичного випалу. Зазвичай нижче, десь на рівні 900-950°C.

Режим другого випалу вибирають виходячи з характеристик глазурі, але, природно, при цьому не можна перевищувати температури початку деформації черепка.

Випалення шамоту

Основна відмінність шамотних мас від перерахованих вище - наявність у масі жорсткого каркаса із щільних, що вже пройшли відповідний випал зерен. Розмір зерен може змінюватись від 100 мікрон до декількох міліметрів, що визначається скоріше вимогами фактури матеріалу, а не вимогами технології. Жорсткий каркас перешкоджає усадці маси у процесі випалу. (До речі, при сушінні усадка шамотних мас ненабагато менше, ніж тонких пластичних мас). Це дозволяє проводити випал при дещо вищих температурах, не побоюючись серйозної деформації виробу. Часто матеріал зерен має інший склад, ніж пластична складова маси. Якщо тугоплавкість зерен вища, температуру випалу можна значно збільшити.

А загалом схема випалу шамота та сама, що й інших типів мас: спочатку утильний, потім (якщо потрібно) политой, потім (якщо потрібно) декорирующий випали.

Одноразовий випал

Одноразовий випал - це коли на висушений виріб наносять глазур і обпалюють все в один прийом, об'єднуючи утильне та полите випалювання. Це мрія будь-якого виробничого економіста:

• лише один раз витрачається енергія на нагрівання;
• ставка виробів у піч та їх виїмка проводиться один раз;
• не потрібен проміжний склад брухту;
• цикл від сирцю до готового виробу скорочується вдвічі, тобто.менші відносні витрати на оренду площ та зарплату за рахунок підвищення продуктивності.

У принципі, якщо не брати до уваги дуже низькотемпературний декоруючий випал, одноразово можна обпекти будь-який матеріал.

Але:
• доводиться наносити і підглазурний малюнок, і власне глазур на просто висушений виріб, який, звичайно, не має міцності брухту;
• через це виключається машинна обробка, а руками треба все робити дуже обережно, щоб нічого не розбити;
• глазурування методом занурення - найбільш економний з погляду витрати глазурів - можна проводити тільки для маленьких виробів, роблячи велику паузу між глазуруванням усередині та зовні;
• немає брухту, немає і проміжного контролю за якістю (овальність, тонкі крайові тріщини тощо.), тобто. заздалегідь закладається вищий відсоток шлюбу
• глазурі мають бути специфіковані на одноразовий випал.

Як же визначити, чи потрібен нам одноразовий чи дворазовий випал? Вирішальним критерієм для митця чи художньої студії є кінцевий результат – тобто здійснення мистецького задуму. Для майстерень, що виготовляють більш менш серійну продукцію, і для керамічних фабрик, вирішальним можуть виявитися міркування економічного порядку. Ось що потрібно мати на увазі.

Для порцеляни:
• Енерговитрати на низький утильний випал суттєво нижчі від витрат на високий випал. Для першого достатні температури близько 900°C, повітряне окисне середовище, електрична піч зі слабким футеруванням. Для другого – добре футерована і бажано полум'яна піч. Чи варто економити на брухті?
• Глазурі для порцеляни починають розплавлятися при температурі, близькій до температури дозрівання порцелянового черепка.У тому інтервалі температур, де відбуваються процеси розкладання глинистих мінералів, глазурний шар схожий на порошок і гази легко проходять через нього. Таким чином, не доводиться побоюватися дефектів глазурі, що виникають через газонепроникність розплаву. Чи варто проводити утильний випал?
• Порцелянові маси - це худі, швидко промокають маси. Глазування сирця вимагає вправності. Утиль потрібний!
• Багато великих виробів, наприклад, кахлі, часто треба глазурувати напиленням. А при випалюванні на бісквіт глазурувати взагалі не треба. Тоді навіщо потрібний брухт?!

Для фаянсу:
• Утильний випал (пам'ятаєте, він проводиться на високу температуру) потрібен обов'язково, якщо ми збираємось використовувати легкоплавкі глазурі. Інакше в одноразовому випаленні ми отримаємо не фаянс, а щось недопалене, що нагадує пап'є-маше.
• Утильний випал не потрібен, якщо ми використовуємо високотемпературні глазурі, які на кшталт фарфорових починають плавитися вище 1100°C. В цьому випадку наносять їх, як правило, напиленням стисненим повітрям.

Для майоліки – найскладніший випадок.
• Утиль потрібен практично завжди, причому на максимально високу температуру. Багато технологів західної школи рекомендують випалювати майоліку мало не до склоподібного стану, щоб випалити всі домішки і розкласти все, що здатне розкластися в утильному випаленні. Питання, а як потім глазурувати? Можна. Читайте про це у розділі про глазурі.
• Якщо в якості покриття використовувати ангоби або щось на зразок тера-сигілята, або якщо ви маєте спеціальні глазурі з дуже коротким інтервалом плавлення, можна обійтися без брухту.

Для всіх матеріалів одноразовий випал можливий за умови ретельно налагодженої технології, яка у разі кераміки на дві третини складається з досвіду працюючих.

Здається, у нашому викладі проблем випалу все вже заплутано настільки, що потрібна ще одна розкладка по поличках.

Що відбувається в процесі нагрівання та охолодження.

У таблиці описано основні процеси. Тому зараз ще раз коротко вкажемо, що головне у випаленні.

• 01 Перший випал. У піч ставимо сирець. У ньому багато води, навіть якщо вона виглядає сухою. До 200 - 300 ° C нагріваємо повільно, наприклад, за 2 - 3 години. Забезпечуємо хорошу вентиляцію, щоби вигоріли всі домішки. Кінцева температура - 900-1000°C. Якщо немає впевненості в температурі, робимо витримку 1 - 3 години, даючи можливість усьому садку поступово прогрітися. Охолодження ведемо з такою швидкістю, з якою остигає піч. Форсоване охолодження проводимо лише після кількох експериментів - цека глазурів не буде, оскільки немає глазурів, а от холодний тріск через кварц може мати місце.
• 02 Випал із глазур'ю після брухту. У піч ставимо заглазуровані вироби. Черепок вже обпалювали на брухт, так що швидкість на початковій ділянці нагріву може бути вищою; головне, добре просушити глазур. Нагрів до кінцевої температури проводимо так швидко, як дозволяє пекти і, головне, швидкість прогрівання виробів. При кінцевій температурі витримуємо від 15 хвилин до 1-2 годин з метою рівномірного прогріву.Якщо швидкість підйому температури в кінці нагрівання невисока (50°C на годину і менше), вважаємо, що витримка вже була. Краще, звичайно, тут скористатися конусами Зегера. "Полички" (витримки при постійній температурі) на стадії охолодження - тільки для кристалічних глазурів та деяких матових. В іншому – як у п.1.
• 03 Одноразовий випал із глазур'ю. Беремо до уваги все, що у п.1 та у п.2. Не форсуємо підйом температури в інтервалі 500 - 900 ° C - до початку плавлення глазурі з черепка повинні вийти всі гази!
• 04 Випалення деколів, люстрових фарб, надглазурних фарб. Піднімаємо температуру дуже повільно (за 2 - 4 години) до 400 ° C - треба згоріти всій органіці. При цьому середовище має бути окислювальним (повітряним), а вентиляція - інтенсивним. Від 400 до 800 ° C - як завгодно швидко. Витримка 5 – 15 хвилин.

Про те, які умови випалення диктує пекти, читайте нижче.

2. Електричні печі та два слова про інші.

Випал кераміки проводять у різних теплових агрегатах, званих печами. Якщо для нагрівання використовується тепло електричного струму, печі називають електричними, якщо тепло від згоряння органічного палива - паливними та зазвичай більш конкретно: газовими, дров'яними, мазутними тощо. За тисячі років випалювання кераміки винайдено чимало конструкцій паливних печей, а за останні сто років - не менше конструкцій електропечей.

Незалежно від виду та конструкції, у печі присутні:
• вільний простір для ставки виробів, для стислості - камера;
• вогнетривка та теплоізолююча оболонка, для стислості - футерування;
• теплове джерело - нагрівач, пальник і т.д.
• пристрій для контролю та регулювання ступеня нагріву - регулятор.

Кожну піч можна класифікувати на особливості перерахованих атрибутів.Якщо потрібно замовляти пекти, обов'язково вказуйте ці особливості.

Об'єм камери визначає продуктивність печі в одному випалюванні в періодичній печі або за цикл штовхання однієї вагонетки в тунельній печі. Надалі ми говоритимемо лише про печі періодичної дії. Об'єм камери може становити 1 - 2 літри; такі маленькі пічки зручні для тестових випалів та виготовлення невеликих виробів типу керамічної біжутерії. Об'єм камер печей, які зазвичай використовуються в майстернях і студіях, становить від 50 - 100 літрів до 1 - 1,5 куб. м. Для фабричних умов характерні печі обсягом від 3 до 20 куб. м.

Футерування та нагрівач визначають максимальну температуру, яку можна розвинути в камері. Чим вище потрібна температура, тим вищого класу повинні бути вогнетриви, що відразу і, зауважимо, різко позначається на вартості печі. Іноді камера відокремлена від нагрівача додатковою футеровкою, яка називається муфелем. (Не слід називати муфелями всі поспіль маленькі печі!)

Регулятор містить пристрій для вимірювання температури, яким зазвичай є термопара, пристрій регулювання потужності нагрівача та керуючий пристрій, що узгоджує дію двох перших.

Нижче наведено деякі конфігурації печей.

Багаття

ПАРАМЕТРІВ	ЗНАЧЕННЯ
Камера	10 – 100 літрів
Футерівка	шар землі
Теплоізоляція	шар землі
Нагрівач	тепло згоряючих дров
Вимірювач температури	на око по світінню
Регулятор потужності	підкидання дров
Управління	власний досвід

Електропіч 200.1250.L (ТОВ "Термокераміка"), варіант

ПАРАМЕТРІВ	ЗНАЧЕННЯ
Камера	200 літрів
Футерівка	шамотно-вовкниста плита ШВП-350
Теплоізоляція	ШВП-350, ШЛ-0,4
Нагрівач	електричний, спіралі із дроту Х23Ю5Т
Вимірювач температури	термопара платина-платинородій ТПП
Регулятор потужності	тиристорний блок
Управління	Програмне програматор КТП

Такі різні теплові пристрої наведені тут для того, щоб глибше зрозуміти функції елементів печі.

Камера – це робоче простір, куди поміщаються вироби та полиці з підставками, із загального обсягу "від стінки до стінки" потрібно відняти об'єм, необхідний нагрівачам. А розрахунок корисного завантаження камери потрібно робити з урахуванням товщин полиць.

приклад. Корисна ширина, глибина та висота камери - 40 см. Є вогнетривка плита 39х39 см, товщиною 2 см та чотири стійки 7х7 см заввишки 18 см. Скільки горщиків діаметром 18 см та висотою 16 см можна помістити в піч? Відповідь: якщо без полиці – 4 шт., а якщо з полицею – 6 шт. (а не 8; дивіться малюнку).

Продовжуючи приклад, поставимо питання, а що, власне, вигідніше - обпалити за один раз 4 горщики або 6? Відповідь полягає в аналізі кількості тепла, необхідного для нагрівання додаткової маси вогнеприпасу. Якщо горщик важить грам 300, а плита та стійки – кілограмів 5. Тобто. чи не все тепло піде на нагрівання вогнеприпасу! І остигати пекти буде довше. Може статися так, що за час випалу шести горщиків можна провести два випали по 4 горщики в кожному.

Насправді нагріваються не лише горщики та вогнеприпас, а й стінки печі. У багатті це - суцільна маса землі. Прогріти її важко, остудити також. У сучасній печі повинні бути вогнетриви з низькою теплоємністю, низькою теплопровідністю та високою вогнетривкістю. Вакуумформований волокнистий матеріал ШВП-350 добре підходить для конструювання печей із робочою температурою 1200°C.Якщо вся піч виконана з важкої шамотної цеглини, вона вимагатиме колосального часу на нагрівання та охолодження, і відповідно витрат енергії. Така важка "підйом" піч не дозволить Вам реалізувати режими швидкісного нагріву, якщо вони Вам для чогось знадобилися. Втім, можна збільшити потужність нагрівачів.

Електричні нагрівачі бувають дротяними та керамічними. Дріт роблять з ніхрому (дорого, гранична температура 1100°C, зате залишаються гнучкими після роботи) або із залізних сплавів. Останні часто називають "фехраль", а імпортні аналоги – "кантал"; вітчизняні марки мають точну назву - Х23Ю5Т або Х27Ю5Т. Фехраль працює до 1200 – 1350°C залежно від діаметра дроту. Після першого ж нагріву незворотно стає тендітним, нагрівач, що перегорів в одному місці, не можна полагодити скруткою!

До керамічних нагрівачів відносяться карбід-кремнієві, вони ж силітовие, вони карборундові стрижні: робоча температура до 1400°C. В останні 10 років уперто рекламуються дорогі хроміт-лантанові нагрівачі з робочою температурою до 1700°C, які мають дуже високий ресурс роботи за тих же 1300-1400°C (якщо не зламати, коли встановлюєш важку плиту :-)). Читайте в іншому місці про те, як розраховувати електричні нагрівачі. Тут ми рекомендуємо звертатися за допомогою до спеціалізованих фірм.

Якщо нагрівання здійснюється газовими пальниками, у просторі печі можуть бути досягнуті будь-які температури аж до 1700°C, а якщо ще використовувати повітря, збагачене киснем, - до 2000°C. Газові (та й інші паливні) печі хороші тим, що дозволяють вести випал не тільки в окисному, але і в нейтральному, і в відновлювальному середовищі.Ступінь "відновлюваності" регулюють зміною співвідношення газ/повітря, у сучасних газових печах це робиться автоматично. Дров'яні печі, на жаль, складніше піддаються автоматизації, але вони прості у виготовленні, дешеві в експлуатації, для них не потрібні погодження з газовою інспекцією, а дають 1200 ° C запросто.

Чим потужніші нагрівачі, тим швидше нагрівання вони можуть забезпечити. І тим акуратніше з ними треба працювати. Уявіть, що відбудеться в перші ж п'ять хвилин з горщиками, якщо одна сторона їх звернена до стінки з нагрівачами, що миттєво розжарюється, а інша - до холодного сусіднього горщика. Плавне розігрів (а точніше - рівномірний по всій камері) найпростіше отримати, використовуючи тиристорні силові блоки. Регулювання вихідної потужності у них відбувається за принципом "більше сила струму" - "менше сила струму", а не за принципом "включено" - "вимкнено". Якщо у Вашому розпорядженні лише останній спосіб регулювання, то задавайте на першому етапі невисокі температури (спочатку 100°C, через півгодини – 200°C, через годину – 300°C, і лише потім – кінцеву температуру). А якщо в печі зовсім немає приладу, що керує, не відходьте від неї і клацайте вимикачем кожні п'ять хвилин (Це не жарт!)

Називаючи різні температури, ми досі не уточнювали, про що йдеться – про температуру на нагрівачі? на виробі? на термопарі? Якщо печі встановлено термопара, то прилад, приєднаний до неї, буде показувати, природно, температуру кінчика термопари. З різних причин, про які написані томи наукової літератури, ця температура приблизно відображає теплову ситуацію в печі. У процесі нагрівання нагрівачі завжди гарячіше, а вироби холодніше, ніж термопара.Термопара показує температуру у певній точці камери, а що робиться в інших місцях – невідомо. Проте термопара видає електричний сигнал, зрозумілий електронним приладам, зокрема автоматиці керування потужністю. З цього погляду вона незамінна. Довга практика експлуатації печі дає інформацію про те, де в камері буває спекотніше, де холодніше. Рано чи пізно ми звикаємо до повадок цього пристрою. Але з давніх-давен (з кінця 19 століття) відомий і інший спосіб визначення моменту досягнення необхідної точки випалу. Це – випал по конусах Зегера.

Випалення вважається виконаним на даний конус, якщо конус, деформуючись у процесі випалу, торкнувся підставки, на яку він встановлений. Конус виготовлений з мас, поведінка яких схожа на поведінку обпалюваного матеріалу. Якщо на практиці з'ясовано, що найкращий результат досягається при випалюванні на конус, скажімо, 114, то всі випали треба проводити на цей конус, не звертаючи особливої ​​уваги на показання термопари. Та й термопара не потрібна! Використання конусів надзвичайно поширене у художній кераміці у країнах. І це невипадково.