Обжиг фарфоровых изделий

При двукратном обжиге фарфора (рис. 55) первый обжиг проводят при температурах 850-1050 ºC (см. табл. 1, 2). При этом в фарфоровой массе проходят те же реакции, что и при первом обжиге фаянсовых изделий, т. е. удаление свободной и кристаллически связанной воды, выгорание органических включений и углерода, диссоциация карбонатов, образование небольшого количества стекловидной фазы. Это приводит к получению после обжига материала с механической прочностью более 10 МПа и водопоглощением 16-19% (см. табл. 13), необходимых для выполнения последующих операций. Цвет полуфабриката изменяется от серого до белого со слабым розовым оттенком. Материал изделий, прошедших первый обжиг, не размокает в воде при глазуровании.

После первого (утельного) обжига фарфоровые изделия подвергают либо декорированию подглазурными красками, ангобами, растворами солей и т. д., либо глазурованию, а затем второму (политому) обжигу, декорированию надглазурными красками, препаратами золота и других драгоценных металлов, люстрами и последующему их закрепительному обжигу.

Рис. 55. Кривые режимов двукратного обжига фарфоровых изделий в туннельной печи:
а — первого, б — второго

Второй обжиг фарфоровых изделий (см. рис. 55) разделяют на ряд периодов.

Первый период протекает при подъеме температуры до 900-940 °С. В этот период достигается весьма незначительное спекание материала. В печи поддерживается окислительная газовая среда.

Второй период обжига характеризуется постоянной (или с малыми отклонениями) температурой 940-1040 ºC и окислительной газовой средой. Выдержка проводится для выравнивания температуры изделий в печи, нагретых неравномерно вследствие быстрого подъема температуры в первый период. Выравнивание температуры -это подготовка к ответственному периоду в обжиге фарфора - обжигу в восстановительной газовой среде. Окислительная газовая среда во втором периоде обжига необходима для выгорания углерода (отложившегося на поверхности, а также в порах изделий и глазури), которое должно быть закончено до начала следующего восстановительного периода, когда глазурный слой спекается и уплотняется.

Углерод, не выгоревший к этому времени из-за недостатка кислорода, придает фарфору серую окраску, или поверхность изделия покрывается мельчайшими кратероподобными точками-наколами. В этот период образуется небольшое количество стекловидной фазы, которая цементирует твердые частицы массы и обусловливает повышение механической прочности черепка.

Третий период обжига является специфической особенностью фарфорового производства. Температуру обжига в этот период поднимают до 1250 °С и создают восстановительную газовую среду. Это необходимо для устранения желтоватой окраски фарфора, получающейся в результате присутствия оксида железа (III) Fe₂O₃ в составе сырьевых материалов (глине, каолине, полевом шпате и др.). При обжиге в восстановительной газовой среде оксид железа (HI) Fe₂O₃ восстанавливается оксидом углерода СО до оксида железа (II) FeO, который образует с кремнеземом силикат, изменяющий желтоватую окраску фарфора на голубоватую. Восстановление оксида железа (III) в оксид железа (II) начинается при температуре 900 ºC и должно закончиться до закрытия пор (для твердого фарфора - около 1200 °С), после чего оксид углерода СО не сможет свободно проникать в материал изделия. Хотя содержание оксида железа в фарфоровых массах не превышает 1-2%, восстановительный процесс продолжается 3-5 ч (в туннельной печи) вследствие малого (слабого) газообмена в мелкопористом материале.

Восстановительные условия создаются увеличением концентрации оксида углерода в продуктах горения топлива (до 3- 4 %) за счет регуляции подачи воздуха в горелки при температуре 900-1250 °С. Увеличение содержания СО нежелательно, так как при этом в продуктах горения образуется сажа, которая осаждается на изделиях. При ее выгорании на поверхности глазури возможно, появление такого дефекта, как наколы.

В восстановительной газовой среде идет не только восстановление оксида железа (III), но и восстановление сульфатов кальция и натрия, присутствующих в глинистых компонентах массы, до сульфидов и сульфитов, которые диссоциируют с выделением газообразных продуктов при температуре ниже температуры расплавления полевого шпата. Выделение газообразных продуктов до закрытия пор способствует получению бездефектного (без вздутий) фарфора.

В этот период в массе интенсивно развивается стекловидная фаза, постепенно закрывающая капилляры и поры в материале, что сопровождается интенсивной усадкой изделий. Увеличение количества стекловидной фазы происходит за счет плавления полевого шпата. На этом этапе в массе также зарождаются нитевидные кристаллы муллита и начинается расплавление глазури.