Sušení a vypalování výrobků | Blog

O procesech při sušení

Sušení je důležitým krokem v procesu výroby keramiky. Je velmi důležité, aby produkt zcela a rovnoměrně zaschnul. Vlhkost nově vytvořených výrobků je obvykle 16–22 %, po vysušení by zbytková vlhkost měla být 4–5 %. Při sušení se odstraňuje pouze „volná“ (mezivrstvá) voda, která se nachází v pórech výrobku v prostoru mezi zrny plastu a neplastických minerálů. Část pórů se dostává na povrch výrobku a druhá část je umístěna hluboko ve stěnách, takže „volná“ voda nemůže být během sušení okamžitě odstraněna. Nejprve se z povrchu výrobku odpaří voda a na její místo působením kapilárních sil vzlíná voda z vnitřních vrstev keramické hmoty.

Po odstranění vlhkosti se kapiláry zužují. Happening smrštění výrobků, což u hrnčířských hmot bývá 5-7 %. V tomto případě přechází výrobek do tzv. „kůže tvrdého“ stavu a další smršťování sušením je již nevýznamné. Pokud je vlhkost zvenčí odstraněna příliš rychle, povrchové kapiláry se uzavřou dříve, než se voda z vnitřních vrstev dostane do vnější vrstvy. Voda se může zachycovat ve vnitřních dutinách, což vede k nerovnoměrnému smršťování – „borcení“ a ztrátě tvaru výrobků a také k jejich praskání. K podobnému výsledku může vést také přílišné nebo příliš brzké leštění výrobků.

Stěny produktu mohou mít různé tloušťky a hustoty v závislosti na tlaku vyvíjeném během hnětení a tvarování. Při formování výrobků byste se měli vyhnout situacím, kdy je jedna část výrobku hustší než ostatní. Měli byste se také snažit o stejnou tloušťku stěny a vyhnout se ostrým přechodům a rohům.
Zpravidla platí, že čím více neplastických složek ve hmotě (písek, křemen, šamot), tím rovnoměrnější sušení a menší smršťování výrobků.

Pro rovnoměrnější sušení, zejména velkých výrobků se silnými stěnami, se provádí ve vlhké atmosféře. V malé keramické dílně se výrobky suší přirozeně při teplotě 25-35°C a sušení v tomto případě trvá několik dní. Výrobky jsou umístěny na speciálních regálech, na větraných dřevěných stojanech. Vnější stěny výrobků schnou vždy rychleji než vnitřní.
Pro udržení požadované vlhkosti je často horní část výrobku na chvíli pokryta vlhkým hadrem nebo polyethylenem.

Rychleschnoucí prvky, jako jsou rukojeti, jsou také na určitou dobu zabaleny do vlhkého a/nebo voděodolného materiálu. Aby dno vyschlo rovnoměrněji, jsou výrobky někdy umístěny na sádrovém stojanu. Keramické obklady je lepší sušit na hrubém pletivu nebo speciální podestýlce z jemně mletého křemene. Někdy se sušení výrobků kombinuje s vypalováním ve stejné peci jako vypalování, jako delší předehřívání. V každém případě musí být při zahřátí na 120 – 160°C z výrobků zcela odstraněna veškerá volná voda.
Jak vizuálně zjistit, že je produkt suchý? Sušený produkt je lehčí, lehčí a má menší velikost než surový produkt. Můžete se ho dotknout rukama nebo si ho přiložit na tvář – vysušený produkt bude teplý.

Před vypálením se výrobky umyjí vlhkou houbou zevnitř i zvenčí a v případě potřeby se očistí nástrojem. Ostré rohy by měly být vyhlazeny, aby nedošlo k pozdějšímu odštípnutí glazury.

Vypalování keramických výrobků

Hořící – Jedná se o nejdůležitější a energeticky nejnáročnější technologický proces. Během výpalu prochází keramická hmota řadou fyzikálních a chemických přeměn, které vyvrcholí slinováním. Po vypálení se snižuje pórovitost výrobků, zvyšuje se jejich pevnost a voděodolnost, mění se barva, vzniká dekorativní nátěr. Produkt získává integritu. Glazury jsou přeměněny na skelný, voděodolný nátěr, který slouží nejen k estetickým, ale i hygienickým účelům.

Postup a schéma střelby
Vypalování keramiky může probíhat v jedné nebo několika fázích.
Nejčastěji se používá dvoustupňové schéma střelby:

1 střelba – šrot (meziprodukt). Při prvním výpalu jde o dobře vysušený výrobek, který buď není zdobený vůbec, nebo je částečně zdoben engobou nebo barevnou hlínou. Glazura není zapojena do prvního výpalu. Výsledkem prvního výpalu není hotový výrobek, ale polotovar – šrot, známý také jako střep nebo sušenka, který je potřeba ještě dozdobit glazurou, fluxovou engobou, podglazurovými nebo přeglazurovými barvami, případně kombinací tyto materiály. Teplota výpalu se obvykle volí tak, aby na jedné straně byly dokončeny všechny hlavní fyzikální a chemické procesy spojené s uvolňováním plynných látek a získání určité pevnosti produktu a na druhé straně pórovitost střepu (absorpce vlhkosti) je dostatečná pro kvalitní nanášení glazury a dalších materiálů.

2. výpal – litý nebo glazovaný. Již ozdobený výrobek je umístěn do druhého výpalu. Při vypalování se na jeho povrch fixují glazury a barvy. Teplota litého výpalu zpravidla závisí na teplotě výpalu materiálů použitých k dekoraci.

Ve dvoustupňovém schématu střelby jsou možné dvě možnosti:

1) porcelánové schéma – první výpal při nízké teplotě, druhý při vysoké teplotě. Tento vzor se běžně používá při výrobě porcelánu. Toto pořadí vypalování umožňuje snadno ozdobit výrobek po prvním nízkém vypálení. Zatímco konečnou pevnost, voděodolnost a další užitné vlastnosti výrobek získá již při druhém litém výpalu.
2) schéma vypalování fajáns – první vypalování na vysokou teplotu, druhé na nízkou teplotu. Fajánsové schéma se obvykle používá při vypalování hmot, které si i po vysokém vypálení zachovají dostatečnou pórovitost pro nanášení glazury (fajánsové hmoty). A také v případech, kdy je požadováno zdobení nízkoteplotními glazurami.
Třetí a další výpaly se někdy provádějí pro zajištění obtisků nebo jiného dekorativního nátěru. Tato pražení jsou obvykle krátkodobá a provádějí se při nižších teplotách než dokonce šrotové pražení.

Střelba v jedné fázi je považován za ekonomicky výhodnější, protože vyžaduje méně energie a dalších nákladů – nakládání produktů do pece, náklady na skladování atd. Má však také mnoho nevýhod:
– musíte ozdobit výrobek, který nemá sílu šrotu, což vyžaduje zvláštní péči při práci;
— zasklení máčením je prakticky vyloučeno (a to je nejekonomičtější způsob);
– zasklení vnitřních a vnějších částí výrobků musí být prováděno s velkou přestávkou;
— pro fixaci glazury nebo jiného dekoru na výrobku je vyžadováno použití přísad;
— nevhodné pro nízkoteplotní lazury a barvy.

Spalování v jedné fázi je výhodné:
— s velkými objemy výroby, kdy je technologické schéma dobře vyvinuto a je plánováno určité procento vad;
— když není vyžadována složitá dekorace a časově náročná ruční práce;
— když je alespoň část glazury aplikována stříkáním;
– při použití glazur s krátkým intervalem tavení;
– při použití vysokoteplotních glazur, jejichž doba tání se shoduje s dobou slinování střepu.

Každý má tedy právo zvolit si schéma vypalování, které je vhodnější pro materiály a pracovní podmínky, které má k dispozici.

Teplota výpalu a hlavní procesy

Moderní pece na vypalování keramiky mohou poskytnout poměrně rychlý ohřev na nejvyšší teploty, ale rychlost ohřevu pece je omezena rychlostí fyzikálních a chemických procesů, které přeměňují surový keramický materiál na odolný keramický produkt. Tyto procesy probíhají v pevné fázi a vyžadují určitý čas pro jejich úplné dokončení. Obecně lze celý proces vypalování keramiky rozdělit do několika teplotních intervalů.

25–200 °C – produkty se pomalu zahřívají, přičemž se odstraňuje mezivrstva a částečně adsorbovaná (vázaná) voda. Během tohoto období se mohou objevit všechny nedostatky a chybné výpočty provedené dříve při sušení – jedná se o vzduchové bubliny a jiné nehomogenity zůstávající při hnětení hmoty, nedostatečně rovnoměrné sušení, nadměrné vyhlazování povrchu výrobků, což ztěžuje pronikání plynů. uniknout atd. V této fázi je velmi důležité rovnoměrné zahřívání produktů. Rychlost ohřevu se volí v závislosti na celkovém prostoru pece, stupni zatížení, velikosti a tloušťce výrobků. Velké a silné kusy by se neměly ohřívat příliš rychle. Na druhou stranu příliš pomalé zahřívání v této fázi může vést k „napařovacímu“ efektu, kdy na povrchu výrobků kondenzují ve vodě rozpustné soli, které následně mohou způsobit skvrny a „vyblednutí“ glazury. V průměru je rychlost nárůstu teploty v této oblasti 75-100°C/hod.

200-400 ° C – je dokončeno odstraňování vázané vody a dochází ke spalování většiny organických látek obsažených ve hmotách. Mohou to být přírodní organické nečistoty, ale i různé organické přísady a materiály. Spalování některých adhezivních přísad je možné až do 600-700°C. Rychlost nárůstu teploty v této oblasti je také v průměru 100 °C/hod. Při teplotě 400°C se doporučuje vydržet 15-20 minut, aby se odstranily uvolněné plyny a vyrovnala se teplota v prostoru pece. Během této doby by měly být zátky otevřené a atmosféra v peci by měla být převážně oxidační.

400-600 ° C – začíná dehydratace jílových minerálů a uvolňování chemicky vázané vody vstupující do jejich krystalové mřížky. Odstranění “krystalizační vody” není obvykle obtížné, ale destrukce jílových minerálů v tomto období může způsobit místní pnutí ve střepu.

Оasi 573°С dochází k fázovému přechodu křemene z β na formu α s vyšší teplotou. Tento proces je doprovázen objemovými změnami, což způsobuje dodatečné napětí ve střepu. V tomto období byste proto neměli zvyšovat teplotu v troubě příliš rychle – maximálně 100°C/hod. Při 600°C je také vhodné vydržet 20-30 minut.

600-800 ° C – během tohoto období má střep sníženou pevnost, protože většina jílových minerálů je v této době již rozložena a proces slinování ještě není ukončen. Nové minerály se ještě nevytvořily a neexistuje ani kapalná fáze. Adhezní síly mezi částicemi jsou oslabeny, takže teplota v peci by měla být zvýšena dostatečně rychle na 130-150°C/hod. Jakékoli zastavení vytápění během této doby je nežádoucí.

800-1000 ° C – začíná proces slinování keramické hmoty v závislosti na složení hmoty. Společné je dokončení rozkladu jílových minerálů, jejich rekrystalizace a interakce s ostatními složkami hmoty. Při slinování dochází k difúznímu přenosu hmoty, chemické interakci složek a tvorbě nových minerálů. Tyto procesy mohou nastat s uvolňováním plynných látek. Pokud nedojde k ukončení uvolňování těkavých látek při prvním výpalu odpadu, pak může pokračovat v následném výpalu vodou a způsobit defekty v nátěru glazury – propíchnutí, krátery, bubliny atd.
Během této doby výpalu uhličitany vápenaté CaCO3 a hořčík MgCO3 aktivně interagují s produkty rozkladu jílových minerálů – amorfního oxidu křemičitého SiO2 a oxidu hlinitého Al2O3. K těmto reakcím dochází při uvolňování oxidu uhličitého CO2. Některé oxidy barviv – mangan MnO2, měď CuO, železo Fe2O3 – se při výpalu rozkládají a uvolňují kyslík O2. Pokud keramické hmoty obsahují velké množství těchto složek – např. uhličitany > 16-20 % nebo oxid manganu MnO2 > 9 %, pak by se měl harmonogram vypalování pro takové hmoty poněkud prodloužit, zejména v období uvolňování těkavých látek. Rychlost vypalování během tohoto teplotního období by neměla překročit 75-100°C/hod.

Konečná teplota vypalování a doba výdrže se volí v závislosti na složení hmoty a na tom, jakou poréznost je třeba dosáhnout v mezistupni. Je důležité si uvědomit, že uhličitany jsou tavidla. Proto přepálení hmoty obsahující uhličitany nad určitou teplotu může mít za následek přebytek taveniny ve střepu a v důsledku toho přebytek sklovité fáze a nízkou poréznost. Proto je třeba u hmot obsahujících uhličitany zvláště pečlivě dodržovat harmonogram vypalování.

Vysokoteplotní „kamenné“ hmoty a hmoty se šamotem se pálí podle kameninového schématu, pokud jsou určeny ke zdobení tavnými glazurami. Tyto hmoty se obvykle slinují v širokém teplotním rozsahu, který končí dobou výdrže 20-30 minut při konečné teplotě. Rychlost vypalování takových hmot je vyšší než teplota 600 °C, obvykle 130-150 °C/hod. Pokud mají být vysokoteplotní hmoty glazovány vysokoteplotními glazurami, používá se schéma vypalování porcelánu. V tomto případě se první výpal odpadu obvykle provádí při teplotě 1000°C.

Chlazení

Doba chlazení v malých dílnách obvykle není regulována. Trouba se po vypnutí přirozeně ochladí. Ale v tomto procesu existují určité nuance. Nevynucujte chlazení ani neotevírejte troubu předčasně. Vychlazení trouby obvykle trvá stejně dlouho jako zahřátí. Důležité je zejména provádět pomalé chlazení keramických hmot s vysokým obsahem křemene – kamenné hmoty, porcelán. To je způsobeno tím, že během ochlazování kolem teplot 573 °C a 230 °C se vysokoteplotní formy křemene přeměňují na nízkoteplotní krystalické formy s výraznou změnou objemu, což může způsobit lokální pnutí v chladícího střepu a způsobit skryté vady, až zničení výrobků. Nedoporučuje se otevírat troubu, dokud teplota neklesne na 160°C.
Na druhou stranu příliš pomalé ochlazování pece při teplotách pod 700 °C, například kvůli špatnému větrání v místnosti, kde jsou pece umístěny, může způsobit nežádoucí krystalizaci, zakalení nebo změnu barvy glazury.

Článek připravily zaměstnanci společnosti: konzultační technolog Olga Anatolyevna Khleborodova a vedoucí vzdělávacího a metodického oddělení Oksana Aleksandrovna Kondrashina.