3.4. Формування виробів

В технології кераміки використовують три головні способи формування виробів: напівсухий (при вологості маси 6-8 %), пластичний (20 %) і шлікерний (31-33 %).

Напівсухе пресування використовують для формування виробів простої конфігурації (плитки, рідше цегла, черепиця). При цьому прес-порошок подають між два штампи, які зближуючись

с творюють тиск і спресовують засипану у прес-форму масу. На початку стискання повітря, що міститься у прес-порошку частково витісняється назовні через щілини між штампом і прес-формою. Подальше заглиблення штампів у прес-форму призводить до того, що решта повітря під великим тиском запресовується всередині виробу. Коли штампи відходять і напруження стиску знімаються у внутрішніх шарах виробу, за рахунок розширення повітря, виникають напруження розширення, які можуть спричинити руйнування виробу. Щоби уникнути цього і зменшити величину розширних напружень пресування здійснюють

у дві стадії. На першій стадії між штампами створюється невеликий тиск, що дорівнює приблизно 15 % від максимального і виріб лише частково ущільнюється. Після цього верхній штамп злегка відходить, що дає можливість вийти надлишку повітря. На другій стадії штампи знову зближуються, створюючи максимальне зусилля пресування. При формуванні плиток для підлоги питомий тиск пресування складає приблизно 35 МПа, фасадних плиток - 25 МПа, личкувальних плиток - 15 МПа.

Зерна прес-порошку мають округлу кулеподібну форму. Під час пресування при таких великих тисках вони руйнуються (невеликі зерна лише частково) і маса “склеюється” між собою за рахунок вмісту 6 % вологи. Щільність спресування черепка головно залежить від тиску і вологості порошку. Чим тиск і вологість більші тим сирівець сильніше спресовується (ущільнюється), що обумовлює менше водопоглинання виробу після випалу. Пересушений порошок, а також порошок який має велику кількість пилеподібних фракцій сприяє утворенню браку “розшарування”, який полягає в тому, що запресоване повітря після зняття навантаження розриває виріб на дві половини. Це обумовлено тим, що пилеподібні частинки мають більшу питому поверхню, а отже захоплюють в масу більше повітря, а пересушений порошок не забезпечує необхідної міцності відпресованого сирівцю.

Для пластичного способу формування масу готують за пластичною схемою: розрихлювач - валки грубого розмелювання - валки тонкого розмелювання (бігуни) - двовальний змішувач - валки тонкого розмелювання (або каскад валків коли в сировині багато грубозернистих включень) - шихтозапасник - прес.

В шихтозапаснику під час вилежування (7-14 діб) спостерігається часткове збільшення пластичності маси, а отже покращення її формувальних властивостей. Це відбувається за рахунок того, що волога маси “розклинює” глинисті частинки і диспергує їх. Збільшити пластичність маси можна також:

- виморожуванням (замерзання води посилює розклинюючу дію);

- введенням 10-30 % більш пластичної глини (3-5 % бентоніту) або 0,1-1 % пластифікаторів (органічні додатки);

- вакуумуванням (бульбашки повітря в масі діють як опіснювач);

- зволоженням маси у двовальному змішувачі горячою парою замість води.

Формують вироби при вологості маси 202 % на шнекових пресах. Ця вологість забезпечує оптимальні формувальні властивості маси. Преса можуть бути з вакуумкамерою або без неї. Шнек пресу штовхає пластичну масу до виходу, де за рахунок звуження виникає невелике зусилля пресування (0,5-3 МПа). Виріб формується за рахунок мундштука. Брус маси, що виходить з нього повністю повторює його конфігурацію. За мундштуком стальна туго натягнена струна через певні невеликі відрізки часу розрізає брус на окремі вироби (цеглини, трубки тощо). Для формування порожнистих виробів в середину мундштука вмонтовують стальні чи керамічні деталі, які називають кернами. В перерізі форма мундштука може бути прямокутна (цегла), кругла (трубка), шести- або восьмигранна (дренажна трубка), з профілем черепиці. Повнотілі вироби можна формувати при відносно невеликій пластичності маси (число пластичності 8-12). Для формування порожнистих виробів пластичність маси повинна бути вищою (число пластичності 15-18).

Цим методом формують вироби простої конфігурації: цегла, труби, тарілочки, горнятка без вушок тощо. Він простий, надійний, дешевий, в порівнянні з іншими методами не вимагає великих енергозатрат.

При виробництві продукції до якої ставляться підвищені вимоги за якістю (фарфор, електрофарфор, кислототриви тощо) для пластичного формування масу можуть готувати за мокрою (шлікерною) технологією. При цьому, сировинний шлікер отриманий у кульових млинах, подають на фільтрпрес, який видаляючи значну частину вологи перетворює його на пластичну масу. З фільтрпресу масу подають на переминання, (вакуумування), вилежування і лише після цього на формування.

Шлікерний спосіб формування передбачає використання рідкотекучих мас при їх мінімальній вологості, яка не повинна перевищувати 31-33 %. Початково сировинні компоненти розмелюють в кульових млинах при відносно високій вологості 40-45 %. На цьому етапі відбувається тонке розмелювання технологічних додатків з глиною і їх гомогенізація. Після цього сировинний шлікер доводять до необхідної вологості. Для цього використовують два методи:

1) масу зневоднюють на фільтрпресі до вологості 20-24 % після чого отримані пластичні коржі розпускають у воді в басейнах з пропелерною мішалкою;

2) в басейн з пропелерною мішалкою, де перемішується сировинний шлікер високої вологості повільно досипають сухий подрібнений каолін і таким чином зменшують вологість шлікеру до заданої.

Для покращення реологічних (ливарних) властивостей шлікеру його доцільно близько двох діб витримувати в басейні з включеною пропелерною мішалкою. Приготований шлікер заливають у гіпсові форми. За рахунок великої пористості гіпс всмоктує вологу із шлікеру і на його поверхні шар за шаром осідають тверді зневоднені частинки маси точно повторюючи конфігурацію форми. Через деякий час надлишок шлікеру зливають, а відливку ще деякий період витримують у формі. Вийняти виріб із форми відразу після відливки неможливо, оскільки він ще не має достатньої міцності. Під час вистоювання форма “відсмоктує” ще невелику частину вологи і відливка набирає деякої мінімальної міцності, так що її уже можна обережно вийняти з форми.

В технології кераміки існує дві різновидності шлікерного методу формування:

1) Зливний спосіб при якому шлікер заливають у форму, певний час його витримують після чого надлишок шлікеру зливають. Відлитий виріб ще трохи витримують у формі після чого виймають. При цьому методі відбувається набирання виробу з однієї поверхні. Товщина відливки залежить від часу витримування шлікеру у формі.

2) Наливний спосіб передбачає використання складних розбірних форм. Шлікер заливають в середину форми через ливникову надставку з тим щоби в надставці завжди був надлишок шлікеру. Під час набирання черепка, за рахунок всмоктування матеріалом форми вологи, кількість шлікеру всередині форми зменшується і чергові порції шлікеру поступають з ливникової надставки. При необхідності в ливникову надставку можна доливати шлікер. Конструкція форми забезпечує набирання виробу з обох поверхонь.

До найважливіших реологічних (ливарних) властивостей шлікеру належить:

1) Текучість (тобто невелика його в’язкість), яку виражають у секундах як час витікання 100 мл шлікеру через отвір діаметром 6 мм. Ливарний шлікер повинен мати добру текучість (мінімальний час витікання) при якомога меншій вологості (7-10 с при вологості 31-33 %).

2) Коефіцієнт загуснення шлікеру, який визначають як відношення текучості після витримки шлікеру протягом 30 хвилин до текучості через 30 секунд після його перемішування. Цей коефіцієнт показує величину наростання в’язкості шлікеру при його витримуванні у стані спокою. Для високоякісних тонкокерамічних шлікерів він не повинен перевищувати 2,0-2,2.

3) Швидкість набирання черепка, яку визначають кількістю (абсолютно сухої) маси, що відкладається на одиниці площі форми за одиницю часу. Під час набирання маси найбільший опір процесу водовіддачі шлікеру створює вже набраний шар, внаслідок чого швидкість набирання з часом сповільнюється. Швидкість набирання черепка залежить від:

- Вологості шлікеру. Зменшення вологості зменшує кількість води, яку необхідно видалити із шлікеру а отже збільшує швидкість набирання.

- Кількості електроліту. Надто багато електролітів сповільнює набирання черепка тому в деяких випадках рекомендують дещо зменшити вміст електролітів, навіть незважаючи на погіршення текучості, оскільки це дозволить збільшити водовіддачу шлікеру.

- Дисперсності шлікеру. Грубозернисті зерна покращують фільтрацію шлікеру тому в склад шлікерних мас вводять каоліни, які характеризуються наявністю грубодисперсних частинок. Це також дозволяє збільшити міцність відливки.

- Температури. Для значного пришвидшення водовіддачі шлікер і форму підігрівають приблизно до 35-40 ^оС. Проте підвищення температури більше 45 ^оС не допускається, оскільки це призведе до зворотного ефекту.

- Стану гіпсової форми. Спрацьовані і вологі форми не можуть забезпечити необхідної швидкості набирання черепка. Пори спрацьованих форм забруднені тонкодисперсними частинками маси і відкладеними у них водорозчинними солями і електролітами.

Також ливарні властивості шлікеру можна покращити при його приготуванні за так званим “пресовим методом”, тобто зневодненням сировинного шлікеру на фільтрпресі з подальшим розпуском пластичної маси у воді.

Метод шлікерного литва використовують для формування виробів складної конфігурації, які неможливо відформувати жодним іншим способом (умивальники, унітази, чайники, художні вироби, скульптури тощо).