КЕРАМИКАЛЫҚ МАТЕРИАЛДАРДЫҢ ПАЙДА БОЛУЫ ЖӘНЕ ӨНДІРІСТЕРІНІҢ ДАМУЫНЫҢ ТАРИХИ МӘЛІМЕТТЕРІ.


Керамика ежелгі уақыттан бері белгілі және мүмкін адам баласының ең бірінші жасаған материалы шығар. Керамиканың пайда болуы адам баласының тұрақты өмір сүру салтымен байланысты, сондықтан ол тоқылған корзиналардан кешірек болды. Керамиканың бірінші үлгілері жоғары палеолит (гравет мәдениет) эпохасына жатады. Мезолит мәдениеттерінде керамика үнемі пайдаланылмаған, яғни кейін пайда болған; жаңадан жаңартылған үлгілері бұл Жапонияда дземон мәдениетіне белгілі. Неолитте керамика барлық археологиялық мәдениетінің атрибуты болып табылады.

Бастапқы кезде керамиканың қолмен формалаған. Үшінші мыңжылдықта құмырашының доңғалақ өнертабысы (кешкі энеолит —  ертерек қола ғасыры), айтарлықтай жеделдету және қалыптау өнімдерін процесін жеңілдетті. Американың колумбиялыққа денгі  мәдениеттернде үнді қыш еуропалықтардың келулеріне дейін дөңгелексіз жасалды.

Керамиканың кейбір түрлері шикізат қасиеттеріне және алынатын өңдеу жағдайларына байланысты, өндірістік процестерді біртіндеп жетілдіру арқылы қалыптасқан.

Керамиканың ең ескі түрлері — әртүрлі ыдыстар, сонымен бірге шыбық, тоқу кезінде қолданылатын салмақтар және т.б.осы тұрмыстық техника әртүрлі тәсілдермен әшекеәленген — рельеф штамп, сызу, элементтерді жапсыру арқылы жасалынған. Күйдіру тәсіліне байланысты ыдыстардың түсі әртүрлі болатын. Оларды лощит етуге, бояуға немесе орнамент дағын салуға немесе  жылтыр қабаты (грек және рим керамика Terra sigillata) қамтитын әшекейлермен, түрлі-түсті глазурь («gafnerkeramika» Ренессанс) бояуға мүмкіндік болған.

Еуропада XVI ғасырдың соңына қарай (сондай-ақ, тегіне байланысты көбінесе фаянс деп аталатын) майолик пайда болды. Темір және әк құрамында кеуекті черепогімен, бірақ ақ фаянс массасы бар, ол екі глазурьмен жабылған болатын: қалайы мөлшері жоғары - мөлдір емес,  және жылтыр қорғасын құймасымен (глазурью) - мөлдір.

Бұйымдарды жуықтап 1000 °C да күйдіру алдында кептірілмеген глазурь үстінде  майолик бетіне декормен жазған. Жазуға арналған бояулардың химиялық құрамы глазурмен бірдей болған, бірақ олардың көп мөлшері (отқа төзімді бояу деп аталатын - көк, жасыл, сары және күлгін) жоғары температураға төзімді металдар тотығы болған. XVIII ғасырдан бастап, алдын-ала күйдірілген глазурь бетіне қолданатын муфельді бояулар қолдана бастады.  Олар фарфор бетіне жазу үшін де пайдаланылады.

XVI ғасырда Германияда тас қыш ыдыстарды өндіру кеңінен таралды. Ақ (мысалы, Зигбургта) немесе түрлі-түсті (мысалы, Ререне де) өте тығыз құмыра далалық шпат және басқа да заттармен араласқан балшықтан болды. 1200-1280 °C температурада күйдіргеннен кейін тасты қыша қатты және айтарлықтай кеуекті емес бола бастады. Голландияда, Қытай керамика үлгісімен қызыл тасты қыша заттарды өндіреді.

Тасты керамика сондай – ақ Веджвудпен Англияда да жасалынған. Сондай-ақ, жұқа фаянс қыша керамиканың ерекше түрі ретінде ақ кеуекті черепогі бар ақ глазурьмен қапталған XVIII ғасырдың бірінші жартысында Англияда пайда болды. Фаянс черепогінің қаттылығына байланысты, әк құрамы жоғары  жұмсақ жұқа қыша, әк құрамы төмендеу — орта, және әк құрамы жоқ – қатты деп бөлінеді. Соңғысы, құрамы және қаттылығы бойынша тас керамикаға немесес фарфорға келеді.

 Керамикалық материалдар мен бұйымдардың негізгі түрлері

Қалыптастыру, кептіру және кейін қыздыру арқылы бейорганикалық және органикалық қоспалармен табиғи саздан жасалған жасанды тас материалдарды керамикалық деп атайды. Керамикалық материалдар өндіру — көне және ең көп таралған, ол б.з.д. бірнеше мыңжылдықтар бұрын пайда болды.

Керамикалық материалдарының жағымды қасиеттері болып жоғары беріктік, ұзақ жұмыс жасайтыны, жоғары теплотехникалық қасиеттері, дайындау жеңілдігі, сонымен бірге оларды өндіруге арналған шикізаттың жаппай таралғаны табылады. Жағымсыз қасиеттеріне олардың  сыңғыштығы, салыстырмалы түрде жоғары көлемдік салмағы және керамикалық материалдардың бөлігінің шағын мөлшерінен өнеркәсіптігі емес жатады.

 Керамикалық материалдарды өндірудің технологиясы

Керамикалық плиткалардың технологиялық схемасы мынадай фазаларды  қамтиды:

1.                Шликер (қаймақ тәрізді құйма) дайындау;

2.                Бұйымдарды формалау;

3.                Кептіру;

4.                Глазурь дайындау және глазурьмен бояу (эмальдау);

5.                Күйдіру.

Керамикалық массалар үшін шикізат пластикалық ( саз және каолин ) және  пластикалық емес деп бөлінеді. Шамот және кварц қоспалар бұйымдардың шөгуін және жарылу мүмкіндігін формалау сатысында азайтады. Шыны түзушілер  ретінде қорғасын суригін, бураны пайдаланады.

 Шликер дайындау

Шликер дайындау үш фазада жүреді:

1. Бірінші фаза: далалық шпатты және құмды ұнтақтау (ұнтақтау 10 – 12 сағат аралығында жүреді);

2. Бірінші фазаға саз қосылады;

3. Екінші фазаға каолин қосылады. Дайын шликер сыйымдылықтарға құйылып, кейін қандай да бір уақыт сақталынады.

Шикізат қоймасынан қабылдаушы бункерлерге тасымалдау үшін көлік (погрузчик) көмегімен жүргізіледі. Одан конвейер арқылы шарлы диірменге (ұсақтау үшін) немесе турбоеріткіш құбырларына (саз және каолин таратылу үшін) жіберіледі.

Глазурь дайындау үшін бөлме

Глазурь  — қыша черепок бетінде  қабат қалыңдығы 0,12 — 0,40 мм балқытылған жылтыр қорытпалар. Глазурь черепок өнімін тығыз және тегіс қабатмен жабу үшін, сонымен бірге тығыз черепогімен бұйымдарға жоғары беріктік және сыртқы пішіні тартымды, механикалық және химиялық әсерлерінен қорғау және диэлектрлік қасиеттерін қамтамасыз ету үшін қолданылады.

Глазурь құрамына жұқа ұсақталған цирконий, бор, ақ (белила) кіреді. Технолог анықтаған  контейнерлердің біріне дайын глазурь құймасын жүктейді. Өндіру барысында ақаулар пайда болмауы керек болғандықтан металл қоспаларын бөліп алу қажет, ол үшін вибросита және магнит ұстағыштардан бірнеше рет өткізеді. Құрамына желім қосып глазурді технологиялық желісіне жібереді.

 Форалау

Қалыптастыру алдында шликерді контейнерлердің біріне енгізеді. Үш контейнер белгілі бір стенд үшін (күніне бір рет астырылып) кезекпен қолданылады. Алдыңғы қалыптаудан кейінгі шликер қалдықтарынан формалу ыдысын алдын ала тазартады, шликер суымен өңдейді және кептіреді.

Кептірілген формаларға шликерді құяды. Формалар 80 құймаға есептелінеген. Формалау кезінде құйю тәсілі қолданылады. Қалыптастыру ыдысы судың бөлігін өзіне сіңіреді, сондықтан шликер көлемі азаяды. Форманың ішіне қажетті көлемді сақтау үшін шликер қосады.

Бұйымдар қатайғаннан кейін кептіріледі, және бірінші реттік бұйымдардың пайдасаздығын (сызаттар, деформация) анықтау жүргізіледі.

Бұйымдарды қолмен өңдеу

Күйдіру ден кейін сортировка жасайды: бірі-біріне ұқсас бұйымдар топқа бөледі, дефект барын анықтайды.

Қалыптастырудан кейін бұйымдар қолмен өңдейтін цехна жіберіледі.

Глазурлегеннен кейін бұйымдар пешке күйдірілуге барады. Пеш алдын-ала кептірлу, шаңсыздандыру және үрлеу камераларының модулімен  комплектация жасалынды. Термиялық өңдеу 1230 0С жүргізіледі, пештің ұзындығы 89 метрге жуық болады. Вагонетканы тиеу және түсіру кезінің цикл шамамен бір жарым күн алады. Бұйымдардың күйдіруі пеште бір тәулікке жақын болады.

Егер табылған дефектлері жоюға мүмкін болса онда әрі қарай өңдеуге реставрация бөліміне жұмсалады. Егер жөндеуге болмай жатса, онда оны пайдасы жоқ деп жояды.

Керамикалық материалдар мен бұйымдарды жіктеу

Жіктеу негізінде күйдірілген материалдың мақсаты, құрылымы және бастапқы  шикізат сапасы қойылды. Керамикалық материалдар мен бұйымдар мақсаты бойынша қабырғалы (кірпіш, тас, қуыс); шатыр (черепица); жылу оқшаулау (керамзит , aглопорит);  қаптауға арналғандар (тақтайшалар, кірпіш, тастар); құбыр (канализация, дренаж); санитарлық-техникалық (қолжуғыштар, раковиналар және т.б.); еден үшін (плиткалар);  жол ( клинкер ); отқа және қышқылға төзімді өнімдері деп бөлінеді

Черепоктарды күйдіргеннен кейін құрылымы бойынша барлық керамикалық құрылыс материалдар саңылаулы және тығыз деп бөледі. Саңылаулы материалдар су сіңіруі 5% және одан да жоғары, ал тығыз — 5% тен кем деп сипаттайды.

Керамикалық бұйымдар глазурленген немесе глазуленбеген болуы мүмкін. Глазурлер бұйымдарға сырткы әсерлерге берік болуға, су өткізбейтін болады және жоғары декоративті сапасын береді. Бастапқы  шикізат сапасы бойынша керамикалық матеиалдарды және бұйымдарды күрделі, жұқа және отқа төзімді деп бөледі.

Керамика өндірісінің шикізаты

Керамикадан жасалыналатын бұйымдар үшін қолданылатын шикізат материалдарын екі топқа бөледі: сазды (иілгіш) және иілгіш емес. Ілгіш материалдар (саз, каолин) — негізгі шикізат. Иілгіш емес материалдарды технологиялық процесі барысында роліне байланысты бөледі: сарқып алатын және флюстар (батпақтар).

Сарқып алатын материалдарды қоспаға кептіру және күйдіру кезінде отырып қалмасы, сонымен бірге дайындау процесі барысында бұйымдардың формаларын сақтау керек, кептурі және күйдіру процесін жеңілдету мен тездету үшін енгізеді. Керамикалық бұйымдарды өндіру барысында сарқып алатын материалдар ретінде кварцты топырақ, шамот және тағы басқа материалдарды (шлак, күл және т.б) қолданады.

Флюстар (батпақтар) күйдіру барысында керамикалық черепоктардың агломерациялануын жақсартады, бұйымдарды күйдіру температурасын төмендетеді. Бұйымдарды кептіру процеінде батпақтар сарқытып алатын материалдардың ролін атқарады. Батпақтар ретінде керамикалық бұйымдарды жасаған кезде дала шпатын, пегматиттарды, нефелин концентраттарын, перлиттерді, шыны сынықтарын енгізеді.

Саздың негізгі сипаттамалары

Қерамикалық бұйымдарды дайындау кезінде шығу тегі минералды шикізаттарды – каолинде, сазбалшықтар, кварц, әк тас, дала шпаттарын және т.б. қолданады. Керамикалық бұйымдарды өндірсінде ең ежелгі және негізгі шикзат болып саз табылады.

Саз – жалпы химиялық формуласы n Al2O3 • mSiO2 • zH2O гидроалюмосиликаттардан тұратын шөгінді тау жыныстары. Сазды материалдардың бөлшектерінің мөлшері аз (0,01–10 мкм) болады және формасы негізінде пластинка тәрізді. Олар химиялық құрылымына  тек қана суды (химически байланысты су)  қосып алуға қабілетті емес, сонымен бірге оны бөлшектер маңайыда жұқа қабатты қабықша түрінде (физикалық байланысты су) ұстап тұруға да қабілеті бар. Сазды суландырғанда су минералдың қабат арасындағы кеңістігіне кіреді және оның қабаттары бір-біріне қатысты жеңіл ығысуға мүмкіндік алады. Саздың ең маңызды қасиеттерінің бірі – иілгіштігі осымен ұғындырылады. Қазіргі кезде белгілі келесі сазды материалдар: каолинит, монтмориллонит, галлуазит и иллит (гидрослюда), олар барлық саздардың түрілерінің минералды құрамын анықтайды.

Саздардың химиялық құрамдары кең аралықта өзгеріп отырады және минералды құрамы мен қоспалардың болуына тәуелді болады. Саздардың негізгі компоненттері болып крмнезем SiO2, глинозем Al2O3, сілті және жер сілтілік металдардың тотығы K2O, Na2O, CaO, MgO, Fe мен Ti тотықтары табылады. Химиялық анализдеу негізінде қандай да бір өндірістерде саздың қолдануға болады болмайтынын білуге болады, бірақ саз құрамында тек қана сазды минералдар ғана болмайды және әдеттегідей құрамында кварц, дала шпаты, карбонаттар, темір тотықтары, слюдалар, сонымен бірге органикалық қосылыстар болады. Сойтіп, сапасы жоғары (тазартылған) каолинде болады (%): каолинит – 85–90, кварц – 7–10, дала шпаты – 3–5. Кәдімгі полимерлы қыша балшық құрамында (%) болады: сазды минералдар – 45–60, кварц – 25–35, карбонаттар – 2–8. Балшық құрамында органикалық қоспалар 3-4 тен 18-20 % -ға дейін ауытқиды.

Глинозем Al2O3 құрамы негізінде саздың отқа төзімділік дәрежесін анықталады; сойтіп, отқа төзімді керамикалық бұйымдарды жасау үшін  Al2O3 мөлшері 28% -ден кем емес сазды қолданады. Керісінше калий, натрий тотықтары күшті балқитын балшықтар болып табылады және отқа төзімді саздар құрамында 2% -тен жоғары болмауы керек. Саз құрамында Fe2O3 және TiO2 2% -тен жоғарлығы күйдіруден кейін саздың түсі қызғылтым болатынын білдіреді, ал 5% -тен жоғарлығы – қара-қызыл түс беретінін. Күйдіру температурасы 1000 0С жоғары кезде CaO және MgO  күшті сазды балыштар болып табылады; осы компоненттерді фарфор өндірісінде қолдануға болмайды, ойткені олар фарфорлы массаның өзгеруінің қабілетін жоғарлатады.

Иілгіштік деп суға араластырған кезде қамыр түзетін, кез келген пішін (форма) қабылдайтын, сыртқы күштердің әсерінен қандай да бір форма алып және одан әрі өңдеу (кептіру және күйдіру) барысында оны сақтау қабілеті бар саздың қасиетін айтады. Саздың иілгіш жағдайы нәзік (құрғақ саз) пен ағынды (сазды суспензия) аралық күйлерін сипатталады. Сазды минералдар иілгіштігі құрамында сазбалшығы бар массалардың иілгіш формалау әдісіне негізделген.

Иілгіштігі бойынша табиғи саздар екі негізгі топтарға бөлінеді: жоғары иілгіш болудан тым иілгіш емеске дейін

Күйдірілу бойынша – күйдірілген үлгісінде ашық саңылауларының көлемі – саз балшықтар үш категорияға бөлінеді: қатты күйдірілген, нашар күйдірілген, күйдірілмеген. Күйдірілу жақсы болу үшінсаз құрамына балшық (немесе флюстар) – дала шпаттардың түрі (сілтілік немесе жерсілтілік металдардың алюмосиликаттары) қосады.

Отқа төзімділігі бойынша саздар  үш топқа бөлінеді: жеңіл балқитын, қйын балқитын, отқа төзімді.

Кептіруге сезімталдығы бойынша сызатсыз мәжбүрлі кептіру  мүмкіндігі - саз үш санатқа бөлінеді: жоғары сезімтал, орташа сезімтал, сезімталдығы аз. Бұйымдардың жақсы кебуіне иілгіш емес, сарқып алатын материалдардың қолданылғаны көмек береді. Саз құрамына енгізгені бұйымдардан судың жойылуын жеңілдетіп, олардың сызат түзілу және деформацияға берілу мүмкіндігін азайтады. Сарқып алатын материалдар – кварцты топырақ, дала шпаты, шамот және т.б.

Шамот – дегидратталған (450 °С –дан жоғары температурада күйдірілген) және уатылған саз. Тиісті жабдықтары жоқ шағын өндіріс жағдайында, шамот дайындау үшін отқа төзімды зауыт дайындайтын сазды ұнтақ пайдалануға болады.

Керамика құрылымы

Шикізат құрамына байланысты құрылымы және тығыздық дәрежесі бойынша әртүрлі керамиканың түрлерін алады: фарфор, фаянс, жартылай фарфор, майолик және қыша керамика..

Фарфор  

Фарфор күйе жентектелген (спекшийся), су мен газдар өткізбейтін, жұқа (2,5 мм) қабаттары мөлдір, көкшіл реңді ақ черепок болып табылады. Фарфордың кеуектілігі төмен (су сіңірулігі 0,5%) деңгейінде. Әдетте, әрдайым бұйымдар глазурленеді, бірақ төменгі немесе жоғарғы жиегінде глазурленбеген жерi болады. Фарфордың екі түрі болады: жұмсақ және қатты.

Фосфордың көрсетілген қасиеттері оның құрамын анықтайды. Классикалық қатты фарфор 50% саз материалдар (негізінен каолин) және 25% дала шпаты мен кварцқа қамтиды. Жұмсақ далалық шпатты фарфор құрамында 5-8 % -тен төмен саз материалдар болады, тиісінше, дала шпаты көбірек болады. Жұмсақ сүйек фарфор құрамына далалық шпат орнына 43-50 % сүйек ұны енгізілді. Фарфор үшін әрқашан қйын балқитын дала шпатты глазурь қолданады. Қатты фарфордан  негізінен күнделікті қолданатын ыдыстар өндіреді. Жұмсақ фарфор жоғары эстетикалық қасиеттерімен сипатталады және сыйлық пен мереке өнімдер үшін пайдаланылады.

Фаянс ақ түсті сары реңкті кеуектілігі (9-12 % су сіңіру)  сипатталатын черепок. Бұл жарық өткізбейді және толық глазурімен жабылған. Фаянс сонымен бірге жұмсақ және қатты да болады. Соңғы жылдары қатты фаянстан ыдыс-аяқ  өндіріледі, ал жұмсақ тек пеш тақтайшалар (кафель) өндірісінде қолданылады. Фаянс саз материал (50-55 %), кварц (40-50 %) және дала шпатының төмен құрамымен (5-10 %) ерекшеленеді. Саз материалдардан пайдаланылатын каолин емес, ақ тәрізді күйдірлген саз, осымен фаянс қасиеттері түсіндіреді. Фаянс бұйымдарының глазурлер құрамында  калий, натрий тотықтары және олардың жеңілбақйтындығын жоғарылататын басқа да ингредиенттер болады.

Жартылай фабрикат салыстырмалы жақында өндіріле бастады. Суды сіңіру бойынша ол фарфор мен фаянс (3-8 %) аралығында болады. Жарық өткізбейді, түссіз, мөлдір немесе жартылай мөлдір фарфор сияқты глазурлермен жабылады. Тұрмыстық ыдыс өндіру үшін шектеулі қолданылады. Құрамы бойынша фарфорға жақын, бірақ одан айрмашылығы дала шпатының (9-10 %) аз болуымен. Жартылай бұйымдардың глазурлері фаянстікіне ұқсас. Керамиканың осы түрі әртүрлі болмайды.

Майолик ақ немесе түрлі түсті, кеуекті (су сіңіруі 12-15 %), жарық өткізбейтін қыша болады. Әрқашан десе болады түрлі- түсті, мөлдір немесе сәл мөлдірлігі аз глазурлермен жабылған. Майолик құрамы неғұрлым нақты болып табылады: дала шпаты жоқ, бірақ жеңіл балқйтын саз мөлшері мол (63-68 %-ке дейін), мел (15-20 %), кварцты топырақ (5-17 %), кварцты қалдықтар және т.б. құрамында болады. Жылтыратпалар (глазури) түрлі-түсті боялған, жеңіл балқитын, кейде құрамында қорғасы бар шыны болып табылады. Майоликаның екі түрі болады: фаянсты және қыша (гончарную). Біріншісі қасиеттері бойынша фаянсқа жақын, бірақ түрлі-түсті, , мөлдір, немесе мөлдірлігі аз глазурлермен ерекшеленеді. Қыша майолик қыша керамикасына келеді, бірақ қабырғалара жұқалау, тиянақты өңделген және әшекейленгенімен, ассортименті жоғары ерекшеленеді.

Қыша керамика түрлі-түсті, жиі қызыл-қоңыр түсті, кеуектілігі жоғары (су сіңірулігі 15-18 %) черепогімен ерекшеленеді. Ереже сай, ол толық немесе жартылай түрлі-тісті, мөлдір немесе мөлдірлігі аз глазурмен жабылады. Әртүрлі болмайды.

Осы дәрістің материалдарын оқығаннан кейін білу қажетті негізгі ұғымдар

Керамика, глазурь, шликер, сарқып алатын материалы, флюстар, шамот, фарфор, майолик, фаянс

Өзін-өзі тексеру сұрақтары

1. Керамика деген не, және оның түрлері?

2. Керамикалық бұйымдардың өндірісінің технологиялық схемасы?

3. Керамикалық бұйымдар қандай болуы мүмкін?

4. Керамика өндірісінде шикізат болып не табылады?

5. Ежелгі керамиканың түрлері?