CC BY
200
ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
УДК 620.22
В.А. Пименов, Е.Г. Лапо, Ю.Н. Мансуров
ПИМЕНОВ ВАДИМ АЛЕКСАНДРОВИЧ - аспирант кафедры материаловедения и технологий материалов Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: melki3333@mail.ru
ЛАПО ЕВГЕНИЙ ГЕННАДИЕВИЧ - доцент кафедры материаловедения и технологий материалов Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: Lapo_e@mail.ru
МАНСУРОВ ЮЛБАРСХОН НАБИЕВИЧ - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой материаловедения и технологии материалов Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail:yuilbarsmans@gmail.ru
Разработка технологии изготовления керамического панно
Представлен процесс изготовления керамического панно по авторской технологии, отличающийся от традиционных способов составом керамической массы.
Ключевые слова керамическая масса, бумажная глина, декорирование, оксиды металлов, глазурь, декоративный обжиг, панно.
Сегодня во многих странах керамические панно традиционно используют для художественной отделки стен холлов, конференц-залов, фойе, и т.п. Традиция украшать дома внутри и снаружи ярким керамическим панно (азулейжу) определяет национальную самобытность Италии, Испании, Греции, Португалии, Бразилии и других стран. Обрамление стен керамическими панно известно со II в. до н.э., эпохи династии Хань [9]. С этого времени технология панно эволюционировала от глазурованного кирпича, которым отделывали вавилонские храмы и дворцы, затем керамической плитки (символика ее орнамента менялась в разных странах) [10] и до современных разнообразных подобных керамических изделий. Технология даже самых первых изделий, глазурованных кирпичей, была на довольно высоком уровне: толщина глазури, например, превышала 10 мм, это делало кирпичи необычайно прочными. В целом же оригинальная технология в том виде, в каком ее знаем мы, появилась в древнеиранских государствах [9]. Технология изготовления и функции изделий несколько различались: если в Италии XI в. в керамической плитке видели широкие возможности для создания целых произведений искусства и основной упор делался на изящность, то в Испании стремились к достижению высокой прочности. Но и в Испании, и в Италии керамическая плитка в основном использовалась для отделки храмов, так как керамика уже тогда была долговечна, обладала хорошими эксплуатационными свойствами [11, 12].
В целом же опыт мастеров прошлого и современности показывает, что в разработке технологий они учитывали, что керамические панно является не только украшением жилых и
© Пименов В.А., Лапо Е.Г., Мансуров Ю.Н., 2014
нежилых помещений, но может выполнять функцию укрепления несущей стены, защиты строительных материалов от влаги и эрозии, межкомнатным изолятором, средством звуко- и шумопоглощения. Технологии изготовления панно для тех или иных целей актуальная задача и сегодня.
При создании своего панно (в рамках коммерческого заказа) мы исходили из того, что нам необходимо разработать приемлемую технологию из доступной керамики, при этом выполнив пожелания заказчика. Сюжет нашего панно - карта, сюжет истории освоения Дальнего Востока. Чтобы обеспечить товарное качество изделия, мы проанализировали и применили цветовую гамму старинных морских карт, шрифты, гравюрную технику исполнения рисунка.
Технологии изготовления изделий из керамических материалов (местного сырья) на Дальнем Востоке России в течение ряда лет являются приоритетной задачей научных исследований кафедры материаловедения и технологии материалов Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. В данной статье мы представляем процесс изготовления авторского керамического панно по разработанной нами технологии, основанной на опыте и результатах предыдущих исследований кафедры.
Процесс изготовления изделия включал несколько этапов, которые практически не отличаются от традиционных технологических процессов: изготовление моделей-отливка гипсовых форм-роспись по керамической плитке-второй (политой) обжиг-надглазурных красок-приготовление формовочной керамической массы-формование изделия-сушка-утильный обжиг-политой обжиг. В технологическом процессе на основании обширного и длительного опыта работы с материалами мы использовали бумажную глину (claypaper - глина с бумажной целлюлозой) [4] с добавлением шамотной крошки, использованием бесцветной глазури, оксидов металлов (оксид марганца). В конечной операции применяли надглазурную роспись.
В отличие от известных соотношений составляющих керамической массы [5], для улучшения технологических свойств и качества конечного продукта соотношения глины, шамота и бумажной массы мы приняли 1:0,5:0,2. В результате проведенных исследований структуры керамики обобщенную картину наглядно можно представить следующим образом (рис. 1).
Изготовление моделей. Для изготовления моделей использовали пластиковую подложку и скульптурный пластилин для сохранения ее пластичности и плотности. Моделирование выполняли с помощью различных стеков и ручных инструментов.
Отливка гипсовых форм. Для изготовления гипсовых форм мы, как и в традиционной технологии, брали полуводный гипс, деревянную опоку, детали которой предварительно
Рис. 1. Структура керамики
смазывали техническим вазелином ("УТ-40). Для отливки гипсовых форм использовалась дистиллированная вода при температуре 35-40 °С. Так как изделие изготавливали ручной отминкой глины в гипсовую форму, для обеспечения необходимой прочности формы гипс с водой смешивали в соотношении 60:40. Форма укреплялась металлическими прутами диаметром 10 мм.
Роспись по керамической плитке. Для росписи по плитке из керамогранита использовали надглазурные краски [5].
По результатам эксперимента оптимизирован температурный режим обжига с целью закрепления красок. Отметим, что для обеспечения качественной цветовой гаммы росписи температура закрепления красок должна, как правило, составлять 800 °С.
При росписи в качестве связующего раствора для улучшения сцепления краски с поверхностью использовали воду с добавкой С12Н22Оп в виде сахара (5 г на 200 мл).
Политой обжиг надглазурных красок. Обжиг красок проводят строго в окислительной среде, что связано с необходимостью полного сжигания органической основы и получением требуемого цвета [7].
Для обеспечения качества (прочностные свойства, цвет красок) конечного изделия сине-зеленые краски (они наносятся первыми) традиционно обжигают 1обж = 830 °С, селенокадмиевые - 800 °С и, наконец, золотые - 780 °С [7]. Хотя краски имеют различную температуру обжига, в нашем исследовании опытным путем было выяснено, что лучший результат достигался при обжиге данного изделия при 1=810 °С.
Приготовления формовочной керамической массы. В работе использовали керамическую массу на основе местной пластичной беложгущейся глины (месторождение Раздольное, Приморский край) с добавлением шамота и бумажных волокон.
Приготовление массы осуществляется в несколько этапов (рис. 2).
Дробление сухого глинистого сырья в щековой дробилке (ДЩ-1-2)
-ч Просеивание др чере г- обленного сырья з сито
Приготовл ение шамота
Приготовлен вол ие бумажных окон
Смешивание компонентов
Проминка пол ученной массы
Рис. 2. Технологическая схема приготовления керамической массы
Шамот получают путем обжига огнеупорных глин при температуре на 50-80 °С выше, чем температура обжига будущего изделия, и с последующим их измельчением. Таким образом создается каркас для глины, увеличивая ее огнеупорность, устойчивость к деформациям и растрескиванию [6].
Для обеспечения требуемых свойств керамической массы было установлено определенное соотношение шамота и глинистого сырья.
Для приготовления бумажной глины мы измельчали бумагу, затем замачивали ее в горячей воде на сутки в требуемом соотношении массы бумаги к объему воды. После этого полученную массу доводили до однородного состояния перемешиванием и промывали чистой водой для удаления клея, а лишнюю воду процеживали через сито.
Используемая керамическая масса обладала следующими свойствами.
1. Повышенная прочность (шамот увеличивает прочность изделия и снижает усадку за счет армирования).
2. Устойчивость к короблению (бумажные волокна сводят к минимуму возможность деформации изделия, так как они склеивают частички глины в сеть, формируя структуру поддержки для необожженного изделия).
3. Повышенная стойкость к термоудару (это дает возможность применять различные виды декоративного обжига, например восстановительный, газовый). Использование технологии claypaper снижает себестоимость изделия (уменьшение усадки массы, брак изделий). Полученная масса дает возможность производить формовку изделий методом литья и отминкой в гипсовые формы [2].
Процесс изготовления при том, что включал традиционные этапы (сушка изделий-утильный обжиг-формование изделия-декорирование глазурями, или глазурование) [3, 4], имел некоторые нюансы и отличия. Так как форма нашего изделия была сложной, его сушка осуществлялась на перфорированных полках с использованием в качестве пресса мешков с песком, а утильный обжиг данного изделия проводили при температуре 900 °С (а не 800 °С, как принято). Поясним более подробно этапы технологии нашего панно.
Политой обжиг. После нанесения глазурного слоя изделие подвергали еще одному обжигу, который закрепляет глазурь на поверхности черепка. В этом случае необходимо делать конечную выдержку с целью натяжения глазурного зеркала. Политой обжиг для данного изделия проходил также при температуре 900 °С.
В процессе обжига установлены некоторые теплофизические свойства составляющих местной керамики (рис. 3).
Готовое керамическое панно (изготовленное по частному заказу) по разработанной нами технологии представлено на рис. 4.
и
та
т т ¡ж ш 2ш
ГмИраИЦрО, V
Рис. 3. Зависимость линейного расширения составляющих керамики от температуры обжига
Рис. 4. Готовое керамическое панно
Итак, нами разработана технология, на основе которой изготовлено панно из глин местного месторождения с добавлением бумаги, шамота, отвечающее существующим требованиям по прочностным и эксплуатационным характеристикам [5].
Панно, изготовленное по разработанной технологии, имеет эстетическую и историческую ценность, отличается оригинальным цветовым решением и гравюрной техникой исполнения рисунка.
На основе разработанной нами технологии и проведенного экономического расчета мы полагаем, что в дальнейшем можно организовать массовое производство подобных изделий.
Отметим также, что для повышения эксплуатационных свойств изделий из керамики необходимо использование добавок в массу, но эта тема, вероятно, станет объектом дальнейших исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Андрианов Н.Т., Балкевич В.Л., Беляков А.В., Власов А.С., Гузман И.Я., Лукин Е.С., Мосин Ю.М., Скидан Б.С. Химическая технология керамики М.: Стройматериалы, 2011. 46 с.
2. Иванова А.В., Михайлова Н.А. Технологические испытания глин: метод. указания. Ухта: УГТУ-УПИ, 2005. 45 с.
3. Малолетков В. Декоративная керамика стран Западной Европы (70-90-е гг. XX века) // Сб. науч. тр. МГХПУ им. С.Г. Строганова. М., 2008. Вып. 2. С. 41.
4. Малолетков В. Декоративная керамика Южной Европы (70-90-е гг. XX века). Декоративное искусство и предметно-пространственная среда // Сб. науч. тр. МГХПУ им. С.Г. Строганова. М., 2009. Вып. 1. С. 57.
5. Методы определения свойств для керамических изделий: ГОСТ 13993-78; ГОСТ 473.1-81-ГОСТ 473.11-81.
6. Поверин А.В. Гончарное дело. М.: Культура и традиции, 2002. 176 с.
7. Скотт М. Керамика. Энциклопедия. М.: Арт-Родник, 2012. 192 с.
8. Федорова З.С., Мусина Р.Р. История художественной керамики. М.: МГХПУ им. С.Г. Строганова, 2010. 55 с.
9. Чаварра Х. Керамика своими руками. М.: Мой Мир ГмбХ и Ко.КГ, 2004. 192 с.
10. Ширшина М. Химия для гуманитариев. Волгоград: Учитель, 2004. 43 с.
11. Cooper E., Ten thousand years of pottery. L., A division of the British Museum Company LTD, 2005. 97 p.
12. The ceramics book an A-Z Gvide to 300 ceramic artists. L., Ceramic Rev. Publishing, 2006, 78 p.
BUILDING MATERIALS TECHNOLOGY
Pimenov V.A., Lapo E.G., Mansurov Yu.N.
VADIM A. PIMENOV, Graduate Student, e-mail: melki3333@mail.ru; EVGENE G. LAPO, Associate Professor, e-mail: Lapo_e@mail.ru; YULBARSKHON N. MANSUROV, Professor, Doctor of Technical Sciences, Head, e-mail: yuilbarsmans@gmail.ru; Department of Materials Science and Technology, School of Engineering, Far Eastern Federal University, Vladivostok, Russia.
The development of the production technology for ceramic panel pictures
The article deals with the development and improvement of the author's individual production technology for ceramic panel pictures. The technology differs from the traditional ones in the ingredients of ceramic materials.
Key words: ceramic material, paper clay, decoration, metal oxides, glaze, firing decorative, panel picture.
REFERENCES
1. Andrianov N.T., Balkevich V.L., Belyakov A.V., Vlasov A.S., Guzman I.J., Lukin E.S., Mosin Y.M., Skidan B.S., Chemical engineering ceramics. M., Materials, 2011, 46 p. (in Russ). [Andrianov N.T., Balkevich V.L., Beljakov A.V., Vlasov A.S., Guzman I.Ja., Lukin E.S., Mosin Ju.M., Skidan B.S. Himicheskaja tehnologija keramiki. M.: Strojmaterialy, 2011. 46 s].
2. Ivanova A.V., Mikhailova N.A., Technological tests clays. Uhta: Guidelines USTU, 2005, 45 p. (in Russ). [Ivanova A.V., Mihajlova N.A. Tehnologicheskie ispytanija glin. Uhta: metodicheskie ukazanija UGTU-UPI, 2005. 45 s].
3. Maloletkov V. Decorative ceramics in Western Europe (70-90th XX century), Proc. scientific papers MGHPU them. S.G. Stroganoff. 2008, Prt. 2, 41 p. (in Russ). [Maloletkov V. Dekorativnaja keramika stran Zapadnoj Evropy (70-90-e gg. XX veka) // Sb. nauchnyh trudov MGHPU im. S.G. Stroganova. 2008. Vip. 2, 41 s.].
4. Maloletkov V. Decorative ceramics Southern Europe (70-90th . XX century), Decorative arts and subject- spatial environment, Proc. scientific papers MGHPU them S.G. Stroganoff. 2009, prt. 1, 57 p. (in Russ). [Maloletkov V. Dekorativnaja keramika Juzhnoj Evropy (70-90-e gg. XX veka). Dekorativnoe iskusstvo i predmetno-prostranstvennaja sreda // Sb. nauchnyh trudov MGHPU im. S.G. Stroganova. 2009. Vip. 1. 57 s].
5. Methods for determination of properties of ceramic products. GOST 13993-78; GOST 473.1-81473.11-81. [Metody opredelenija svojstv dlja keramicheskih izdelij: GOST 13993-78; GOST 473.1-81-GOST 473.11-81].
6. Poverin A.V., Pottery. M.: Culture and Traditions, 2002. 176 p (in Russ). [Poverin A.V. Goncharnoe delo. M.: Kul'tura i tradicii, 2002. 176 s.].
7. Scott M., Ceramics. Encyclopedia. Publisher: Art-Rodnik, 2012. 58 p. (in Russ). [Skott M. Keramika. Jenciklopedija. Izdatel'stvo: Art-Rodnik, 2012. 58 s].
8. Fedorova Z.S., Mussina R.R., History of artistic ceramics. M: MGHPU them. Stroganov. 2010. 55 p. (in Russ). [Fedorova Z.S., Musina R.R. Istorija hudozhestvennoj keramiki. M.: MGHPU im. S.G. Stroganova. 2010. 55 s.].
9. Chavarria H. Pottery with their hands. M., My World GmbH & Co. KG, 2004, 192 p. (in Russ). [Chavarra H. Keramika svoimi rukami. M.: Moj Mir GmbH i Ko.KG, 2004. 192 s.].
10. Shirshina M., Chemistry for humanists. Volgograd, Teacher, 2004, 43 p. (in Russ). [Shirshina M., Himija dlja gumanitariev. Volgograd: Uchitel, 2004. 43 s.].
11. Cooper E., Ten thousand years of pottery. L., A division of the British Museum Company LTD, 2005. 97 p.
12. The ceramics book an A-Z Gvide to 300 ceramic artists. L., Ceramic Rev. Publishing, 2006, 78 p.
