обжиг керамики

Автор статьи Моисеева Марина 2023 год

Глоссарий

Когда нужен высокий утиль

Схемы обжига

Обычный режим обжига

Виды режимов обжига

Печь - фактор влияния

Загрузка - фактор влияния

Форма - фактор влияния

Факторы влияния

Главное в обжиге

А успешное завершение процессов зависит хорошо подобранного режима обжига.

Качество керамического изделия зависит от успешного завершения этих процессов.

Во время обжига происходят различные физические процессы преобразования и химические реакции взаимодействия.

главное в обжиге

нагрев — скорость набора температуры (N*/мин или N*/час),
промежуточные выдержки — температура, на которой проводится выдержка и ее длительность (N* - Х минут),
пиковая выдержка — длительность выдержки при конечной температуре обжига (N* - Х минут),
охлаждение — скорость снижения температуры (естественная или контролируемая на определенных этапах N*/мин или N*/час).

основные участки режима обжига:

Для завершения преобразований и реакций требуется необходимое количество тепла и время на его получение по всей толщине черепка.

Не путайте показания контроллера с фактической температурой в различных зонах печи,
а фактическую температуру с количеством тепла, которое изделие успело получить за время обжига.

время и тепло

Назначение обжига — формирование черепка изделия с заданными физико-техническими свойствами и закрепление глазури и декора на его поверхности.

Мороз И.И. Технология фарфоро-фаянсовых изделий.

факторы влияния

изделие,
плотность загрузки
и индивидуальные особенности вашей печи!

Что нужно учитывать при выборе режима обжига:

В керамике слишком много переменных, чтобы надеяться когда - нибудь однажды раз и навсегда отладить процесс и «спокойно работать».

Слева. Тонкостенный глазурованный фарфор Yanggu из очищенного сырья (авторы Ли Ин Хва и Ким Док Хо). Электрическая печь. 1280*С. Ускоренный обжиг.

Справа. Сосуд из самокопанной глины (работа индийских кустарей). Земляная печь. Около 900-1000*С. Обжиг длится около трех суток.

Чем толще стенка изделия, тем большая выдержка может потребоваться.
Для деликатных форм имеет значение скорость: в каких-то случаях снижение, в каких-то наоборот — увеличение скорости уменьшает огневые деформации. В основном это зависит от вида керамической массы.

Странно надеяться, что изящная чашечка и мощный артобъект (пусть даже из одной массы) одинаково хорошо обожгутся в одном и том же режиме. Пустотелая ваза или полнотелый пекарский камень, объемная фигура или плоская плитка требуют отдельного подхода.

изделие: форма и материалы

И не будем забывать о плотности загрузки!

У каждой из перечисленных видов масс свои особенные ключевые точки для выдержек. Впрочем, у глазурей тоже!

Виды глазури — фриттованные, полуфриттованные или сырые (подробнее см. глоссарий), или вообще требующие специального обжига.

Есть массы:

прошедшие промышленную подготовку или приготовленные кустарным способом;
рассчитанные на обычный режим обжига или на скоростной;
содержащие органику в виде специального наполнителя или в качестве примесей;
имеющие в составе карбонатные, сульфатные и др. минеральные компоненты.

Виды керамической массы рассматриваются не только, как высоко- и низкожгущиеся - это и так понятно.

загрузка печи

Эти нехитрые приемы способствуют получению более-менее одинакового количества тепла по всей загрузке.

Равномерный теплообмен — одно из условий качественного обжига. Совершая загрузку стремитесь к созданию максимально схожих условий для всей садки.

При плотных загрузках старайтесь создавать дополнительные каналы для тепловых потоков. Большую помощь здесь оказывают перфорированные лещадки.
При неполной загрузке расставляйте изделия равноудаленно друг от друга.

Равномерное распределение изделий и огнеприпаса по объему камеры способствует равномерному теплообмену.

Плотность загрузки (сáдки, стáвки) — отношение суммы массы загружаемых изделий и огнеприпаса к полезному объему камеры. Измеряется в кг/куб.м.

А слагаемые полученного тепла — это скорость нагрева, продолжительность выдержек и конечная температура.

Количество полученного тепла — вот что важно!

Тепла, которое получает изделие по всей глубине черепка.

Существуют различные подходы к получению необходимого тепла при плотной загрузке, например:

Увеличение конечной температуры обжига.
Увеличение длительности промежуточных и пиковой выдержек.

Оба способа работают. И очень часто их комбинируют.
На сколько градусов поднять, на сколько минут увеличить - готовых рецептов нет. Каждая печь уникальна по своему характеру.

При плотной загрузке конвекция осложняется, и требуется дополнительное время для выравнивания температуры по всему объему загрузки, начиная от прогрева футеровки и огнеприпаса (стоек и лещадок) и заканчивая черепком. Поэтому при плотных загрузках выдержки крайне необходимы! И если вы загрузили печь "по полной", то задумайтесь о небольшой корректировке режима.
А при неполной загрузке препятствий для теплообмена практически нет. И в этом случае можно обойтись даже без промежуточных выдержек.

Рассмотрим два примера равномерно распределенных загрузок: печь 250 литров с плотной загрузкой (верхнее фото) и печь 125 литров с неполной загрузкой (нижнее фото).
В обеих печах — политой обжиг майолики, т.е. предположительно режим один и тот же. Но это не совсем так!
Длительность нагрева верхней печи на два с половиной часа дольше нижней!

За счет чего увеличилась длительность нагрева? За счет выдержек. Почему? Дело не только в объеме печи!

Верхнее фото — плотная загрузка изделий,
нижнее фото — неполная загрузка изделий.

Заметьте при этом, что температура вокруг наружного конца Термопары непостоянна, т.е. меняется в зависимости от температуры воздуха в помещении.
Погрешности показаний Контроллера от этого только увеличиваются.

Термопара с одним концом внутри камеры и с другим концом снаружи ощущает некий диссонанс, о котором сообщает Контроллеру. Контроллер путем своих каких-то электронных преобразований выдает свою интерпретацию с некоей долей погрешности.

Возвращаясь к контроллеру. Вы ему полностью доверяете? Напрасно!
Не углубляясь в сложные описания работы электроники, ситуацию можно обрисовать так.

Погрешности показаний контроллера.

Если расхождение температуры между зонами составляет порядка 20*С — это вполне сносно, если более 50*С — проанализируйте режим: возможно вы выставили слишком высокую скорость или недотянули выдержки. Если с режимом все в порядке — проведите техосмотр.
Ну, а если же такое наблюдается у новой печи — стоит связаться с производителем.

Поэтому всё, что мы можем — это как-то сгладить, уменьшить разницу возможными нам средствами.
Составление температурной карты с помощью колец (ККТ) или пироскопов поможет выяснить не только степень равномерности прогрева, но и вычислить места утечки тепла (см. рисунок).

Распределение температурных зон в печи

Принимая во внимание природную сущность движения тепловых потоков, приходится только мириться с неизбежностью разбега температур в печи. Электрических печей для обжига керамики с вынужденной конвекцией почему-то почти не выпускается.

Температурные карты печи до и после ремонта створа печи.

Объем печной камеры — 33 литра. Расположение спиралей - трехстороннее: по задней и боковым стенкам. Показания термопары (контроллера) — 1190*С.
Показания температурных колец, расположенных в непосредственной близости от термопары — 1205*С.
Показания температурных колец по зонам печи до ремонта (слева) и после (справа).

Показательный пример последствий "сквозняка" в печи: неравномерная усадка изделия с недожогом нижней части.

Печь 1,8 куба с выкатным подом. Режим - обычный с пиком 1200*С
Изделие стояло на самой нижней полке у створа, где после осмотра печи была обнаружена щель, образовавшаяся из-за износа кирпичей вагонетки. Перепад температуры в этом месте составлял более 100*С.

печь: индивидуальные особенности

Конструкция и объем печи
Расположение и качество термопары
Износ

Что влияет на характер печи? Её параметры!

Печь, как и человек имеет свой характер.

Немаловажную роль играет и герметичность соединений, нарушение которой, пусть даже самое малое — вносит свою лепту в образование "мостиков холода".
И, конечно, вечное стремление горячего воздуха вверх, а холодного вниз создает в нижней части камеры "прохладные" зоны. И даже пятистороннее размещение спиралей не может устранить эту проблему полностью. И что тогда показывает термопара?

Забудем на минутку о плотности загрузки. Даже в пустой камере теплообменные потоки имеют сложную структуру, на движение которых оказывают влияние:

форма, объем и соотношение сторон камеры,
положение дверцы (вертикальная или фронтальная)
размещение спиралей.

Конструкция и объем печи

Итак. У вас есть печь. И вы уже наверняка заметили, что у нее есть "холодные" и "горячие" зоны.

Расположение и качество термопары

Ну, строго говоря, показывает не термопара, а контроллер, который считывает ее сигнал. Термопара лишь фиксирует температуру на кончике своего носа и не знает, что происходит в других зонах.
А что касается качества... Ну, да — платиновая термопара лучше. И значительно-значительно дороже.
Но и бюджетные варианты вполне достойны внимания! Просто будут несколько менее точные показания и более частая замена.

Круглая печь 200 литров.
Отличное решение для контроля температуры - три термопары в разных зонах печи дают более обширную картину теплообмена.
Термопары бюджетные — хромель-никелиевые.

Солидный возраст не мешает ей быть вполне себе Активным пенсионером. И если вы чувствуете, что печь не дотягивает по причине "старости", облегчите ей нагрузку небольшим снижением скорости и более протяженными выдержками.

Понятно, что износ происходит не вдруг, не сразу, а постепенно. Также бесспорно, что должный уход с регулярным техосмотром и профилактикой продлевают срок службы печи.

Износ

Думаю не стоит напоминать о том, что сильный износ кладки, спиралей и термопары не только не в состоянии обеспечить равномерность нагрева, но и не гарантирует набора пиковой температуры обжига.

Рекомендации по контролю:

После каждого обжига делайте осмотр футеровки на предмет ослабления кладки и появления щелей.
Регулярно осматривайте корпус, соединения, задвижки, петли - все металлические детали на предмет коррозии.
Следите за положением термопары — канал, в котором она лежит (или висит) тоже имеет тенденцию разнашиваться: слишком заглубленная или слишком выступающая термопара дает некорректные сигналы.
О неполадках контроллера обычно сообщает сам контроллер.
И, конечно, раз в год приглашайте печника на техосмотр и профилактику.

Производственная печь с выкатным подом перед капитальным ремонтом (замена кладки и спиралей). Объем камеры 2,5 куба.
Цикл печи: до капремонта — 36 часов, после капремонта — 30 часов.

виды режимов обжига

Режим обжига — совокупность скоростей нагрева и охлаждения, положения и длительности выдержек и газовой среды печной камеры.

по назначению,
по скорости,
по газовой среде.

Режимы обжига различают:

Декоративный (третий, хотя их может быть значительно больше) — в рамках 700-850*С для надглазурных и люстровых красок и препаратов драгоценных металлов.

Однократный обжиг — обжиг глазурованного сырца без предварительного утильного обжига. В режиме учтены особенности обжига и массы, и глазури.

Утильный (утельный, первый, бисквитный, предварительный) — упрочнение черепка для дальнейшего глазурования и декорирования.
В зависимости от схемы обжига может быть низким и высоким.
В режиме учитываются особенности обжига массы.

Политой (второй, глазурный) — обжиг глазурованных изделий, конечно — с учетом особенностей обжига глазури.

Виды режимов обжига назначению:

Скоростной режим — до 900*С/час (15*/мин). Такой обжиг — часть высоко-технологической цепочки производства, включающей в себя разработку специальных масс и глазурей.

Обычный режим — скорость нагрева 1,5*С/мин (100*С/час). На утильных и политых обжигах есть участки, где можно повысить температуру до 2-2,5*С/мин. В основном это касается масс, изготовленных промышленным способом, и некоторых видов фарфоров — смотрите рекомендации производителя.

Ускоренные режимы — 2,5-6*С/мин — применимы к ограниченному виду масс и обычно указываются производителем.

Виды режимов обжига по скорости:

15*/мин

1,5*/мин

6*/мин

Выход готовой продукции после однократного обжига.
Время от входа до выхода — 2 часа!

Отформованный и высушенный сырец глазуруется методом окунания.

Вход глазурованного сырца в щелевую печь со скоростным режимом обжига. Конечная температура 1205*С.

Пример производства низкого фарфора с однократным обжигом

Обжиги со специальной газовой средой (восстановительные, соляные и др.), когда в определенный момент обжига в печную камеру каким-либо образом подается какое-либо вещество в твердом, жидком или газообразном состоянии для получения какого-либо эффекта на черепке или глазури.

Окислительные — совершенно обычные обжиги. У вас именно такой, если вы специально ничего не делаете.

Окислительно-восстановительные режимы — высоко технологичные обжиги для увеличения белизны фарфоров.

Виды режимов обжига по газовой среде:

Экстремальный Раку — особый вид восстановительного обжига с погружением раскаленного изделия в опилки (чаще всего) или другую органику . И его разновидность — саггар (саггер, сеггер) - капсульный восстановительный обжиг.

Ямный обжиг — сейчас этот очень древний вид обжига любят проводить на выездных квестах.

Разбор печи через 6 дней "дымления".

Испания. Лама-дель-Мору. Чернолощеная керамика. Один из видов восстановительного обжига - дымление.

Укладка «валом» для восстановительного обжига.

Если производитель не дал никаких указаний по режиму —

!

Выбирайте обычный режим обжига

Что такое обычный режим

Это режим с основной скоростью нагрева 1,5*С в минуту (100*С в час)

обычный режим обжига

А это в свою очередь снижает риск образования дефектов, которые могут возникнуть при быстром нагреве и охлаждении.

Невысокая скорость подъема температуры и наличие выдержек позволяет достичь более равномерного прогрева, а все материалы и компоненты имеют достаточно времени для полного взаимодействия и реакций.

Почему предпочтительнее выбирать обычный режим обжига

Потому что на прохождение всех процессов, происходящих в черепке и глазури нужно длительное время.

Сравнение графиков обычного режима обжига туннельной и хобби печей

График для периодической печи 60 литров. Шамот.
Утильный обжиг пустотелых изделий с толщиной черепка не более 8 мм с загрузкой средней плотности.

В этом графике заложены промежуточные выдержки на выравнивание температуры в ключевых точках:
до 100*С (выпаривание): скорость нагрева 1*С/мин + выдержка 20 минут
до 400*С (выгорка органики): скорость нагрева 1,5*С/мин + выдержка 20 минут
до 850*С (разложение карбонатов): скорость нагрева 2*С/ мин + выдержка 20 минут
до 1100*С (разложение сульфатов): скорость нагрева 1,5С/мин + конечная выдержка 30−40 минут.

До 500−400*С печь остывает естественно.
После чего охлаждение можно форсировать, открывая дверцу до полного распаха в течение 30−40 минут.

График для туннельной печи. Фаянс.
Утильный обжиг с плотной загрузкой вагонеток.

В графике заложена сушка сырца:
до 220*С идет медленный нагрев со скоростью менее 1*С/мин.
Далее до 900*С — скорость 1,5*С/мин.
От 900*С до 1220*С скорость снижается до 1,2*С/мин.

За счет длительной пиковой выдержки выравнивается температура по всему объему садки, что позволяет уменьшиться напряжения внутри черепка и повысить его прочность. Также завершаются все все процессы, связанные с газованием.

Далее в течение 17 часов проводится контролируемое остывание до 500*С, т.е. ниже точки инверсии кварца (575*С), и вагонетки движутся к зоне естественного охлаждения.
В целом цикл печи длится более 30 часов. Для подобных режимов ведутся предварительные расчеты, которые потом корректируются на практике.

Схемы обжига

Схема обжига — последовательность одного или нескольких видов обжигов в изготовлении изделия.

Не только! Существуют различные схемы обжига.

Низкий утильный - высокий политой... Так?

И в этих случаях под «высоким» подразумевается, конечно, не фарфоровая высокая (1350*С и выше), а пиковая температура используемой массы.

Эта схема подходит для большинства студийных масс (Witgert, Montesa и т. п.), полуфарфоров и каменных масс.

Низкий утильный / высокий политой

Низкий утильный / высокий политой — имеет статус «фарфоровой схемы», но на практике применяется довольно широко.

самые распространенные схемы обжига:

Эта схема применима для любых пористых масс (особенно сильно газующих), например: Конаковский шамот, окрашенные массы (Witgert 9sf, Чугун), ВитольдГлина, Лебедь, огнеупорные глины (Дивеевская глина) и т.п

В других случаях — это ставка на энергосбережение, снижение затрат на обслуживание печи и отчасти — экономия времени.
Есть только один нюанс — глазури низкого огня дороже, поэтому лучше сесть за калькулятор, и просчитать свои выгоды.

Высокий утильный / низкий политой

Высокий утильный / низкий политой — хоть и считается "фаянсовой схемой", но есть некоторые виды мягких фарфоров (париан, например), где используется именно эта схема. Утильный обжиг проводится в специальных подставках - бомзах одноразовых (изготовленных из той же массы) и многоразовых.

Готовое изделие, прошедшее через три обжига.

Утильный обжиг в бомзе многократного использования.

Belleek фарфор обжигается по схеме: высокий утильный (1200*С) > низкий политой (1000*С) > декоративный (720*С, 800*С).

При высоком утиле у политого обжига меньше рисков образования наколов глазури из-за каких-либо недогазовок в черепке.
Поэтому такая схема рекомендуется для особо газующих масс.

Лично я провожу через высокий утиль все массы, перечисленные в предыдущем пункте, просто для страховки, т.к. к 1200*С газообразующие процессы практически пройдены.

Высокий утильный / высокий политой

Высокий утильный / высокий политой — в принципе продолжение схемы "высокий утильный / низкий политой" с более широким выбором глазурей.

другие схемы обжига:

От контакта с водой такие черепки разбухают, расслаиваются и в итоге рассыпаются.

Используют эту схему на любых массах.
Имейте ввиду, что изделия обожженные по такой схеме долго не живут ввиду их чрезвычайной хрупкости.

Низкий утильный / низкий политой

Низкий утильный / низкий политой — экономичная схема производства недорогой "одноразовой" керамики: маленькие цветочные горшочки, мелкая сувенирка и т.п.

ПФЛ. Литье. Подглазурная роспись ангобом.
Глазурование по сырцу: внутри - ополаскивание, снаружи - напыление.

Полуфарфоры, мягкие фарфоры и многие фаянсы и каменные массы могут глазуроваться по сырцу и обжигаться в один прием, минуя утильный обжиг.

Подобная схема не исключает подглазурные и межглазурные росписи.
Режим обжига при этом совмещает в себе условия обжига и масс, и глазурей.

Однократный обжиг

Еще одна из широко распространенных — это практика однократного обжига.
Схема, очень популярная на производствах и почему-то упускаемая из вида студиями и частными мастерскими.

Императорский фарфоровый завод. 19 век. П.И. Иванов "Букет"
Фарфоровый бисквит.

Бисквитный обжиг не совсем корректно называть утильным или однократным.
Бисквитный обжиг в отличие от утильного подразумевает законченный, а не промежуточный этап изготовления изделия.
А в отличии от однократного не подразумевает применение глазури.

Бисквитный обжиг

*Бисквит — до недавнего времени так называли неглазурованный фарфор. Сейчас это понятие стали применять ко всем неглазурованным изделиям, которые могут быть декорированы лощением или росписью ангобами, солями.

Чтобы исключить повторное газование массы при политом обжиге, рекомендуется проводить утильный обжиг при температурах:

выше 1100*С - для высоких масс
максимально приближенной к пиковой температуре - для низких масс.

Массы с большим количеством примесей

Процессы разложения карбонатных, сульфатных и других подобных примесей сопровождаются активным газованием и могут продолжаться довольно долго. Теоретически они заканчиваются к 1100*С, но на практике так бывает далеко не всегда.

Когда желателен высокий утиль:

Массовое производство костяного фарфора (Корея) со схемой высокий утиль > высокий политой.
На снимке: вход нагретого утиля в зону автоматической глазуровки.

Так как глазуровка плотного черепка с плохой впитываемостью затруднена, для последующей глазуровки применяются методы:

окунание в глазурь повышенной плотности;
напыление по нагретому до 80-100*С черепку.

Мягкие фарфоры

Из-за высокого содержания плавней многие мягкие фарфоры склонны к сильным огневым деформациям. В таких случаях утильный обжиг проводится с укладкой изделий в бомзы (см. фото выше) при пиковой температуре массы.

Анализируйте связь между качеством обжига и его условиями (место в печи, режим, плотность загрузки, вид изделия).

Разгружая печь, осматривайте изделия сразу на месте и фиксируйте координаты.

Благодаря собранным данным вы получите статистику, которая поможет вам успешнее контролировать обжиг и отслеживать состояние печи!

И заключительный совет

обжиг керамики

Автор статьи Моисеева Марина 2023 год

главное в обжиге

основные участки режима обжига:

Что нужно учитывать при выборе режима обжига:

изделие: форма и материалы

виды режимов обжига

Виды режимов обжига назначению:

Виды режимов обжига по скорости:

Пример производства низкого фарфора с однократным обжигом

Виды режимов обжига по газовой среде:

обычный режим обжига

Сравнение графиков обычного режима обжига туннельной и хобби печей

Схемы обжига

самые распространенные схемы обжига:

другие схемы обжига:

Когда желателен высокий утиль:

глоссарий керамиста