Термин «фарфор» относится к широкому диапазону керамических изделий, которые изготавливаются при высоких температурах. Их отличительными чертами являются гладкая поверхность и низкая пористость. Эти свойства фарфора широко востребованы и поныне. Сложно отыскать какую-то отрасль промышленности или народного хозяйства, где бы он ни использовался.
Наиболее распространен декоративный фарфор, а также химическая посуда, зубные коронки и электрические изоляторы. Обычно белый или грязно-белый, на «выпекание» этот чудесный материал прибывает непрезентабельным куском керамики, которая приобретет привычный нам вид только после прожарки в высокотемпературных печах.
Преимущества китайских сервизов
В этой статье мы обсудим свойства и виды фарфора. Вы поймете, отчего во всем мире этот материал пользовался такой популярностью, что для его покупки снаряжались огромные экспедиции. За красивый сервиз, который сегодня можно купить в любом магазине, тогда могли убить.
Как ни странно, но изделия китайских мастеров с нынешней керамикой - только родственники, но не прямые. Чтобы в этом убедиться, достаточно вспомнить основные свойства фарфора, вышедшего из мастерских Поднебесной. Материалы очень похожи друг на друга: как нынешний, так и древний фарфор может быть глазированным или «природным». Но простая керамика гораздо мягче. И высококачественный сервиз из нее сделать не получится.
Отчего так происходит?
Такие свойства фарфора, как прочность и термоустойчивость, - плод высоких температур, при которых ведется производство истинной китайской керамики. Она производится при температуре 2 650 градусов по Фаренгейту (1 454 градуса Цельсия). Сравните это с 2 200 градусами по Фаренгейту (1 204 градуса Цельсия) для простого фарфора. Так как второй материал имеет более низкое качество, он не используется в химической промышленности и прочих технологичных отраслях науки. Кроме того, именно китайский фарфор высшего качества прозрачен на просвет. Грубая керамика такого эффекта дать не может.
Шпионские страсти
«Твердая паста», или истинный фарфор, впервые появилась в Китае во времена династии Тан (618-907 гг.). Но действительно высококачественная продукция, по своим свойствам ничем не уступающая современной, стала известна миру только во времена династии Юань (1279-1368 гг.). Ранний китайский фарфор состоял из каолина (фарфоровая глина) и пегматита - грубого типа гранита.
Он был неизвестен европейским гончарам до начала импорта китайского оборудования в период Средневековья. Европейцы попытались дублировать свойства фарфора, но не преуспели в этом деле. Поскольку проанализировать его химический состав они были не в состоянии, изделия, производимые ими, напоминали изящную, хрупкую и в то же время прочную посуду только внешне. Получалось так себе. Чтобы добыть секрет производства истинного фарфора, разворачивались настоящие шпионские войны, однако китайцы пуще жизни берегли свою тайну.
Почему этот материал был так популярен? Причина – отличные физические свойства фарфора. Он прочнее обычной керамики, обладает высокой теплопроводностью, что позволяет заваривать в чайниках из него великолепный чай. Кроме того, за счет глазури фарфор обладает крайне малой маркостью, окрашиваясь только под воздействием синтетических пигментов. Чашки из древних китайских сервизов спустя многие века сохраняют белизну.
Эрзацы
После смешивания стекла с оксидом олова, чтобы получить непрозрачный материал, европейские ремесленники попытались объединить глину и матовое стекло. Эти альтернативы стали известными как «мягкая паста», или искусственный фарфор. Но огорчали два неприятных обстоятельства: все эти материалы оказались слишком мягкими, из них невозможно было сделать действительно тонкие, изящные изделия, да и затраты на производство были слишком велики. Словом, свойства фарфора «эрзац-типа» были очень далеки от совершенства.
Имеются сведения, что наши мастера также владели искусством производства истинного фарфора, но все секреты русской керамики были утрачены в период татаро-монгольского нашествия, когда выжигались целые города вместе со всеми их обитателями. Определенного прорыва смогли достигнуть также англичане. Они создали «костяную» разновидность материала.
Но что такое костяной фарфор, основные свойства которого обеспечили ему невероятную популярность в старой Европе?
История создания
В 1707 году два немца по имени Эренфрид Вальтер фон Чимхаус и Йохан Фридрих Боттгер открывают более «вменяемый» способ производства, при котором используется глина и мелко размолотый полевой шпат. В XVII веке английские ремесленники узнали в ходе экспериментов, что практически идентичный китайскому фарфор можно получить, если добавить к этой смеси мелко размолотые пережженные кости.
Каковы свойства костяного фарфора? Во-первых, изделия из него отличаются высокой прочностью при малом весе и тонкостенности. Во-вторых, эта разновидность керамики не может использоваться в химической промышленности, так как вещества, входящие в ее состав, вступают в реакцию с кислотами и щелочами.
Сырье
Как мы уже говорили, основные компоненты этого материала крайне просты: глина, полевой шпат, минералы с содержанием кальция. До сих пор различные компании соревнуются меж собой, так как быстро было установлено, что свойства фарфора и фаянса можно кардинально изменить, добавив в его состав новые элементы. Конечно, если опыт окажется удачным.
Несмотря на то что состав глины варьируется в зависимости от места ее добычи, все равно она превращается в стекло (за счет чего достигается гладкость конечного продукта) только при чрезвычайно высоких температурах. Но это справедливо только для тех случаев, когда глины не смешаны с материалами, порог витрификации которых ниже. В отличие от стекла, глина, однако, является термостабильной, то есть сохраняет свою форму даже при сильном нагревании.
Кварц – «сердце» фарфора
Это залог прочности. Свойства фарфора (и его применение) во много обусловлены именно этой характеристикой: он плохо бьется (если сравнивать со стеклом), а малые расстояния между частицами обеспечивают непроницаемость материала для воздуха, воды, прочих соединений.
Кварц является «сплавом» кислорода и кремния - двух самых распространенных элементов в земной коре. У него есть три функциональных формы: непосредственно кварц (кристаллы), опал (аморфная разновидность) и песок (смешанная, грязная фракция). В общем-то, кварц с давних пор используется в ремесленном производстве. Фарфор может также содержать глинозем и стеатит, более известный как «мыльный камень».
Производственный процесс
После того как сырье будет отобрано и взвешено, оно поступает на производство. Во-первых, оно очищается и перемалывается до очень мелких фракций. После этого все компоненты смешиваются в необходимой пропорции, зависящей как от условий производства, так и от характеристик конечных изделий. Как только последние сформированы, они могут быть отправлены в печь сразу же, или же подвергаются предварительной очистке и дальнейшему нанесению слоя глазури.
Конечно, в ее роли сперва выступает размолотое стекло. И только после этого будущие вазы, чашки, унитазы и зубные коронки отправляются в жерло печи. А сейчас рассмотрим каждый этап в отдельности. Как-никак, от их успешности зависят свойства фарфора и его применение!
Размельчение сырья
Пожалуй, это одна из наиболее важных операций, так как от тщательности ее проведения зависит качество конечного изделия. Размельчение производится при помощи огромных механических барабанных дробилок. На втором проходе размер частиц доводится до 0,25 см. Чтобы превратить исходное сырье в мелкую пыль, используют особые, шаровые дробилки. Это огромные стальные цилиндры, заполненные металлическими шариками. Когда вся конструкция вращается, частицы сырья превращаются в однородную массу крайне мелкого помола.
Очистка и смешивание
Смесь пропускается через тонкие фильтры, а затем подается на специальный «конвейер», представляющий собой наклонно расположенные стальные листы. Они вибрируют, в результате чего сырье не только автоматически перемешивается, но и сортируется, так как наиболее крупные частицы выталкиваются наверх. Если требуется подача смоченного материала, то на линии в автоматическом порядке распыляется вода.
Иногда используются фильтры с мощными магнитами, так как последние позволяют удалить мельчайшие примеси железа. Последнее, если попадет в готовую продукцию, сообщит ему нежелательный красный оттенок. После этого готовые изделия отправляют в печь, где идет обжиг при уже указанных нами температурах.
От каких условий производства могут зависеть свойства продукции?
Следует отметить, что во время окончательного обжига происходит множество процессов, от которых напрямую зависят свойства холодного фарфора. Во-первых, сжигаются все углеродные органические примеси, выпариваются излишки воды, из толщи будущего изделия выходят различные газообразные фракции. Если при этом температура не будет доведена до 1100 градусов по шкале Цельсия, то кремний и прочие компоненты глазури не смогут расплавиться, а значит, не сформируют на поверхности керамики гладкого и химически нейтрального слоя.
Кроме того, эти соединения необходимы для сокращения расстояния между частицами материалов, для более надежного соединения их друг с другом. После того как желаемая плотность достигнута, изделие охлаждается, в результате чего глазурь «стягивается», становится гладкой и особо прочной.
Итоги
Так зачем же мы все это описывали? Все дело в том, что свойства этого материала теснейшим образом зависят от особенностей и условий его изготовления. Например, прочность зависит от процента содержания в массе полевого шпата, да и количество пор в фарфоре тем меньше, чем шпата больше. По мере растворения в стекле кварца и остатка, полученного от разложения глинистого вещества, скелет фарфорового материала становится слабее, и деформации возрастают. В зависимости от тонкости помола кварца, состава массы, температуры и продолжительности обжига, в состав стекловидной фазы входит от 15 до 40 % всего введенного в массу кварца. Чем его больше, тем фарфор тоньше и «воздушнее».
Свойства керамических материалов как диэлектриков характеризуются в основном сопротивлением прохождению электрического тока в материале и на поверхности изолятора. Различают удельное объемное и удельное поверхностное сопротивление фарфора.
Помимо этого, огромное практическое значение имеют химические свойства фарфора. Точнее, их отсутствие. Глазированная керамика с добавлением большого количества полевого шпата и кварца является химически нейтральной. Думаете, отчего ступки фармацевтов и химиков сделаны именно из этого материала? Он намного прочнее стекла, но при этом не вступает в реакцию.
Современное положение дел
Сегодня керамика (и фарфор в частности) переживает второе рождение. Оказалось, что эти материалы могут быть использованы в производстве различных типов микроэлектроники. Важность этого для современной цивилизации объяснять не нужно. Также ученые выяснили, что при добавлении определенных присадок прочность фарфора возрастает в геометрической прогрессии. В настоящее время ведутся даже перспективные исследования в области создания на его основе новых типов брони. Так что не унитазами едиными!
Наконец, все большее значение этот материал приобретает в медицине. Различные протезы и великолепные зубные коронки – на них спрос возрастает с каждым годом. Так что древнее китайское изобретение еще очень долго будет оставаться актуальным.
