Materii prime utilizate la obtinerea marfurilor ceramice

Materii prime utilizate la obtinerea marfurilor ceramice

Pentru obtinerea marfurilor ceramice sunt necesare urmatoarele tipuri de materii prime (fig. 5.1):

materii prime principale

materii prime secundare

materii prime pentru glazura si decor.

Fig. 5.1. Materiile prime utilizate la obtinerea produselor ceramice

1  Materii prime principale

Materiile prime principale se impart la randul lor in:

materii prime plastice

materii prime neplastice

Materiile prime plastice constituie partea principala a masei ceramice care realizeaza legatura intre toti constituentii acesteia. Proprietatea principala a acestor materiale este plasticitatea, ele formand in amestec cu apa paste care pot fi fasonate, care isi mentin forma dupa uscare si care devin rezistente dupa ardere. Din grupa materiilor prime plastice fac parte argilele si caolinurile.

Din punct de vedere chimic, argila si caolinul sunt compusi alumino-siliciosi, formati din particule lamelare cu dimensiuni de ordinul micronilor, avand o structura cristalina si un caracter puternic hidrofil. Compozitia chimica corespunde, in general, formulei: Al₂O₃ SiO₂ 2H₂O.

Argilele au o structura fina, fiind constituite din minerale argiloase impurificate cu alte minerale si resturi organice. Prezinta o plasticitate ridicata, iar dupa ardere produsele rezultate au culori care variaza in functie de natura impuritatilor continute, de la alb-galbui la maro-roscat. Argilele se intrebuinteaza, in general, pentru obtinerea produselor ceramice brute, dar cele superioare pot fi utilizate si pentru produsele din gresie, semiportelan si faianta.

Caolinurile sunt materiale argiloase mai curate. Ele prezinta o structura cristalina pronuntata, dar o plasticitate mai redusa decat argilele si dupa ardere au o culoare deschisa, de regula alba, alb-cenusie sau alb-galbuie. Caolinurile sunt utilizate la obtinerea portelanului de menaj, a portelanului electrotehnic, a portelanului sanitar, a faiantei pentru menaj, a gresiei fine.

Principalele proprietati ale materiilor prime plastice, care determina in mod hotarator calitatea produselor finite, sunt: plasticitatea, capacitatea lianta, higroscopicitatea si contractia la uscare.

Plasticitatea este proprietatea materialelor argiloase de a forma cu apa o pasta plastica care poate fi fasonata, de a-si pastra forma prin uscare si de a deveni dura si rezistenta la solicitari mecanice prin ardere. Aceasta proprietate se datoreaza structurii lamelare a materiilor prime si apei adsorbite care functioneaza ca un lubrifiant atunci cand asupra argilei se exercita o forta exterioara, permitand alunecarea particulelor una fata de alta.

Cresterea plasticitatii se poate obtine prin adaugarea de glicerina, de argile sau caolinuri cu plasticitate mai ridicata (cu un continut mai redus de nisip) sau de solutii de hidroxid de sodiu (NaOH), clorura de sodiu (NaCl), acid lactic (CH₃ CHOH COOH). Micsorarea plasticitatii se realizeaza prin adaugare de materiale neplastice cum ar fi: cuart, cioburi de produse arse, praf de carbune etc.

Capacitatea lianta (puterea lianta) reprezinta proprietatea argilelor si caolinurilor de a forma in amestec cu apa o masa plastica, a carei rezistenta mecanica variaza in functie de continutul de apa.

Capacitatea lianta creste o data cu finetea particulelor constituente si se datoreaza fortelor de atractie care actioneaza intre ele. Capacitatea lianta poate fi marita si prin adaugarea de cuart sau de argila si caolin ars.

Higroscopicitatea este proprietatea particulelor lamelare de argila de a adsorbi apa, formand astfel in jurul lor mai multe straturi suprapuse de apa. Aceasta proprietate sta la baza plasticitatii.

Cantitatea de apa adsorbita creste o data cu micsorarea dimensiunii particulelor de argila sau caolin.

Contractia este o proprietate importanta a maselor ceramice. Se datoreaza fenomenului de uscare si este insotita de aparitia fisurilor si crapaturilor. Aparitia fisurilor se datoreaza faptului ca uscarea nu se face uniform in toata masa argilei, ci progresiv, incepand de la suprafata spre interior. Astfel, straturile superficiale exterioare ale masei ceramice, pierzand apa mai rapid, se contracta, generand astfel forte de intindere. Aceste forte nu pot provoca dintr-o data micsorarea volumului straturilor superficiale exterioare, deoarece ele sunt legate de straturi interioare, care, neincepand sa se usuce, nu isi reduc volumul. La un moment dat, fortele produse de contractie depasesc rezistenta la intindere a straturilor superficiale exterioare si acestea se fisureaza. Contractia continua mai intens, in aceasta miscare fiind antrenate si straturi interioare, iar astfel fisura avanseaza in adancime, transformandu-se in crapatura.

Fenomenul nedorit al contractiei poate fi diminuat printr-un proces de uscare care sa conduca la evaporarea neintrerupta a apei pe intreaga suprafata a obiectului. De asemenea, contractia poate fi diminuata prin adaugare de degresanti precum: cuart, argila sau caolin ars.

Materiile prime neplastice sunt folosite cu scopul de a diminua plasticitatea si contractia la uscare si, totodata, pentru a imbunatati transluciditatea, rezistentele la soc mecanic, termic si la actiunea agentilor chimici. Din grupa materiilor prime neplastice fac parte: materialele degresante, materialele aglomerante, materialele fondante si materialele refractare.

Materialele degresante au rolul de a reduce plasticitatea pastelor argiloase si contractia la uscare. In acest scop se folosesc: cuartul, nisipul cuartos, gresiile silicioase, samota si caolinul ars.

Cuartul si nisipul cuartos constituie principalii degresanti folositi la fabricarea portelanului. Nisipurile folosite la prepararea masei ceramice nu trebuie sa contina mai mult de 0,2% oxid feric (Fe₂O₃). Dupa calcinare, nisipul si cuartul trebuie sa fie cat mai albe, fara puncte colorate. Cuartul conduce la cresterea gradului de transluciditate al portelanului. Finetea cuartului rezultat in urma operatiei de macinare determina calitatea portelanului. De asemenea, marirea continutului de cuart conduce la cresterea refractaritatii, a rezistentei mecanice si la actiunea agentilor chimici.

Materialele aglomerante (aglutinante) au rolul de a mari plasticitatea. Se folosesc in acest scop: varul, clorura de calciu (CaCl₂), clorura de magneziu (MgCl₂).

Materialele fondante au rolul de a reduce temperatura de vitrifiere, marind in acelasi timp rezistenta mecanica si chimica a produselor. Ca materiale fondante sunt utilizati feldspati precum: ortoclasul (K[AlSi₃O₈]), albita (Na[AlSi₃O₈]), anortita (Ca[Al₂Si₂O₈]) dar si alte materiale cum sunt: dolomita (MgCa(CO₃)), calcarul (Ca(CO₃)) sau cenusa de oase (cu un continut ridicat de fosfat tricalcic (Ca₃(PO₄)₂), carbonat de calciu (CaCO₃), fosfat de magneziu (Mg₂P₂O₇), oxid si fluoruri de calciu (CaO, CaF₂).

Materialele refractare au rolul de a mari temperatura de topire a pastelor fiind indispensabile pentru obtinerea produselor refractare. Totodata ele maresc rezistenta mecanica, la uzura si fata de agentii chimici. Ca materiale refractare se folosesc: nisipurile cuartoase, cuartul, bauxita (AlO(OH)), magnezita (MgCO₃), bioxidul de zirconiu (ZrO₂).

2  Materii prime secundare

Materiile prime secundare sunt utilizate pentru a imbunatati unele proprietati ale maselor ceramice si a facilita prelucrarea. Din grupa materiilor prime secundare fac parte:

plastifiantii

lubrefiantii

fluidizantii.

Plastifiantii au rolul de a imbunatati prelucrabilitatea masei ceramice, marind totodata rezistenta mecanica a produselor nearse. In acest sens sunt folosite: parafina, dextrina, bentonita, alcoolul polivinilic etc.

Lubrefiantii au rolul de a usura operatia de fasonare prin presarea masei ceramice, inlesnind alunecarea particulelor lamelare de argila sau caolin. Materialele folosite ca lubrefianti sunt: motorina, stearatii de bariu, magneziu sau zinc, petrolul lampant, oleina etc.

Fluidizantii contribuie la stabilizarea barbotinelor ceramice cu un continut redus de apa. In acest scop sunt folositi: carbonatul de sodiu, silicatul de sodiu, lignina, acidul tanic.

3  Materii prime pentru glazura si decor

Glazurile sunt straturi de sticla usor fuzibila, dispuse pe suprafata produselor ceramice spre a le imbunatati atat aspectul, cat si stabilitatea si impermeabilitatea fata de lichide si gaze. Ele confera produselor ceramice un aspect lucios-sticlos, suprafetele acestora devenind netede si dure.

Principala cerinta pe care trebuie sa o indeplineasca glazurile este aceea de a avea o buna aderenta la masa ceramica pe care o acopera. De aceea, coeficientii de dilatare si de conductibilitate termica trebuie sa fie foarte apropiati de cei ai masei ceramice.

Glazurile se pot clasifica dupa urmatoarele criterii:

a) suportul pe care se aplica

glazuri pentru ceramica comuna

glazuri pentru faianta

glazuri pentru gresie ceramica

glazuri pentru portelan

b) proprietatile optice

glazuri transparente

glazuri opace

c) culoare

glazuri incolore

glazuri colorate

d) temperatura de topire

glazuri usor fuzibile cu un continut ridicat de oxizi alcalini si alcalino-pamantosi si scazut de bioxid de siliciu, ceea ce conduce la scaderea temperaturii de topire sub cea de ardere a biscuitului (sub 1000sC);

glazuri greu fuzibile cu un continut ridicat de bioxid de siliciu, obtinute prin ardere la temperaturi mai ridicate decat cele de ardere a biscuitului (care pot ajunge pana la 1400sC);

e) procedeul de obtinere

glazuri crude, obtinute prin simpla macinare a componentilor;

glazuri fritate la care o parte din componentii solubili in apa se topesc sau se sinterizeaza  cu o parte din bioxidul de siliciu, formand un amestec de silicati insolubili in apa;

glazuri cu sare, obtinute prin aruncarea de sare de bucatarie (NaCl) umeda in cuptorul de ardere, care conduce la formarea unui strat sticlos de aluminosilicati de sodiu;

glazuri cu luciu metalic, obtinute prin reducerea sarurilor metalice rezultand astfel pelicule lucioase la suprafata glazurilor;

glazuri mate, obtinute prin atacul chimic cu acid fluorhidric al glazurilor lucioase;

glazuri opace, obtinute prin utilizarea opacizantilor;

glazuri cristalizate care se obtin prin introducerea in exces a unui component (oxid de zinc, bioxid de titan); acesta, la racire, cristalizeaza dand glazurii un aspect de flori de gheata;

glazuri fisurate (crackle) care se obtin prin cresterea continutului de substante alcaline in glazura ceea ce conduce la cresterea coeficientului de dilatare a acesteia; ca urmare, glazura prezinta retele de fisuri foarte fine, provocate de diferenta dintre coeficientii de dilatare ai glazurii si cei ai masei ceramice;

glazuri stranse care se obtin din topituri la care tensiunea superficiala este mult marita prin introducerea bioxidului de zirconiu (ZrO₂); ca urmare, la ardere glazura se strange sub forma unor picaturi care alterneaza cu suprafete mate lipsite de glazura;

glazuri aventurin care se obtin prin introducerea in exces a oxidului de fier sau de crom si prin arderea in conditii speciale; pe glazura se formeaza astfel cristale stralucitoare, avand forma unor fluturi metalici;

angobe care se obtin dintr-un amestec format din alumina, calcar, feldspat, cuart, caolin si eventual oxizi metalici coloranti.

Materiile prime pentru obtinerea glazurilor sunt: nisipul, cuartul, feldspatii, caolinul, alumina, sticla, carbonatul de bariu (BaCO₃), sulfatul de bariu (BaSO₄), acidul boric (H₃BO₃), boraxul (Na₂B₄O₇ 10H₂O), fosfat tricalcic (Ca₃(PO₄)₂), miniu de plumb (Pb₃O₄), dioxid de staniu (SnO₂), oxid de zinc (ZnO).

Glazurile colorate se obtin fie prin introducerea in amestec a unor oxizi metalici sau saruri colorate care, prin topire, se dizolva in glazura, formand silicati colorati, fie prin adaugarea unor materiale refractare colorate care nu se topesc, dar se raspandesc uniform in masa glazurii, transmitandu-i astfel culoarea lor.

Culoarea albastra este obtinuta cu oxid de cobalt (CoO), culoarea verde este produsa de oxidul cromic (Cr₂O₃) si de oxidul cupric (CuO), culoarea galbena se datoreaza bioxidului de titan (TiO₂), culoarea violet bioxidului de mangan (MnO₂), culoarea rosie oxidului cupros (Cu₂O) si oxidului feric (Fe₂O₃). Dispersia coloidala de aur produce o glazura rosie-roz.

Ca opacizanti se folosesc: oxidul stanic (SnO₂), bioxidul de zirconiu (ZrO₂), trioxidul de stibiu (Sb₂O₃), fluorita (CaF₂), criolita (Na₃[AlF₆]).

Materiile prime pentru decorarea produselor ceramice se impart in doua grupe:

pigmenti pentru decorarea sub glazura

pigmenti pentru decorarea pe glazura

Pigmentii pentru decorarea sub glazura nu trebuie sa se modifice in contact cu biscuitul sau cu glazura si, totodata, trebuie sa fie stabili la temperaturile ridicate atinse in timpul arderii glazurilor. Oxizii intrebuintati pentru pictare sub glazura sunt: oxidul de cobalt (CoO) pentru nuantele albastre, oxidul de nichel (NiO) pentru nuantele brune, oxidul cupros (Cu₂O) pentru nuantele albastre sau albastre-verzui, bioxidul de mangan (MnO₂) pentru cele brune si violet, oxidul feros (FeO) pentru cele galbene si rosii, dioxidul de uraniu (UO₂) pentru cele galben-verzui. Pigmentii de culoare alba precum oxidul de zinc (ZnO), bioxidul de staniu (SnO₂), oxidul de calciu (CaO) sunt utilizati alaturi de pigmentii de alte culori pentru modificarea nuantelor.

Pentru decorarea sub glazurile greu fuzibile sunt disponibili un numar mult mai redus de pigmenti. Acestia trebuie sa ramana stabili la temperaturi de 1400-1500sC. In acest caz pot fi folositi doar oxizi de cobalt, fier, crom, mangan, uraniu. La acesti oxizi se mai asociaza aurul, platina si iridiul in stare coloidala, care dau culorile rosu, cenusiu si negru.

Pigmentii pentru decorarea pe glazura trebuie sa posede proprietatea de a patrunde in glazura fara a se descompune la ardere si fara a-si pierde intensitatea culorii. Oricum, produsele decorate peste glazura prezinta un luciu mai slab al decorului.

Pentru decorarea pe glazura sunt intrebuintati aceiasi oxizi metalici folositi si la pictarea sub glazura.