Керамічна маса для виготовляння фарфорових виробів

Винахід відноситься до керамічної промисловості, а саме до складів керамічних мас для виготовлення фарфорових виробів побутового і санітарно-будівельного призначення. Відома фарфорова маса (А.с. СССР №1178734, кл. С04В33/24, опубл. 15.09.1985г.), що включає незбагачений каолін, збагачений каолін, глину, бентоніт, фарфоровий бій, кварц-польовошпатовий пісок при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: Незбагачений каолін 35-70 Збагачений каолін 19-33 Глина 2-4,5 Бентоніт 0,5-2,0 Фарфоровий бій 7-15 Кварц-польовошпатовий пісок 1,5-10,5. Наявність у складі відомої фарфорової маси бентоніту, що є дефіцитним матеріалом, значно підвищує пластичні властивості і вимагає введення до складу маси підвищеного вмісту каоліну, що приводить до низької міцності за рахунок збільшення вмісту крупнодисперсного кварциту, і вимагає високої температури випалу. Наявність у складі відомої керамічної маси кварца-польовошпатового піску, що має обкатану форму й одномірні зерна, приводить при мокрому помелі в процесі виготовляння фарфорової маси до одержання більш 50% часток близько 50мкм, що знижує активність кварцу у фазоутворюванні і, як наслідок, приводить до зниження білизни виробів. Найбільш близьким аналогом винаходу, що заявляється, є фарфорова маса для виготовлення санітарнобудівельних виробів (А.с. СССР №1008195, кл. С04В33/24, опубл. 30.03.1983г.), що включає незбагачений лужний каолін, глину і бій фарфоровий при наступному співвідношенні компонентів, мас.%: Незбагачений лужний каолін 65-75 Глина 15-20 Бій фарфоровий 8-15. Ознаки найближчого аналога, які збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється: наявність у складі керамічної маси незбагаченого каоліну, глини і бою фарфорового. Відома фарфорова маса не забезпечує одержання очікуваного технічного результату за наступними причинами. Незбагачений лужний каолін, що входить до складу фарфорової маси, забезпечує одержання щільно спікливої фарфорової маси, однак, склад утворюваної склофази неоднорідний, що викликає підвищене вологовбирання і появу небезпечних напруг у процесі фазоутворювання (при переході кварца a ® b під час охолодження). Це зв'язано з малою активною поверхнею кварцу, що входить до складу незбагаченого лужного каоліну через слабко розвинутих регенераційних кайомок, які зберігаються і у результаті мокрого помелу, що знижує реакційну здатність кварцу. Низька реакційна здатність кварцу приводить до зниження білизни виробів, а також вимагає високої температури випалу. Даний склад маси обумовлює після її спікання наявність газової фази у виді пузирів округлої форми і сполучених пір, що знижують термічну і механічну міцність, у зв'язку з чим він використовується для виготовлення більш грубих виробів і не придатний для виготовлення тонкокерамічних виробів. В основу винаходу поставлена задача удосконалення керамічної маси для виготовлення фарфорових виробів шляхом оптимізації якісного і кількісного складу. Очікуваний технічний результат - підвищення реакційної здатності кварцу за рахунок одержання більш розвиненої активної поверхні, що забезпечує підвищення термічної і механічної міцності виробів високої білизни і просвічуваності, а також дозволяє знизити температуру випалу виробів на 15-20°С. Технічний результат досягається тим, що керамічна маса для виготовляння фарфорових виробів, що містить незбагачений каолін, глину і бій фарфоровий, відповідно до винаходу вона додатково містить шпат, а як незбагачений каолін містить каолін-сирець на основі безлужного кварциту при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: Каолін-сирець на основі безлужного кварциту 40-60 Глина 8-30 Шпат 5-30 Бій фарфоровий інше. Доцільно в каоліні-сирці на основі безлужного кварциту вміст компонентів у наступному співвідношенні, мас.%: SiO2 45-53 АІ 2O3 19-32 Fе2O3 0,19-1,0 ТіО2 0,24-1,2 CaO+MgO 0,60-1,5 К2О+Na2O 0,27-0,65 Втрати при прожарюванні 9,3-11,0. У каоліні-сирці на основі безлужного кварциту кварц знаходиться у виді неправильної, частіше подовженої форми з розміром зерен 0,03-3,63мм і являє собою реліктовий матеріал первинної кристалічної породи із широко розвиненими регенераційними кайомками. Наявність кварцу таких розмірів з розвиненою активною поверхнею приводить у процесі мокрого помелу при виготовленні керамічної маси до одержання більш 80% часток розміром до 50мкм. Тонкодисперсний кварц у процесі фазоутворювання сприяє утворенню великої кількості склофази, насиченої кварцом, що забезпечує високу білизну і просвічуваність, термічну і механічну міцність виробів у результаті зменшення кількості нерозчиненого кварцу і зниження пористості. Введення каоліну-сирцю на основі безлужного кварциту в кількості 40-60мас.% забезпечує готування шлікера безпресовим способом, що виключає введення електролітів, що приводить до підвищення якості каолінів і поліпшує формувальні властивості. Даний вміст каоліну-сирцю на основі безлужного кварциту забезпечує високу реакційну здатність складу, що приводить до більш повного фазоутворювання при помелі і нагріванні, що приведе до високої білизни, міцності і просвічуваності. При збільшенні вмісту каоліну-сирцю на основі безлужного кварциту понад 60 мас.% знижується білизна і просвічуваність і зростає температура випалу, а при його вмісті нижче 40 мас.% знижується пластичність маси, що приводить до зниження термічної і механічної міцності виробів. Наявність у керамічній масі глини в кількості 8-30мас.% сприяє поліпшенню формування виробів за рахунок високої пластичності, а також нажирюванню часток кварциту при мокрому тонкому помелі, тому що руйнування кварциту в каоліні-сирці відбувається селективно по кристалографічній орієнтації. При збільшенні вмісту глини понад 30мас.% знижується білизна виробів через неповне розчинення кварцу в утвореній склофазі з утворенням проміжних з'єднань по границях зерен шпату, що утрачає свої обриси. Зниження вмісту глини нижче 8мас.% приводить до зниження пластичних властивостей маси, що знижують термічну і механічну міцність виробів. Введення в керамічну масу шпату в кількості 5-30мас.% стабілізує температурний інтервал випалу готових виробів. Введення шпату більш 30мас.% знижує здатність виробів зберігати додану їм форму, а менш 5мас.% значно підвищує температуру випалу. Бій фарфоровий впливає на напружений стан фарфору, що зв'язано з оптимумом співвідношення компонентів маси. Керамічну масу готують таким чином. Каолін-сирець на основі безлужного кварциту піддають спільно зі шпатом і боєм фарфоровим мокрому помелові в кульових млинах. У процесі помелу відбувається адсорбція поверхнево-активних речовин і води, що сприяють руйнуванню його структури. При цьому відбувається часткове розкладання здрібненого матеріалу з виділенням газоподібних продуктів, фазові перетворення матеріалу, часткова деформація кристалічних фат і її активація. Помел кварцу, що входить до складу каоліну-сирцю, відбувається селективно по кристалографічній орієнтації з одночасним підвищенням анізометрії, що змінює при цьому не тільки розмір часток, але і форму. При цьому збільшується реакційна здатність (утворення скломулітової фази) і знижується кількість нерозчиненого кварцу, поліпшуючи термічну і механічну міцність виробів. Приклад. Керамічну масу пропонованого складу готують таким чином. Як вихідну сировину використовують: - каолін-сирець на основі безлужного кварциту наступного хімічного складу, мас. %; SiO2 - 52,65; АІ 2O3 - 32; Fе2O3 - 1,0; ТіО2 - 1,2; (Са+Mg) - 1,5; (К2О+Na2O) - 0,65; в.п.п. -11; - глину; шпат у виді кварц-польовошпатової сировини; - бій фарфоровий. Матеріали завантажують для спільного помелу в кульовий млин разом з водою і тілами, що мелють (уралітовими кулями) у співвідношенні матеріал : кулі : вода 1,0:1,5:1,0. Помел ведуть до залишку 2% на контрольному ситі №0056. Помел здійснюють протягом 7 годин, після чого проводять ситове збагачення, а потім магнітне збагачення. З приготовленого шлікера методом шлікерного лиття в гіпсові форми формують фарфорові вироби, піддають їх сушінню і випалу. Склад отриманої пропонованої керамічної маси наведений у таблиці 1. Таблиця 1 Компоненти Каолін-сирець Глина Шпат Бій фарфоровий 1 40 30 15 15 Вміст компонентів, мас. % 2 60 15 5 20 3 52 8 30 10 Для порівняння була узята відома фарфорова маса (найближчий аналог) хімічного складу, мас.%: незбагачений лужний каолін 70 глина 18 бій фарфоровий 12. З приготовленої маси методом шлікерного лиття робили виливок виробів у гіпсові форми. У таблиці 2 наведені властивості виробів, виготовлених із пропонованої керамічної маси (№1-3) і відомої фарфорової маси (№4). Таблиця 2 Властивості виробів Температура відпалу, °С Границя міцності при вигині в повітряно-сухому стані, МПа Термостійкість виробів, кількість теплозмін 100°С-вода 135°С-вода Білизна, % Просвічуваність виробів у шарах, мм 1 1230 3,4 2 1235 3,2 3 1235 3,3 4 1250 2,9 17 15 63 >2,5 16 15 61 >2,5 17 15 63 >2,5 13 9 42 1,3 Використання пропонованої керамічної маси, що містить каолін-сирець на основі безлужного кварциту, дозволяє одержати фарфорові вироби побутового і санітарно-будівельного призначення при зниженні температури випалу на 15-20°С. Крім того, підвищити термостійкість виробів, границю міцності, білизну виробів до 63% і просвічуваність виробів у шарах більш 2,5мм.