Właściwości porcelany i jej zastosowanie

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Termin „porcelana” odnosi się do szerokiej gamy wyrobów ceramicznych wytwarzanych w wysokich temperaturach. Ich cechą wyróżniającą jest gładka powierzchnia i niska porowatość. Te właściwości porcelany są szeroko poszukiwane do dziś. Trudno jest znaleźć jakąś branżę lub gospodarkę narodową, gdziekolwiek jest używana.

Najpopularniejsza porcelana dekoracyjna, a także szkło chemiczne, korony dentystyczne i izolatory elektryczne. Zwykle biały lub białawy, do „pieczenia” ten wspaniały materiał przybywa jako nie dający się zaprezentować kawałek ceramiki, który swoją znajomą formę nabierze dopiero po upieczeniu w piecach wysokotemperaturowych.

Zalety chińskich usług

W tym artykule omówimy właściwości i rodzaje porcelany. Zrozumiesz, dlaczego ten materiał był tak popularny na całym świecie, że przygotowano wielkie wyprawy, aby go kupić. Za piękną usługę, którą dziś możesz kupić w każdym sklepie, możesz zginąć.

Co dziwne, ale wyroby chińskich mistrzów z dzisiejszą ceramiką są tylko krewnymi, ale nie bezpośrednimi. Aby to zobaczyć, wystarczy przypomnieć podstawowe właściwościporcelana, która wyszła z warsztatów Państwa Środka. Materiały są do siebie bardzo podobne: zarówno nowoczesna, jak i antyczna porcelana może być szkliwiona lub „naturalna”. Ale prosta ceramika jest znacznie bardziej miękka. Nie da się z tego zrobić wysokiej jakości usługi.

Dlaczego tak się dzieje?

Właściwości porcelany, takie jak wytrzymałość i odporność na ciepło, są wynikiem wysokich temperatur, w których wytwarzana jest prawdziwa chińska ceramika. Jest produkowany w temperaturze 2650 stopni Fahrenheita (1454 stopni Celsjusza). Porównaj to do 2200 stopni Fahrenheita (1204 stopni Celsjusza) dla zwykłej porcelany. Ponieważ drugi materiał jest gorszej jakości, nie jest stosowany w przemyśle chemicznym i innych technologicznych gałęziach nauki. Dodatkowo jest to porcelana chińska najwyższej jakości, która jest przezroczysta dla światła. Szorstka ceramika nie może dać takiego efektu.

Szpiegowskie pasje

„Twarda pasta” lub prawdziwa porcelana po raz pierwszy pojawiła się w Chinach za czasów dynastii Tang (618-907). Ale naprawdę wysokiej jakości produkty, w swoich właściwościach w niczym nie ustępujących współczesnym, stały się znane światu dopiero za czasów dynastii Yuan (1279-1368). Wczesna chińska porcelana składała się z kaolinu (gliny porcelanowej) i pegmatytu, szorstkiego rodzaju granitu.

To było nieznane europejskim garncarzom aż do importu chińskiego sprzętu w średniowieczu. Europejczycy próbowali powielać właściwości porcelany, ale w tej materii nie udało się. Od czasu analizy jego składu chemicznego byłynie mogąc, wytwarzane przez nich produkty tylko zewnętrznie przypominały eleganckie, kruche i jednocześnie trwałe naczynia. Tak się okazało. Rozpoczęły się prawdziwe wojny szpiegowskie, aby poznać tajemnicę produkcji prawdziwej porcelany, ale Chińczycy strzegli ich tajemnicy bardziej niż życia.

Dlaczego ten materiał był tak popularny? Powodem są doskonałe właściwości fizyczne porcelany. Jest mocniejsza niż zwykła ceramika, ma wysoką przewodność cieplną, co umożliwia zaparzenie z niej doskonałej herbaty w czajniczkach. Ponadto, ze względu na glazurę, porcelana charakteryzuje się wyjątkowo niskim zabrudzeniem, plamiąc się jedynie pod wpływem barwników syntetycznych. Filiżanki ze starożytnych chińskich usług pozostają białe po wielu stuleciach.

Ersatzy

Po zmieszaniu szkła z tlenkiem cyny w celu uzyskania nieprzezroczystego materiału, europejscy rzemieślnicy próbowali połączyć glinę i szkło matowe. Te alternatywy stały się znane jako „miękka pasta” lub sztuczna porcelana. Ale zdenerwowały się dwie nieprzyjemne okoliczności: wszystkie te materiały okazały się zbyt miękkie, nie dało się z nich zrobić naprawdę cienkich, eleganckich produktów, a koszty produkcji były zbyt wysokie. Krótko mówiąc, właściwości porcelany typu „ersatz” były dalekie od ideału.

Istnieją dowody na to, że nasi mistrzowie opanowali również sztukę wytwarzania prawdziwej porcelany, ale wszystkie tajemnice rosyjskiej ceramiki zaginęły podczas najazdu tatarsko-mongolskiego, kiedy całe miasta zostały spalone wraz ze wszystkimi ich mieszkańcami. Osiągnięto również pewien przełomangielski. Stworzyli rodzaj materiału „kości”.

Ale czym jest porcelana kostna, której główne właściwości sprawiły, że stała się niezwykle popularna w starej Europie?

Historia stworzenia

W 1707 roku dwaj Niemcy, Ehrenfried W alther von Chimhaus i Johan Friedrich Bottger, odkryli bardziej „zdrową” metodę produkcji, która wykorzystuje glinę i drobno zmielony skaleń. W XVII wieku angielscy rzemieślnicy nauczyli się poprzez eksperymenty, że porcelanę, prawie identyczną z chińską, można uzyskać, dodając do tej mieszanki drobno zmielone, przypalone kości.

A później okazało się, że wersja angielska pozwala na produkcję ceramiki transparentnej w znacznie niższych temperaturach, co znacznie obniża koszty produkcji. Ponadto porcelana z Foggy Albion walczyła znacznie gorzej, była znacznie mocniejsza. Nic więc dziwnego, że Brytyjczycy wkrótce zapełnili swoimi usługami połowę Starego i prawie cały Nowy Świat.

Jakie są właściwości porcelany kostnej? Po pierwsze, produkty z niego wykonane wyróżniają się dużą wytrzymałością przy niewielkiej wadze i cienkościenności. Po drugie, tego typu ceramika nie może być stosowana w przemyśle chemicznym, ponieważ substancje w jej składzie reagują z kwasami i zasadami.

Surowce

Jak już powiedzieliśmy, główne składniki tego materiału są niezwykle proste: glina, skaleń, minerały zawierające wapń. Do tej pory konkurują ze sobą różne firmy, ponieważ szybko okazało się, żewłaściwości porcelany i fajansu można radykalnie zmienić, dodając do jej składu nowe elementy. Oczywiście, jeśli doświadczenie się powiedzie.

Pomimo tego, że skład glinki różni się w zależności od miejsca jej wydobycia, nadal zamienia się ona w szkło (co zapewnia gładkość produktu końcowego) tylko w ekstremalnie wysokich temperaturach. Ale dotyczy to tylko tych przypadków, w których gliny nie miesza się z materiałami, których próg zeszklenia jest niższy. Jednak w przeciwieństwie do szkła glina jest stabilna termicznie, co oznacza, że zachowuje swój kształt nawet po podgrzaniu do wysokiej temperatury.

Tak więc ten materiał jest naprawdę wyjątkowy, ponieważ łączy niską porowatość szkła ze stabilnością i względną wytrzymałością prostej ceramiki. Kaolin, hydroglinokrzemian, był zawsze używany jako główny rodzaj surowca. Skaleń (zawierający krzemian glinu) i krzemień, rodzaj twardego kwarcu, są niezwykle ważnymi składnikami każdego rodzaju porcelany. Po podgrzaniu topią się, wiążąc materiał.

Kwarc - „serce” porcelany

To jest klucz do siły. Właściwości porcelany (i jej zastosowanie) w dużej mierze wynikają z tej szczególnej cechy: słabo się łamie (w porównaniu do szkła), a małe odległości między cząstkami zapewniają nieprzepuszczalność materiału dla powietrza, wody i innych związków.

Kwarc jest „stopem” tlenu i krzemu, dwóch pierwiastków najobficiej występujących w skorupie ziemskiej. Posiada trzy formy funkcjonalne: bezpośrednio kwarc (kryształy), opal(odmiana amorficzna) i piasku (frakcja mieszana, brudna). Ogólnie rzecz biorąc, kwarc od dawna jest używany w produkcji rękodzieła. Porcelana może również zawierać tlenek glinu i steatyt, lepiej znany jako „steatyt”.

Proces produkcji

Po wybraniu i zważeniu surowców trafiają one do produkcji. Najpierw jest oczyszczany i mielony na bardzo drobne frakcje. Następnie wszystkie składniki miesza się w wymaganej proporcji, w zależności zarówno od warunków produkcji, jak i właściwości produktów końcowych. Gdy tylko te ostatnie się uformują, można je natychmiast wysłać do piekarnika lub wstępnie oczyścić, a następnie pokryć warstwą glazury.

Oczywiście najpierw spełnia swoją rolę tłuczone szkło. I dopiero potem do ust pieca trafiają przyszłe wazony, kubki, muszle klozetowe i korony dentystyczne. Przyjrzyjmy się teraz każdemu etapowi z osobna. W końcu od ich sukcesu zależą właściwości porcelany i jej zastosowanie!

Kruszenie surowców

Być może jest to jedna z najważniejszych operacji, ponieważ jakość produktu końcowego zależy od staranności jego wykonania. Kruszenie odbywa się za pomocą ogromnych mechanicznych kruszarek bębnowych. W drugim przejściu wielkość cząstek doprowadza się do 0,25 cm, aby zamienić wsad w drobny pył, stosuje się specjalne kruszarki kulowe. To ogromne stalowe cylindry wypełnione metalowymi kulkami. Gdy cała konstrukcja się obraca, cząsteczki surowców zamieniają się w jednorodną masę o niezwykle drobnym zmieleniu.

Czyszczenie i mieszanie

Mieszanka jest przepuszczana przez drobne filtry, a następnie podawana do specjalnego „przenośnika”, którym jest pochylona blacha stalowa. Wibrują, w wyniku czego surowce są nie tylko automatycznie mieszane, ale także sortowane, ponieważ największe cząstki są wypychane do góry. Jeśli wymagany jest zwilżony materiał, woda jest automatycznie rozpylana w linii.

Czasami stosuje się filtry z silnymi magnesami, które usuwają najmniejsze zanieczyszczenia żelaza. Ten ostatni, jeśli dostanie się do gotowego produktu, nada mu niepożądany czerwony odcień. Następnie gotowe produkty trafiają do pieca, gdzie są wypalane we wskazanych przez nas temperaturach.

Od jakich warunków produkcji mogą zależeć właściwości produktu?

Należy zauważyć, że podczas końcowego wypalania zachodzi wiele procesów, które bezpośrednio wpływają na właściwości zimnej porcelany. Po pierwsze, wszystkie zanieczyszczenia organiczne węgla są spalane, nadmiar wody jest odparowywany, różne frakcje gazowe wydobywają się z grubości przyszłego produktu. Jeśli jednocześnie temperatura nie zostanie doprowadzona do 1100 stopni Celsjusza, to krzem i inne składniki szkliwa nie będą mogły się stopić, co oznacza, że nie utworzą gładkiej i neutralnej chemicznie warstwy na powierzchni ceramiki.

Ponadto połączenia te są niezbędne do zmniejszenia odległości między cząsteczkami materiałów, aby zapewnić bardziej niezawodne połączenie między nimi. Po osiągnięciu pożądanej gęstości,produkt jest schładzany, w wyniku czego szkliwo „sciąga się”, staje się gładkie i wyjątkowo trwałe.

Wyniki

Więc dlaczego to wszystko opisujemy? Chodzi o to, że właściwości tego materiału są ściśle zależne od cech i warunków jego wytwarzania. Na przykład wytrzymałość zależy od procentowej zawartości skalenia w masie, a liczba porów w porcelanie jest tym mniejsza, im więcej skalenia. W miarę rozpuszczania się w szkle kwarcu i pozostałości otrzymanej z rozkładu substancji iłowej szkielet materiału porcelanowego staje się słabszy i wzrastają odkształcenia. W zależności od stopnia rozdrobnienia kwarcu, składu masy, temperatury i czasu wypalania, skład fazy szklistej obejmuje od 15 do 40% całego wprowadzonego do masy kwarcu. Im więcej, tym porcelana jest cieńsza i „lżejsza”.

Właściwości materiałów ceramicznych jako dielektryków charakteryzują się głównie odpornością na przepływ prądu elektrycznego w materiale i na powierzchni izolatora. Rozróżnij objętość właściwą i odporność powierzchni właściwej porcelany.

Poza tym właściwości chemiczne porcelany mają ogromne znaczenie praktyczne. Dokładniej, ich brak. Ceramika szkliwiona z dodatkiem dużej ilości skalenia i kwarcu jest chemicznie obojętna. Czy myślisz, dlaczego moździerze farmaceutów i chemików są wykonane z tego materiału? Jest znacznie mocniejszy niż szkło, ale nie reaguje.

Aktualny stan rzeczy

Dziś ceramika (a w szczególności porcelana) przeżywa drugi raznarodziny. Okazało się, że materiały te mogą znaleźć zastosowanie w produkcji różnego rodzaju mikroelektroniki. Znaczenie tego dla współczesnej cywilizacji nie wymaga wyjaśnienia. Naukowcy odkryli również, że po dodaniu pewnych dodatków wytrzymałość porcelany wzrasta wykładniczo. Obecnie trwają nawet obiecujące badania w zakresie tworzenia na jej podstawie nowych rodzajów zbroi. Więc nie same muszle klozetowe!

Wreszcie ten materiał staje się coraz ważniejszy w medycynie. Różnorodne protezy i wspaniałe korony zębowe – z roku na rok zapotrzebowanie na nie wzrasta. Tak więc starożytny chiński wynalazek pozostanie aktualny przez bardzo długi czas.