Введение к работе
Актуальность темы: Мягкий фарфор является одним из эффективных материалов для производства бытовых и художественно-декоративных изделий, к которым в условиях сложившегося многообразия различных материалов предъявляются более жесткие требования. Важным условием производства конкурентоспособной продукции является ресурсосбережение и высокое ее качество как по технико-эксплуатационным, так и по эстетико-потребительским показателям свойств. Поэтому повышение эффективности производства с учетом новейших научных исследований, а также улучшение свойств готовой продукции, является весьма важной проблемой.
Производство фарфоровых изделий в южном регионе России ориентировано на традиционный технологический подход, т.е. применение высококачественного, дорогостоящего алюмосиликатного сырья, поставляемого из Украины, и применение для глазурования легкоплавкой фриттованной глазури, которая также является дорогостоящим компонентом производства.
В связи с этим весьма важным является разработка новых фарфоровых масс, в которых дорогостоящие сырьевые материалы были бы частично или полностью заменены нетрадиционными доступными материалами и составов сырых нефриттованных глазурей, имеющих пониженную температуру плавления. Это позволит не только получить изделия с высокими технико-эксплуатационными и эстетико-потребительскими свойствами при более низких температурах обжига, но и решить проблему ресурсосбережения.
Большой научный и практический интерес представляет использование при производстве фарфоровых изделий необогащенного щелочного каолина Донецкого месторождения, характеризующегося повышенным количеством щелочных оксидов. Эта особенность химического состава каолина способствует образованию повышенного количества жидкой фазы при обжиге изделий и интенсифицирует процесс спекания. Снижение температуры обжига и получение изделий с высоким показателем белизны также является одним из важных факторов производства конкурентоспособной продукции. Одним из условий в решении этой задачи является разработка сырой легкоплавкой глазури, соответствующей по своим свойствам мягкому фарфору. Это позволит получать на основе разработанных фарфоровых масс и составов глазури фарфоровые изделия, обладающие не только высокими качественными характеристиками и показателем белизны, но и пониженной стоимостью. На основании этого тема диссертационной работы является весьма актуальной. Настоящая работа выполнялась по плану фундаментальных НИР научного направления 1.14 Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института): «Теоретические основы ресурсосберегающих технологий тугоплавких неметаллических и 'силикатных материалов: композиционных, керамических, стекломатериалов и вяжущих».
Цель работы: разработка состава и технологии производства мягкого фарфора с использованием необогащенного каолина Донецкого месторождения и сырой легкоплавкой глазури.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
разработать оптимальный состав мягкого фарфора с использованием необогащенного каолина взамен части просяновского каолина;
выявить особенности физико-химических процессов, протекающих при спекании масс мягкого фарфора;
— установить зависимость технико-эксплуатационных и эстетико-
потребительских свойств фарфора от вида и соотношения сырьевых компонен
тов в массе, а также его фазовый состав и структуру;
разработать состав сырой глазури для мягкого фарфора с использованием щелочного каолина и изучить ее свойства, а также свойства композита «мягкий фарфор - глазурь»;
дать научно-технические рекомендации для опытно - промышленных испытаний производства изделий мягкого фарфора.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
научно обосновано применение при разработке состава мягкого фарфора необогащенного каолина, характеризующегося повышенной реакционной способностью. Установлено: применение в массах необогащенного каолина интенсифицирует физико-химические процессы спекания путем образования расплава и большего количества муллита при более низкой температуре обжига, что обусловлено наличием в составе данного каолина полевого шпата с дефектной структурой;
выявлены структурные особенности фарфора, заключающиеся в том, что повышенное содержание щелочных оксидов способствует лучшей кристаллизации вторичного муллита и образованию более остеклованной структуры фарфора;
установлены научные закономерности окрашивания основных фаз фарфора оксидом железа за счет кристаллохимических изменений в структуре. Выявлено, что изовалентные замещения в муллите и метакаолините в наименьшей степени снижают КО при образовании твердых растворов. В наибольшей степени снижается КО стеклофазы, так как встраивание ионов Бе3+в сетку стекла приводит к структурным изменениям, что и снижает КО;
установлена зависимость влияния оптимального соотношения легкоплавкого щелочного каолина, пегматита и доломита на температуру плавления сырой нефриттованной легкоплавкой глазури, заключающаяся в образовании ряда низкотемпературных эвтектик между метасиликатами и дисиликатами калия и натрия, дисиликатом и тетрасиликатом калия, а также эвтектик более сложного состава между силикатами натрия, альбитом, нефелином и кремнеземом. Оксид СаО образует тройные эвтектики с девитритом Na20-3CaO-6Si02 и 2Na20-Ca0-3Si02) что обеспечивает снижение температуры плавления сырой глазури до 1200СС;
установлены закономерности взаимодействия мягкого фарфора и нефриттованной глазури при синтезе композита «мягкий фарфор - глазурь», заключающиеся в формировании развитого контактного слоя, имеющего стекло-кристаллическую структуру и толщину 132,5 мкм.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
разработаны составы керамических масс для изготовления фарфоровых изделий, на которые получен патент РФ на изобретение №2350578 от 10.08.2007 года, и технология получения мягкого фарфора с применением не-обогащенного щелочного каолина;
на основе применения легкоплавкого щелочного необогащенного каолина при оптимальном его соотношении с пегматитом и доломитом разработана сырая (нефриттованная) глазурь для мягкого фарфора с пониженной до 1200С температурой плавления, что упрощает технологию его производства и снижает себестоимость;
по результатам научных исследований сформулированы рекомендации для проведения опытно-промышленных испытаний по получению изделий мягкого фарфора бытового назначения, а также художественно - декоративных изделий. На Объединенном предприятии Хозяйственно-расчетном производственном управлении (ХРПУ) Ессентукский получена опытная партия изделий в виде чайных чашек;
результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в виде лекционного материала по специальным курсам и дипломного проектирования для студентов специальностей 240304 «Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов» и 26001 «Технология художественной обработки материалов»: в 2006 - 2008 году выполнено 4 дипломные научно-исследовательские работы.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на 55-й, 56-й и 58-й научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов (г. Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ) 2006,2007, 2009 гг.); Всероссийском смотре-конкурсе студентов высших учебных заведений «Эврика - 2006» (г. Новочеркасск, ЮРГТУ (НПИ)); семинаре-совещании ученых, преподавателей и ведущих специалистов, работающих в области технологии керамики и огнеупоров, дизайна керамических изделий «Технология керамики и огнеупоров» (2006 г., г. Белгород, БГТУ им. В.Г.Шухова); Международной научно-практической конференции БГТУ им. В.Г.Шухова (2007 г., г. Белгород); V Всероссийской научной конференции «Новейшие технологические решения и оборудование» (2007г., г. Москва); Межрегиональной научно-технической конференции аспирантов и молодых ученых (2008 г., г. Новочеркасск).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе одна статья в издании, рекомендованном ВАК РФ, а также получен патент РФ на изобретение № 2350578 от 10.08.2007 г.
Автор выражает глубокую благодарность д.т.н, профессору, заслуженному деятелю науки и техники РФ А.П. Зубехину за неоценимую помощь, ценные советы и консультации при выполнении диссертационной работы.
Объем работы. Диссертационная работа изложена в 5 главах на 127 страницах машинописного текста; состоит из введения, аналитического обзора, методической части, трех глав экспериментальной части, общих выводов, списка литературы, включающего 76 наименований, содержит 33 таблицы, 19 рисунков
и приложения на 3 стр.: акт о промышленной апробации технологии производства мягкого фарфора с применением необогащенного щелочного каолина на Объединенном предприятии Хозяйственно-расчетном производственном управлении (ХРПУ) Ессентукский и акт о внедрении в учебный процесс.
