Фритты и их использование в керамике, что такое фриттование

Одним из самых распространенных приемов декорирования керамических изделий является покрытие их глазурями.

Глазурь – это очень тонкий стекловидный слой. Его толщина колеблется в пределах 0.1– 0.3 мм. Покрытие глиняного изделия глазурью так же способствует увеличению его прочности, стойкости от воздействия агрессивных сред, а так же защищает от чрезмерного загрязнения. Кроме этого, изделие, покрытое глазурью, имеет более этетический вид.

Для декорирования керамики краски на основе органических соединений не имеют практического применения, так как во время обжига вся органика просто сгорит.

Поэтому применяют глазури, которые в своем основе могут имеют кварцевый песок, буру, соединения свинца, борную кислоту, поташ и целый перечень химических соединений.

Чтобы получить нужный цвет, в качестве красящих пигментов применяют оксиды таких металлов, как железо, кобальта, меди, хрома, марганца, никеля. Одним из основных составляющих компонентов глазури является фритта.

Этимология и значение слова «фритта»

Энциклопедический словарь Ф. А. Брокгауза и И. А. Ефрона дает следующее определение. «Фритта – это богатый кремнеземом стеклянный состав, обожженный на малом огне до спекания, но не до сплавления».

Смысл такого предварительного спекания состоит в том, чтобы все растворимые и токсичные соединения стали нерастворимыми и вступили во взаимодействие с различными оксидами, в том числе с диоксидом кремния.

Согласно Оксфордскому словарю английских языка (OED), в 1662 году под словом «фритта» понималось «кальцинированная смесь песка и флюсов, готовая к плавлению в тигле для изготовления стекла».

Если простыми словами, то фритта – это такой полуфабрикат для изготовления глазури, а в древности – это фарфоровая масса.

Среди ученых в профессиональной среде слово «фритта» создавало определенные сложности, так как в разные эпохи меняло свое значение.

Фритта — это существительное женского рода. Синонимом будет являться слово «состав».

Внешний вид фритты

По внешнему виду фритта представляет собой стекловидный продукт. Результатом водного гранулирования расплава которого являются гранулы, размер которых не должен превышать 10мм, а сухого – волокна или тонкие пластины, размер которых не должен быть более 1.5 мм в толщину и 20 мм в длину. Порошкообразные фритты имеют размер частиц около 20 мкм.

Фритта может быть прозрачная, полупрозрачная, белая и различных цветов при добавлении к ней красящих пигментов в виде оксидов металлов.

В продажу фритта должна поступать с влажностью не более 3%, либо условия поставки обговариваются дополнительно.

Свойства фритты

В процессе приготовления глазури фритты играют большую роль:

• их наличие снижает температуру плавления глазури;
• как результат снижаются материальные затраты;
• а также уменьшается количество времени, затраченного на приготовление глазури;
• значительно увеличивается ассортимент цветового решения;
• за счет внесения в глазури фритт первые становятся более стойкими к внешним воздействиям и нерастворимыми в воде.

Применение фритт

Именно будучи компонентом глазурей и эмалей, фритты имеют достаточно большую сферу применения.

Это производство керамической плитки, как для стен, так и для пола. Фритты являются компонентами смеси для производства фаянсовой посуды.

Их используют в изготовлении керамических изделий из майолики. А так же входят в состав защитного слоя для металлических поверхностей, таких как, например, чугун, сталь, аллюминий.

Классификация фритт

По способу гранулирования:

• водной грануляции;
• сухой грануляции.

По способности плавиться во время обжига изделия:

• легкоплавкие – Л1;
• относительно легкоплавкие – Л2;
• средней плавкости – Т1;
• относительно тугоплавкие Т2;
• тугоплавкие – Т3.

По назначению:

• для покровных покрытий – П;
• для грунтовых покрытий – Г;
• для безгрунтовых покрытий – БГ;
• для внутреннего покрытия при контакте с пищевыми продуктами – ПВ;
• для покровных бортовых покрытий.

По видам глазируемой продукции:

• для хозяйственной посуды из стали – ПХС;
• для посуды хозяйственной их чугуна – ПХЧ;
• для стальных газовых и электрических плит – ПС;
• для стальных труб и фасонных деталей трубопровода – ТС.

По цвету покровного покрытия:

• для белого покрытия – Б;
• для слабоокрашенного покрытия – О;
• для интенсивно окрашенного покрытия – О (наиболее часто применяются именно для керамики);
• прозрачная для интенсивно окрашенного покрытия — Ц;
• полупрозрачная для интенсивно окрашенного покрытия – ЦР.

Требования безопасности при работе и производстве фритт

При производстве фритт, рабочие должны иметь средства индивидуальной защиты, такие как перчатки или рукавицы для защиты рук, индивидуальные респираторы для защиты органов дыхания, средства индивидуальной защиты глаз и специальная защитная одежда.

Требования к фриттам

Фритты для посуды, предназначенной для контакта с продуктами, должны соответствовать всем требованиям Роспотребнадзора.

Они должны обладать термостойкостью, ударопрочностью, не иметь пористости, должны быть стойкими к коррозии и адсорбции красящих пигментов, находящихся в пищевых продуктах, дролжны иметь хорошую яркость и внешний вид в целом.

Транспортировка и хранение фритты

При транспортировке и хранении упаковка фритт должна обеспечивать полную их сохранность. Поэтому допускается упаковка, как в полиэтиленовые, так и в многослойные бумажные мешки или контейнеры для сыпучих продуктов пищевого или непищевого назначения.

При этом на упаковке обязательно должна быть нанесена маркировка товара содержащая информацию об изготовителе, названии товара, номер партии, масса и дата производства.

Маркировка может быть нанесена непосредственно на упаковку или на бумажном или ином ярлыке и вложена или прикреплена в упаковку. Обязательно должна присутствовать маркировка «Беречь от влаги».

Транспортируют фритты любым видом транспорта в закрытом состоянии.

В среднем срок хранения фритт составляет два года с момента изготовления. По его истечении нужно провести пробные испытания и продолжать их применение.

Материалы для изготовления фритты

В состав фритты могут входит несколько десятков компонентов, среди них — кварцевый песок, молотый кварц, борная кислота, бура, натрия октоборат плавленый технический, ангидрид борный, кальция борат, оксид титана, мел природный и известняк, каолин, глинозем, азотнокислый натрий, сода кальцинированная, тринатрийфосфат, натрий фосфорнокислый, искусственный криолит, оксид марганца, концентран марганцевый, оксид хрома, жженая магнезия, порошок магнезитовый, поташ, калиевая селитра и некоторые другие компоненты. Их пропорции и технология обработки непосредственно напрямую влияет на свойства фритты.

Поэтому производство фритты требует очень тщательного контроля на всех стадиях производства.

Такой состав придает фриттам не только устойчивость к агрессивным средам, но и соответствует всем заявленным требования Роспотребнадзора.

Над созданием новых рецептов для фритт и поиском наилучших пропорций входящих в нее компонентов трудятся и в настоящее время.

Технология производства фритты

Технологическая схема производства фритты состоит из нескольких этапов:

• подготовка сырья;
• дозирование и приготовление шихты (смесь материалов, которая пойдет в дальнейшую переработку в плавильные печи);
• загрузка шихты в печь;
• варка фритты;
• грануляция фритты;
• сушка фритты;
• упаковка фритты;
• хранение.

Все компоненты для производства фритты должны соответствовать требованиям нормативной документации для каждого конкретного вещества.

Фритты готовятся по заранее известной технологии, смешивая определенные ингредиенты, которые могут сразу быть в виде окисей, либо возможно применение карбонатов или нитратов. Последние в процессе производства за счет химических реакций самостоятельно примут форму окиси.

Сам технологический процесс направлен на сплавление всех ингредиентов друг с другом при определенных условиях, например при температуре 1200-1300 градусов в течение от одного часа до трех. Далее следует охлаждение массы до состояния твердого стекла с последующей грануляцией.

Фриттование

Фриттование (Frittung), стеклование или прожаривание – это процесс сплавления и перемешивания компонентов шихты и последующим резким охлаждением готовой массы путем ее выливания в холодную воду.

Принцип процесса фриттования сводится к тому, что в ходе прокаливания массы, происходит вступление соединений между собой в химическую реакцию с образованием новых химических веществ.

Ход всех операций сводится к следующему. Шихтовая смесь из бункера через загрузочное окно подается в варочное пространство в тигель (специальная емкость, в которой происходит непосредственно плавление).

Смесь, под действием высоких температур плавится и через специальное окно сливается в подготовленный резервуар. Резервуар в вою очередь наполнен холодной водой, где происходит грануляция горячей расплавленной фритты.

Во время водной грануляции расплавленная масса тонкой струйкой направляется в стальной желоб, который постоянно омывается водой с температурой от 20 до 50 градусов. Расплавленная масса проходит сквозь специальную сетку, имеющую определенный диаметр ячеек.

Для того чтобы процесс шел быстрее, необходимо, чтобы компоненты шихты были хорошо перемешаны, смесь стала гомогенной, с частицами определенного размера.

Чтобы избежать разбрызгивания шихты, тигель заполняют немногим более половины объема.

Красящие пигменты могут добавлять в шихту и плавить их совместно, а могут добавлять уже во время помола готовой фритты.

Готовая фритта очень легко подвергается помолу, даже в простой фарфоровой ступке.

Чтобы во время приготовления глазури не произошло нарушение ее однородности, во время фриттования важно не допустить спекание шихты.

Важен именно момент ее полного плавления.

Главная задача процесса фриттования – это перевести все растворимые в воде вещества в нерастворимые, для дальнейшего приготовления глазурей.

Если компоненты для приготовления глазури, такие как, например, сода, бура, сохранят способность растворяться в воде, то нарушится химический состав глазури, что повлечет за собой изменение ее свойств и внешнего вида.

Фритта в древности

Как уже отмечалось выше, первые упоминания слова «фритта» датируются 1662 годом. Тогда фритту измельчали и применяли для того, чтобы получить красящий пигмент.

Территориально археологами установлено присутствие фритт в Египте, Европе, средиземноморье и Месопотамии. Древние фритты были двух цветов – зеленой и синей.

Синяя фритта

Синяя египетская фритта или голубая фритта, как ее еще могут называть, имеет в своем составе соединения медь, известь, кварц. Заготовленную массу нагревали до температуры 850-1000 градусов.

По соотношению массовых долей количество извести должно было быть меньше количества меди. В итоге, конечный продукт, голубая фритта, состоял из кристаллов купрореваита.

2900 годом до н. э. датируется самая ранняя находка синей фритты на могиле в Саккаре. Голубую фритту так же нашли в Уре, в гробницах царей. А так же в период среднего бронзового века в Средиземноморье.

Зеленая фритта

На сегодняшний день есть доказательства нахождения зеленой фритты только в Египте. Для росписи надгробий в качестве зеленого пигмента вместе с малахитом использовали и зеленую фритту. Самая ранняя находка датируется периодом правления 18 династии, это период с 1550 по 1292 год до нашей эры.

Производство зеленой фритты происходило из того же сырья, что и синей, но только с разными пропорциями составных частей. Для зеленой фритты массовая доля извести превышала массовую долю меди. Так же немного увеличивалась и температура обжига. Для зеленой фритты она составляла 950-1100 градусов.

Некоторые древнеегипетские изображения, ранее бывшие синими, теперь стали зелеными.

Ученые пришли к выводу, что синяя фритта может видоизменяться. Для этого они провели ряд исследований. И в ходе определенных преобразований выяснили, что действительно получить синюю фритту можно из предшественника зеленой фритты – купрориваита.

Готовим фритту самостоятельно

В некоторых случая изготовить фритту можно самостоятельно в домашних условиях. Для этого пригодится обычное стекло.

Для работы обязательно потребуются средства индивидуальной защиты – очки, перчатки, фартук.

Самый простой способ – это как можно мельче, например, молотком, измельчить нужное вам стекло.

Можно списать для дробления стекла старенькую кофемолку, только не пластиковую.

Важно не применять ее больше в последующем для пищевых нужд.

Другой способ – это когда стекло измельчают за счет резкого перепада температуры. При температуре около 750 градусов стекло спекают, затем, специальными клещами берут сплав и опускают его в холодную воду. Емкость должна быть всего на 2/3 заполнена водой.

Такой перепад температуры приводи к тому, что стекло мгновенно разлетается на множество мелких осколков. Растрескивание стекла происходит практически мгновенно, поэтому погружайте его в воду как можно быстрее, чтобы разлетающиеся осколки не повредили вас.

Еще один домашний способ, когда битое стекло ссыпают в тигель, нагревают печь до 950 градусов, и так же выливают массу в холодную воду.

За счет того, что температура нагрева увеличена на 200 градусов, частички формируются значительно меньшего размера.

Дробленое различными способами стекло получается с различным размером крупинок. Для того, чтобы их поделить на фракции можно использовать обычное сито с различным диаметром ячеек. Таким образом, вы сможете отделить почти пыльцу от небольших камушков. В дальнейшем вам проще будет использовать эти размеры для декорирования работы.

Делаем картины из фриттованного стекла

Эта техника имеет очень красивое название – «рисование светом».

Хотите владеть искусством рисования фриттами и получить стеклянную картину, тогда нужно ознакомиться с некоторыми ее аспектами.

Сначала на обычном листе бумаги делаете рисунок. Подбираете те цвета, которые вам необходимы. В качестве опорной пластины используйте стекло. Переносите ваш рисунок на базовое стекло.

Хорошо, если оно будет прозрачным, тогда, положив его сверху рисунка можно легко перенести изображение с бумаги. Стекло переворачиваете вниз изображением, не забудьте это учесть, когда будете переводить рисунок. Теперь наносите фритты в соответствии с задумкой по декорированию. Готовое изображение отправляете в печь для запекания.

Внимание, пока ваша работа не остынет до комнатной температуры, не вынимайте ее из печи, чтобы она не потрескалась.

Современное использование фритты

В настоящее время слово «фритты» имеет несколько различных значений в различных отраслях народного хозяйства.

Фритты широко применяются в приготовлении керамических глазурей. Фритта – это промежуточный элемент в изготовлении стеклянного сырца.

Фритты используют в качестве эмалей для стальных труб.

Фритты — это биоматериалом, они становятся или частью живого механизма, или вступают с ним во взаимосвязь.

Натриево-кальциево-силикатное стекло расплавляют, выливают в воду для получения фритты, затем измельчают в порошок, который затем служит материалом для изготовления каркаса, заменяющего кость.

Фриттами называют черные точки по периметру стекла в автомобиле. Они выполнены специальной керамической краской с последующим запеканием в печи.

В результате слой не смывается, и имеет шероховатую поверхность. Из-за своей шероховатости на стекле лучше держится герметик, а так же эти фритты прикрывают следы клея, которым приклеено стекло от глаз пассажиров и водителя. С другой стороны фритты защищают герметик от воздействия ультрафиолета, который действует на него разрушающе.

Прошли те времена, когда изделия из глины носили лишь бытовой характер. Сегодня керамика – это высочайшего мастерства произведения искусства, где художник-керамист за счет цветового решения при глазуровании стремиться передать всю неописуемую красоту окружающего нас мира.

Это и синева дождливой тучи, и мерцание ночных звезд, и переливы северного сияния, и разноцветные радужные разводы на голубом небосводе, и серебристый блеск снежинок, и многое другое.

В процессе работы глазурь может повести себя совершенно неожиданным образом и показать в итоге непредсказуемый результат. Поэтому мастерская художника-керамиста – это не только гончарный круг и глина с красками, а настоящая химическая лаборатория.