Охлаждение керамики после обжига, остывание муфельной печи

Статьи

Обжиг керамических изделий ведется строго по определенному алгоритму. Под технологией обжига подразумевается схема нагрева и охлаждения, время выдержки, градиент температур. Есть целый ряд причин, чтобы в точности соблюдать разработанные для каждого вида керамики технологии.

Первая причина заключается в том, что в процессе обжига глина должна стать прочной, приобрести свой оттенок и высокую степень водонепроницаемости. Глазури должны хорошо закрепиться на черепке и превратиться в стекловидное вещество. Краски – затвердеть, сохранив рисунок на изделии.

Все эти преобразования сопровождаются сложными физико-химическими процессами: химическими реакциями, трансформированием кристаллических решеток, фазовыми переходами. Если хотя бы один из процессов окажется незавершенным, то в изделии будут образовываться дефекты (вспучивания, цеки, трещины, прыщи, пятна, матовость).

Необходимо придерживаться схемы и по той причине, что малейшее отклонение от алгоритма может привести к возникновению механических напряжений внутри материала. Керамика сама по себе является достаточно прочной, однако при возникновении локальных напряжений могут образовываться разломы. Таким образом, необходимо соблюдать правила обжига, чтобы сохранить целостность изделий.

Весь обжиг подразделяется на этапы, которые имеют верхнюю и нижнюю температурные границы. В зависимости от материала эти границы могут изменяться. Поэтому и обжигается глина в разных условиях. Если не соблюдать технологию, то и обжига фактического не произойдет. Например, кеармист выполнил изделие их глины, требующей высокотемпературного обжига, но довел температуру в печи лишь до 800-900 градусов. Глина, естественно, подсохнет. Из нее удалится влага, и даже начнутся процессы плавления. Но она не станет такой прочной, как керамика.

Керамика после политого обжига

Наконец, еще одна причина, по которой следует проводить нагрев и охлаждение по определенному алгоритму, кроется в особенностях эксплуатирования печей. В основном для обжига керамики используют муфельные печи. В них внутреннее пространство, куда непосредственно загружается изделие, называется муфелем. Муфель изнутри покрывают керамическими пластинами, в частности, шамотом, поэтому он выдерживает высокие температуры. Однако при резком охлаждении керамическая поверхность может лопнуть, и печь придет в негодность.

Почему лопается керамика

Появившаяся в керамике трещина считается фатальной для любого изделия. Если сырая глина отличается пластичностью и разрывы в слоях можно устранить, то после обжига практически ничего сделать нельзя. Трещины, возникающие после утильного обжига, можно заделать, причем процедура восстановления черепков не такая уж сложная. Но после завершения обжига, особенно на этапе охлаждения изделия с трещиной исправить не удастся.

Керамика, как материал, считается достаточно прочной. Она не подвержена ни «старости», ни «усталости», несмотря на то, что многие специалисты и пытаются объяснить дефекты данными терминами. Не страшен керамике и перегрев. Сейчас речь идет о самой глине, так как перегрев может губительно сказаться на красителях и глазурях.

Единственный фактор, способный сравниться с ударом молотком по керамическому черепку, — термоудар. Это явление, которое наблюдается при быстром нагревании или быстром охлаждении изделия.

В результате того, что тепло не успевает распространиться по черепку равномерно, образуются области более или менее нагретые. В результате теплового расширения слои глины испытывают существенные напряжения. Завершается все разрывом слоя, причем разрыв происходит настолько быстро, что невозможно предпринять каких-либо мер.

Испорченные керамические изделия

Если установлено требование равномерного нагревания, то для охлаждения выдвигается подобное требование. Существует множество советов, как бороться с термоударом. Но легче пресечь разрыв черепка, чем бороться с образовавшимися трещинами. Необходимо, чтобы в поперечном сечении керамического изделия разность температур была минимальной. Говоря простыми словами, печь на рабочий мощностной режим нужно вводить постепенно, равно как и постепенно убирать мощность при отключении нагревателя.

Если с дефектами керамики можно смириться, то разрушение муфеля печи дорого обойдется ее владельцу. Даже опытные керамисты на свои изделия «закладывают» процент брака. Хотя потеря одного изделия тоже расстраивает, ведь настоящий художник в каждое свое произведение вкладывает душу. Причин, по которым может треснуть глина, достаточно много. Если в пласт попадет маленький, невидимый невооруженным глазом пузырек воздуха, он может стать причиной образования трещины, так как в пузырьке начнет расти давление от образовавшихся газов.

Можно выделить причины возникновения трещин, не связанные с обжигом. Речь идет о неравномерной сушке глины перед термообработкой, некачественно раскатанном пласте, толщина которого в разных местах различна. Наконец, непосредственное силовое воздействие на глину в пластичном состоянии может породить надрыв в слое, а после обжига это приведет к образованию глубокой трещины.

Треснутая после обжига тарелка

Анализируя вышеуказанное, можно сделать вывод, что мастер, работающий с керамикой, должен заботиться о ее целостности на всех этапах:

  • при подготовке и замешивании глины;
  • во время лепки;
  • при загрузке изделия в печь;
  • во время нагрева;
  • во время выдержки;
  • во время охлаждения.

Этапы остывания керамики

Подобно тому, как на каждом температурном интервале при нагревании происходят определенные процессы, в случае охлаждения керамики начинают протекать свои преобразования. Некоторые из них являются обратимыми (плавление/кристаллизация). Другие же существенно отличаются от процессов нагревания.

Первый температурный диапазон охлаждения ограничен 1420 градусов и 1000 градусов. Указанные границы применимы для большинства видов керамики, которая обжигается при высокой температуре. Тем не менее, следует понимать, что изделия из полимерной глины не требуют таких высоких значений, следовательно, охлаждение будет начинаться с более низкой температуры.

Тарелка с трещиной

На первом температурном участке охлаждения глазурь и глинистые массы обладают высокой пластичностью, поэтому рекомендуется на всем промежутке повысить скорость охлаждения. В принципе, можно ограничиться возможностями печи и не предпринимать дополнительных действий. Некоторые глазури при длительной выдержке способны кристаллизоваться. Но время такой выдержки должно составлять около 10 часов, поэтому об образовании кристаллов можно не беспокоиться.

В диапазоне температур от 1000 градусов до 700 градусов происходит окисление металлов. Образуются оксиды марганца, меди и некоторые низшие оксиды других металлов. На данном этапе рекомендуется снизить скорость охлаждения, чтобы все вещества вступили в химическую реакцию. От степени завершения окисления зависит яркость и насыщенность цвета изделия.

Важно обеспечить приток воздуха, чтобы не было недостатка кислорода. В противном случае будет наблюдаться металлизация на поверхности керамических черепков.

В восстановительном обжиге нет необходимости снижать скорость охлаждения, однако восстановительную среду (отсутствие кислорода) следует поддерживать вплоть до 250-300 градусов.

При температуре ниже 900 градусов черепок и глазурь становятся единым целым. Они прочно сплавились друг с другом и остывают одновременно. Вплоть до 750 градусов они обладают повышенной хрупкостью, поэтому на данном этапе проявятся дефекты, если был неправильно подобран коэффициент теплового расширения для материалов. Дело в том, что при разных показателях КТР глазурь и глина будут расширяться по-разному. Это, несомненно, приведет к появлению разломов или трещин. Больше никаких сложностей в интервале от 900 до 750 градусов не должно возникать.

Следующий температурный диапазон достаточно узкий. Он составляет промежуток от 600 градусов до 550 градусов. Это объясняется тем, что при температуре 573 градуса наблюдается фазовый переход в кристаллах кварца. Указанная температура является экстремумом в процессе охлаждения (как и в процессе нагревания). Мастер обязан проявлять особую бдительность.

Готовое изделие без дефектов

Структура кристалла кварца подлежит трансформированию, в результате чего модифицированный β-кварц превращается в α-кварц. В принципе, эти две модификации ничем не отличаются друг от друга. Но при изменении плоскости симметрии кристаллизации возникают локальные расширения, влекущие за собой чрезмерные механические напряжения. Если не снизить скорость охлаждения при прохождении данного участка, то наблюдается так называемый «холодный треск», то есть, черепок может лопнуть.

Диапазон от 300 до 200 градусов характерен преобразованием кристобалита. Это полиморфная модификация кварца, которая образовалась при высокой температуре из тонкодисперсного кремнезема. Различают высокотемпературный и низкотемпературный кристобалит. Трансформация кристалла не оказывает негативного воздействия на керамику, однако если в данном периоде было принято решение открыть дверцу печи, то делать это нужно аккуратно, чтобы не было резкого перепада температур.

Не рекомендуется извлекать изделия из печи до тех пор, пока они не остынут полностью. Если термометр показывает, к примеру, 100 градусов, это не значит, что температура внутри черепка равна такому же значению. Сложные изделия отличаются тем, что они имеют тонкостенные и толстостенные элементы. Естественно, большее количество готовой керамики требует большего времени для охлаждения.

Охлаждение муфельной печи

Муфельная печи – это сложное нагревательное устройство, которое служит для обжига керамики. Ее особенность заключается в том, что нагреватели разогревают муфель до высокой температуры. Чтобы исключить прямого воздействия нагревателя на керамические элементы, а также обеспечить равномерное изменение температуры, муфель изготавливают из жаропрочной глины. Сам факт присутствия глины в печи накладывает определенные условия для ее использования.

Муфельные печи

Современные печи снабжены автоматикой, которая не позволит выбрать режим, губительный для самого устройства. Тем не менее, каждый мастер должен понимать, что резкие перепады температуры могут привести к растрескиванию муфеля. Если керамическое изделие выбраковывается при несоблюдении технологии обжига, то ремонт муфеля – достаточно дорогая процедура.

Муфель «боится» механических повреждений, особенно когда разогрет до высокой температуры. Именно поэтому опытные керамисты рекомендуют осторожно приоткрывать и закрывать дверцу, чтобы избежать привычного «хлопанья». Об этом, кстати, не пишут в инструкциях. Старые модели муфельных печей снабжались шамотными муфелями. Они были очень чувствительны к скорости изменения температуры, поэтому часто лопались.

Современные устройства сделаны на основе легких волокнистых огнеупорных материалов. Тем не менее, настоятельно рекомендуется выполнять все рекомендации по работе с устройством. Обычно схема охлаждения ничем не отличается от той схемы, которая приводится для самой керамики. Если же на каком –либо этапе есть возможность увеличить скорость нагрева или охлаждения, необходимо подумать о том, как это повлияет на само устройство.

Муфельная печь остывает естественным путем. На некоторых этапах, когда керамика требует интенсивного охлаждения, допускается приоткрывать дверцу муфеля. Но никаким другими средствами влиять на скорость охлаждения нельзя.

Открытие печи

Считается, что если процесс охлаждения занимает столько же времени, что и процесс нагревания, — это самый оптимальный режим работы нагревателя, продлевающий срок его эксплуатации. Важно, чтобы в первые часы, когда температура внутри печного пространства выше 400-450 градусов, охлаждение велось как можно медленнее.

Особенно это актуально при загрузке муфеля массивными изделиями. В таком случае дверцу не рекомендуется открывать вплоть до температуры 200 градусов. И даже после этого дверцу лучше полностью не открывать, а слегка приоткрыть и дождаться, пока температура не снизится до 120-100 градусов. Завершающим этапом обжига является разгрузка печи. Теоретически обжиг заканчивается при достижении температуры 100 градусов. Считается, что стадия охлаждения завершена. Тем не менее, разгрузку изделий нужно производить при температуре 50-60 градусов, особенно если они покрыты глазурью.

Оцените статью
Художник-керамист Наталья Ковалева
Добавить комментарий