Керамические вазы, горшки, чайные наборы, подсвечники, тарелки, свистки и даже музыкальные инструменты – все это можно создавать самостоятельно. Чтобы научиться делать керамику своими руками, главное – желание.
Перед тем как стать керамистом, попробуйте слепить из глины простейшую безделушку, и вы поймете, стоит ли тратить деньги на покупку оборудования для работы.
Если что-то не получилось – не беда, размочите брак и сделайте из него новую фигуру, до запекания изделие можно видоизменять бесконечно.
Из чего делают керамику и где взять материалы для работы
Керамика – это обожженная глина, которая и является главным материалом в работе керамиста. В отличие от полимерной глины, натуральная имеет природное происхождение, ее добывают из недр земли, не подвергая химической и другим видам обработки.
Опытные мастера в целях экономии добывают и готовят сырье самостоятельно. Этот процесс включает несколько этапов и вряд ли заслуживает внимания, если вы только начинаете свой путь и живете в городе.
Глина для изготовления керамики должна быть жирной и без вкраплений камешков и прочего мусора, иначе поделка растрескается в процессе запекания. Готовую массу хранят при определенных условия влажности.
Натуральная глина бывает разных видов:
- Белая – наиболее распространенная, изначально имеет сероватый оттенок, а после термической обработки обретает приятный оттенок слоновой кости.
- Красная – содержит оксид железа, придающий сырью зеленоватый тон. Основной цвет сырца – коричневый, после обжига изделия становятся красными. Хорошо поддается лепке, не крошится, идеальна для скульптур и крупных изделий.
- Фарфоровая – серая в сыром виде и белая после запекания.
- Голубая – чаще используется в косметологии и народной медицине.
- Черная или темно-коричневая керамическая масса – самая твердая глина, приобретающая оттенок слоновой кости после обработки в печи.
Красная глина
Также глины для керамики классифицируют по температуре обработки на легкоплавкие, среднеплавкие, тугоплавкие.
Удобнее всего покупать готовую гончарную глину, ориентируясь на размер фракции, цвет после обжига при разных температурах и другие характеристики и качественные показатели. Стоимость зависит от производителя, фасовки, фактуры. Есть уже готовые массы с добавками для облечения разных задач – лепки, формовки, гончарного круга.
Помимо глины, нужны глазури и эмали для покрытия изделий, пигменты для придания сделанной своими руками керамике нужного оттенка, специальные добавки для улучшения свойств и температурной обработки.
Для склеивания деталей используют шликерную массу – своеобразный клей из разведенной глины. Если просто соединить элементы, они могут отвалиться при нагреве. Все это продается в специализированных магазинах для керамистов.
Способы изготовления керамических изделий
Существует несколько способов превращения глиняной массы в красивое керамическое изделие.
Лепка – самый доступный способ изготовления изделий из керамики своими руками в домашних условиях. Сувениры, скульптуры, посуду, игрушки или другие поделки лепят руками, словно из пластилина, помогая себе специальными стеками или подручными приспособлениями.
Гончарное дело требует наличия вращающегося круга. С помощью этого древнего ремесла и сегодня создают вазы, кувшины, горшки, тарелки, чашки.
Отминка – наиболее простой вариант изготовления керамики для начинающих. В работе используют гипсовую форму, в которую выкладывают мягкую глину, а после застывания извлекают фигурное изделие. Гипсовые формы привлекательны тем, что впитывают излишнюю влагу, помогая глиняному изделию отвердеть и просохнуть.
Литье – здесь тоже используют формы, но другого плана. Разведенную глину разливают по формам, высушивают заготовки, извлекают и раскрашивают.
Глиняная поделка обретает прочность только после обжига – обработки в гончарных печах при температуре от 900 до 1300 градусов. Готовые сувениры покрывают акриловыми красками или специальной стекловидной глазурью для керамики. В случае с глазурью требуется еще один обжиг после окрашивания.
Если хочется получить естественный оттенок, используют молочение – покрывают неокрашенную запеченную керамическую фигурку молоком в несколько слоев и еще раз запекают при более низких температурах.
Гончарная печь – виды и предпочтения
Раньше печи для обжига керамики представляли собой вырытые в земле горны и разогревались исключительно дровами. Современные гончарные печи бывают газовыми, электрическими и дровяными.
Последние, как правило, изготавливаются собственноручно, они подходят для эксплуатации в частных домовладениях.
В условия квартиры удобнее всего работать с электропечами, для больших объемов можно подобрать газовую.
В металлическом корпусе таких печей скрывается огнеупорный кирпич или другой материал, удерживающий тепло и не боящийся нагрева. Для отвода влаги предусмотрены вентиляционные отверстия, управление процессом обжига керамики осуществляется программным регулятором. Электрические гончарные печи – недешевое удовольствие. Цена зависит от производителя, объема, мощности.
В продаже есть модели с вертикальной и горизонтальной загрузкой и колпаковые. По типу расположения нагревательного элемента гончарные печи подразделяют на муфельные и камерные. В муфельных он находится вокруг емкости из огнеупорного материала (муфеля). В камерных нагреватель расположен внутри, что сокращает потери тепла и делает оборудование более экономичным.
Если немного постараться, можно сделать печь для обжига керамики в домашних условиях своими руками, взяв за основу огнеупорный кирпич и что-то для корпуса, например, старую стиральную машину.
Запекание – самый важный процесс, который не прощает ошибок. Иногда даже опытные мастера видят вместо ожидаемого шедевра негодный брак. Изделия никогда не достают сразу, они должны остыть в печи.
Как выбрать гончарный круг
Гончарные круги нужны для лепки круглых предметов, поэтому этот инструмент необязательно покупать сразу же. Если вы только осваиваете керамику, начинайте с лепки или отминки. Круги бывают с ручным, ножным и электрическим управлением.
Последние – самые удобные и практичные, их чаще всего и покупают керамисты, занимающиеся изготовлением керамики в домашних условиях. Чтобы научиться работать на электрическом круге, нужно несколько часов. Для освоения инструмента с ручным управлением уйдет несколько месяцев.
При выборе гончарного круга важно обратить внимание на тип двигателя:
- Коллекторный – самый простой и часто встречается в компактных моделях, плавно регулирует скорость вращения, но сильно шумит.
- Асинхронный – вращается в обе стороны, меньше шумит, но требует навыков для регулировки скорости.
- Бесщеточный двигатель постоянного тока – лучший выбор для серьезных работ. Отличается надежностью и низким уровнем шума.
Модификации различаются по диаметру планшайбы, частоты ее вращения, мощности двигателя, габаритам оборудования. Цена также зависит от производителя.
Выбирая гончарный круг для изготовления домашней керамики своими руками, обратите внимание на удобство положения рук во время работы и сидения за ним. Если у вас нет персональной мастерской, не забывайте про компактность. Желательно не полагаться на рекламу, а попросить совета у тех, кто уже давно занимается керамикой.
Неплохое оборудование можно найти даже среди детских моделей, на них получится делать полноценные, хоть и небольшие изделия.
Польза и удовольствие от керамического хобби
Изначально керамикой занимались в основном мужчины, но сегодня, благодаря автоматическим кругам и электронным печам, – это женское хобби, требующее терпения, творческого настроя, художественного таланта.
Гончарное дело нельзя назвать очень прибыльным, тем более с учетом покупки дорогостоящего оборудования. Скорее, им занимаются ради удовольствия. Лепка успокаивает, а созерцание работы на гончарном круге действует магически.
Продавать керамику, сделанную своими руками, конечно, можно. Спросом пользуются сувениры, посуда, предметы декора. Однако обогатиться на этом увлечении вряд ли получится – времени на изготовление уходит много, а цены на изделия ручного труда способны оценить только те, кто понимает разницу между штамповкой и индивидуальной работой мастера.
Если вы хотите попробовать лепку, но не готовы покупать печь, начните с холодного фарфора, полимерной глины или соленого теста. Конечно, эти материалы не годятся для изготовления посуды, но зато из них получаются очень красивые сувениры и украшения, например, колье или ожерелье.
Ну а если решили стать керамистом, то начните с теории, смотрите видео-уроки, учитесь на опыте мастеров. Удачи вам и творческих успехов в этом и других женских увлечениях.
Керамическая плитка своими руками
Самостоятельное изготовление керамической плитки – задача, которую может выполнить каждый, у кого есть:
- определённые навыки;
- требующееся оборудование;
- желание создавать.
Изделие высокого качества с первой попытки получить удаётся немногим. Однако на этом сдаваться не стоит. И последующие плитки уже будут лучше. Их можно использовать для личного применения или продажи.
Перед производством важно определиться с технологиями. Изготовление керамики, по сути, идёт по одной методике. Базисом является пластичная масса из глины. Из неё создаётся кафель необходимых размеров. Он затем обрабатывается.
Создание керамической плитки своими руками
При создании керамической плитки следует придерживаться следующей технологии:
- Подготавливается сырьё. Подбирается нужная разновидность глины. Внедряется ещё одна шихта, и сохраняется влажная масса.
- Создаётся сырец. Это заготовка из необработанной глины. Сырец тщательно просушивается.
- Идёт начальная термическая обработка. Её ещё именуют бисквитным обжигом. При значительных температурных параметрах крохотные элементы минералов соединяются методом плавления. Так они образуют терракоту. Это керамика высокой прочности.
- Придание продукции декоративного облика. На поверхность, которая заранее подготовлена, наносится глазурь. Далее следует обжиг, чтобы достичь глянцевой поверхности.
Итак, работы начинаются с подборки сырья. Как уже было замечено, базисом здесь является глина. Она может быть различных сортов. А также важно учитывать процент её пластичности. По этому параметру лидером считается жирная глина.
Она пригодна для создания любых форм. А аутсайдером является тощая глина. У нее повышенная хрупкость и ломкость. Обычно рекомендуется применять средний вид. Можно также разбавить жирный тип песком или шамотом.
Так глина получится не такой тугоплавкой и во время обжига не станет разрываться.
Материалы для создания керамических плиток
Вам могут попасться и такие породы, как:
- Каолин. Окраска – белая. Из него часто производят фаянс и фарфор.
- Цементная. Нужна для изготовления цементных составов.
- Кирпичная. Характеризуется легкоплавкостью, служит для создания кирпичных продуктов.
- Огнестойкая. Отличается высокой тугоплавкостью. Справляется с температурами плавления до 1580 градусов.
- Кислостойкая. Не вступает во взаимодействие со многими химическими соединениями. Служит производственным сырьём в создании химически устойчивой посуды.
- Формовочная. Отличается хорошей пластичностью и огнестойкостью. Её часто задействуют в металлургической сфере.
- Бентонитовая. Обладает мощными отбеливающими качествами.
Прочность готовящейся плитки должна быть достаточной.Чтобы придать терракоте оттенки, можно применить природные пигменты. По сути, это минеральные оксиды. Они содержатся в составах некоторых типах глины. Это может дать определённый оттенок.
После подборки сырья необходимо его подготовить. После работы с составом, смешиванием всех элементов в нужных соотношениях требуется замотать всю эту массу в полиэтиленовый мешок. Здесь задача – не пустить воздух в эту смесь. В таком состоянии глину надо оставить на некоторое время. Так все частицы пористого материала заберут влагу.
Формовка плитки
Далее можно приступать к формовке плитки. Для комфортной работы лучше задействовать полиуретановые формы. Для небольших партий вполне подойдут и гипсовые. Формы помогут сделать ровную продукцию, имеющую одинаковые внешние данные. Здесь необходима тщательная утрамбовка глины и грамотное её распределение по имеющейся форме. По всей площади шаблона должна соблюдаться одинаковая толщина.
После этой работы заготовку (сырец) требуется основательно высушить. Нужная степень просушки будет достигнута, когда плитка посветлеет и затвердеет. Здесь очень важно соблюдать осторожность, поскольку сырец на данной стадии довольно хрупкий. Но если случится какой-то дефект, формовку и просушку можно повторить. Для этого заготовку можно размочить в воде.
Обжиг сформованной плитки
На следующей стадии работ требуется обжечь сырец. Здесь все минералы, содержащиеся в керамической массе, будут проходить обработку высокими температурами. Они должны сплавиться между собой. Задача – получить монолитную массу. После такой процедуры плитка становится существенно прочнее.
Здесь можно следовать уже проверенной технологии – глина запекается при термических интервалах 1000–1300 градусов Цельсия. Иногда показатели можно снизить до 850–900 градусов. Такие изменения не должны ухудшить качество продукции, поэтому предварительно в сырьевой состав внедрите пемзу, но не более 40% от смеси. Иначе материал получится менее прочным.
Во время начального обжига у сырца получается усадка, так как из состава уходит влага. Этот критерий нужно учитывать при расчётах финальных габаритов продукции. Ещё важно учесть, что на данной стадии увеличивается и пористость плиточной структуры. В специальных цехах путём дополнительного давления возможно сократить количество пор.
В пористой структуре есть и свои преимущества. Так будет удобнее проводить последующую декоративную обработку. Поры примут часть внешнего покрытия и снизят его растекание.
Нанесение глазури
Вашей плитке необходимо придать блеск. Для этого можно самостоятельно приготовить особую глазурь. Она может состоять из стекла, каолина и триполифосфата. Из этих компонентов получается пылеподобный порошок. Его нужно смешать с чистой водой. В эту смесь можно внедрить и прочие минералы. В общем перечне значатся порядка 30 видов.
Приготовленная глазурь наносится на кафель одним из трёх методов (или их комбинаций): распылителем, кистью, обливным способом.
Покрытие должно основательно затвердеть и соединиться с терракотой. Для этого оно проходит вторичный обжиг. Здесь важно, чтобы керамическая масса по температурным данным не достиг критического значения. Иначе плитка расплавится. Глазурь позволит создавать уникальные и изящные художественные решения.
Мастер-класс по изготовлению авторской керамической плитки
Керамическая плитка, создаваемая по индивидуальному дизайну путем ручной отминки в форму, всегда отражает индивидуальность автора. Яркие или нежные тона росписи, воплощение собственных идей декора позволят создать неповторимый экземпляр декоративно-прикладного искусства.
На мастер-классе в нашей мастерской Вы создадите керамическую плитку собственного дизайна, воплотите личные творческие идеи и реализуете художественные замыслы. Поскольку размеры плитки 10*10 см, то ее можно использовать в дизайне собственного пространства или как подставку под горячее.
Изящные стилистические решения позволят вписать такой объект в любой интерьер.
Сложности изготовления плитки вручную
Сложности ручного изготовления керамической плитки заключаются в правильной подготовке массы и набивке формы по технологии. Плоские керамические изделия при сушке и обжиге испытывают напряжение, которое не распределяется так, как у объемных, что часто приводит к деформации. Подбор правильной керамической массы и соблюдение определенных технологий приведет к отличному результату.
На мастер-классе Вы узнаете о керамических массах, подходящих для изготовления плитки, особенностях формовки плоских изделий, возможных вариантах росписи и декора керамики. Вы сделаете собственную плитку ручной работы, которая будет вызывать всеобщее восхищение. Стоимость — в разделе Цены.
Изготовление плитки своими руками. Свойства глин
 |
 |
 |
| Различные виды сухой смеси и влажной глины | До начала работы влажная глина отлеживается в мешке | После того, как глина высохнет, ее цвет и масса изменятся |
На современных фабриках и заводах плитка часто получается путем прессования и обжига сухой массы. За это ответственны огромные дорогостоящие прессовальные аппараты и специальные печи. В домашних условиях это не самый лучший вариант, так что вам нужно будет использовать влажную глину, которой вы будете придавать любую форму.
Вкратце процесс выглядит так: берется влажная глина, ей придается форма, она высушивается, обжигается, глазируется и снова обжигается (чтобы схватилась глазурь).
Теперь немного подробнее
До начала работы влажная глина отлеживается в мешке и ждет, когда же вы сделаете из нее что-нибудь. Когда вы приступаете к изготовлению плитки, она превращается в сырое керамическое изделие. Пока вы будете формовать плитки, они будут понемногу подсыхать, и к окончанию формовки немного затвердеют. Эта стадия, когда глина еще остается влажной, называется стадией твердой кожи.
Когда ваши плитки полностью высохнут, вы обнаружите, что цвет глины стал светлее. Теперь можно сказать, что она находится на стадии сырца. В этот момент плитка уже довольно твердая, но если вы слегка ударите по ней, она может треснуть или раскрошиться.
Если вы оставили такую плитку сушиться на открытом воздухе и она попадет под дождь, то плитка может раскиснуть и превратиться в комок глины. Расстраиваться по этому поводу не надо, ибо такое свойство глины весьма выгодно. Если вы сделали неудачный образец, просто бросьте его ведро с отходами глины и забудьте о ваших неприятностях.
Позднее, когда глина полежит, ее можно заново обработать и сделать из нее что-нибудь новое и красивое.
После того как вся влага испарилась из глины и плитки дошли до состояния сырца, они готовы для того, чтобы поместить их в печь и начать обжиг.
Что вы будете делать дальше, зависит от того, какую технику глазурования вы будете использовать; но в соответствии с общей практикой, во время первого обжига, который называется бисквитным, глина специально не дожигается.
В зависимости от температуры созревания глины, температура бисквитного обжига может находиться в интервале от 850°C до 1000°C. При этих условиях керамические изделия остаются пористыми и способны легко абсорбировать глазурь.
Второй (глазурный) обжиг происходит при температуре, необходимой для созревания глазури. Эта температура может быть ниже – но никогда не выше – температуры, необходимой для созревания глины; в противном случае, глазурь расплавится и превратится в стекловидные шарики.
Глина и керамические смеси. Свойства глины
Глина является основой для производства плитки. Она состоит из кислорода, водорода, силикона и аллюминия и при добавлении воды меняет свою структуру, становится более гибкой и вязкой. При удалении воды глина затвердевает и становится жесткой.
Очень важно знать, что глина, которую только недавно выкопали из земли, еще не готова для использования в качестве сырья для керамики. Рабочие качества недавно добытой глины оставляют желать лучшего.
Основные характеристики глины, которые будут для вас важны это пластичность, температурный интервал обжига и степень усадки.
Пластичность глины
Пластичность позволяет получать сложные формы (такие, как углы ступеней, например)
Если глина слишком пластична, она не будет обладать достаточной прочностью для того, чтобы изготовить из нее изделия крупной формы, она будет разрушаться при высокой температуре. В таком случае, к ней стоит добавить крупнозернистые материалы.
Глина с крупнозернистой структурой будет недостаточно пластичной, она будет разрываться при скручивании и.формовке, из нее невозможно будет получить нужную форму.
Для того чтобы с ней было удобнее работать, добавьте в состав более липкие или более пластичные глины.
Пластичность глины легко определить на глаз, сжимая и раскатывая комок. Можно провести простой тест — слепить из глины колбаску и начать сгибать ее по дуге. Чем меньше радиус дуги, по которому глина сгибается и не трескается, тем более она пластична.
Еще один простой способ определения пластичности — разорвать глиняную колбаску на 2 части. Если концы краев — тонкие и тянутся, как нити — глина пластична. Если концы толстые и сухие, как обрубки, а сама глина рассыпается в руках, она низкопластична.
Гончары называют пластичные глины жирными глинами, а низкопластичные глины- тощими глинами.
Повторим, что ни один из этих видов глин не может быть использован в чистом виде для приготовления плитки, их обязательно нужно будет перемешать для получения материала нужной консистенции.
Температурный интервал обжига глины
Каждый вид керамической глины и каждый добавляемый ингредиент имеет свою специфическую температуру плавления, которая и определяет температуру обжига, необходимую для спекания глины, когда она превращается в керамику.
В состав формулы глиняной массы или рецептуры могут входить несколько различных глин, а также другие неглиняные материалы, которые добавляют с целью получения материала с определенными свойствами, в зависимости от цели использования изделия.
Гончары выделяют легкоплавкие глины (с температурой плавления ниже 1350 градусов), среднеплавкие (температура от 1350 до 1580) и тугоплавкие (температура, как вы догадались, выше 1580 градусов). Чем более пластична глина, тем меньшую температуру обжига она выдерживает. Чтобы увеличить температуру, добавьте к глине шамот или пемзу (с пемзой температура снизится до 800 — 950 градусов).
Степень усадки глины
Ваше изделие изменит свою массу и размеры во время сушки и обжига, по мере того, как из нее испаряется вода. Когда вы собираетесь делать плитку, которая специально предназначена для какого-то ограниченного пространства, вам необходимо как можно больше узнать о степени усадки данной глины.
Самая большая усадка происходит за время обжига, когда уходит химически связанная вода. Далее происходит непрерывный процесс отверждения и сжатия с образованием кристаллов стекла в обжигаемой глине, которые и превращают глиняную массу в керамику. Чем выше температура обжига, тем больше глина дает усадку. Чтобы уменьшить усадку, увеличьте количества шамота в керамической массе.
Измерьте длину линии: разница между измерениями на влажной и на обожженной глиняной полоске даст величину усадки в процентах. На фото показано, что 100 мм линия на влажной глине уменьшилась до 92 мм после обжига и разница составила 8 мм. Усадка глины составляет, таким образом, 8%. |
Для этого теста вам понадобится линейка с нанесенными на ней сантиметровыми делениями. Как избежать растрескивания и деформации глины
Добьетесь ли вы успеха или потерпите неудачу в вашей затее с изготовлением плитки, зависит от правильного выбора типа глины. Одной из самых сложных задач для вас будет избежать растрескивания и деформации изделий во время сушки и обжига.
К счастью, эту задачу можно облегчить, если добавить в глину значительное количество гранул или частиц крупнозернистого материала, такого как шамот.
В идеале количество шамота должно составлять от 15 до 40 процентов, при этом желательно, чтобы частицы были разного размера.
Хорошая глиняная масса для плитки должна содержать 12/2? процентов шамота мелкого помола и 25% — среднего помола.
Для тех, кто уже имеет опыт работы с керамическими массами, такое количество может показаться чрезвычайно большим (и оно не подходит для изготовления маленьких керамических фигурок, где содержание шамота вряд ли будет превышать 20 %), но открытая пористая структура, которая получается благодаря шамоту, позволяет плиткам высохнуть более равномерно и избежать деформации.
способ получения пористой структуры керамического материала
Изобретение относится к получению пористого материала из керамики на основе оксида алюминия и может быть использовано в химической промышленности, в том числе в агрессивных средах при повышенных температурах, для изготовления носителей катализаторов, в водоподготовке, а также в медицине для изготовления пористых керамических имплантатов. Глинозем марки ГН, смешивают и измельчают с 0,3-2,0% карбоната магния в шаровой мельнице. После измельчения и перемешивания смесь порошков пересыпают в капсель и спекают в печи при температуре 1000-1500°С. Охлаждённый спек загружают в шаровую мельницу и измельчают до получения порошка со средним размером зерна 1,5-2,5 мкм, смешивают с оксидом циркония, стабилизированным оксидом иттрия, с гидроксидом алюминия, с нанопорошком оксида алюминия в гамма-фазе с удельной поверхностью S=245 м2 /г, карбонатом аммония, желатином и поливиниловым спиртом. Полученный порошок формуют методом одноосного прессования и обжигают. Технический результат изобретения — получение пористой структуры алюмооксидной керамики с дифференциальным распределением пор микронного размера. Пористый керамический материал имеет следующие характеристики: открытая пористость 25-45%, размер пор от 10 мкм до 600 мкм, прочность на сжатие до 70 МПа. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.
1.
Способ получения пористой структуры керамического материала, включающий смешивание оксида алюминия, гамма-оксида алюминия, оксида циркония, гидроксида алюминия, формование и обжиг, отличающийся тем, что в качестве оксида алюминия используют глинозем, который смешивают с 0,3-2,0% карбоната магния, измельчают, спекают при температуре 1000-1500°С и повторно измельчают до размера зерна 1,5-2,5 мкм, оксид циркония стабилизируют оксидом иттрия, а гамма-оксид алюминия используют в виде нанопорошка с удельной поверхностью S=245 м2/г и дополнительно при смешивании перед формованием вводят порообразователь и органические добавки.
2. Способ получения пористой структуры керамического материала по п.1, отличающийся тем, что в качестве порообразователя используют карбонат аммония.
3. Способ получения пористой структуры керамического материала по п.1, отличающийся тем, что в качестве органических добавок используют желатин и поливиниловый спирт.
Изобретение относится к получению пористого материала из керамики, в частности к получению пористой структуры алюмооксидной керамики с дифференциальным распределением пор микронного размера, и может быть использовано в химической промышленности, в том числе в агрессивных средах при повышенных температурах, для изготовления носителей катализаторов, в водоподготовке, а также в медицине для изготовления пористых керамических имплантатов.
В настоящее время для изготовления имплантатов используют титановые сплавы с различными модифицирующими добавками, которые часто вызывают аллергические реакции, и даже отторжение имплантата. В изобретении заявлен способ получения пористой структуры керамического материала.
Известны способы получения высокопроницаемого пористого материала с ячеистой структурой из керамического порошка путем нанесения его суспензии в растворе органического вещества на пористый полимерный материал (полиуретан), удаления избытка суспензии, сушки, удаления полимерного материала без разрушения структуры и формы заготовки, которую затем спекают по известным для данного порошка режимам (Гузман И.Я. Некоторые принципы образования пористых керамических структур. Свойства и применение (обзор) // Стекло и керамика. 2003. № 9. — С.28-31. Анциферов В.Н., Беклемышев А.Н., Гилев В.Г., Порозова С.Е., Швейкин Г.П. Проблемы порошкового материаловедения. Часть II. Высокопористые проницаемые материалы. — Екатеринбург, УрО РАН, 2002. — 263 с.).
Известен способ получения пористой керамики, включающий приготовление суспензии металлического порошка в водном растворе органического вещества, нанесение суспензии на подложку из пористого полимерного материала, сушку заготовки, после которой заготовку подвергают термической обработке при температуре 160-180°C, удаление органического вещества термодеструкцией и спекание (Авторское свидетельство СССР № 577095, МПК B22F 3/11, C22C 1/08, опубликовано 25.10.1977 г.). Для получения керамики данным способом сначала готовят полиуретановую матрицу с требуемыми характеристиками сетчато-ячеистого каркаса, а для повышения проницаемости каркаса дополнительно производят удаление перегородок между порами (ячейками). Затем готовят текучую массу (суспензию) из порошка с добавлением водорастворимого органического вещества (карбоксиметилцеллюлоза, поливиниловый спирт и др.) и осуществляют пропитку полиуретановой матрицы, например, путем ее погружения в суспензию. Избыток суспензии удаляют из пор с применением вибрации или механического воздействия (циклы сжатие-растяжение путем прокатки через валки, отжимания или центрифугирования). Нанесенный на поверхность пор слой массы упрочняют путем сушки. Образование трещин в нанесенном слое при его сушке исключают выбором вида и количества органической связки, гранулометрического состава порошка, режима сушки. Далее полиуретановую матрицу осторожно удаляют (выжигают) при термообработке, а оставшиеся частицы порошка дополнительно упрочняют путем спекания. Получение сферических пор одинакового заданного размера в полиуретановой матрице является сложным, что ведет к удорожанию ее стоимости. Для максимальной проницаемости каркаса необходимо дополнительно производить удаление перегородок между порами (ячейками) травлением в агрессивных средах. Данный способ позволяет получить пористый керамический материал с пористостью 70-95% и прочностью на сжатие до 1 МПа.
К недостаткам способа относится сложность нанесения ровного слоя порошка на поверхность полиуретановой матрицы. Для сохранения формы полиуретановой матрицы при удалении органической составляющей термообработку необходимо вести медленно и по определенному режиму.
Выделяющиеся при разложении полиуретана газы являются ядовитыми и их необходимо улавливать и нейтрализовать. При упрочнении заготовки путем гидростатического прессования через заполняющую крупные открытые поры жидкость полиуретановая матрица оказывается внутри материала и после снятия давления разрывает заготовку за счет своей упругой деформации.
Недостатком способа являются также низкие механопрочностные характеристики получаемого пористого материала.
Известен способ получения пористой керамики (патент RU № 2348487, МПК C04B 35/10, B22P 3/11, C22C 1/08, опубликованный 10.03.2009 г.), в котором полимерная матрица с системой взаимосвязанных открытых пор формируется путем вибрации и подпрессовки из сферических парафиновых гранул.
Поры матрицы пропитывают не растворяющей ее текучей массой, содержащей технологическую связку, воду и керамический порошок. Для придания текучей массе прочности проводят сушку.
Парафиновую матрицу удаляют путем выплавления с формированием на ее месте системы высокопроницаемых пор и проводят упрочнение полученного материала.
Данный способ получения пористой керамики нетехнологичен для массового производства, требуется создание дополнительного производственного участка для создания сферических парафиновых гранул, а удаление парафина из матрицы сопровождается выделением вредных газов. Недостатком способа являются также низкие механопрочностые характеристики получаемой пористой керамики.
Наиболее близким по технической сущности является способ получения пористой структуры алюмооксидной керамики (см. патент US № 6565825, класс США 423/625, 423/628, опубликованный 20.05.2003 г.).
Получение пористой структуры керамики этим способом заключается в смешивании исходных компонентов: оксида алюминия с размером зерна 0,05-2,0 мкм, гамма-оксида алюминия, гидроксида алюминия 10-90% (об.) с размером частиц 0,05-2,0 мкм, оксида циркония от 1-20% (об.
), формовании и обжиге в две ступени. Первая ступень обжига до температуры 800-1000°C со скоростью нагрева от 1 до 10°C в минуту, вторая ступень обжига от 1000°C до 1600°C.
Получаемый таким способом материал имеет пористость максимум 65% с размером пор от 10 нм до 1000 нм, предел прочности на сжатие 50 МПа при удельной поверхность 40 м2/г.
Недостатком данного способа является малая величина пор (от 10 нм до 1000 нм), что не всегда может быть использовано для избирательной фильтрации, в том числе для использования в медицине в качестве имплантатов, т.к. размер клеток находится в пределах 100-300 мкм.
Задачей изобретения является получение пористого керамического материала с дифференциальным распределением пор микронного размера при прочности на сжатие 50-70 МПа.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе получения пористой структуры керамического материала, включающем смешивание оксида алюминия, гамма-оксида алюминия, оксида циркония, гидроксида алюминия, формование и обжиг, в отличие от прототипа, в качестве оксида алюминия используют глинозем, который смешивают с 0,3-2,0% карбонатом магния, измельчают, спекают при температуре 1000-1500°С и повторно измельчают до размера зерна 1,5-2,5 мкм, оксид циркония стабилизированный оксидом иттрия, а гамма-оксид алюминия используют в виде нанопорошка с удельной поверхностью S=245 м2/г и дополнительно при смешивании перед формованием вводят порообразователь и органические добавки.
В качестве порообразователя используют карбонат аммония. В качестве органических добавок используют желатин и поливиниловый спирт.
На фиг.1 в виде таблицы представлен температурный режим обжига алюмооксидного керамического материала.
На фиг.2 представлена фотография шлифа поверхности алюмооксидного керамического материала состава: глинозем+MgCO3+ZrO2+Al(ОН) 3+(NH4)2СО3+нанопорошок -фазы Al2O3+ПВС.
На фиг.3 представлена фотография шлифа поверхности алюмооксидного керамического материала состава: глинозем+MgCO3+ZrO 2+Al(ОН)3+(NH4)2СО 3+нанопорошок -фазы Al2O3+ПВС+Ж.
Способ получения пористой структуры керамического материала, например алюмооксидной керамики, осуществляется следующим образом. В качестве исходного компонента используют глинозем марки ГН, который смешивают и измельчают с 0,3-2,0% карбонатом магния в шаровой мельнице.
После измельчения и перемешивания смесь порошков пересыпают в капсель, который помещают в горн (печь) и спекают при температуре 1000-1500°С. После охлаждения спек загружают в шаровую мельницу и измельчают до получения порошка со средним размером зерна 1,5-2,5 мкм.
Полученный порошок смешивают с оксидом циркония, стабилизированным оксидом иттрия, с гидроксидом алюминия, с нанопорошком оксида алюминия в гамма-фазе с удельной поверхностью S=245 м2/г, карбонатом аммония, желатином и поливиниловым спиртом. Полученный порошок формуют методом одноосного прессования и обжигают.
Полученный пористый керамический материал имеет следующие характеристики: открытая пористость 25-45%, размер пор от 10 мкм до 600 мкм, прочность на сжатие до 70 МПа.
Указанная совокупность признаков способа получения пористой структуры алюмооксидного керамического материала является новой и обладает изобретательским уровнем, так как использование глинозема в виде исходного сырья в целом удешевляет получение пористого керамического материал.
Добавка карбоната магния к глинозему позволяет получить алюмомагниевую шпинель, которая способствует предотвращению роста кристаллов при обжиге готового изделия, что улучшает механопрочностные характеристики.
Спекание глинозема с карбонатом магния при температуре 1000-1500°C позволяет оксид алюминия, содержащийся в глиноземе в различных фазах, перевести в альфа-фазу, что позволяет на следующих технологических операциях строго контролировать процент усадки.
Помол полученного спека глинозема с карбонатом магния до размера зерна 1,5-2,5 мкм позволяет получить крупнопористую структуру керамического материала. Использование нанопорошка оксида алюминия с удельной поверхностью S=245 м2/г в гамма-фазе позволяет получить пористую структуру с улучшенными механопрочностными характеристиками.
Стабилизация оксида циркония оксидом иттрия позволяет стабилизировать тетрагональную структуру оксида циркония, что обеспечивает долгосрочность механопрочностных характеристик получаемого материала.
Добавки карбоната аммония, желатина и поливинилового спирта при обжиге разлагаются и удаляются, образуя поры различного размера, так как молекулы и гранулы этих соединений имеют различные геометрические параметры. Обжиг в одну стадию позволяет получить пористый керамический материал с меньшими затратами, чем в прототипе, где обжиг получаемого материала проводят в две стадии.
- Пример
- Глинозем марки ГН (ГОСТ 30559-98) и 0,3-2,0% карбонат магния (ГОСТ 6419-78 — «Магний углекислый») засыпают в шаровую мельницу при следующем соотношении компонентов:
- глинозем ГН — 99,7-98,0%;
- Mg(CO3)2 — 0,3-2%.
- Перемешивают и измельчают до размера частиц 2,2-2,7 мкм.
Полученную смесь порошков пересыпают в капсель, помещают в горн (печь), спекают при температуре 1000-1500°С и охлаждают. Затем спек загружают в шаровую мельницу и измельчают до получения среднего размера частиц 1,5-2,7 мкм.
Полученный порошок смешивают с оксидом циркония, стабилизированным 3% оксидом иттрия (ТУ 24-1-00201081-049:2005 — «Диоксид циркония, стабилизированный иттрием»), со средним размером частиц 1,9-2,7 мкм, гидроксидом алюминия (ГОСТ 11841-76 — «Алюминия гидроксид»), нанопорошком оксида алюминия (CAS 1344-281 — «Алюминия оксид» нанопорошок) в гамма-фазе с удельной поверхностью S=245 м2/г, карбонатом аммония (ГОСТ 3770-75 — «Аммоний углекислый») и желатином (Ж) (ГОСТ 11293-78 — «Желатин пищевой») со средним размером частиц от 100 до 500 мкм.
- Компоненты, входящие в состав смеси, содержатся в следующем соотношении, мас.%:
- Al2O3 — 54,5%;
- нанопорошок Al2O3 — 5%;
- Al(ОН)3 — 10%;
- (NH 4)2СО3 — 15%;
- ZrO 2 — 15%;
- Ж — 0,5%.
- В полученную смесь добавляют 10% раствор поливинилового спирта (ПВС) (ГОСТ 100779-78 -«Спирт поливиниловый») — в количестве 7% от всей массы смеси.
Смесь протирают через сито 500 мкм, и формуют методом одноосного прессования при нагрузке прессования 1350 кг/см2. Затем обжигают при достижении максимальной температуры 1500°С в одну стадию, согласно режима, приведенного в таблице на фиг.1.
В интервале температур 50-500°С происходит удаление связки ПВС. При температуре 500-1000°С происходит удаление порообразователя — желатина и карбоната аммония, а также разложение алюминия гидроксида.
При нагреве до температуры 1000-1450°С происходят возможные фазовые переходы и частичное спекание, а выдержка при температурах 1450°С и 1500°С проводится для полного спекания шихты и получения готового пористого керамического материала.
Результат исследования влияния органических добавок на получение пористого алюмооксидного керамического материала приведен в таблице № 1.
На фиг.2 и фиг.3 представлены фотографии шлифов поверхности полученного алюмооксидного керамического материала в зависимости от содержания органических добавок.
-
Таблица № 1 Состав образца Открытая пористость, % Поры 10-100 мкм,% Поры 100-300 мкм, % Поры 300-600 мкм,% Прочность на сжатие, МПа Глинозем+MgCO3+ZrO2+Al(ОН)3+(NH 4)2СО3+нанопорошок -фазы Al2O3+ПВС 45 30 50 20 50 Глинозем+MgCO 3+ZrO2+Al(ОН)3+(NH4) 2СО3+нанопорошок -фазы Al2O3+ПВС+Ж 36 15 67 13 60-70 - Таким образом, изобретение позволяет получить пористую структуру алюмооксидного керамического материала с прочностью на сжатие 50-70 МПа при размере пор 10-600 мкм, кроме того снижаются затраты на производство пористого керамического материала.
- Полученную таким способом алюмооксидную керамику можно использовать в медицине, а именно в качестве имплантатов.
Загрузка...
