Обжиг глиняной посуды: применяемые технологии, основные принципы процедуры

Обжиг – очень важный и достаточно энергозатратный технологический процесс. Именно эта процедура меняет свойства сырой глины и глазури, превращая их в керамику.

Возникновение техники обжига глины

Изготовление глиняных изделий – древнее искусство, предшествующее ткачеству и металлургии. Обработка просушенной глины жаром, с целью придания этому мягкому и хрупкому материалу твердости была открыта в 5-м тысячелетии до нашей эры. По всей вероятности, это произошло случайно после потухания огня в очаге, устроенном на глиняном основании. Люди заметили, что в результате воздействия высоких температур основа из глины стала очень твердой.

Затем этот феномен повторили, поместив в огонь заготовку из мягкой глины и получив по окончании эксперимента глиняное изделие с твердой, устойчивой формой. Таким образом появилась техника керамического обжига.

Древние методы

В древности гончары не использовали печи. Собрав в кучу просушенные глиняные изделия, они накрывали их воспламеняющимся материалом (деревом, сухим навозом, хворостом, соломой) и поджигали. Некоторые племена Африки, а также Северной и Южной Америки, до сих пор используют подобную технологию.

Находясь в общей куче, горшки неравномерно подвергаются воздействию высоких температур, из-за чего некоторые сосуды не нагреваются до спекания глины. По этой причине такой тип обжига непригоден для получения керамических изделий. Не пропекшиеся до конца глиняные емкости размокают после наполнения водой, и превращаются в кучу мягкой глины. Кроме того, из-за неравномерного окисления невозможно предсказать цвет будущей керамики. Одни сосуды приобретают черный или серый оттенок, другие – красно-коричневый.

Современные технологии обжига

Глина характеризуется неоднородностью и количеством варьирующих в ней примесей. Их процентное содержание влияет на выбор температурного режима, вида обжига и его продолжительности.

Подготовительный процесс

Перед обжигом глиняные изделия тщательно высушивают, не прибегая к помощи нагревательных приборов, и не допуская попадания прямых солнечных лучей. Оптимальный вариант для изделий – темное и сухое место со средней комнатной температурой. Просушка обязательно должна пройти равномерно, иначе на поверхности образуются сколы и трещины. Продолжительность этой процедуры зависит от объема глиняной заготовки, и занимает около 7 дней. По ее завершению просушенные изделия проверяют на предмет целостности поверхности. В случае образования трещин используют жидкую глину, позволяющую устранить эти дефекты.

На финальном этапе выполняют шлифовку с целью удаления с глиняной поверхности различных неровностей и отпечатков пальцев.

Методика обжига

Процесс может проходить в один или несколько этапов. Самая распространенная схема обжига – двухэтапная, предполагающая две последовательные процедуры:

1. Обжиг заготовок без глазури и декора (утильный). В результате заданного температурного режима изделие приобретает определенную степень прочности и освобождается от всех газообразных веществ. При этом поверхность сохраняет незначительную пористость, благодаря которой материал поглощает небольшое количество влаги, необходимое для нанесения глазури и узоров.
2. Обжиг изделий с нанесенной глазурью и декором (политой). При выборе температурного режима учитывают характеристики используемых материалов: глазури, краски и др.

Двухэтапный обжиг подразделяется на два вида:

1. Фарфоровая схема – второй этап проходит при более высокой температуре, чем первый. Ее показатель варьируется в интервале от + 800 °C до + 1000 °C. Свои основные свойства: влагонепроницаемость и прочность заготовка приобретает во время второго этапа (после декорирования). Такую технологию применяют при обжиге фарфора.
2. Фаянсовая схема – температура на втором этапе ниже, чем на первом. Вначале ее показатель составляет +1250 °C, а на втором этапе диктуется характеристиками краски и глазури. Эта схема применима к изделиям из фаянса, содержащим в своем составе глину с высокой тугоплавкостью.

Последующие этапы проводятся при необходимости закрепления декора.

Одноэтапное обжигание используется в следующих случаях:

• отсутствие необходимости в длинном и трудоемком декорировании;
• допустимость нанесения части глазури посредством распылителя;
• плавление глазури и спекание глины занимают один и тот же период времени.

В процессе одноэтапного обжига показатель температуры поднимается от + 200 °C до + 1000 °C.

Влияние процедуры обжига на глиняные изделия

Под воздействием высоких температур в отформованных изделиях с нанесенной глазурью происходят необратимые изменения – спекание и сплавление крупных частиц в шликере. В результате керамическая масса приобретает прочность, устойчивость к внешним факторам и многие другие физико-химические свойства, благодаря которым материал переходит в камнеподобное состояние.

Процедура обжига требует строгого соблюдения алгоритма, малейшее отклонение от него провоцирует возникновение локальных напряжений, приводящих к вспучиванию и нарушению целостности изделий: разломов, трещин и др.

Особенности печей для обжига

Печи для обжига – это оборудование, позволяющее добиться идеальных показателей в прочностных и эксплуатационных характеристиках керамических изделий.

Классическое оборудование состоит из нескольких элементов:

• корпус (из нержавеющей стали);
• внешняя теплоизоляция – специальный слой, обуславливающий производительность печи;
• внутренняя теплоизоляция;
• камера, оснащенная нагревательными элементами.

Классификация моделей

Современными производителями представлен широкий ассортимент печей для обжига керамики, различающихся между собой по ряду признаков:

• расположение нагревательных элементов:
  • муфельные – расположены вокруг камеры;
  • камерные – находятся внутри камеры;
• тип камерной среды:
  • воздушная;
  • вакуумная;
  • с защитной средой из газов;
• вариант загрузки
  • горизонтальный – предполагает загрузку заготовок в передней части конструкции;
  • трубчатый – обеспечивает равномерное распределение жара в камере при обжиге художественной керамики;
  • колпаковый – предполагает загрузку в верхней части;
• температура нагревания;
• источник энергии:
  • газовые;
  • электрические;
  • конструкции, работающие на твердом топливе.

Популярные производители

Изготовлением печей для обжига занимаются многие производители, как отечественные, так и зарубежные. Наиболее известными считаются:

1. Nabertherm (Германия) – компания основана в 1947 году Конрадом Набером. В настоящий момент Nabertherm располагается недалеко от Бремена в городе Лилиенталь и занимается производством термообрабатывающего оборудования и печей, предназначенных для самых разных отраслей промышленности. На ее официальном сайте можно заказать конструкции с электрическим и газовым обогревом для обработки фарфора, керамики и стекла.
2. Helmut Rohde (Германия) – активный участник премии Diessen Ceramic Award. Компания более 30 лет поставляет на рынок печи для обжига, сушильные камеры и другое оборудование. Выпускаемые ею печные конструкции имеют множество преимуществ: компактность, полный контроль загрузки, относительно малый вес, разборность, мобильность.
3. Welte (Германия) – производит оборудование, отвечающее высоким стандартам Европейского союза. Печи Welte просты в эксплуатации, надежны, долговечны и могут использоваться как профессионалами, так и любителями гончарного искусства.

Из отечественных производителей стоит выделить:

• ОАО «Электроприбор»;
• ООО «Вега Про»;
• ЗАО «Лабораторное оборудование и приборы»;
• ОАО «Смоленское СКТБ СПУ»;
• ООО «Уралэлектропечь».

Критерии выбора

Выбор печи для обжига осуществляется с учетом назначения и поставленных мастером задач. Так, к примеру, владельцы крупных промышленных объектов отдают предпочтение более масштабным моделям камерного типа, а любители создания керамики – муфельным конструкциям. При покупке печи важно принимать во внимание несколько нюансов:

• суточный объем обжига;
• вариант загрузки;
• габариты изделий, планируемых к обжигу;
• особенности электропроводки.

Грамотный подход к выбору печи и процессу обжига позволит получить из эластичной глины максимально твердый и прочный материал.