Porcelana
Porcelana

Porcelana (ceramika) to rodzaj wyrobów ceramicznych o czerepie białym, spieczonym, nieprzepuszczalnym dla wody i gazów, przeświecającym w cienkiej warstwie, szkliwionym lub nieszkliwionym (biskwit). Ze względu na skład chemiczny oraz temperaturę wypalania rozróżnia się porcelanę twardą i miękką. W skład porcelany twardej wchodzi 40-60% kaolinu (nie więcej niż 20% kaolinu może być zastąpione gliną wypalającą się na biało), 20-30% kwarcu i 20-30% skalenia. W skład porcelany miękkiej wchodzi 25-40% kaolinu (część kaolinu można zastąpić gliną wypalającą się na biało), 30-45% kwarcu i 25-40% skalenia.
Trójkąt składu



Porcelana odznacza się ona dużą wytrzymałością mechaniczną, dobrymi właściwościami dielektrycznymi, jest bardzo mało nasiąkliwa (porowatość otwarta do 0,5%) oraz odporna na działanie czynników chemicznych. stosuje się ją do produkcji wysokonapięciowych izolatorów, kształtek izolacyjnych, sprzętu laboratoryjnego, naczyń stołowych i wyrobów artystycznych. Porcelana miękka ma mniejszą wytrzymałość mechaniczną i gorsze właściwości dielektryczne niż porcelana twarda, odznacza się natomiast większą przeświecalnością i bielą. Jest stosowana do produkcji wyrobów artystycznych, gospodarczych oraz izolatorów niskonapięciowych.



Przygotowanie do wypalania wyrobów ceramicznych.


Technologia produkcji porcelany jest podobna do produkcji fajansu, jednakże w przypadku porcelany surowce muszą być czystsze i drobniej zmielone. Temperatura wypalania surowych, nie szkliwionych wyrobów porcelanowych wynosi 920-9800C, wyrobów szkliwionych 1280-14600C (porcelany twardej 1350-14600C, porcelany miękkiej 1280-13200C). Do szkliwienia wyrobów z porcelany stosuje się najczęściej szkliwa skaleniowe. Wyroby z porcelany zdobi się zwykle farbami naszkliwnymi, gdyż większość farb ceramicznych w wysokiej temperaturz wypalania ulega zniszczeniu.
Porcelana została wynaleziona w Chinach w 1 połowie VII wieku n.e.

Reakcje zachodzące podczas wypalania czerepu porcelany
Surowce do produkcji porcelany to:
kwarc - SiO2;
kaolit (glinka porcelanowa) zawierający kaolinit Al2O3*2SiO2*2H2O;
skaleń (glinkokrzemian potasu, sodu).


Pierwszy etap polega na podgrzewaniu kaolinitu do temperatury ok. 5000C W wyniku reakcji chemicznej następuje suszenie, dehydryzacja (wydzielenie się wody) oraz powstaje metakaolinit.
2[Al2O3*2SiO2*2H2O] -—> 2Al2O3*4SiO3 + 4H2O


Drugi etap procesu to podgrzanie metakaolinitu do temperatury ok. 800-9000C. W tej temperaturze następuje rozkład metakaolinitu na tlenki składowe, a głownie wydziela się dwutlenek krzemu.
2Al2O3*4SiO3 -—> 2Al2O3*3SiO2 + SiO2


Trzeci etap procesu wiąże się z podgrzaniem mieszanki do temp. ok. 1200 0C. Tu następuje mięknięcie skalenia, jego przejście do fazy ciekłej oraz powstaje mulit. Mulit ma postać ciękich, igłowatych kryształów tworzących szkielet.
3Al2O3*2SiO3 -—> 3Al2O3*2SiO2 + O2

Powyżej 1200 0C lepkość szkła szkła skaleniowego maleje, zmienia się jego skład. W wyniku procesu technologicznego następuje zbliżenie cząstek kwarcu, nadtapianie ziaren i powstają zarodki mulitu. Im wieksza temperatura tego etapu, tym wytrzymałość porcelany jest lepsza, ale pogorsza się jej wygląd. Dlatego, też w przypadku porcelany stołowej wypalanie przeprowadza się dwukrotnie. Pierwszy raz w niższej temperaturze na biskwit, i drugi raz w podwyższonej temperaturze ze szkliwem.


















Ceramika użytkowa.





Ceramika użytkowa.








Półporcelana
Półporcelana (porcelit) jest rodzajem wyrobów ceramicznych, białych lub kremowych, substytutem porcelany. Posiada czerep spieczony, porowatość otwartą do 0,8%, zwykle jest pokrywana szkliwem. Technologia otrzymywania jest zbliżona do technologii produkcji porcelany, jednakże temperatura wypalania (1300-13500C) jest ok. 1000C niższa niż temperatura wypalania porcelany twardej, a użyte do wyrobu porcelitu surowce mogą być gorszej jakości. Porcelit w porównaniu z porcelaną ma mniejszą wytrzymałość na zginanie oraz nieprzeświecający czerep. Z półporcelany wytwarza się naczynia stołowe, wyroby sanitarne, a wyroby z porcelitu zwykle są zdobione ciemnym szkliwem.


















Naczynia porcelitowe kolorowe.





Naczynia wykonane z porcelitu transparentnego.





Fajans
Fajans jest rodzajem wyrobów ceramicznych o porowatym czerepie, barwie od białej do jasnokremowej, a nawet (zależnie od ilości żelaza w surowcach) czerwonoróżowej. We współczesnym przemyśle ceramicznym w zależności od użytych surowców i stopnia spieczenia rozróżnia się dwa rodzaje fajansu: fajans twardy (skaleniowy) o składzie surowcowym: 40-50% gliny, 30-40% kwarcu, 5-20% skalenia oraz fajans miękki (wapniowy) o składzie: 60-75% gliny, 15-35% kwarcu, 10-35% marmuru lub kredy. Zmielone w młynach skalenie, kwarc i marmur miesza się z wodą i gliną, a następnie odfiltrowuje tak, aby zawartość wody w masie wynosiła ok. 25%. Z ujednorodnionej masy formuje się wyroby ręcznie albo mechanicznie (formierskie maszyny) lub odlewa w formach gipsowych (masy do odlewania mają ok. 35% wody i ok. 0,2% np. sody lub szkła wodnego, zwiększających jej płynność). Uformowane wyroby suszy się i wypala w temp. 1080-11800C. Wyroby te zdobi się podszkliwnymi farbami ceramicznymi i szkliwi się szkliwami borowymi lub borowo-ołowiowymi. Wyroby szkliwione wypala się ponownie w temp. 920-12000C. Obecnie z fajansu szkliwionego wytwarza się naczynia domowego użytku, płytki ścienne, wyroby artystyczne, dawniej także wyroby sanitarne. Z fajansu nieszkliwionego wyrabia się filtry bakteriologiczne i przegrody do elektrolizerów.

Literatura:
Chojnacka H., Porcelana polska, Warszawa 1981.
Chojnacki L., Porcelana - znaki wytwórni europejskich, Warszawa 1974.
Kowecka E., Porcelana polska, Wrocław 1983.
Pampuch R.,Materiały ceramiczne-zarys nauki o materiałach nieorganiczno-niemetalicznych, 1988.
Savage G., Porcelana i jej historia, Warszawa 1977.
Skulski R., 1998, Materiały do wykładu z materiałoznawstwa.