... A kerámiák égetéséről egyszerűen

Átírás

1 . Interkerám 20 éve a szilikátipar szolgálatában A kerámiák égetéséről egyszerűen hogy amit elkészített örökre megmaradjon!

2 A kerámiák égetéséről egyszerűen Ahhoz, hogy a képlékeny agyagból tartós, mechanikailag és kémiailag is stabil tárgyat kerámiát - kapjunk át kell alakítani a szerkezetét. Ezt az átalakítást elődeink kizárólag a tűz segítségéve tudták elvégezni, azonban manapság már egy sokkal jobban felügyelt és kézben tartott elektromos, illetve gáz - égetési folyamat eredményeként tudjuk megoldani. Az égetési eljárásnak különböző szakaszaiban végbemenő folyamatok ismerete azért szükséges, hogy könnyebben tudjunk levonni gyakorlati következtetéseket, és ezáltal eljussunk a lehető leghibátlanabb égetési módszerhez. Hacsak nem speciális effektusokat akarunk, amelyek csak hosszú égetési idővel érhetők el, az energiatakarékosság valamint a kemence hatékonyságának kihasználása érdekében olyan hosszan kell égetni, amennyire szükséges, és olyan röviden, ahogy lehetséges. Az égetési eljárás és az égetési folyamatok könnyebben megérthetők és ábrázolhatók, ha a folyamatot különböző égetési szakaszokra osztjuk. Négy fontos szakasz különböztethető meg: 1. Az előmelegítés szakasza vagy az enyhe tüzű periódus 2. Az égetési szakasz 3. Temperálási fázis 4. A hűlési szakasz 2

3 A kerámia égetésének kémiai és fizikai alapismeretei Az égetés során a hőmérséklet emelkedésével az alábbi folyamatok játszódnak le: Első szakasz 300 C alatt: elsőnek az agyagban levő nedvesség fizikailag kötött víz - eltávozik Második szakasz: C amikor az agyagásványok kristályos szerkezetében a kémiailag kötött víz eltávozik Harmadik szakasz C megkezdődik a kaolinit átalakulása metakaolinná Képlete: Al 2 O 3.2SiO 2 2H 2 O Al 2 O 3.2SiO 2 + 2H 2 O Kaolinit metakaolin + víz Negyedik szakasz: 850 C-tól az anyagban lévő karbonátok lebomlanak, és megkezdődik az olvadékképződés, valamint a cserép zsugorodása Képlete: CaCO 3 CaO + CO 2 Ötödik szakasz 950 C- ig amikor a metakaolin átalakul mullittá: Képlete: Al 2 O 3.2SiO 2 Al 2 O 3.2SiO 2 + SiO 2 Hatodik szakasz 950 C felett a földpátok bomlása olvadék képződés üvegfázis kialakulása a cserép végleges kialakulása 3

4 1. Az előmelegítés szakasza Az égetés a berakott légszáraz nyersáru melegítésével kezdődik, aminek az a célja, hogy először a tárgyakat kiszárítsa, vagyis, hogy a cserépben még található maradék nedvességtartalmat teljesen eltávolítsa. Mint ismeretes a víz már 100 C hőmérsékleten felforr és gőz formájában távozik, de a mechanikusan kötött víz kötődése a cserép belsejében még meglehetősen erős lehet, ezért időt kell hagynunk az elpárolgásra. Amennyiben túlságosan gyorsan haladunk a 100 C fölé, akkor a gőz nyomása a cserép belsejében olyan nagy lesz, hogy a pórusrendszeren át nem tud folyamatosan eltávozni, és a gőznyomás úgy megnövekszik, hogy a tárgy szétrobban, vagy egyes részei lepattannak.. Csak jól kiszáradt darabokat tegyünk a kemencébe zsengélő vagy más néven egyszeri égetésre. Fontos, hogy az égetés első szakaszát a tárgy falvastagsága és a massza felépítése alapján határozzuk meg, hogy a maradék víz eltávozása ne okozzon károkat. A gyakorlatban azonban ez az ideális fűtési görbe a teljes kemencetérfogatra egyidejűleg nem lehetséges. Gondoljunk bele, ha bekapcsoljuk az elektromos fűtésű kemencét, akkor a fűtőspirálok azonnal és gyorsan el kezdnek melegedni, izzani. Így a meleget közvetlenül és intenzíven azokra a tárgyakra sugározzák, amelyek a spirálok mellett helyezkednek el, míg a kemence közepén elhelyezett tárgyak az égetés kezdetén még csak igen kevés meleget kapnak. A hőelem még 100 C alatti értéket mutat, amikor a spirálok mentén elhelyezkedő tárgyak már ki vannak téve a magasabb hőmérsékletnek. Ezért ajánlatos a kemencét úgy programozni, hogy az első szakaszban egy lassú fűtési sebességet adjunk meg. Tapasztalatunk szerint ez a sebesség az első szakaszban ne legyen több C/ h, majd a hőfokjelző 300 C értékénél célszerű egy 30 perces hőntartást adnunk a kemencének, ha a kemence vezérlőműszere ezt lehetővé teszi. Rögzített időnormák azért nincsenek az előmelegítési periódusban, mert a robbanási érzékenysége a különböző masszáknak egészen eltérő. Így p1. a sovány masszák természetüknél fogva kevésbé érzékenyek minta plasztikus ( zsíros ), illetve a vékonyfalú tárgyak mint a vastag falúak. Vigyázat: a füleket nem szabad a hősugárzó spirálok felé állítani! 4

5 2. Az égetési szakasz A következő felfűtési szakasz a massza tisztaságához igazodik. Ha erősen szennyezett, szén tartalmú masszát kell égetni, akkor az csak lassan történhet. A jól feldolgozott, a piacon elterjedt masszákat gyorsan, vagy nagyon gyorsan lehet égetni; a cserépképződés és a kristályvíz eltávozása probléma mentesen fog történni. A növekvő hőmérséklettel fokozatosan végbemennek a fentebb leírt kémiai reakciók. Az agyag átalakulása után a legnagyobb a cserép porozitása. Ebben az égetési fázisban nem változik a tárgyak formája és nagysága sem jelentősen. A 900 Cig tartó égetési szakaszt jól jellemzi a zsengélés fogalma; eddig a hőmérsékletig végzett égetést zsengélő égetésnek hívjuk, és a megszilárdult, de még erősen porózus tárgyakat zsengélt árunak nevezzük. Tudható e, hogy pontosan milyen hőmérsékletig tart a zsengélő égetés? Sajnos általános érvényű hőmérsékleti adat erre nézve sincs, mert a különböző összetételű masszák eltérően viselkednek az adott hőmérsékleten. Ennek oka, hogy az agyagok a hőmérséklet következtében tömörödnek már 800 C-on, ( lásd. első oldalon a kémiai-fizikai alapismerteket ) míg más összetételű agyagoknál ( az olvadékképződés ) csak 1000 C-on indul el. Fontos tudni, hogy a jól zsengélt cserépnek szívóképesnek, tehát lehetőleg porózusnak kell lennie. Az átalakulásoknak maradéktalanul végbe kellett menniük. A túl alacsony zsengélő égetésnél tapasztalat szerint gyakran ún. felületi repedések keletkeznek, ezek nem mennek át az egész cserépre, és nem is mindig ismerhetők föl azonnal, hanem általában készáru égetése után válnak láthatóvá. Ezt célszerű rendszeresen ellenőrizni. Ennek módja, hogy töröljük át a zsengélt tárgyakat nedves szivaccsal; ilyenkor megtalálhatók a repedések. A magasabb égetési hőfok is hiba lehet. Amennyiben a hőmérséklet a szükséges zsengélő égetési hőmérséklet fölé emelkedik, vagyis a tömörre égés kezdetéig, akkor csökken a cserép szívóképessége és a máz nem fog megállni rajta, azaz nehezen mázazhatóvá válik. Ügyelni kell a lehetőleg jó hőmérsékletkiegyenlítődésre az egész kemencetérben, nehogy nagy hőmérsékleti eltérések és ezáltal nagy porozitás különbségek lépjenek föl az égetett áruban. 5

6 3. A temperálási fázis A temperálási hőfokot és időt ismét csak a massza egyedi összetétele szerint kell meghatározni. Elsődleges célunk, hogy a cserépben teljes mértékben, és egységesen lejátszódjanak azok a folyamatok, amelynek következtében a cserép végleges szerkezete kialakul. A hőmérséklet emelésével a cserép nagyobb fokú szilárdulását érjük el. Ez azon alapszik, hogy a megolvadt részek a masszában mind reaktívabbak lesznek, körülveszik a nehezebben olvadó részecskéket, azokat egyre inkább feloldják. A pórustérfogat és ezzel az egész térfogat is csökken, ezáltal pedig a cserép mindig jobban tömörödik, akár a teljes tömörségig. Ez a folyamat nagyrészt a masszában található olvadékony részek fajtájától és mennyiségétől, továbbá az időtől és a hőmérséklettől függ. Ezzel magyarázható az anyagok eltérő zsugorodása és tömörödési viselkedése. Azt a térfogatcsökkenést, amelyet a tárgyak a zsugorodási szakaszban szenvednek el, égetési zsugorodásnak nevezzük. (A száradásnál bekövetkező zsugorodás a száradási zsugorodás. A száradási zsugorodás és az égetési zsugorodás eredményezi az össz-zsugorodást.) A teljes tömörödés végét olvadáspontnak hívjuk. A tárgy tömörsége vagy porozitása jellemző az adott massza típusára. A fazekas agyagok kiégetés után 15 20% porozitással rendelkeznek, míg a porcelán termékeknél követelmény a közel nulla porozitás. Minél tömörebbre van égetve egy tárgy, annál nagyobb a mechanikai szilárdsága, ezért alkalmasabb használati edények gyártására, mint egy porózus cserépáru. 4. A hűlési szakasz A temperálási szakasz befejeződése után megkezdődik a tárgy lehűlése. A cserépben zajló reakciók azonban még mindaddig folytatódnak, amíg a hőmérséklet egy kritikus érték alá nem esik. Ha ezt az értéket lassan éri el a cserép, akkor a reakciók nagyobb arányban mennek végbe, a termék szilárdabb lesz, mázas termék estén a kötés a máz és a cserép között erősebb lesz. Gyors és egyenetlen hűtés esetén (pl. a kemenceajtó megnyitása a lehűtés gyorsítására) a tárgyban keletkező feszültségek a tárgy elrepedéséhez vezethetnek. 6

7 Egy ideálisnak tartott égetési folyamat Az égetés ideális hőmérséklete és az ideális égetési görbe függ a használt alapanyagtól, a tárgyak alakjától és a kemencétől, ezért általános érvényű javaslatot nem lehet adni. Az alábbi javaslatok a felhasználók körében gyakorta használatos alapanyagból készült, szokványos méretű, jól kiszárított tárgyakra vonatkoznak: Zsengélő égetés esetén: Első szakasz: Hőmérséklet: C. Fűtési sebesség: C / óra Hőntartási idő: perc. Második szakasz: Hőmérséklet: C. Fűtési sebesség: 120 C / óra Hőntartási idő: 30 perc Mázas égetés esetén: Első szakasz: Hőmérséklet: C. Fűtési sebesség: 120 C / óra Hőntartási idő: 20 perc. Második szakasz: Hőmérséklet: a mázgyártó által megadott értékre ( pl C. ) Fűtési sebesség: 150 C / óra Hőntartási idő: 30 perc Amennyiben a kemence vezérlő műszere lehetővé teszi, célszerű beiktatni az égetési görbébe további szakaszokat is, pl. hőntartás 300 vagy 600 C-on 7

8 Sokszor az agyag vagy a máz hibájaként értelmezik a felhasználók azt, ami egy rossz felépítésű és / vagy kivitelezésű kemence hibája. Ezért ha égetőkemencét akarunk vásárolni, mindig alaposan járjuk körül az ajánlatokat. Ne dőljünk be az energiatakarékos, vagy a legolcsóbb megoldásoknak. A kemence bizalmi termék! Ha már kiadtunk egy jó csomó pénzt érte elvárható, hogy tartósan jól működjön, vezérlése megbízható legyen, szigetelése ne használódjon el könnyen. Csak jó és megbízható kemencével lehet a kívánt terméket előállítani. Az Interkerám kizárólag olyan kemencéket ajánl, amelyek akár több évtizedekig is megbízhatóan működnek, könnyen és biztonságosan kezelhetők. Hibák a hőmérséklet helytelen megválasztásából 1. A tárgy színe nem az elvárt lesz- általában túl világos színű 2. Könnyen törik, kekszes állapotú lesz 3. A máz egyenetlenül tapad rajta, kiégetés után sok mázhiba 4. Sok apró hajszálrepedést látunk a cserépben lásd nedves próba Oka : Az égetési hőmérséklet túl alacsony Tudjuk meg, hogy a massza égetési hőfokára mit ajánlanak, és óvatosan emeljük a kemence hőfokát esetleg a hőntartást a második azaz a fűtési szakaszban. 1. a tárgy túl sokat zsugorodik 2. deformációk lépnek fel, a tárgy összerogyik 3. hólyagok lesznek a felületen Oka: Az égetési hőfok túl magas Ez esetben is tisztázzuk először pontosan a massza égetési hőfokát ( adatlapból, gyártói információból ) Az előzőekkel ellentétben ez esetben csökkenteni kell a kemence hőfokát esetleg a hőntartást a második azaz a fűtési szakaszban. 8

9 Hibák a rosszul megválasztott égetési görbe következtében 1. Mázas égetéskor a máz nagy foltokban összeugorva jelenik meg a felületen 2. A tárgy szétrobbant a kemencében vagy nagy darabok leváltak róla 3. A kemencében nem egyformán égtek ki a tárgyak eltérő színűek lettek, vagy a mázazáskor derült ki hogy nem szívnak egyformán Oka: A fűtési sebesség túl gyors Az agyagban maradó nedvesség nem tud eltávozni a cserépből, illetve nem fűtött át kellően a kemence. Ekkor vegyünk vissza a fűtési sebességből, adjunk alacsonyabb értéket ( celsius/ óra ) már az első szakban is a kemencének. 1. Nem ég ki rendesen a termék 2. Állandóan fűt a kemence, lassan éri el a hőfokot Oka: A fűtési sebesség túl lassú Először nézze meg, hogy a kemence nem hibásosodott e meg, megfelelő e szigetelés, az ajtó nem nyílt e meg a fűtés során, stb. Ha mindezek rendben vannak akkor óvatosan a massza és máz hőmérsékletének megfelelően növelje a hőmérsékletet, vagy a hőntartási időt. 1. A tárgyak megrepedtek a kemencéből történő kivételt követően Oka: A hűtés sebesség túl lassú Ha azt tapasztaljuk, hogy a repedések a cserépen élesek, a máz nem folyt be a repedések közé, akkor tipikusan hűlési hibával állunk szemben. A hagyományos kemencék általában nem szabályozzák a hűlést, egyszerűen a kemence falazatán keresztül természetes hűléssel csökken a hőmérséklet. A fenti hiba előfordulásakor ne nyissuk meg 100 C alatt a kemence ajtót, ne sürgessük a lehűlést. Ha lehetséges célszerű a hűlési szakaszt elnyújtani. 9