מאפיינים של פורצלן ויישומה

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

המונח "פורצלן" מתייחס למגוון רחב של מוצרי קרמיקה המיוצרים בטמפרטורות גבוהות. המאפיינים הבולטים שלהם הם משטח חלק ונקבוביות נמוכה. תכונות אלה של חרסינה נדרשות רבות עד היום. קשה למצוא תעשייה כלשהי או כלכלה לאומית, בכל מקום שבו משתמשים בה.

הפורצלן הדקורטיבי הנפוץ ביותר, כמו גם כלי זכוכית כימיים, כתרים לשיניים ומבודדים חשמליים. בדרך כלל לבן או אוף-ווייט, ל"אפיה" החומר הנפלא הזה מגיע כחתיכת קרמיקה בלתי יצוגית, שתרכוש את צורתה המוכרת רק לאחר צלייה בתנורים בטמפרטורה גבוהה.

היתרונות של שירותים סיניים

במאמר זה, נדון במאפיינים ובסוגי הפורצלן. אתה תבין מדוע החומר הזה היה כל כך פופולרי בכל העולם שמשלחות ענק צוידו לקנות אותו. עבור שירות יפהפה, שהיום אתה יכול לקנות בכל חנות, אז אתה יכול להיהרג.

למרבה הפלא, אבל המוצרים של מאסטרים סיניים עם הקרמיקה של היום הם רק קרובי משפחה, אבל לא ישירים. כדי לראות זאת, די להיזכר במאפיינים הבסיסייםפורצלן, שיצא מבתי המלאכה של הממלכה התיכונה. החומרים מאוד דומים זה לזה: גם פורצלן מודרני וגם עתיק יכול להיות מזוגג או "טבעי". אבל קרמיקה פשוטה היא הרבה יותר רכה. ואי אפשר לעשות מזה שירות איכותי.

למה זה קורה?

התכונות של פורצלן, כמו חוזק ועמידות בחום, הן תוצאה של טמפרטורות גבוהות שבהן מייצרים קרמיקה סינית אמיתית. הוא מיוצר בטמפרטורה של 2,650 מעלות פרנהייט (1,454 מעלות צלזיוס). השווה את זה ל-2,200 מעלות פרנהייט (1,204 מעלות צלזיוס) עבור פורצלן רגיל. מכיוון שהחומר השני הוא באיכות נמוכה יותר, הוא אינו בשימוש בתעשייה הכימית ובענפים טכנולוגיים אחרים של המדע. בנוסף, מדובר בחרסינה סינית באיכות הגבוהה ביותר ושקופה לאור. קרמיקה מחוספסת לא יכולה לתת אפקט כזה.

תשוקות ריגול

"הדבקה קשה", או פורצלן אמיתי, הופיע לראשונה בסין בתקופת שושלת טאנג (618-907). אבל מוצרים איכותיים באמת, במאפיינים שלהם בשום אופן לא נחותים מהמודרניים, נודעו לעולם רק בתקופת שושלת יואן (1279-1368). הפורצלן הסיני הקדום היה מורכב מקאולין (חימר חרסינה) ופגמטיט, סוג גס של גרניט.

זה לא היה ידוע לקדרים האירופאים עד לייבוא הציוד הסיני במהלך ימי הביניים. האירופים ניסו לשכפל את תכונות הפורצלן, אך לא הצליחו בעניין זה. מאז לנתח את ההרכב הכימי שלו הם היולא מסוגלים, המוצרים המיוצרים על ידם דמו למנות אלגנטיות, שבירות ויחד עם זאת עמידות רק מבחינה חיצונית. כך יצא. מלחמות ריגול אמיתיות התגלו כדי לקבל את סוד ייצור הפורצלן האמיתי, אבל הסינים שמרו על סודם יותר מהחיים.

מדוע החומר הזה היה כל כך פופולרי? הסיבה היא התכונות הפיזיקליות המצוינות של הפורצלן. הוא חזק יותר מקרמיקה רגילה, בעל מוליכות תרמית גבוהה המאפשרת לחלוט ממנו תה מעולה בקומקומי תה. בנוסף, בשל הזיגוג, לפורצלן יש לכלוך נמוך במיוחד, מכתים רק בהשפעת פיגמנטים סינתטיים. כוסות משירותים סיניים עתיקים נותרו לבנים לאחר מאות שנים.

Ersatzy

לאחר ערבוב זכוכית עם תחמוצת פח כדי ליצור חומר אטום, אומנים אירופאים ניסו לשלב חימר וזכוכית חלבית. חלופות אלה נודעו כ"משחה רכה" או פורצלן מלאכותי. אבל שתי נסיבות לא נעימות הטרידו: כל החומרים האלה התגלו כרכים מדי, אי אפשר היה לייצר מהם מוצרים דקים ואלגנטיים באמת, ועלויות הייצור היו גבוהות מדי. בקיצור, המאפיינים של פורצלן מסוג "ersatz" היו רחוקים מלהיות מושלמים.

ישנן עדויות לכך שהאדונים שלנו שלטו גם באומנות של ייצור פורצלן אמיתי, אבל כל סודות הקרמיקה הרוסית אבדו במהלך הפלישה הטטארית-מונגולית, כאשר ערים שלמות נשרפו יחד עם כל תושביהן. גם פריצת דרך מסוימת הושגההאנגלית. הם יצרו חומר מסוג "עצם".

אבל מהי חרסינה עצם, שתכונותיה העיקריות הפכו אותה לפופולרית להפליא באירופה הישנה?

היסטוריית הבריאה

בשנת 1707, שני גרמנים בשם Ehrenfried W alther von Chimhaus ו-Johan Friedrich Bottger מגלים שיטת ייצור "שפויה" יותר שמשתמשת בחימר ובספיר פלד טחון דק. במאה ה-17, אומנים אנגלים למדו באמצעות ניסויים שניתן להשיג פורצלן, כמעט זהה לחרסינה סינית, על ידי הוספת עצמות שרופות טחונות דק לתערובת זו.

ובהמשך התברר שהגרסה האנגלית מאפשרת לייצר קרמיקה שקופה בטמפרטורות נמוכות בהרבה, מה שמוזיל משמעותית את עלות הייצור. בנוסף, פורצלן מ-Foggy Albion נלחם הרבה יותר גרוע, היה הרבה יותר חזק. אז זה לא מפתיע שהבריטים מילאו במהרה מחצית מהעולם הישן וכמעט את כל העולם החדש בשירותיהם.

מהן התכונות של חרסינה? ראשית, מוצרים העשויים ממנו נבדלים בחוזק גבוה עם משקל נמוך ובעלי קירות דקים. שנית, סוג זה של קרמיקה אינו יכול לשמש בתעשייה הכימית, שכן החומרים בהרכבו מגיבים עם חומצות ובסיסים.

חומרי גלם

כפי שאמרנו, המרכיבים העיקריים של החומר הזה הם פשוטים ביותר: חימר, ספטור פלד, מינרלים עם תכולת סידן. עד כה, חברות שונות מתחרות ביניהן, שכן מהר מאוד התקבע כךניתן לשנות באופן קיצוני את המאפיינים של פורצלן ופאיין על ידי הוספת אלמנטים חדשים להרכבו. כמובן, אם החוויה תהיה מוצלחת.

למרות שהרכב החימר משתנה בהתאם למקום החילוץ שלו, הוא עדיין הופך לזכוכית (מה שמבטיח את חלקות המוצר הסופי) רק בטמפרטורות גבוהות במיוחד. אבל זה נכון רק לאותם מקרים שבהם לא מערבבים חימר עם חומרים שסף הזגוג שלהם נמוך יותר. לעומת זאת, בניגוד לזכוכית, החימר יציב מבחינה תרמית, כלומר הוא שומר על צורתו גם כאשר הוא מחומם לטמפרטורה גבוהה.

לכן החומר הזה הוא באמת ייחודי מכיוון שהוא משלב את הנקבוביות הנמוכה של זכוכית עם היציבות והחוזק היחסי של קרמיקה פשוטה. קאולין, הידרואלומינוסיליקט, שימש כסוג העיקרי של חומר הגלם בכל עת. פלדספאר (המכיל סיליקט אלומיניום) וצור, סוג של קוורץ קשה, הם מרכיבים חשובים ביותר בכל סוג של פורצלן. הם נמסים בעת חימום, ומחברים את החומר יחד.

קוורץ - "הלב" של פורצלן

זה המפתח לעוצמה. תכונות הפורצלן (והשימוש בו) נובעות במידה רבה מהמאפיין המסוים הזה: הוא נשבר בצורה גרועה (בהשוואה לזכוכית), ומרחקים קטנים בין חלקיקים מבטיחים את אטימות החומר לאוויר, מים ותרכובות אחרות.

קוורץ הוא "סגסוגת" של חמצן וסיליקון, שני היסודות הנפוצים ביותר בקרום כדור הארץ. יש לו שלוש צורות פונקציונליות: ישירות קוורץ (גבישים), אופל(זן אמורפי) וחול (חלק מעורב, מלוכלך). באופן כללי, קוורץ כבר זמן רב בשימוש בייצור מלאכת יד. פורצלן עשוי להכיל גם אלומינה ואבן סבון, הידועה יותר בשם "אבן סבון".

תהליך ייצור

לאחר שחומרי הגלם נבחרים ומשקללים הם יוצאים לייצור. ראשית, הוא מנוקה וטחון לשברים עדינים מאוד. לאחר מכן, כל הרכיבים מעורבבים בפרופורציה הנדרשת, בהתאם הן לתנאי הייצור והן למאפיינים של המוצרים הסופיים. ברגע שהאחרונים נוצרים, ניתן לשלוח אותם מיד לתנור, או לנקות אותם מראש ולכסות אותם בשכבת זיגוג.

כמובן, זכוכית כתושה פועלת לראשונה בתפקידה. ורק לאחר מכן, אגרטלים עתידיים, כוסות, קערות שירותים וכתרים דנטליים נשלחים לפי הכבשן. כעת נסתכל על כל שלב בנפרד. אחרי הכל, תכונות החרסינה ויישומה תלויים בהצלחתם!

ריסוק חומרי גלם

אולי, זו אחת הפעולות החשובות ביותר, שכן איכות המוצר הסופי תלויה ביסודיות היישום שלו. הריסוק מתבצע באמצעות מגרסות תופים מכניות ענקיות. במעבר השני, גודל החלקיקים מובא ל-0.25 ס מ. כדי להפוך את חומר ההזנה לאבק דק, משתמשים במגרסה כדורית מיוחדת. אלו הם גלילי פלדה ענקיים מלאים בכדורי מתכת. כאשר כל המבנה מסתובב, חלקיקי חומרי הגלם הופכים למסה הומוגנית של טחינה עדינה במיוחד.

ניקוי ומיזוג

התערובת מועברת דרך מסננים עדינים ואז מוזנת ל"מסוע" מיוחד, שהוא יריעות פלדה משופעות. הם רוטטים, וכתוצאה מכך חומרי הגלם לא רק מתערבבים אוטומטית, אלא גם ממוינים, מכיוון שהחלקיקים הגדולים ביותר נדחפים למעלה. אם נדרש חומר רטוב, מים מותזים אוטומטית לתוך הקו.

לפעמים נעשה שימוש במסננים עם מגנטים חזקים, שכן האחרונים יכולים להסיר את הזיהומים הקטנים ביותר של ברזל. האחרון, אם הוא נכנס למוצר המוגמר, ייתן לו גוון אדום לא רצוי. לאחר מכן, המוצרים המוגמרים נשלחים לכבשן, שם הם נורים בטמפרטורות שכבר צוינו על ידינו.

באילו תנאי ייצור יכולים להיות תלויים מאפייני המוצר?

יש לציין שבמהלך השריפה הסופית ישנם תהליכים רבים המשפיעים ישירות על תכונות החרסינה הקרה. ראשית, כל זיהומי פחמן אורגניים נשרפים, עודפי מים מתאדים, חלקים גזים שונים יוצאים מעובי המוצר העתידי. אם במקביל הטמפרטורה לא תובא ל-1100 מעלות צלזיוס, אזי הסיליקון ושאר מרכיבי הזיגוג לא יוכלו להמיס, מה שאומר שהם לא יווצרו שכבה חלקה וניטרלית מבחינה כימית על פני הקרמי.

בנוסף, חיבורים אלו נחוצים כדי לצמצם את המרחק בין חלקיקי החומרים, לחיבור אמין יותר ביניהם. לאחר שהושגה הצפיפות הרצויה,המוצר מתקרר, וכתוצאה מכך הזיגוג "מתחבר", הופך חלק ועמיד במיוחד.

תוצאות

אז למה אנחנו מתארים את כל זה? העניין הוא שהמאפיינים של החומר הזה תלויים מאוד בתכונות ובתנאים של ייצורו. לדוגמה, החוזק תלוי באחוז תכולת השדה ספייר במסה, ומספר הנקבוביות בחרסינה הוא קטן יותר, כך יותר פלדספאר. ככל שהקוורץ והשאריות המתקבלות מפירוק חומר החימר מתמוססים בזכוכית, שלד חומר החרסינה נחלש והעיוותים מתגברים. בהתאם לעדינות הטחינה של הקוורץ, הרכב המסה, הטמפרטורה ומשך השריפה, הרכב שלב הזגוגית כולל בין 15 ל-40% מכל הקוורץ המוכנס למסה. ככל שהוא יותר, הפורצלן דק יותר ו"אוורירי" יותר.

מאפיינים של חומרים קרמיים כדיאלקטריים מתאפיינים בעיקר בהתנגדות למעבר זרם חשמלי בחומר ועל פני השטח של המבודד. הבדיל בין נפח ספציפי ועמידות משטח ספציפית של פורצלן.

מלבד זה, לתכונות הכימיות של פורצלן יש חשיבות מעשית רבה. ליתר דיוק, היעדרם. קרמיקה מזוגגת בתוספת כמות גדולה של פלדספאר וקוורץ היא ניטרלית מבחינה כימית. אתה חושב מדוע המרגמות של רוקחים וכימאים עשויות מהחומר הזה? זה הרבה יותר חזק מזכוכית, אבל הוא לא מגיב.

מצב העניינים הנוכחי

היום, קרמיקה (ופורצלן בפרט) חווה שנייההוּלֶדֶת. התברר שניתן להשתמש בחומרים אלו בייצור סוגים שונים של מיקרואלקטרוניקה. אין צורך להסביר את החשיבות של זה עבור הציוויליזציה המודרנית. מדענים מצאו גם שכאשר מוסיפים תוספים מסוימים, חוזק הפורצלן עולה באופן אקספוננציאלי. נכון לעכשיו, אפילו מחקר מבטיח מתנהל בתחום יצירת סוגי שריון חדשים המבוססים עליו. אז לא אסלות לבד!

לבסוף, החומר הזה הופך חשוב יותר ויותר ברפואה. תותבות שונות וכתרים דנטליים מפוארים - הביקוש אליהם עולה מדי שנה. אז ההמצאה הסינית העתיקה תישאר רלוונטית להרבה מאוד זמן.