Статьи

Перед прочтением рекомендуется освежить в памяти информацию о том, что такое ктр.

На нашем сайте мы стараемся дать максимально полную информацию по всем продуктам. Иногда для этого приходится что-то измерять самим, иногда – отправлять образцы в лаборатории с подходящим оборудованием. Ктр, к примеру, обычно измеряется на дилатометрах, а стоить они могут от сотен тысяч до десятков миллионов рублей, в то время как одно измерение – от одной до тридцати тысячи рублей, в зависимости от того, где и какой прибор и что конкретно вы от него хотите. Сейчас мы попробуем получить максимум информации из полученных данных.


О том, как измерить и обсчитать КТР.

Вкратце о том, как это происходит: берём красивый маленький обожжённый цилиндр из волнующей нас массы и медленно его нагреваем, измеряя изменение его размеров. На выходе получаем зависимость изменения размеров от температуры, к примеру:

Temp

dL/Lo

29.5

2.32E-05

30

2.45E-05

30.5

2.86E-05

31

2.98E-05

31.5

3.25E-05

32

3.42E-05

32.5

3.56E-05

33

3.81E-05

33.5

4.03E-05

Ктр (а точнее, кЛтр, он же Линейный), по определению – изменение относительных размеров от температуры. Таким образом, мы получаем третий столбец - делим разницу между ячейками во втором столбце на разницу между ячейками в первом (и умножаем на 10 миллионов, чтобы было красивое число):

Temp

dL/Lo

клтр*10^7

29.5

2.32E-05

 

30

2.45E-05

25.98

30.5

2.86E-05

80.78

31

2.98E-05

25.12

31.5

3.25E-05

54.24

32

3.42E-05

32.94

32.5

3.56E-05

29.1

33

3.81E-05

48.88

33.5

4.03E-05

44.5

Есть немного другие способы расчётов, но не будем сейчас о численных методах. Третий столбец – это и есть изменение ктр в зависимости от температуры. Теперь остаётся только усреднить все значения до 400, 500 и 600 градусов (сложить и поделить на их количество) – и мы получим три цифры, которые многие производители масс измеряют и указывают сами:

  КТР, x 10-6 K-1

1000°C

20-400°C

5.5

20-500°C

6.1

20-600°C

7.5

Разумеется, для получения надёжных результатов стоит измерить 2-3 образца, усреднив потом результаты. Что же полезного ещё можно узнать из такой кучи цифр? Можно, к примеру, построить график ктр от температуры. И здесь начинается самое интересное.


Фазовый переход кварца, его влияние на массу.

Чистый кварц испытвает фазовый переход в области 573оС. Если в массе есть химически несвязанный кварц, то около этой температуры будет скачок ктр: альфа-кварц превращается в бета-кварц, при любом фазовом превращении будет наблюдаться пик, отрицательный или положительный. Так как при усреднении захватывается участок 500-600, значения ктр 20-600 всегда значительно выше, чем 20-400 и 20-500. Больше кварца – больше величина пика. Достаточно легко это иллюстрируется графиками зависимости ктр от температуры для мкф2, пг100 и гончарной массы, обожженные на 1050 градусов по 10 минут до измерения:

image 

Очень хорошо видно, что больше всего кварца в мкф2, затем идёт гончарка, затем – пг100. Наличие «большого «плеча» у мкф2 (400-600 оС) вызвано, скорее всего, тем что в процессе обжига образуется не чистый кварц, а кварц с чем-то (твёрдый раствор), – и из-за этого фазовый переход «размазан» влево. Этой особенностью также вызвана повышенная склонность мкф2 к отскоку от неё ангобов и глазурей – несмотря на то, что средние величины характерны для низкотемпературных масс:

 КТР, x 10-7 K-1

1070°C

20-400°C

73

20-500°C

79


Если материал покрытия уже твёрдый, то отскок происходит именно в области плеча, где ктр выше 100
, в то время как у большинства керамических материалов он, обычно, значительно ниже. Если глазурь ещё жидкая, или хотя бы мягкая, то она легко подстроится под быстро уменьшающуюся в размерах массу. Если глазурь уже твёрдая (или это ангоб), то будет либо отскок, либо изделие порвёт на части.

Среди особенностей поведения этих материалов можно увидеть минимум в области 100 градусов, которого практически нет у мкф2. Скорее всего, это связано с химически связанной водой и при измерении ктр образца при остывании этого эффекта не будет (мы обязательно потом проверим в следующий раз!). За связывание воды, в значительной степени, отвечают щелочные и щелочноземельные оксиды в составе массы (Na2O, CaO и тд). В мкф2 много кварца, который хорошо связывает эти оксиды, не позволяя взаимодействовать им с влагой воздуха.


Влияние степени обжига (температура, выдержка, количество обжигов) на ктр.

Теперь посмотрим на образцы ПГ100, обожженные 10 минут и 2 раза по 10 минут:

image 1

image 2

 И, аналогично, образцы гончарки:

image 3

Разницы в случае ПГ100 практически нет, поскольку для неё этой температуры вполне достаточно и она «надёжно» спекается, образуя однородную химически массу. Идея в том, что глина до обжига – смесь различных веществ, которая будет давать график с большим разбросом значений и «размазанными» пиками благодаря немного отличающемуся вкладу разных веществ. Больше и выше жжём – и получаем материал с индивидуальными, выраженными свойствами, а не с суммой свойств всех компонентов.

Для гончарки 1050 – не предел, поэтому при более длительном или более высоком обжиге она становится равномернее и однороднее – соответственно, все характерные минимумы и максимумы любых зависимостей будут более чётко выражены, а разброс значений будет меньше. Также заметно, что средний ктр немного вырос, причём не за счёт кварцевого перехода, а «по-честному», за счёт снижения пористости. Увеличение ктр при более тщательном обжиге лучше видно при большем разбросе температур, например, для мкф1:

image 4 

При обжиге на 1260 градусов часть кварца «дореагировала», уменьшив пик кварца, а также в составе появилось нечто, дающее пик около 150 градусов. Именно поэтому одна и та же глазурь на недожженной массе может дать цек, а на пережжённой – отскочить или порвать изделие. Важно понимать, что в характеристиках массы всегда указываются средние значения, не показывающие «неожиданности», например, около 150оС – ктр доходит до 100, все глазури уже твёрдые, а значит, шанс отскока даже выше, чем в случае мкф2.


Париан
и Bone China

Теперь сравним две очень разные, но кое в чём похожие массы:

image 5

image 6

Из графиков и из опыта можно сказать, что 1220 для bone china - явный недожог – масса всё ещё немного пористая, очень выражен минимум на 100 градусах (падение ктр где-то с 65 до 40), а кварцевый пик достаточно большой, в то время как париан получился «почти»: глубина минимума на 100 градусах всего 10 единиц (с 60 до 50), а кварцевого пика почти нет (хотя в составе его гораздо больше!). Важно отметить, высоты и глубины экстремумов стоит смотреть по средним значениям.

Подобные отличия при одинаковых условиях обжига, разумеется, вызваны отличием в химическом составе:

Париан:

SiO2

62,06

MgO

0,07

Al2O3

22,82

Na2O

0,51

TiO2

0,04

K2O

9,48

Fe2O3

0,16

P2O5

0,1  

CaO

0,11

ППП

7,7

Bone China:

SiO2

32,71

MgO

0,67

Al2O3

13,26

Na2O

1,25

TiO2

0,04

K2O

1,52

Fe2O3

0,29

P2O5

19,83

BaO

0,06 

CaO

26,03

ППП

4,42

Париан является, по сути, «обычной» массой с повышенным содержанием щелочных оксидов, в то время как bone china сожержит на порядок меньше кремния и алюминия, которые замещены фосфором. Несмотря на «нормальные» значения ктр у париана, большинство глазурей на нём дают цек, что может быть связано с тем, что глазурь «вытягивает» калий из париана и повышает свой ктр.

Мы ждем Ваших откликов и предложений