СПОСОБ ФИКСАЦИИ СУСПЕНЗИИ НА КЕРАМИКЕ
METHOD FOR FIXATION OF SUSPENSION ON CERAMICS

Способ фиксации суспензии на керамике относится к производству и декорированию керамических и фарфоровых изделий за счет нанесенных на основу керамических красок. Способ состоит из процесса коагуляции красочной суспензии, включающего введение медных электродов в виде кистей, соединенных с источником тока, в жидкий красочный слой, при этом один пассивный электрод касается края рисунка, а другой - рабочий - зондирует поверхность суспензии, подбирая нужную концентрацию, цветность и яркость краски, а также степень ее затвердевания, после чего проводят термофиксацию, в состав красочной суспензии входит (в %): жидкий силикат калия - 12-22; глицерин - 3-12; оксиды металлов - 15-2: алюминия, хрома, титана, циркония отдельно или в смеси, порошковое стекло - 27-32, вода остальное.
Известен способ фиксации глазури на керамике, включающий операции нанесения красочного токопроводящего слоя и его термофиксацию, включающий регламентированный по скорости высокотемпературный электронно-лучевой нагрев спаиваемого соединения, содержащего припойную прокладку на медной основе, и контактирующий с керамикой слой активного металла. Способ характерен тем, что спаиваемое соединение нагревают равномерно по объему керамики выше температуры плавления глазури, входящей в состав керамики, после чего скорость нагрева увеличивают до 60-140°С и завершают нагрев при температуре спая, предельно близкой к температуре плавления металлической арматуры. Патент РФ RU №2035440.
Однако известный способ обладает тем недостатком, что электронно-лучевой нагрев обеспечивает глобальный объемный прогрев глазури, не позволяя локально регулировать ее плотность, а слой активного металла не позволяет повышать температуру обжига.
Также известен способ фиксации глазури на керамике, включающий операции нанесения красочного токопроводящего слоя и его термофиксацию, включающий послойное нанесение на воскообразную модель суспензии на основе эпоксидной смолы в органическом растворителе, обсыпку ее огнеупорным материалом, сушку слоев керамической формы в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (СВЧ). Патент РФ RU №2283721.
Недостатком данного способа является применение эпоксидной смолы и органического растворители, которые при нагреве до температур свыше 100°С выделяют в лабораторных условиях удушливые и опасные для здоровья газообразные фракции.
2
2
2
3
Известен способ фиксации глазури на керамике, включающий операции нанесения красочного токопроводящего слоя в виде пасты, содержащей порошок сплава Pt-Pd, этилцеллюлозу, сосновое масло, скипидар, олеиновую кислоту, SnO,CuO и AlO, и его термофиксацию с помощью торцевых электродов в виде многослойных торцевых конденсаторов. Патент РФ RU №2006077.
Однако известный способ обладает тем существенным недостатком, что электроды строго фиксированы и не позволяют обеспечивать локальную коагуляцию, усиливая или ослабляя цветность и яркость рисунка, а применение этилцеллюлозы, соснового масла, скипидара и олеиновой кислоты опасно для здоровья оператора при разогреве из-за выделении ядовитых паров.
2
2
3
2
2
2
3
2
2
Наиболее близким к предложенному способу является способ декорирования фарфоровых изделий (патент на изобретение №3234671 RU). Сущность прототипа: на поверхность фарфоровых изделий наносят слой виллемитовой глазури, в определенные места поверхности фарфора, покрытой глазурью, вводят принудительные центры кристаллизации, в качестве которых используют затравки, полученные методом прессования, и обжигают. Обжиг ведут путем нагрева до температуры 1220-1300°С, выдержки при этой температуре в течение 5-20 мин, охлаждения до 1000-1150°С с выдержкой при этой температуре в течение 20-180 мин и последующего охлаждения. Для достижения высоких декоративных свойств изделий используют дополнительные операции, к которым относится окрашивание фарфора в объеме и использование многослойного окрашенного фарфора, верхний слой которого прорезают до нижнего слоя фарфора другого цвета согласно задуманному рисунку. При этом получают высокохудожественные изделия с рисунком, соответствующим замыслу автора, в котором выделяющиеся сферолиты с окрашенными в разные цвета центрами, возможно отличными от цвета фона, и прорезанный узор, дополняя друг друга, образуют единую композицию. При этом выделяющиеся сферолитовые кристаллы виллемита могут занимать от 10 до 100% площади поверхности, покрытой глазурью. Для получения декоративного покрытия используют виллемитовую глазурь, основной состав которой относится к системе SiO-AlO-ZnO-KO-ВаО или к системе SiO-AlO-ZnO-NaO-TiO.
Однако известный способ обладает тем недостатком, что не позволяет ускорить процесс регулирования скорости затвердевания и усовершенствовать эффект декорирования, совмещенный с процессом сушки и фиксации глазури.
Технической задачей предлагаемого изобретения является изготовление и последующее формование жидкой глазури для покрытия керамики и фарфора. Сопутствующей технической задачей является существенное ускорения процесса фиксации красочного слоя за счет коагуляции компонентов и ускорения затвердевания фрагментов при разогреве до 120°С при протекании электротока в местах касания проводников до стадии полного затвердевания слоя перед отправкой изделия в печь. Причем красочный жидкий слой глазури выполняют для улучшения коагуляция и затвердевания, например, в виде жидкого силиката калия, глицерина (для повышения вязкости), оксидов металлов и порошкового стекла.
В качестве цветоносных оксидов металлов в жидкую глазурь вводят, например, оксиды алюминия, хрома, титана, циркония, например, отдельно или в смеси. Кроме того, в жидкую фракцию глазури вводят электроды - медные проводники в виде кистей, соединенных с источником тока.
Технический и декоративный эффект использования глазури достигается повышением тепло - и электропроводности и затвердевания за счет использования в составе жидкого водного силиката калия и хлористого натрия, снижающих токосопротивление, при нанесении покрасочного слоя в смеси с остальными компонентами на поверхность керамики и фарфора, с возможностью регулировки коагуляции и степени насыщения цветовой гаммы с одновременным отверждением покрасочной поверхности электротоком при использовании тонких металлических проводников, например медных, совмещенных, например, с художественными кистями, которыми наносится рисунок.
Пример осуществления изобретения.
Жидкая глазурь содержит согласно рецептуре в масс %:
жидкое калийное стекло по ТУ 6-18-204-74
12-22;
глицерин по ГОСТ 6824
3-12;
оксиды металлов по ГОСТ 11841-76, 2548-77, 23862.26-79
15-21;
порошковое стекло - SiO<sub>2</sub> по ГОСТ 25336-82
27-32
вода - остальное
Далее в жидкую глазурь вводят электроды - медные проводники в виде кистей, соединенных с источником тока, что обеспечивает разогрев и затвердевание глазури при 150-220°С.
Оценку свойств глазури для покрытия керамических изделий проводят в соответствии с ТУ 2313-031-07507802-2000 и соответствующими ГОСТами. Стойкость и изменения свойств глазури к воздействию переменных токов определяют в пределах от 3 до 12 В, исследуют также в процессе твердение при пиковом токе 12 В. Свойства глазури в сравнении с прототипом исследованы отдельно.
Экспериментально определены варианты с крайними и средними значениями состава компонентов в смеси (в качестве красителя применялся альтернативный вариант - СоО по ГОСТ 11841-76), %:
1. жидкое калийное стекло по ТУ 6-18-204-74
12
глицерин по ГОСТ 6824
3
оксиды металлов по ГОСТ 11841-76, 2548-77,23862.26-79
15
порошковое стекло - SiO<sub>2</sub> по ГОСТ 25336-82
27
вода
остальное
2. жидкое калийное стекло по ТУ 6-18-204-74
18
глицерин по ГОСТ 6824
8
оксиды металлов по ГОСТ 11841-76, 2548-77, 23862.26-79
19
порошковое стекло - SiO<sub>2</sub> по ГОСТ 25336-82
30
вода
остальное
3. жидкое калийное стекло по ТУ 6-18-204-74
22
глицерин по ГОСТ 6824
12
оксиды металлов по ГОСТ 11841-76, 2548-77, 23862.26-79
21
порошковое стекло - SiO<sub>2</sub> по ГОСТ 25336-82
32
вода
остальное
4. Исследование прототипа в сравнении с заявляемой глазурью.
Фарфоровое изделие покрывают красочной суспензией следующего состава по варианту №3.
Затем поверхность сушат на воздухе и далее помещают в печь, выдерживая стандартные условия. Однако после остывания изделия получаем строго фиксированный рисунок, без возможности его декоративной доводки. Кроме того, существенно, в 3-4 раза, удлиняется время получения изделия.
Во всех 3 вариантах: к слою (рисунку) на глазури, нанесенной на керамическую поверхность - в жидкую фракцию глазури, вводят медные электроды-проводники в виде кистей, соединенных с источником тока. К электродам подведена цепь от автотрансформатора с регулируемым безопасным напряжением - 6-12 В. Причем один пассивный электрод касается края рисунка, а другой - рабочий - зондирует поверхность суспензии, подбираю нужную концентрацию - коагуляцию, цветность и яркость краски. (Примечание: в ряде случаев для ускорения процесса может быть введен хлористый натрий 1-2 мас.%, но можно ожидать ухудшения качества при выполнении тонких рисунков).
Способ осуществляется следующим образом.
На керамическую поверхность 1 наносят глазурь - 2, к которой подводят последовательно электрод - 3 в виде кисти, которым наносят рисунок на поверхность - 1. Затем, к краю глазури 2 (из электропроводной смеси) подводят электрод 4 (при этом электроцепь от источника 5 замыкается), а электродом 3, манипулируя, заглубляя его в глазурь 2 или водя им по поверхности, регулируют коагуляцию, то есть яркость и цветность рисунка, а также степень затвердевания глазури локально и по всей поверхности.
Перечень фигур
Фиг.1. Схематическое изображение керамической поверхности с электродами - проводниками в виде кистей, соединенных с источником тока: 2 - глазурь (красочная суспензия); 3, 4 - электроды - медные проводники в виде кистей; 5 - источник тока виде автотрансформатора.
Результаты испытаний следующие.
В варианте 1 получен эффект усиления и насыщенности цветности в местах касания электродом от нежно-прозрачно-белого до голубого. Высыхание и затвердевание поверхности ускоряется по мере интенсивности контакта электродов с глазурью и составляет 1-3 мин.
В варианте 2 получен эффект усиления и насыщенности цветности в местах касания электродом от нежно-прозрачно-белого до насыщенно голубого. Высыхание и затвердевание поверхности ускоряется по мере интенсивности контакта электродов с глазурью и составляет 0,5-1.5 мин.
В варианте 3 получен эффект усиления и насыщенности цветности в местах касания электродом от нежно-прозрачно-голубого до ярко-синего. Высыхание и затвердевание поверхности ускоряется по мере интенсивности контакта электродов с глазурью и составляет 0,25 - 1 мин.
В варианте 4 не получен эффект усиления и насыщенности цветности, в местах касания электродом цвет остается бледно-серым. Высыхание и затвердевание поверхности заметно не ускоряется по мере интенсивности контакта электродов с глазурью, что можно объяснить наличием органического связующего с плохой электропроводимостью.
Примечание.
1. Изменение напряжения от 6 В до 12 В существенно не изменило интенсивность процессов, но при 3 В процесс коагуляции сильно замедлен и температура не достигает 120°С.
2. При внесении и замене разных окислов металлов - цветовых носителей или их смесей - сохранился тот же эффект изменения интенсивности и яркости цветов, а случае смеси колеров получился эффект муара или мраморной фактуры.
Полученные результаты указывают на то, что по сравнению с прототипом предлагаемый способ фиксации и управления глазурью ускоряет процесс фиксации и вариативности красочного слоя на основе за счет коагуляции компонентов и ускоряет затвердевание при протекании безопасного электротока и разогреве глазури (от 6 В) и повышение температуры до 120°С в местах касания проводников до стадии полного затвердевания слоя перед отправкой изделия в печь.
При этом, что важно, сократилось в 2-3 раза время нанесения рисунка и появилась экономия колера за счет эффекта коагуляции колера в местах касания рабочего электрода, что обеспечивает дополнительный экономический эффект 20-50%.