Как изготавливают костьяную фарфор? Пошаговое руководство по производству

Мария Сантос по-прежнему помнит вторник утром, когда ее производственная линия остановилась. Будучи менеджером по качеству в среднем керамическом заводе в Португалии, она одобрила новую партию костного пепла на прошлой неделе. Теперь ее образцы, обожженные в сырой массе, выходили мутными, хрупкими и не напоминали нисколько то полупрозрачное фарфоровое изделие, которое ожидали ее клиенты. Проблема не была в ее печках, глазуре или операторах. Проблема была в сырье. Содержание кальция в костном пепле снизилось с 35% до 28% между партиями, и ее костный фарфор не выдерживал даже до того, как дошел до отделочного цеха.

Если вы занимаетесь производством керамики, вы уже знаете, что костный фарфор является одним из самых требовательных продуктов в отрасли. Вы также знаете, что понимание того, как изготавливается костный фарфор, дает вам не только историческое любопытство. Это дает вам контроль над решениями по выбору сырья, графиками обжига и качеством конечного продукта.

В этом руководстве мы рассмотрим полный процесс производства костного фарфора от сырья до готовой посуды. Вы узнаете, чем костный фарфор отличается от других видов фарфора, почему костный пепел остается неотъемлемым ингредиентом и как качество сырья напрямую определяет, будет ли ваша производственная линия выпускать премиум-посуду или дорогие бракованные изделия. Мы также расскажем, что нужно учитывать при закупке костного пепла, чтобы вы никогда не столкнулись с проблемой Марии на своем заводе.

Что такое костьяная фарфор и почему это важно?

Костьяной фарфор представляет собой тип мягкопирометрического фарфора, который отличается высоким содержанием костной пыли, исключительной прозрачностью и замечательной прочностью. В отличие от твердого фарфора, который в основном состоит из каолина, кварца и полевого шпата, костьяной фарфор содержит обожженные животные кости, а именно костную пыль, в качестве основного компонента.

Материал был разработан в Англии в конце 18-го века. По словам историков керамики, Джосайя Споуд усовершенствовал рецепт костьяного фарфора около 1794 года, добавив обожженные кости в традиционные рецепты фарфора. В результате получился керамический материал, который был белее, прочнее и более прозрачным, чем все, что до этого производили европейские производители. Сегодня костьяной фарфор остается стандартом для высококачественных столовых принадлежностей, гостиничного фарфора и декоративной керамики по всему миру.

Для производителей костьяной фарфор важен, потому что он имеет высокую цену и привлекает лояльных клиентов. Однако он также требует более строгого контроля процесса, чем стандартный фарфор. Содержание костной пыли, размер частиц и химическая чистота влияют на поведение при обжиге, конечный вид и механическую прочность. Понимание этих взаимосвязей является первым шагом к стабильному производству.

Сырье, используемое в производстве костьяного фарфора

Каждый костьяной фарфоровый корпус начинается с четырех основных компонентов. Каждый из них играет определенную роль в конечных свойствах керамики, и каждый из них должен соответствовать строгим стандартам качества, прежде чем он войдет в производственный процесс.

Каолин, полевой шпат и кремнезем

Каолин обеспечивает пластичность и содержание глинозема, что помогает керамическому корпусу сохранять свою форму при формовании. Полевой шпат действует как флюс, понижая температуру плавления и создавая стеклообразную фазу, которая связывает корпус во время обжига. Кремнезем обеспечивает структурную стабильность и контролирует термическое расширение. Эти три материала являются стандартными для большинства типов фарфора, и опытные керамические мастера уже знают их свойства.

Вызов в производстве костьяного фарфора не заключается в этих трех ингредиентах. Он заключается в четвертом.

Костный пепел: определяющий ингредиент

Костный пепел превращает стандартный фарфоровый корпус в костьяной фарфор. Производители обычно добавляют 40 - 50% костного пепла в рецептуру корпуса, хотя некоторые высококачественные рецепты увеличивают эту цифру еще больше. Костный пепел обеспечивает:

• Прозрачность: Фосфат кальция в костной пыли создает стеклообразную матрицу, которая позволяет свету проходить через тонкие срезы.

• Белость: Высокочистая костная пыль создает ярко-белый цвет, который является отличительной чертой премиум костированного фарфора.

• Прочность: Несмотря на свое деликатное внешнее вид, костированный фарфор проще, чем большинство других керамических материалов, из-за уникальной микроструктуры, формирующейся при обжиге.

• Нижняя температура обжига: Костная пыль снижает температуру спекания по сравнению с твердым порцеляником, экономя топливо и уменьшая износ печей.

Не вся костная пыль имеет одинаковые свойства. Керамическая костная пыль должна содержать кальций (Ca) ≥35,0%, фосфор (P) ≥16,0% и минимальное количество железа, чтобы предотвратить потемнение. Размер частиц, обычно 325 меш или 400 меш, также влияет на то, как костная пыль интегрируется с другими компонентами тела. Узнайте больше о составе и производстве костной пыли, чтобы понять, чем отличается керамический материал от материалов низшего качества.

Как изготавливается костьяной фарфор? Полный процесс производства

Производство костьяного фарфора включает шесть этапов, на которых исходные порошки превращаются в готовую посуду. Каждый этап требует точного контроля, и ошибки на любом этапе усугубляются на последующих.

Этап 1. Подготовка костьяно-фарфоровой массы

Процесс начинается в помещении для приготовления суспензии, где исходные материалы взвешиваются, смешиваются и суспендируются в воде для создания жидкой суспензии, называемой шликером. Стандартный рецепт костьяного фарфора содержит приблизительно:

• 40-50% костной пепла

• 20-30% каолина

• 20-30% полевого шпата

• 5-10% кремнезема

Соотношения компонентов варьируются в зависимости от производителя и типа продукта, но костной пепел всегда преобладает в составе. Материалы подвергаются шаровой помоле до достижения равномерного распределения размеров частиц. Этот этап помола является критическим. Недостаточно помолотый шликер приводит к неравномерности структуры массы, что в свою очередь вызывает различия в прочности и дефекты поверхности после обжига.

После помола, суспензия проходит через сито и магнитный фильтр для удаления железных частиц и других загрязнений. Даже следы железа могут привести к появлению серых пятен или потере цвета готовой посуды, поэтому стандарты фильтрации обычно строже, чем для обычной порцелянки.

Затем суспензия обезвоздушивается и подстраивается до правильной удельной массы и вязкости для метода формовки. На этом этапе технические работники проверяют суспензию с использованием стандартных методов контроля качества керамики, чтобы убедиться, что она готова к следующему этапу.

Этап 2. Формовка и придание формы посуде

Костный фарфор формируется с использованием одного из трех основных методов: литьем из суспензии, литьем под давлением или пластическим формованием.

Литье из суспензии - это традиционный метод изготовления костного фарфорового столового белья. Жидкую суспензию разливают в гипсовые формы, которые впитывают воду за счет капиллярного действия и создают твердый слой глиняного тела на поверхности формы. После определенного времени излишняя суспензия сливается, а форма открывается, чтобы показать сформированную деталь. Этот метод идеален для сложных полых форм, таких как чашки, чайники и вазы.

Литье под давлением использует пористые полимерные формы и прилагаемое давление, чтобы ускорить процесс литья. Он обеспечивает более равномерную толщину стенок и более высокую производительность, чем традиционное литье суспензией, что делает его популярным в крупных фабриках.

Методы пластического формования, включая ротационное формование и формование роликами, используются для более плоских изделий, таких как тарелки и блюдца. Эти методы требуют, чтобы тело костированной фарфоровой посуды имело достаточную пластичность, которая зависит от содержания каолина и распределения размеров частиц.

Независимо от метода, сформированные изделия тщательно высушиваются. Тела костированной фарфоровой посуды более чувствительны к быстрому высушиванию, чем стандартный фарфор, так как высокое содержание костной пыли влияет на поведение при усадке. Неровное высушивание вызывает искривление, трещины или разностороннюю усадку, которая портит изделие еще до того, как оно попадет в печь.

Шаг 3, Первый обжиг

После высушивания сформированная посуда проходит первый обжиг, известный как первый обжиг. Он происходит при температуре примерно 1200 - 1280°C, в зависимости от конкретного состава тела.

Во время обжига сырца происходят несколько важных изменений:

• Органические материалы полностью сгорают

• Каолин превращается в метакаолин и начинает образовывать муллит

• Фельдspar плавится и начинает создавать стеклообразную фазу

• Костная зола реагирует с другими компонентами, образуя кальцийфосфатную стеклянную матрицу

Результатом является пористое, белое, твердое тело, называемое сырцом. На этой стадии изделие не имеет глазуровки и является относительно хрупким, но оно уже имеет свою базовую керамическую структуру. Техники по контролю качества осматривают сырцы на предмет трещин, искривлений и однородности цвета, прежде чем разрешить их глазурить.

Шаг 4, Глазуровка

Сырцы слишком пористые для практического использования, поэтому их необходимо глазурить. Глазуровка служит нескольким целям: она герметизирует поверхность, обеспечивает гладкое, гигиеничное покрытие и создает блестящий внешний вид, который потребители ассоциируют с качественной посудой.

Для костистой керамики выбор глазуровки является критически важным. Глазуровка должна иметь коэффициент термического расширения, совместимый с телом изделия. Если глазуровка сокращается больше, чем тело изделия при охлаждении, она будет трескаться, образуя сеть мелких трещин. Если она сокращается меньше, она будет отслаиваться кусочками. Ни один из этих результатов не приемлем для премиум-посуды.

Глазурь наносится методом распыления, окунания или наливания, в зависимости от геометрии изделия. После нанесения глазури изделие должно быть снова высушено перед входом в финальную стадию обжига.

Шаг 5, Глостовый обжиг

Глостовый обжиг - это обжиг при высокой температуре, при котором одновременно обжигается тело изделия и глазурь. Для костьяного фарфора это обычно происходит при температуре 1050 - 1150°C, заметно ниже, чем температуры, необходимые для обжига твердого фарфора.

Во время гластового обжига содержание костной пыли играет важнейшую роль. Фосфат кальция в костной пыли образует уникальную стеклообразную матрицу, которая придает костьяному фарфору его характерные свойства. Эта матрица:

• Заполняет пустоты между другими частицами, увеличивая плотность и прочность

• Создает высокую прозрачность, которая является отличительной чертой костьяного фарфора

• Вносит вклад в теплый, молочно-белый цвет

• Придает характерный звучный звон при поражении костьяного фарфора

Нижняя температура обжига представляет собой значительное технологическое преимущество. Она снижает потребление топлива, продлевает срок службы огнеупорных материалов печи и позволяет проводить более быстрые циклы обжига по сравнению с производством твердого фарфора.

После прозрачной обжига, изделие полностью витрифицируется, становится непористым и готово к декорированию или продаже в виде простой белой столовой посуды.

Шаг 6, Декорирование и окончательный обжиг

Многие продукты из костьяного фарфора получают декоративную обработку после прозрачной обжига. Общие техники включают:

• Надглазурное декорирование: нанесение цветов и металлических блесков поверх обожженной глазури, за которым следует обжиг при более низкой температуре 700-800°C для фиксации декора.

• Внутриглазурное декорирование: нанесение пигментов между слоями глазури, чтобы они впитывались в поверхность глазури во время обжига.

• Золочение: нанесение золотых или платиновых полосок и акцентов, которое требует точного обжига, чтобы precious metal присоединился без повреждения подлежащей глазури.

Каждый декоративный обжиг несет риск. Переобжиг может деформировать изделие или сделать глазурь тусклой. Недообжиг оставляет декор плохо прикрепленным и склонным к износу. Опытные производители костьяного фарфора поддерживают строгие кривые обжига для каждого типа декора.

Наука, стоящая за уникальными свойствами костного фарфора

Костной фарфор не является просто фарфором, в который добавлена костная пыль. Костная пыль радикально изменяет керамическую микроструктуру, создавая свойства, которые не могут быть воспроизведены с помощью синтетических заменителей.

Когда костная пыль обжигается с каолином и полевым шпатом, фосфат кальция вступает в реакцию, образуя непрерывную стеклообразную фазу. Эта фаза имеет показатель преломления, близкий к показателю преломления оставшихся кристаллических материалов, что минимизирует рассеяние света и создает высокую прозрачность, за которую костный фарфор известен. По данным материаловедческих исследований, эта микроструктурная особенность уникальна для керамики на основе костной пыли.

Костная пыль также способствует тому, что инженеры называют "трещиностойкостью". Несмотря на свое нежное внешнее вид, костный фарфор лучше сопротивляется распространению трещин, чем многие другие виды керамики, потому что стеклообразная фаза костной пыли затупляет концы трещин. Именно поэтому тонкостенные чашки из костного фарфора могут выдерживать удары, которые бы повредили более толстую каменную керамику.

В 2019 году исследовательская группа одного из ведущих европейских керамических институтов проанализировала образцы коммерческого костного фарфора и обнаружила, что различия в размере частиц костной пыли напрямую коррелируют с показателями прозрачности. Более тонкие порошки костной пыли создают более равномерные стекловидные фазы и обеспечивают более высокую светопропускную способность. Для производителей это подтверждает то, что многие уже подозревали: качество костной пыли не подлежит переговорам.

Проблемы качества при производстве костного фарфора

Даже при идеальном контроле процесса производители костного фарфора сталкиваются с проблемами, которые имеют корни в изменчивости сырья. Когда Томас Вебер взял на себя должность директора производства в немецкой компании по производству столовой посуды в 2022 году, он унаследовал линию по производству костного фарфора с коэффициентом брака 12%. Его предшественник поочерёдно винил в этом печки, глазурь и операторов. За три недели Вебер обнаружил, что проблема имеет единственную причину: неравномерное распределение частиц костной пыли от нового поставщика. По документам пыль соответствовала базовым химическим характеристикам, но процесс помола привёл к двугорбовому распределению частиц, которое реагировало непредсказуемо при глазурировании. После перехода к поставщику, который обеспечивает помол до 325 меш и документированную однородность партий, коэффициент брака снизился до 3%.

Общие проблемы при производстве костированного фарфора включают:

• Затемнение или сероватость: Обычно это вызвано загрязнением костной пыли железом или недостаточной температурой кальцинации.

• Разница в прозрачности: Часто связано с изменением размера частиц костной пыли или колебаниями содержания кальция между партиями.

• Трещины в глазуре: Обычно это несоответствие термического расширения, но может быть вызвано изменением состава тела при изменении качества костной пыли.

• Искажение формы: Связано с неравномерным высыханием или изменением распределения размеров частиц, которые влияют на поведение усадки.

Общим знаменателем большинства дефектов является стабильность сырья. Костированный фарфор менее терпим к отклонениям, чем обычный фарфор, так как высокое содержание костной пыли усугубляет любые вариации.

Поиск поставщика костной пыли для стабильного производства костированного фарфора

Для менеджеров по закупкам и технических покупателей выбор поставщика костной пыли - это прежде всего решение о качестве, а только потом о стоимости. Неправильно выбранная костная пыль не только повышает стоимость материалов. Она повышает процент брака, нарушает графики обжига и наносит ущерб отношениям с клиентами.

При оценке костного порошка для производства костьяного фарфора приоритет уделяйте следующим факторам:

1. Стабильность химического состава: Ищите поставщиков, которые при каждой поставке предоставляют сертификаты анализа (СА), в которых указано, что содержание Са ≥35,0%, P ≥16,0%, а также содержание Fe и рН.

2. Контроль температуры кальцинации: Костный порошок, прокаленный при 1300°C, приобретает чистоту и кристаллическую структуру, необходимые для производства премиум керамики. Уточните у поставщиков о их процессе кальцинации.

3. Размер частиц: Стандартным размером частиц для большинства видов костьяного фарфора является 325 меш. Для сверхтонких применений доступен размер 400 меш. Убедитесь, что поставщик может обеспечить стабильное распределение размеров частиц.

4. Контроль производства: Производители, владеющие своими кальцинационными и дробильными установками, обеспечивают более стабильное качество от партии к партии, чем торговые компании, закупающие продукцию у нескольких мастерских.

5. Возможность экспорта: Если вы закупаете продукцию за рубежом, убедитесь, что поставщик знаком с требованиями по оформлению таможенной документации, упаковке и логистике доставки промышленных материалов, полученных из животных.

Компания Luohe Feilong Bone Carbon Co., Ltd. производит керамический костный прах из обезжиренных крупных костей коров, прокаленных при температуре 1300°C. Наши стандартные характеристики включают Ca ≥35,0%, P ≥16,0% и контролируемые размеры частиц 325 меш и 400 меш. Мы поставляем костный прах отечественным и зарубежным керамическим предприятиям с полным пакетом сертификатов качества, и можно заказать пробные партии от 1 кг для испытаний. Ознакомьтесь с нашими решениями для керамического производства, чтобы получить конкретные рекомендации по применению.

Заключение

Производство костьяного фарфора представляет собой шестиэтапный процесс, который требует точности на каждом этапе, от приготовления суспензии до окончательного декоративного обжига. Определяющий компонент - костный прах - придает костьяному фарфору прозрачность, белость и прочность, но также делает процесс чувствительным к качеству сырья.

Понимание технологии производства костьяного фарфора поможет вам принимать более обоснованные решения при закупках. Теперь вы знаете, что:

• Содержание костного праха в 40 - 50% является стандартным для костьяного фарфора, и качество этого праха напрямую влияет на все свойства обожженного изделия.

• Обжиг печенья и обжиг глазури служат разным целям, и более низкая температура спекания кокильного фарфора предоставляет реальные эксплуатационные преимущества.

• Размер частиц, химический состав и однородность партии - это три основы качества костяного порошка, которые определяют результаты производства.

• Непостоянство сырья - это скрытая причина многих дефектов, за которые производители ошибочно виниют оборудование или операторов.

Для производителей керамики вывод прост. Качество вашего кокильного фарфора напрямую зависит от качества костяного порошка. Сотрудничество с поставщиком, который контролирует температуру кальцинации, документирует каждую партию и понимает применение керамики, устраняет неопределенность, которая приводит к браку и задержкам в производстве.

В Feilong мы производим костяной порошок и связанные костные продукты более 20 лет. Наше вертикально интегрированное предприятие, процесс кальцинации при 1300°C и строгий контроль качества обеспечивают стабильность, которую нуждаются производители кокильного фарфора. Узнать о нашем производственном процессе и увидеть, как прямой закуп от завода способствует достижению ваших качественных целей.