Атлас дефектов: цек, отскок, наколы, сползание, вскипание

Большинство дефектов глазури и черепка узнаётся по виду, а лечится тремя рычагами: составом глазури, составом массы и режимом обжига. Беда в том, что похожие дефекты лечатся противоположно: от цека глазури нужно меньше расширения, от отскока — больше. Здесь собраны признаки, причины и средства с цифрами, где они есть, а также соответствие русских и английских терминов, без которого трудно пользоваться зарубежной литературой.

Термины

В ГОСТ 28390-89 на фарфор нет ни «цека», ни «отскока» — там названы матовость, накол, натёк, плешина, прыщ, местное скопление глазури и деформация. «Цек» и «отскок» — термины технологов и учебников; например, в работе Спириной и Ремизниковой (КГАСУ, 2006) отскок описан как случай, когда ТКЛР глазури меньше, чем у черепка, и «глазурь отскакивает от поверхности».

Цек

Признак. Сетка тонких трещин в глазури. Чем гуще сетка, тем серьёзнее проблема. Серый налёт вдоль трещин значит, что вода уходит в пористый черепок. Цек может появиться сразу после выгрузки или через годы.

Причина. Глазурь растянута: её расширение больше, чем у черепка. Тони Хансен (Digitalfire) подчёркивает, что если расширение глазури заметно выше, то никакой аккуратный обжиг и тонкий слой не помогут. Спирина и Ремизникова допускают разницу ТКЛР не более 10 %: при черепке 5,65·10⁻⁶ глазурь с 6,5·10⁻⁶ не подошла, а скорректированная до 5,8·10⁻⁶ села хорошо.

Отложенный цек появляется в эксплуатации на пористом низкотемпературном черепке: черепок впитывает влагу и расширяется. Хансен описывает случай, когда вода заходила через неглазурованную ножку, и со временем растрескалось всё изделие. Проверяют автоклавом или несколькими часами в скороварке.

Лечение — глазурь:

• снизить K₂O и Na₂O, то есть полевой шпат: у этих оксидов самое высокое расширение; Хансен замечает, что множество рецептов содержит 50 % полевого шпата и больше;
• заменить часть щелочей на MgO, CaO или ZnO — даже сдвиг на 0,1 моля заметно меняет результат;
• ввести B₂O₃ за счёт части плавней, поднять Al₂O₃;
• поднять SiO₂ на 5–10 % — помогает только при редкой сетке или отложенном цеке;
• кварц 325 меш вместо 200 меш; фритта с меньшим расширением.

Лечение — масса и слой. Lakeside Pottery добавляет в массу кварц 200 меш шагами 5, 10 и 15 % и советует наносить глазурь тоньше. Прогноз плохой, если линии цека ближе 3 мм друг к другу или водопоглощение черепка выше 4 %. Медленное охлаждение источники оценивают по-разному: Lakeside советует его, Хансен считает, что оно лишь откладывает цек. Последствия не только эстетические: по Хансену, цек может снизить прочность изделия в разы, а на пищевой поверхности он недопустим.

Отскок

Признак. Мелкие острые как бритва чешуйки отлетают с кромок, особенно выпуклых. Чешуйка может унести с собой кусок черепка. Появляется при остывании или через годы. Робин Хоппер называет отскок самым опасным дефектом: осколки могут попасть в еду. Хансен предупреждает: если в загрузке несколько изделий с отскоком, со временем он может проявиться у всех.

Причина — обратная цеку: глазурь сжата слишком сильно, её расширение мало по сравнению с черепком. Способствуют слабый переходный слой между глазурью и черепком, ангоб с недостатком плавня или кремнезёма, глазури с очень низким расширением (например, с 10 % карбоната лития) и масса с избытком свободного кремнезёма.

Лечение. Поднять расширение глазури: заменить часть CaO, MgO, Li₂O, SrO или ZnO на Na₂O. Lakeside добавляет в глазурь 5, 10 или 15 частей калиевого полевого шпата или убирает 5–10 частей кварца. Если отскакивают многие глазури, менять нужно массу: меньше кварца, больше полевого шпата.

Сборка (сползание)

Признак. Расплав собирается в островки с толстыми скруглёнными краями, между ними голый черепок. В тяжёлых случаях глазурь катается бусинами и капает на полку. Чаще всего — в вогнутых местах: внутренние углы дна, места крепления ручек.

Причина почти всегда — слишком большая усадка сырого слоя глазури: при сушке он трескается, а в обжиге края трещин стягиваются. Обычно виновата сырая глина в глазури. Усадку дают также бентонит, сырой оксид цинка, лёгкий карбонат магния, костяная зола. Риск растёт с толщиной слоя. Пыль и жир на утиле Хансен считает редкой причиной.

Лечение:

• нормально — около 20 % каолина или пластичной глины; если глины больше 25 %, часть заменяют кальцинированной, например 35 % каолина → 15 % кальцинированного + 20 % сырого;
• кальцинированного берут на 12 % меньше по весу (каолин теряет при прокаливании около 12 %), прокаливают около 650 °C;
• сырой ZnO заменить кальцинированным;
• шликер с удельным весом 1,4–1,44, доведённый до тиксотропности; при многослойном нанесении — около 1 % КМЦ;
• внутреннюю и наружную поверхность глазуровать отдельно, с сушкой между ними.

Наколы

Признак. Мелкие отверстия в глазури до черепка. Точечное углубление, которое до черепка не доходит, — другой дефект. По Хансену, настоящий накол чаще указывает на массу, углубление — на глазурь или обжиг.

Причины. В массе — газящие частицы (лигнит, сера, тальк, доломит, мел), растворимые соли, незрелый черепок, шершавый утиль. В глазури — карбонаты, разлагающиеся около 1000 °C, вязкий расплав (много циркона и глинозёма), рано плавящиеся борные фритты. В нанесении и обжиге — тонкий слой, быстрый обжиг, плохая вентиляция печи.

Лечение с цифрами. В опыте Хансена на конусе 6 наколы и ямки исчезли после выдержки 15 минут на пике (1202 °C), сброса до 1146 °C и выдержки ещё 45 минут. Темп подъёма у верхней точки — около часа на конус. Утиль — так высоко и долго, как позволяет впитываемость, в окислительной среде. Толщина слоя у разных авторов расходится: Хансен пишет, что более толстый слой может резко сократить наколы, Хоппер советует слой тоньше и выдержку до двух часов. Проверяйте на своей глазури.

Вскипание и вспучивание

Это разные дефекты, и их важно различать.

Вскипание (пузыри в глазури). Поверхность как «лунный пейзаж» из кратеров, у одних края острые, у других скруглённые, иногда нелопнувшие хрупкие купола. Где слой толще — кратеры крупнее. Это остатки пузырей, лопнувших на подходе к пику или в начале остывания. Газ из черепка может выделяться до 950 °C. Факторы риска: B₂O₃ около 0,7 моля и больше в глазури на конус 6, много карбоната кальция (15 % дали пузыри в одной борной глазури), тальк, карбонат бария, MnO₂, карбонаты красителей. Лечение: сброс примерно на 56 °C ниже пика с выдержкой около 30 минут, утиль на конус 04–02 с медленным подъёмом 50 °C/ч в зоне 700–950 °C, тоньше слой.

Вспучивание — дефект массы. Газ в черепке не успел выйти до спекания. Пузыри крупные и внутри черепка, а не мелкие в глазури. Черепок, который без глазури не вспучивается, может вспучиться под глазурью. Это признак пережога: по Хансену, газящие массы начинают вспучиваться при пористости ниже 1–2 %, и обжигать их нужно с запасом до этой зоны. В одном его примере программа «конус 6» реально дала 1224 °C, то есть конус 7. Поэтому — контрольные конусы на полке.

Матовость и натёки

Матовость от недоплава. Недожжённая матовая глазурь обычно белее; если при более высоком обжиге она становится глянцевой — матовость была от недожога. Для помутнения прозрачной глазури Хансен советует обжечь на конус выше. ГОСТ 28390 определяет матовость как «глазурь без блеска» и для первого сорта фарфора её не допускает.

Натёки. Причины: избыток плавней или недостаток глинозёма, толстый слой, железо в восстановлении и пережог — по Хансену, многие так называемые «реактивные» глазури на деле просто пережжены. Лечение: добавить кремнезём (в его примере — 10 частей), снижать пик шагами по 14 °C, сброс около 56 °C. Полоса 5–10 мм «улавливающей» глазури у низа изделия останавливает стекание.

Расстекловывание

Нежелательная кристаллизация при остывании. Условия: текучий расплав, медленное охлаждение, много кристаллообразующих оксидов (CaO, Fe₂O₃, ZnO, TiO₂) и мало глинозёма. Пример Хансена: две одинаковые кружки с прозрачной глазурью на 40 % фритты Ferro 3134 — в медленно остывающей большой печи глазурь помутнела, в быстро остывающей тестовой — нет. Лечение: поднять Al₂O₃, часть CaO заменить MgO, снизить B₂O₃, рутил не больше ~4 %, фритта с большим глинозёмом (3195 вместо 3134); в одном примере кристаллизацию остановил 1 % SnO₂.

Трещины обжига

Трещина обжига возникает, когда разные части изделия меняют температуру с разной скоростью. Опасные точки — кварцевый переход около 573 °C и кристобалитовый в зоне 100–270 °C при остывании. Главный вопрос — когда треснуло: при нагреве или при охлаждении. Ответ даёт край трещины.

Это различие приводят Lakeside Pottery и Википедия со ссылкой на ASTM C242. Большинство трещин, по этим данным, возникает при охлаждении. Хансен даёт и другой признак: трещины нагрева раскрыты, трещины охлаждения волосяные. Lakeside предупреждает, что опасно открывать печь в районе 226 °C — это кристобалитовая зона.

Лечение по Хансену: 28 °C/ч вверх и вниз через интервал 510–621 °C; подъём 222 °C/ч в его опытах давал трещины. Толстые изделия выдерживают при 121 °C — вплоть до суток. Скруглять острые внутренние углы, выравнивать толщину стенок. Подробно о программах — в статье о кривых обжига.

S-трещина в дне

Классическое объяснение Франка и Джанет Хамер — неравная усадка дна и стенок; по пересказу в Википедии — недостаточное уплотнение дна при точении. Хансен считает, что уплотнение не ключевое: главное, что край сохнет раньше дна, поэтому лечится равномерной сушкой — гипсовые баты, укрывание, раннее прикрепление ручек, скругление острых углов. В небольшом опыте из Pottery Making Illustrated необточенные миски с кома треснули в 4 случаях из 5, обточенные — ни одна; выборка мала, и автор сам называет результат незначимым.

«Дутики», чёрная сердцевина, коробление

«Дутики». Частицы в обожжённом черепке медленно впитывают влагу из воздуха, расширяются и выбивают кусочек черепка. Типичная ситуация, по Хансену, — керамист сам составляет массу из немолотого сырья. Цифр для лечения на его странице нет.

Чёрная сердцевина. Излом черепка чёрный внутри, иногда в центре — полость от частицы железа. Чем больше железа и крупнее его частицы, тем сильнее дефект. Усиливают плотная загрузка печи и сплошное покрытие глазурью. Лечение — утиль выше и дольше с хорошей вентиляцией, позднее начало восстановления; в одном примере Хансена помогли 10 % полевого шпата.

Коробление. Коробится любая масса, которую обжигают до спекания. Главный рычаг, по Хансену, — доля полевого шпата: около 35–40 % для американского каолина на конусах 5–6, около 25 % для Grolleg; кварц держать около 20–25 %. Причинами бывают и пережог, и прогнутые полки. ГОСТ 28390 допускает деформацию фарфора 1,5 % от характерного размера для первого сорта и 2,0–2,5 % для второго.

Источники: Tony Hansen, Digitalfire — Crawling, Glaze Crazing, Glaze Shivering, Glaze Pinholes/Pitting, Glaze Blisters, Bloating, Warping, Over Firing, Runny Ceramic Glazes, Clouding in Ceramic Glazes, Crystallization, Lime Popping, Dunting and Cracking, Black Coring, Drop-and-soak firing, Drying Crack; Lakeside Pottery — Crazing, Shivering, Glaze Crawling, Pinholes and Pitting, Glaze Blistering, Cracking/Shivering/Crazing/Dunting; R. Hopper, «The Ceramic Spectrum» (отрывок, Ceramic Arts Network); «Crack Pots» (Pottery Making Illustrated); Wikipedia — Dunt, Pottery fracture; ГОСТ 28390-89; ГОСТ 28391-89; О. В. Спирина, В. И. Ремизникова, Известия КГАСУ, 2006, №1(5); Большая российская энциклопедия, «Глазурь».