Белая каменная масса из доступного сырья: рецепт и доводка
Своя масса — это не только экономия. Это контроль: вы знаете, что внутри, можете повторить её через год и поправить под свою печь и свои глазури. Белая или светлая каменная масса собирается из четырёх компонентов — каолина, пластичной глины, полевого шпата и кварца. Разберём проверенные зарубежные пропорции, как перенести их на российское сырьё, как сдвинуть массу под конус 6 или конус 10 и как довести её пробами до рабочего состояния.
Четыре компонента и их роли
Тони Хансен (Digitalfire) описывает каменную массу как основу из пластичной глины, к которой добавлены непластичный наполнитель и флюс; полевой шпат выполняет обе последние роли. Его «концептуальная» каменная масса — пластичная глина 60, шпат 20, кварц 20 — даёт ожидаемую пористость около 1–2 %. Для фарфоровидной массы он приводит каолин 45, шпат 30, кварц 25 плюс бентонит.
- Пластичная глина (ball clay) — пластичность и прочность сырца. По материалам колледжа Серритос со ссылкой на Дэниела Родса, обычно её 15–25 % в пластичной массе; избыток даёт большую усадку, трещины и серый оттенок после обжига.
- Каолин — белизна и огнеупорность, но малая пластичность.
- Полевой шпат — флюс, который делает черепок плотным. Его доля решает, на какую температуру рассчитана масса.
- Кварц — наполнитель, который снижает усадку и, по Хансену, защищает глазурь от цека: больше кварца — меньше цека, меньше кварца — меньше отскока.
Подробно о том, что делает каждый компонент, — в статье о составе керамической массы.
Проверенные пропорции
Классика 4×25
Знаменитая масса «Alfred porcelain» — по 25 % каолина, пластичной глины, полевого шпата и кварца — рассчитана на конус 10 (около 1280 °C). Дэйв Финкельнбург (Ceramics Monthly, 2015) показывает, как сдвинуть её на конус 5: шпат поднять примерно до 35 %, кварц опустить до 15 %. Он же напоминает, что пластичная глина сама может содержать до 15 % кварца, и это надо учитывать в балансе.
Массы Тимоти Андерсона
Самый полезный набор дал Тимоти Андерсон (Ceramics Monthly, 2019). Его ключевая фраза: доля шпата определяет, на конус 10 или на конус 6 рассчитана масса.
| Масса | Конус | Каолин | Пластичная глина | Кварц | Шпат |
|---|---|---|---|---|---|
| «50/50» | 10 | 25 | 25 | 25 | 25 |
| «50/50» | 6 | 25 | 25 | 20 | 30 |
| Пластичная гончарная | 10 | 35 | 15 (высокопластичная) | 25 | 25 |
| Пластичная гончарная | 6 | 35 | 15 | 20 | 30 |
Критерий Андерсона для посуды — водопоглощение 2 % или меньше. Для яркой белизны железа и магния вместе должно быть меньше 0,3 % в мольной доле. И важное предупреждение о пластичных глинах: чистые обычно содержат около 1 % TiO₂ и до 1,5 % железа, а высокопластичные — до 1,5 % TiO₂ и 2 % железа. Пластичность и белизна тянут в разные стороны.
Ещё два ориентира
- Хансен о конусе 6: это нижний практический диапазон для белых пластичных масс на полевом шпате; белый фарфор содержит до 30 % шпата, белая каменная масса — около 20–25 %.
- Масса на конус 6, приписываемая Джулии Галлоуэй (по публикации на форуме Ceramic Arts Daily): каолин EPK 35, каолин Tile 6 15, нефелин-сиенит 23, кварц 22, пластичная глина 5, белый бентонит 3. Водопоглощение — меньше 1 % в её обжиге.
Переносим на российское сырьё
Прямых опубликованных рецептов белых каменных масс на 1220–1280 °C из Латненской глины, каолина Журавлиного Лога и уральского шпата найти не удалось. Поэтому ниже — не готовый рецепт, а стартовые точки для проб: проверенные пропорции Андерсона и Хансена, в которых американские материалы заменены отечественными по роли.
| Роль | Отечественный материал | Что известно о составе |
|---|---|---|
| Каолин | КЖФ-1 (Журавлиный Лог) | Al₂O₃ не менее 36 %, Fe₂O₃ от не более 0,6 % до 1,1 % у разных продавцов; малопластичный, число пластичности 5–7 |
| Пластичная глина | ЛТ-1 или ЛТ-0 (Латненская) | ЛТ-1: Al₂O₃ 37,33 %, Fe₂O₃ 1,32 %, по ТУ TiO₂ до 2,3 %; после обжига розовато-кремовая |
| Полевой шпат | ПШС 0,20-21 | K₂O+Na₂O не менее 13 %, Fe₂O₃ не более 0,2 % |
| Кварц | кварцевая мука | для оценки принято железо как у песка ВС-050-1 — 0,046 % |
Что есть в российских работах
Отечественная литература в основном про фаянс, керамогранит и кирпич, но несколько цифр полезны как ориентир.
- Фаянс по Большой российской энциклопедии: глинистые материалы 60–65 %, кварц 30–36 %, полевой шпат всего 3–5 %; утильный обжиг 1250–1280 °C, водопоглощение до 9–12 %. То есть при тех же температурах фаянс от каменной массы отличает прежде всего малая доля шпата: без флюса черепок остаётся пористым.
- Фаянсовая масса из работы Верещагина, Могилевской и Сафроновой (Вестник ТГАСУ, 2019): каолин 36, глина 14, кварцевый песок 28, полевой шпат Чупинский (Карелия) 20, глинозём 2. При 1150 °C водопоглощение 7 %, огневая усадка 4,3 %. Когда часть песка и глинозём заменили диопсидом, водопоглощение упало до 0,5 % — пример того, как сильно флюс сдвигает спекание. Каолин, глина и песок в этой работе украинские.
- Керамогранит из работы БГТУ (Минск): российские глина ТЛ-1 и шпат ПШС 0,30-21 вместе с белорусским сырьём, обжиг 1250 °C, водопоглощение 0,32–0,59 %, усадка 3,5–6,2 %. Доли компонентов в работе не приведены, а формование там — прессование, а не пластичная масса.
- Латненская глина ЛТ-0 как осветлитель. В работе Баранова и соавторов (Вестник БГТУ им. Шухова, 2016) её вводили 30–50 % в суглинок для светлого кирпича: водопоглощение снижалось с 12,1 до 9,4 %, а общая усадка росла с 10 до 13,5 %.
Предупреждение об уральских глинах: по данным Вестника ЮУрГУ (2018), у Нижне-Увельской глины Fe₂O₃ 2,17 % и TiO₂ 1,41 % — это выше порогов «чистых» пластичных глин по Андерсону, и белой массы на ней не получить.
Стартовые составы
| Вариант | КЖФ-1 | ЛТ-1 | Кварц | ПШС | Fe₂O₃, оценка | Щёлочи из шпата, не менее |
|---|---|---|---|---|---|---|
| А — конус 6 (по Андерсону) | 35 | 15 | 20 | 30 | 0,5–0,65 % | 3,9 % |
| А — конус 10 (по Андерсону) | 35 | 15 | 25 | 25 | 0,5–0,65 % | 3,3 % |
| Б — конус 6, пластичнее (по Хансену) | — | 60 | 20 | 20 | около 0,85 % | 2,6 % |
Железо и щёлочи мы посчитали по данным продавцов на сырую массу; щёлочи глин в расчёт не вошли, поэтому реальная цифра будет выше. Для сравнения: у немецких каменных масс из статьи о составе массы железа 0,9–2,1 %, а щелочей около 2,5–2,7 %. Вариант А будет заметно светлее, вариант Б — кремовее, но пластичнее и удобнее на круге.
Главный риск варианта А — пластичность: каолин КЖФ-1 малопластичен, а Латненской глины всего 15 %. Скорее всего, понадобится бентонит. Ещё один нюанс: Латненская глина по ТУ может содержать до 2,3 % TiO₂, а титан вместе с железом, по Андерсону, гасит белизну.
Доводка
Если масса пористая или плотная не там
- Шпат. По Хансену, поднять шпат на 5 % за счёт глины — масса станет плотнее; обратная замена — пористее. Финкельнбург: чтобы поднять температуру созревания, добавляют глину и кварц, чтобы понизить — шпат или другой флюс.
- Тальк. Хансен советует 1–2 % талька, если светлая масса не доходит до плотности; по его данным, всего 1 % талька может снизить пористость на 1 %.
- Нефелин-сиенит — более сильный флюс, чем шпат. Но Финкельнбург не советует его в массах, которые будут храниться: натрий выщелачивается и снижает пластичность.
Если масса короткая
Бентонит — обычно 2–3 % (Хансен) и не больше примерно 2 % по материалам колледжа Серритос. Хансен напоминает, что пластичность почти всегда поднимают долей пластичной глины, а долгое перемешивание помогает, но слабую массу не спасает. Подробно — в статье о пластичности глины.
Если глазурь цекует
Добавьте кварц. В опыте Хансена масса из каолина и нефелина без кварца дала цек глазури, и исправить его помогли 20 % кварца. Если вы ради белизны заменили пластичную глину каолином, кварц на конусе 10, по его же опыту, может понадобиться поднять примерно до 30.
Проверка
Каждый вариант проверяйте тестом SHAB по Хансену: бруски толщиной 9,5 мм с метками ровно в 10 см, сушка, серия обжигов на несколько температур с контрольным конусом, затем 5 часов кипячения и 19 часов в воде для водопоглощения. Подробная методика и шаблон таблицы — в статье о протоколе испытания новой массы. Цель для посуды — водопоглощение около 2 % и ниже (Андерсон), а каменной массе с крупными частицами, по Хансену, бывает трудно опуститься ниже 2–3 %.
Ориентир того, как выглядит хорошая кривая, — паспорт канадской массы Plainsman M370: водопоглощение 3–4 % на конусе 4, 1,5–2,5 % на конусе 5, 0,5–1,5 % на конусе 6 и 0,2–0,8 % на конусе 7. Производитель рекомендует обжигать её на конусах 5–7.
Пример из опыта Хансена
Как сильно решает выбор глины, Хансен показывает на двух пробных массах из 65 частей глины и 35 частей нефелин-сиенита. На каолине получилась пористость около 1 % и цек глазури, а пластичности оставшихся 40 % каолина «совсем не хватило». На пластичной глине той же пропорции — нулевая пористость, глазурь села, а пластичность он назвал «фантастической». Исправить каолиновый вариант можно было добавкой 20 % кварца против цека, большим количеством нефелина и бентонитом.
Проверка в использовании
Джонатан Каплан (Ceramics Monthly, 2015) начинает каждую новую массу с пробного замеса около 4,5 кг и проверяет остаток на сите 60 меш. Готовую массу он проверяет не только водопоглощением: морозилка и кипяток, долька лимона на глазури, посудомоечная машина. По его словам, тепловое расширение — один из самых важных критериев, а низкое водопоглощение делает массу менее склонной к отложенному цеку от влаги.
Как замешать
Хансен предупреждает: смешивать сухие порошки обманчиво трудно, и встряхивание в мешке однородности не даёт. Его способ для мастерской — через шликер:
- Взвесить компоненты под вытяжкой: пыль кварца и каолина опасна для лёгких.
- Размешать в воде пропеллерной мешалкой до полного смачивания; порошки помола 200 меш просеивать не нужно.
- Обезводить на гипсовом столе: густой шликер из 5 кг порошка готов примерно за час.
- Пласт резать, переворачивать и складывать слоями — по Хансену, десять циклов дают тысячу слоёв, и масса получается не хуже, чем после вакуумной глиномялки.
Учебная мастерская Гошен-колледжа (Марвин Бартел, 2003) замешивает массу в таком порядке: сначала шпат, кварц и пластичная глина с водой в кашу, потом каолин и остальные глины, и вылёживает её неделю или дольше. Хансен считает вылёживание необязательным для пластичных масс, а мощная вакуумная глиномялка, по его словам, может замешать массу и из сухого сырья за один проход. Небольшие шнековые машины он советует использовать для переработки уже увлажнённой массы, а не для замеса из порошка.
После обезвоживания шликера массу нужно гомогенизировать и освободить от воздуха. Для этого подходят шнековые экструдеры ТРУД: вакуумные модели ЭМ1В и ЭМ2В промешивают массу и удаляют из неё воздух, а потом с той же машины удобно перерабатывать обрезки. Модели и цены — в каталоге.
Источники: T. Anderson, «Techno File: Porcelain Bodies 201» (Ceramics Monthly, 2019); D. Finkelnburg, «Techno File: Altering Temperatures» (Ceramics Monthly, 2015); Tony Hansen, Digitalfire — Porcelaineous Stoneware, Formulating a body using clays native to your area, Cone 6, Stoneware Casting Body Recipes, Pugmill, Blunging, тест SHAB, Clay Body Porosity, Slurry mixing and dewatering your own clay body; Cerritos College, «Clay and Clay Bodies» (по D. Rhodes); форум Ceramic Arts Daily, «Cone 5/6 stoneware type claybody recipes»; M. Bartel, Goshen College «Clay Recipe» (2003); Plainsman M370 (данные Archie Bray); J. Kaplan, «Techno File: Clay Body Building» (Ceramics Monthly, 2015); Большая российская энциклопедия, «Фаянс»; В.И. Верещагин, Н.В. Могилевская, Т.В. Сафронова (Вестник ТГАСУ, 2019, т. 21, №6); М.М. Хамицевич, И.А. Левицкий, «Составы масс для керамогранита…» (БГТУ); Е.В. Баранов, Т.И. Шелковникова, А.В. Хорина (Вестник БГТУ им. Шухова, 2016, №7); К.Д. Владимиров и др. (Вестник ЮУрГУ, 2018, т. 18, №2); карточки материалов «Гончарный мир» и «Керамика Гжели»; технические условия на глину ЛТ по М.Г. Мошнякову (Вестник БГТУ им. Шухова, 2019).
