Basic HTML Version
5
Keramický zpravodaj 29 (5) (2013)
(Aluminous cement for the preparation of porcelain body)
RADOMÍR SOKOLÁŘ
1
Abstrakt
Porcelán je tradičním keramickým materiálem, který se již
po několik století běžně vyrábí ze směsi kaolín – křemen
– živec. Náhradou kaolínu za hlinitanový cement lze
dosáhnout především zvýšení pevnosti výsušku, snížení
součinitele délkové teplotní roztažnosti a zvýšení bělosti
střepu. Negativním aspektem použití hlinitanového cemen-
tu je snížení slinovací aktivity střepu a tedy nutnost použití
vyšší vypalovací teploty.
Klíčová slova
Porcelán, hlinitanový cement, kaolín, pórovitost, pevnost
Abstract
Porcelain is a traditional ceramic material, which is manufac-
tured for centuries from a mixture of kaolin - quartz - feld-
spar. Replacement of kaolin for aluminous cement can be
achieved primarily increase strength of green body, reduce
the coefficient of linear thermal expansion and increase
the whiteness of the fired body. A negative aspect of using
alumina cement is reduced sintering activity of the body and
therefore the need for a higher firing temperatures.
Keywords
Porcelain, aluminous cement, kaoline, porosity, strength
Úvod
Porcelán je slinutý keramický materiál s bílým homo-
genním často i transparentním střepem (pro užitkové
a umělecké účely), prakticky s nulovou nasákavostí,
s relativně vysokou mechanickou i chemickou odolností
a dlouhodobou stabilitou všech vlastností. V technických
aplikacích není často požadována bílá barva střepu.
V Evropě byl porcelán poprvé vyroben roku 1709 v Míšni
(J. F. Böttger) z plaveného kaolinu výpalem na teplotu asi
1400 °C. Tento střep navazoval na dříve známý čínský
porcelán (počátek výroby v letech 618–907 v severní
Číně) a francouzský fritový porcelán (Sévres) z konce
17. století. Čínský porcelán patřil do skupiny tzv. měk-
kých porcelánů, míšeňský porcelán je řazen do skupiny
tzv. tvrdých porcelánů. Rozdíl mezi jednotlivými typy
porcelánu je uveden v tab. 1.
1
Doc. Ing., Ph.D, Vysoké učení technické v Brně, Fakulta stavební, Veveří 95, 602 00 Brno, sokolar.r@fce.vutbr.cz
Tab. 1
Chemické složení různých druhů porcelánového
střepu [3]
Porcelánový střep se v technické praxi používá především
pro výrobu vysokonapěťových izolátorů, jako chemicky
odolný technický porcelán a pro výrobu nádobí (varného).
Podle teploty výpalu a složení surovinové směsi lze porcelá-
nový střep rozdělit na [3]:
• Tvrdý (hard porcelain) – surovinová směs obsahuje
15–30 % živce a teplota výpalu se pohybuje mezi
1340–1410 °C. Ideální surovinová směs odpovídá slo-
žení: 50 % plavený kaolin +25 % draselný živec +25 %
křemen.
• Měkký (fine transculent china) – obsah živce v surovinové
směsi je vyšší jako 30 % (průměrně 25–40 %), kaolín
30–40 %, křemen 30–50 %. Teplota výpalu je kolem
1250 °C. Měkký porcelán je křehčí, má nižší mechanické
pevnosti a nižší odolnost proti změnám teploty než por-
celán tvrdý.
Relativně nižší teplota výpalu měkkého porcelánu si vyžadu-
je použití zvýšeného množství taviv, což vyvolává pokles ob-
sahu kaolinu. Proto se do surovinové směsi často přidávají
bíle se pálicí vazné jíly. Mimo standardního živcového typu
měkkého porcelánu existuje ještě porcelán:
a) fritový – tavivem je frita, podobně jako je tomu u gla-
zur. Střep tohoto typu porcelánu je transparentní až do
tloušťky 2,5 mm,
b) kostní (bone china) – surovinová směs sestává z 20
až 35 % plaveného kaolinu + 20–45 % kostního popela
+ 20–45 % živcového písku. Kostní popel je tvořen hyd-
roxyapatitem 3Ca
3
(PO
4
)
2
.Ca(OH)
2
a karbonátoapatitem
Ca
3
(PO4)2.CaCO
3
.H
2
O. Místo kostní popela lze použít
fosforečnan vápenatý Ca
3
(PO
4
)
2
nebo apatit 3Ca
3
(PO
4
)
2
.
Ca(F,Cl)
2
. Teplota výpalu tohoto typu porcelánu je 1200
až 1280 °C. Střep je tvořen asi 40 % skelné fáze, 40 %
fosforečnanu vápenatého a 20 % anortitu.
Podle bělosti střepu a využití porcelánu se povrch opat-
řuje transparentní nebo bílou krycí glazurou. Křemen lze
v množství 10–20 % nahradit korundem (vhodné pod
60
μ
m). Tím se zvýší mechanická pevnost a odolnost proti
změnám teploty [1], [2]. Další možnou náhradou křemene
pro zvýšení mechanické pevnosti je oxid zirkoničitý ZrO
2
nebo křemičitan zirkoničitý ZrSiO
4
. V izolátorových hmotách
se běžně část živce nahrazuje 1–10% přídavkem mastku.
Výsledkem je vznik cordieritu ve střepu a tím snížení délko-
vé teplotní roztažnosti střepu.
Příprava porcelánové směsi se provádí mokrým mletím
výchozích surovin v bubnových mlýnech. Moderní způsoby
výroby jsou založeny na intenzivním mísení pomletých ne-
plastických surovin (za sucha) s kaolinovou suspenzí. Další
postup výroby závisí na způsobu vytváření, které v případě
porcelánu může být z plastického těsta, litím ze suspenzí
a izostatickým lisováním z granulátu.
Použití hlinitanových cementů v keramice se v současné do-
bě omezuje zejména do oblasti žárobetonů s hydraulickou
Čína (měkký) Sévres (fritový) Míšeň (tvrdý)
SiO
2
70,0
58,0
60,0
Al
2
O
3
22,2
34,5
35,4
CaO
0,8
4,5
0,6
(K,Na)
2
O
6,3
3,0
3,9
Obsah složky [% hmotn.]
Původ a složení
VYUŽITÍ HLINITANOVÉHO CEMENTU V PORCELÁNOVÉM STŘEPU