В качестве отощающих материалов для фарфоровой массы наибольшее применение имеют чистые кварцевые пески и жильный кусковой кварц. По своему химическому составу эти материалы представляют собой главным образом окись кремния, или кремнезем, содержание которого в этих материалах колеблется в пределах 98—99%. Кварц представляет собой полупрозрачный минерал, окрашенный в различные цвета: молочный, розовый, желтый и др., и часто встречается как составная часть других горных пород, например пегматита, где он залегает вместе с другим минералом — полевым шпатом, тоже широко применяющимся при изготовлении фарфора.
В производстве фарфоровых изоляторов применяются наиболее чистые разновидности жильного кварца с содержанием окиси кремния не менее 99%. В прокаленном состоянии (огневая проба) он имеет молочно-белый цвет без каких-либо окрашенных включений. Жильный кварц добывают в виде довольно больших кусков и перед употреблением предварительно обжигают, а затем измельчают до порошкообразного состояния. Чтобы избежать этого трудоемкого процесса, на изоляторных заводах применяют преимущественно чистые кварцевые пески, являющиеся почти готовым материалом с высокой степенью раздробленности частиц.
В изоляторном производстве используются кварцевые материалы с содержанием окислов железа не выше 0,2%. Они употребляются не только в фарфоровых массах, но также в глазурях, которыми покрывают изоляторы.
Кроме кварца и кварцевого песка, в качестве отощающих материалов применяют «фарфоровый череп» — куски разбитых изоляторов, которые почти всегда имеются в производстве в виде бракованных изделий. Перед употреблением фарфоровый череп измельчают до тонкодисперсного состояния и в таком виде вводят в исходную фарфоровую массу.
СТЕКЛООБРАЗУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ
Выше было указано, что стеклообразующие компоненты в фарфоре снижают температуру обжига фарфоровых изделий и придают монолитность фарфоровому телу — черепку.
В качестве стеклообразующего компонента в производстве применяется калиевый полевой шпат (ортоклаз, микроклин).
Полевой шпат — природный минерал пластинчатого строения делится на пластинки при раскалывании по слоям. Цвет калиевого полевого шпата обычно красный или розовый.
У этого минерала наблюдаются также и другие окраски: белая, желтая и серая. Химический состав калиевых полевых шпатов — ортоклаза и микроклина. Главными составными частями полевого шпата являются: SIO2 (64,7%), Al2O3 (18,4%), К2О (16,9%). Это — теоретический состав полевого шпата. В природных полевых шпатах содержание указанных окислов колеблется в довольно широких пределах. В состав полевых шпатов входят еще МgО, Na2O, СаО и Fe2O3, но в небольших количествах. Микроклин очень мало отличается от ортоклаза по внешнему виду. Эта разновидность калиевого полевого шпата чаще всего встречается в пегматите, который теперь широко применяется в электроизоляторном производстве.
При температуре 1100—1200° С полевой шпат плавится, превращаясь в полупрозрачное стекло, обладающее довольно высокой вязкостью, и образуя густую полупрозрачную жидкость. Это свойство полевого шпата, называемое густоплавкостью, обеспечивает стойкость фарфоровых изделий к деформациям во время обжига.
Химически однородные, чистые полевые шпаты в природе встречаются очень редко. Они по большей части представляют собой смесь нескольких разновидностей с преобладающим содержанием одного из них.
В производстве фарфора употребляются полевые шпаты с преимущественным содержанием калиевых, в которых натриевый шпат составляет не более 10—20%. В полевых шпатах, входящих в состав электрофарфоровых масс, содержание окислов железа не должно превосходить 0,5 %.
Ввиду ограниченности запасов чистые полевые шпаты стараются использовать главным образом для глазурей. В фарфоровых же массах применяют другой минерал — пегматит, в котором содержатся одновременно кварц и полевой шпат.
Помимо кварца и полевого шпата, в пегматите присутствуют еще такие минералы, как слюда, магнетит, гематит, гранат и др. Присутствие их в пегматите нежелательно, так как они содержат значительное количество различных окислов железа, загрязняющих фарфоровую массу и окрашивающих ее (в процессе обжига) в желтый цвет. Кроме того, содержание в фарфоре окислов железа приводит к снижению его диэлектрических характеристик, т. е. ухудшает электроизоляционные свойства фарфора. Что же касается содержания в пегматите кварца, то это не создает препятствий для использования пегматита в производстве электротехнического фарфора, так как кварц тоже является одним из компонентов исходной фарфоровой массы. Обычно кристаллы кварца и полевого шпата находятся в пегматите в сросшемся состоянии. Иногда большие образования кристаллов кварца можно отделить от больших кристаллов полевого шпата в виде отдельных кусков. Цвет пегматитов большей частью светло-розовый. В производстве фарфоровых изоляторов применяются пегматиты разных месторождений.
Ввиду непостоянства состава пегматита, даже добываемого из карьеров одного месторождения, в производстве требуется систематический и тщательный контроль состава этого минерала. Минералогический состав пегматитов характеризуется следующим содержанием основных компонентов: кварца от 22,2 до 30,1%, полевого шпата от 68,5 до 70,0%' и слюды от 1,1 до 2,7%.
В качестве дополнительных стеклообразующих компонентов (флюсы) в глазурях применяют доломит, магнезит и др. Доломит представляет собой двойную углекислую соль магния и кальция; он залегает в виде больших массивов. Цвет доломитов белый или желтый. Кроме основных составляющих, доломит содержит примеси: глинистые вещества, песок и окислы железа. Магнезит может быть кристаллическим и аморфным. Для глазурей применяется кристаллический магнезит (магнезиальный шпат). Цвет магнезита изменяется от белого до голубого и черного с характерным стеклянным блеском.
Мел представляет собой легко распадающуюся, мягкую горную породу, состоящую преимущественно из углекислого кальция с небольшим содержанием углекислого магния и окислов железа.
Для глазурей применяются наиболее чистые сорта перечисленных выше минералов.
В процессе обжига фарфоровых изделий доломит, магнезит и мел претерпевают распад. Продукты распада (СаО, МgО) оказывают флюсующее действие на стеклообразующие компоненты глазури и тем самым способствуют хорошему розливу глазури на изделиях. Кроме того, получающиеся окись кальция и окись магния вместе с другими составляющими глазури повышают ее прочность и придают ей характерную белизну и блеск.
КРАСИТЕЛИ ДЛЯ ГЛАЗУРЕЙ
Красители — материалы, которые вводятся в глазури Для придания им после обжига какой-либо окраски, чаще всего коричневой. Нормальный же цвет глазури без введенных в нее красителей молочно-белый.
Изоляторы покрывают цветной глазурью для некоторой маскировки при работе на линиях электропередач, в электрических машинах, трансформаторах и аппаратах.
В качестве красителей, вводимых в глазурь, обычно применяют окислы металлов: железа, марганца, хрома и др.
В наших отечественных глазурях в качестве красителей чаще всего применяются хромистый железняк, марганцевая руда и пиролюзит. Красители в глазурь вводят в различных соотношениях с целью получения на изоляторах глазурного покрытия темно-коричневого цвета. Общее содержание красителей в глазурях колеблется в пределах 8—13% по отношению к сумме других компонентов глазурей (пегматит, глинистые материалы, фарфоровый череп и др.).