Александр Поверин

 

Теория

 

керамика оборудование технологии материалы

 

материалы

 

Общее представление о том, что наш далекий предок случайно обжег в костре кусок глины, и, заметив, что он после этого превратился в камень, стал использовать это ее свойство для изготовления посуды, не совсем верно. Во всяком случае, научные данные этот процесс несколько корректируют. По результатам химического анализа черепков из археологических раскопов (начиная с эпохи неолита) установлено, что основным сырьем для изготовления посуды, наши предки считали птичий помет, смешанный с птичьим пухом и иногда со скорлупой яиц, которая в изобилии скапливалась в местах гнездования перелетных птиц, и пресноводных моллюсков. Именно этот материал, по представлению наших предков, обладал клейкостью и пластичностью, а глина для них была всего лишь примесью-связкой, которой в общей массе сырья было не более 30%. Помимо птичьего помета еще использовались экскременты домашних животных.* И только спустя тысячелетия человек перешел на следующий уровень развития и стал использовать глину для скрепления непластичных материалов минерального происхождения, а именно: дресвы (дробленого камня), шамота (дробленых обломков обожженной посуды) и песка. И только после этого люди поняли, что главным сырьем для изготовления посуды служит глина, что именно она является главной составляющей, а не сырьем связкой. И человек стал изготавливать посуду из одной глины или смешивая глины разных сортов. Но этот исторический опыт, точнее было бы сказать казус, не прошел для человека даром: он уже знал, как влияют на глину различные добавки животного (органического) и природного (неорганического) происхождения. И этим богатым опытом мы пользуемся до сих пор, определяя полезные и вредные примеси для глинистого сырья.

Сегодня глинистое сырье (по ГОСТ 9169-59) делится на 4 группы: каолины, глины, сухари и сланцевые глины.* Эти группы подразделяются на подгруппы:

 

    1. По содержанию глинозема  (окись алюминия) в прокаленном состоянии.

– более 40% – высокоосновные
– от 40% до 30% – основные
– от 30% до 15% – полукислые
– менее 15% – кислые.

*Сухари и сланцы при соединении с водой не образуют тесто и поэтому не могут быть применимы в гончарном деле.
* Эти традиции в Англии, например, сохранились до сих пор, и  в фарфоровую массу некоторые производители добавляют весенний экскремент собак.

 

    2. По огнеупорности

– огнеупорные, плавящиеся от 1580 оС и выше
– тугоплавкие, плавящиеся от 1580 до 1350 оС
– легкоплавкие, плавящиеся ниже  1350 оС.

  1. 3. По степени связуемости и пластичности

– связующие, образующие формуемое тесто при добавке нормального песка более 50%
– пластичные, образующие формуемое тесто при добавке нормального песка от 50 до 20%
– тощие, образующие формуемое тесто при добавке нормального песка менее 20%
– сухари и сланцы, вовсе не образующие формуемое тесто.


Но такая классификация глин не дает еще возможности оценить получаемые из нее изделия.
Наряду с рассмотренной, существует промышленная классификация глин, основанная на оценке их по совокупности некоторых признаков. Совокупность таких признаков, как цвет и внешний вид изделия после обжига, интервал спекания – плавления, прочность изделия при ударе, стойкость при резкой смене температур определяют назначение и название глин: фарфоровые, фаянсовые, беложгущиеся, кирпичные и черепичные, гончарные, трубочные, клинкерные, * капсульные, терракотовые.

 

* Клинкерные глины получают из масс на основе тугоплавких и огнеупорных глин и полевого шпата. Изделия из таких глин называют каменным товаром. Типичным тонкокаменным товаром (stone ware) высокого качества являются английские изделия И. Веджвута  XVIII века их отличительная черта состоит в барельефной декорировке поверхности ваз, бортов тарелок и т.д. мелкими фигурками и арабесками одного цвета на общем фоне изделия другого цвета. Например,белый барельеф по зеленому фону или белый барельеф по синему фону. Во Франции (г. Мобеж) появление таких изделий относят к VII веку н.э., в Силезии – к XI веку, в Германии производство каменных изделий (Steinzeig) достигло рассвета в средние века. Французские изделия этого типа (gres ceram) подразделяются  на обыкновенные (gres ceram communes) и тонкие (gres ceram fins). Все они требуют высокой температуры спекания (1230 – 1285°С).
Рассмотрим теперь глинистые материалы по отдельности.

 

 

КАОЛИНЫ

 

Каолин – это разновидность глинистых материалов, состоящая из минерала каолинита (45%), который отличается белым цветом и высокой огнеупорностью. Название свое он получил от названия местности в Китае – Као-линь, где впервые было открыто его месторождение. Каолин входит в состав фарфоровой массы. Надо сказать, что китайцам повезло, так как они в горах Цзиньдэчженя нашли большие запасы так называемого «фарфорового камня» – нан-кан. Этот геологический факт заметно упростил для китайцев составление и приготовление фарфоровой массы. Им оставалось только догадаться размолоть его в порошок, затворить водой, добавить каолина, изготовить из полученной массы посуду, обжечь до полного спекания и получить прозрачный фарфоровый черепок. Каолин сам по себе  в обжиге не сплавляется, и чтобы достичь этого, к нему нужно добавить плавящиеся составы: полевой шпат, кремнезем (кварц) и даже известь. Эти элементы во время обжига превращаются в стекловидную массу, которая как бы прозрачной скорлупой обволакивает каждую микроскопическую крупинку каолина, придавая керамической массе просвечиваемость, в то время когда каолин придает ей молочно-белый цвет. Роль плавня и выполнял «фарфоровый камень» нан-как, который для китайцев создала сама природа.


В минералогическом отношении  нан-кан представляет собой серецитовый песчаник следующего состава:  75,6% SiO2; 0,05% Ti O2; 16,01% A2O3;  0,41% Fe2O3;  0,28% CaO;  0,6% Mn O; 1,97% Na2O; 3,3% Ka2O;  прочие примеси – 2,2%.
Приготовленная масса до ее использования выдерживалась сто лет, т.е. получалось, что мастера готовили фарфоровую массу для своих внуков и правнуков, что давало возможность получать из непластичного сырья массу высоких формовочных свойств, позволявшую изготавливать знаменитый фарфор «яичной скорлупы», т.е. изделия с очень тонкими прозрачными стенками. Такое бережное отношение к материалу позволило сформировать и сохранить национальные традиции фарфорового производства в Китае на протяжении нескольких тысячелетий.


Несколько слов нужно сказать и о сырьевой базе для производства фарфора в России сегодня. С распадом СССР мы потеряли основные месторождения каолина, находящиеся на Украине и в Белоруссии. Месторождения каолина на Урале, в Красноярском крае, в Иркутской области и в Приамурье менее пластичны, поэтому при приготовлении фарфоровой массы из каолинов этих месторождений для пластического формования у нас вводят некоторое количество (6 – 12 %) беложгущихся глин: дружковскую, трошковскую или 2 – 4% бентонита.

 

ГЛИНА

 

Термином «глина» обозначают дисперсную осадочную породу, состоящую из частиц пластинчатых минералов, по химическому составу обычно гидроалюмосиликатов, и сопутствующих примесей иных минералов. Но что такое «гидро» – понятно, «алюмо», наверное, тоже, а силикаты представляют собой соединение кремния с кислородом. Пластинчатые минералы при взаимодействии с водой делают глину пластичной, способной формоваться и сохранять заданную ей форму при высыхании. Минералы-примеси, такие, как кварц (песок), карбонаты (мел, мрамор, известняк, доломит, магнезит) и полевой шпат (наиболее распространенными полевошпатовыми породами являются граниты) непластичны, и их присутствие «отощает» глину, снижает ее пластичность.


Античное определение понятия пластичности глин  – годный для лепки, свидетельствует о способности материала изменять свою форму под влиянием усилий и сохранять эту форму. В научной среде есть несколько критериев, характеризующих пластичность глины, например, о пластичности глин судят по тому усилию, при котором глинистое тело начинает пластически деформироваться, или по количеству воды, необходимому для затворения сухой глины, после чего она приобретает способность свободно деформироваться и держать форму (по объему это примерно третья часть от объема сухой глины). Но мастера давно придумали свой простой способ определения пластичности глины – она должна с усилием переминаться в руках, но не прилипать к тыльной стороне руки.


Еще в I веке нашей эры Плиний Старший в своей «Естественной истории» отличал белую глину (argilla) от рядовой, обычной (lutum) глины и от почвы (terra).


В древнегреческом языке слово «керамос» первоначально обозначало глину; это отмечено Гомером в «Илиаде» (VIII век до н.э.). Корень этого слова, по мнению некоторых ученых, принадлежит к единому «индоевропейскому» языку, на котором говорило древнее население Европы, начиная от Урала в III тысячелетии до н.э. Ошибочность такого предположения очевидна, если сравнить корни слов  «зъд», «брние» и «керамос». В древнеславянском языке слово «здун» обозначало – гончар; корень «зъд» образует такие слова, как создавать, создатель, здание. Слово же «брние» означало – глину, затворенную водой; отсюда, вероятно, происходит название чешского города Брно. Слово же «глина» имеет более позднее происхождение, вероятно от слова «глиний» – глинозем (окись алюминия), входящий в состав любой глины.


Глина на нашей планете возникла давно, в межледниковый период, который сопровождался в течение многих тысячелетий таянием ледяного покрова, имевшего толщину на территории Европы до двух километров. Таяние вызывало мощные водные потоки, которые выполняли работу глиновала. Они отмучивали, перемещали и переотлагали глину и песок, что приводило к их перемешиванию. С этими процессами связано образование многочисленных в Европе, в частности в России, месторождений глин с различными свойствами, чего не наблюдается на других континентах.


Глина – это продукт сложного процесса разложения горных пород, который происходил на земле не только под воздействием ледников. На недоступных вершинах гор гигантские утесы из гранита, порфира, а в более низких районах также из сланцев, подвергались выветриванию благодаря резким атмосферным воздействиям. Зимние ветры и лютые морозы, нескончаемые дожди и упорные туманы, чередуясь с беспощадным солнечным теплом, разрыхляли и разрушали каменные скалы. Дожди смывали с них мелкую пыль, получавшуюся благодаря разложению, а мутные воды могучих и бурных горных потоков, стекающих из-под глетчеров, раздробляющихся по дороге в долину в сеть ручейков, уносили эту муть в русло больших рек. В тихих заливах и лиманах этих рек муть горных  пород осаждалась, образуя на дне залежи глины. Нечто подобное, но только в районных масштабах, происходило на дне любой, даже самой маленькой речки, в чем вы можете легко убедиться, обследовав дно речки своего детства.

 

Для примера я привожу химический  состав глин трех самых известных месторождений, находящихся на территории России.

  1. Кучинского  (под Москвой)
  2. Пулковского (под Санкт-Петербургом)
  3. Печерского (Псковская область).

 

Химический состав (в %) глин этих месторождений соответственно:
SiO2 – 55,53; 61,00; 60,2 – 69,3;      TiO2 – 0,0; 1,2 – 1,4; 0,7 – 1,1;         Al2O3 – 16,31; 19 – 20; 17,8 – 24,5;             Fe2O3 – 17,16; 3 – 4; 2,8 – 6,54; CaO – 5,37; 1,1 – 1,3; 0,1 – 1,1; MnO – 3,14; 2,5 – 3,0; 0,9 –1,74;
K2O – 2,75; 2,0 –2,2; не определялось;      Na2O – 0,52; 0,6 –0,7; не определялось.
Потери при прокаливании (в %) соответственно: 14,97; 4 – 4,5; 2,3 – 4,9.
Огнеупорность (о С) соответственно: 1180; 1130 – 1150; 1310 – 1430.
Спекание, (о С) до 2 % водопоглощения соответственно: 1075; 1090 – 1110; 1050.

Раньше, до того как глина широко стала использоваться в промышленности, и изучением ее свойств занялись специалисты, ее свойства оценивались только на ощупь. И сейчас, я думаю, не грех вернуться к такой оценке глины, так как непосредственное соприкосновение с материалом  в самом  наачале работы соединяет мастера и глину в одно целое, позволяет им почувствовать друг друга, ибо если инструмент —  это продолжение  рук гончара, то изделие — продолжение его души.


Так вот глина, применяемая в гончарном деле, должна быть тяжёлой, жирной, доброй, податливой, упругой, в общем – с твёрдым характером, так как она обязана держать форму. Глина может быть  красной, коричневой, голубой, зелёной, серой или белой. Иногда встречаются глины шоколадного цвета (так называемые сникерсы) или грязно-чёрные.  Но  я не советую иметь с ними дело, потому  что при обжиге их органические примеси, большое количество которых и придаёт им такой цвет, дают такой дух, что хоть святых выноси. Но с другой стороны содержание органических веществ (в том числе в виде мелких углистых частиц) в глине может иногда достигать столь большой  величины (более двух десятков процентов), что количество их оказывается достаточным для поддержания горения и промышленного обжига глины без добавки топлива; такова, например, подмосковная межугольная огнеупорная глина.  Цвет глине придают  окись алюминия, окись железа и окись титана. Если оксиды железа и титана  в сумме не превышают 1%,  то глина имеет белый цвет даже после обжига,  если же более 1%, то глина после обжига красная, несмотря на то, что в сыром виде она  зелёная или голубая.


Основное свойство гончарной глины состоит в том, что она должна быть чистой  и желательно без мелких камешков и даже песчинок. Конечно, какого-то результата вы добьётесь, используя  любую глину, но если вы рассчитываете на хорошее качество своих изделий, то учтите, что у хорошего мастера  мелкий камушек или даже большая песчинка может быть соразмерна с толщиной стенки сосуда и может помешать в работе, отчего и отощать глину нужно только молотым или очень мелким (просеянным) песком или  молотым обожжённым черепком.


Очистить гончарную глину можно вручную, (что малопроизводительно, но  в домашних условиях вполне реально) или продавливая её в пластичном состоянии через мелкую сетку, как бы имитируя промышленный фильтр-пресс. Вакуум-пресс вам, к сожалению, в домашних условиях сымитировать не удастся. Можно ещё глину с целью очищения  отмучивать в бочке, т.е. разбавлять её до  шликера (до состояния жидкой сметаны в застойные времена) и ждать, когда крупные тяжёлые включения осядут на дно. После чего чистую фракцию сливают, сделав отверстие в бочке на уровне начала чистого шликера, и подвяливают до нужного состояния. Примерно таким способом очищали глину и древние греки. Вообще лучшую в Греции глину добывали недалеко от Афин в карьерах под открытым  небом. Прежде чем попасть в руки греческого гончара, глина обрабатывалась. Сначала её  сушили, затем размалывали двумя барабанами, которые вращали рабы и лошади, затем глину замачивали в глубоких ящиках, составлявших как бы ступенчатую лестницу, и промывали чистой бурлящей водой, стекавшей из ящика в  ящик. Таким образом, глина разбивалась на фракции,  каждая из которых находила себе применение. Гончарная глина, самая чистая,  осаждалась в последнем ящике. Затем воду спускали, а осадку, оставшемуся на дне, давали время сгуститься  и  вылежаться.


Если у вас нет возможности приобрести глину на профильном заводе или прямо в карьере какого-нибудь месторождения, то, вообще говоря, нужную глину можно найти где угодно, —  вспомните Бориску из “Страстей по Андрею” Тарковского. Другое дело, что с таким сырьём вам придётся повозиться.  Итак,  глину можно найти  даже на обочинах дорог  или, что лучше всего,  по берегам болот или небольших водоёмов, которые и образуются, потому что дождевая или родниковая вода  попадает в глиняную чашу. Нужная (обычно голубая или зелёная глина) залегает или сразу под дёрном, или на глубине метра, полтора, пластом самой различной мощности. Такую глину на Руси всегда называли “живая глина”, так как  она сразу же готова к работе. Использовали также пресную глину —  налитую водой и вымятую, кислую —  лежалую в замеске и тоже готовую  в дело. Ещё различали валяльную глину, сукновальную, белую и тощую, отбирающую жир из шерсти, и зелёнку —  малярную зелень, прозелень. Место, откуда  брали глину, называлось глинище, глинница или глинокопня. Глинище обычно находилось в лесу и представляло собой яму в 1,5 – 2 аршина глубиной. Глина  открывается  гончару или целым пластом или включениями, так что выкапывали её кусками в 1 – 1,5 пуда и сносили в одну кучу, которую потом и накладывали на воз. Выкапывание глины было  всегда сопряжено с опасностью —  известно несколько случаев,  когда обвалившейся глиной заваливало  горшечника. Обычно глину копали по мере надобности, но перед бездорожьем делали  запас.  На год горшечнику в среднем требовалось пудов 200  глины. Привезённую глину в виде комьев складывали на полу в сенях мастерской или в неглубокую (1 аршин) яму во дворе. Иногда глину просто оставляли во дворе на несколько лет. Пропитанная влагой от продолжительных осенних дождей, она зимой подвергалась воздействию мороза. Это очень полезно для глины, так как  влага, как известно, превращаясь в лед, расширяется, а значит, она будет разрыхлять глину, и способствовать увеличению ее пластичности.. И вообще, чем дольше масса вылеживается, тем она становится лучше. Дело в том, что масса в сыром помещении подвергается медленному процессу равномерного гниения. Различные соли  в составе массы вступают в это время в химические соединения и как результат этого соединения – выделяются газы. Если не дать  время для их выхода, то во время обжига, расширяясь, они могут  повредить  изделия. Такое подземелье являлось  каким-то чистилищем, и, кстати сказать, воздух в нем, пропитанный запахом сероводорода, был поистине адский.


Глине постоянно сопутствуют минеральные примеси. Они могут быть полезными для гончарного  дела  и, они же, могут быть  и вредными  –  всё зависит от их количества  и состояния. Кварц (песок) обычно присутствует в виде окатанных бесцветных или окрашенных зёрен. Количество его в глинах может быть различным –  от нескольких процентов до нескольких десятков процентов, но главное для гончарных глин, чтобы он был молотым и его количество не превышало 25% (оптимально – 15%). Весьма частой примесью в глинах, в особенности низкокачественных,  выступают карбонаты  кальция и магния. Они могут быть как в виде мелких и крупных зерен, так и в мелкодисперсном состоянии, когда они являются сильными плавнями. Но при обжиге гончарных изделий (до 1000°С) эта примесь влияет только на прочность изделий – она снижается (при более высоком обжиге наблюдается деформация изделий). Содержание мела в гончарной глине может достигать 25%, но при этом требуется  равномерность  его распределения  и очень мелкий помол.  Если  карбонаты  присутствуют в глине в виде крупных включений, то после её обжига и разложения карбонатов, оставшиеся окислы кальция и магния начнут  поглощать воду из воздуха, образуют гидроокиси, увеличатся в объёме и, в конце концов, могут разорвать изделие, если они достаточно близки к поверхности изделий, то при их расширении они выходят наружу, что тоже приводит к браку. Эти вредные включения называют “дутиками”.


Если после обжига вы заметите на изделии мелкие чёрные “мушки” —  значит, в глине был гипс или пирит. Пирит в глине — это кристалл с металлическим желтоватым блеском. Удалить их можно только вручную. Вредной  примесью в глинах являются также растворимые соли —  сульфаты и хлориды, которые  вызывают выцветы на изделиях. Растворимые соли выступают в виде солевого налёта на поверхности  обожжённых  глиняных изделий. Для борьбы с выцветами рекомендуют вводить в состав глины карбонат бария. В условиях небольшой гончарной мастерской  с этой бедой лучше бороться  правильным режимом обжига. “ Выцветы “ образуются  главным образом при  температуре 400 – 500°С, поэтому рекомендуется быстро поднимать температуру до 600°С.  Для разложения  “выцветов” в ряде случаев окажется пригодным восстановительный обжиг в интервале 700 – 800°С и присутствие углистых материалов в глине. Органические примеси, как правило, выгорают и почти не оставляют следов, если не считать мелких раковин на поверхности изделий, которые оставляют сгоревшие частички дерева. Но и эти же вредные примеси можно использовать для декорирования изделий. Например, вкрапления в поверхность изделий зёрен риса, пшеницы или даже гороха после обжига оставят характерный след, а во время обжига характерный приятный запах. Большое же количество в глине органического углерода может создать локальную восстановительную среду при обжиге, что содействует более раннему спеканию глины и при толстом слое (кирпич, например) может придать черепку местную деформацию и нежелательную окраску.


Теперь нужно немного подробнее поговорить о взаимоотношениях глины с водой. Несмотря на то, что характеры их схожи, поссорить их очень просто и тогда хорошего не жди.


Глина, будучи гигроскопическим телом, адсорбирует влагу из воздуха, смачивается водой и способна набухать в состоянии сильного  обводнения. Вид влаги, адсорбируемой глиной, называют “прочносвязанной водой” в отличие от “рыхлосвязанной воды”, размещающейся между частичками глины более свободно, подвижно и выдавливаемой из глины при компрессии. Прочносвязанная вода составляет 0,8 – 1,0% влажности каолина, замерзает при температуре значительно ниже нуля, почти не проводит электрический ток. Прочносвязанная вода естественно переходит в рыхлосвязанную, которой становится тем больше, чем ближе подходит состояние глины к “рабочему водосодержанию”, т.е. к такому состоянию глины и воды, когда глинистая масса проявляет оптимум своей пластичности и своей способности формоваться. В качестве рабочего признака отмечают, как я уже говорил, неспособность глиняной массы липнуть к тыльной стороне  руки  при  правильно подобранном  влагосодержании.


Это рабочее водосодержание различно для разных глин;  например у лёсса оно составляет 18 – 20 %, у  каолинов – 28 – 31%, у спондиловой глины  –  31  – 33%,  у часов-ярской –  30 – 32%, у трошковской  – 30 – 36%. При дальнейшем увеличении содержания воды глина теряет способность сохранять приданную ей форму и начинает течь подобно вязкой жидкости.


Использование с 1972 года на Щекинском кислотоупорном заводе “магнитной” воды позволило увеличить (после обжига) плотность изделий, уменьшить водопоглощение и повысить прочность изделий  при изломе на  20%. Но теория этого явления пока не разработана.


Этих сведений о свойствах глины вполне достаточно, чтобы начать с ней работать. А вообще-то говорить о свойствах глины можно очень долго, одних только наименований глин более тридцати и каждая из них имеет с десяток  комбинаций с различными добавками. Я уже не говорю о фаянсе и фарфоре.


Хочу обратить ваше внимание на два момента в приготовлении глины. В любом случае, даже если глина чистая и вам кажется, что она вполне пригодна для работы без предварительной подготовки, если вы, конечно, хотите получить качественный результат, вы должны глину хорошенько высушить, разбив её предварительно на мелкие куски. На это нужно потратить  достаточно времени, но ведь я не предлагаю вам  выдерживать глину в течение 30 – 100 лет, как это делали древние китайцы. После высушивания затворите глину водой и желательно горячей.  После её набухания (а воды нужно наливать столько, чтобы от глины оставались только отдельные островки) массу нужно выложить на стол, застелённый холстом или любой другой грубой тканью. Подождите, когда глина освободится от лишней воды и приобретёт необходимую для работы влажность, т.е. будет с усилием переминаться в руках. Затем её нужно как следует перемять, если есть такая возможность, то протащить через мелкую сетку, ещё раз перемять и, наконец, положить в целлофановый мешок, а мешок – в бочку с плотной крышкой, где до начала работы она должна пролежать несколько дней. Дело в том, что для того, чтобы глина промокла «до молекулы» нужно достаточно времени. Не предоставив ей этого времени, она при вытягивании из нее на гончарном круге сосуда, будет давать неожиданные трещины. Особенно в самых широких местах сосудов. Я думаю, вы поняли, что это происходит в тех местах, где глина недостаточно промокла, и поэтому сухие частички не достаточно крепко держатся друг за друга. Впрочем, в бочке глина может находиться всё время, пока вы её не истратите. И ещё один важный момент.  Перед самым началом работы  с глиной, её ещё раз нужно как следует перемять, разрывая её на две части и с силой соединяя их обратно. Таким способом вы сможете освободиться от большей части воздуха, который для гончара является последним и самым коварным врагом. Во-первых, при вытягивании сосуда на гончарном круге, у вас, словно в воздушную яму, будут проваливаться  руки  в воздушные раковины,  и вы можете порвать изделие или сорвать его с круга. А во-вторых, оставшиеся  в глине воздушные раковины, при обжиге могут просто разорвать изделие, т.к. воздух при нагревании, как известно, расширяется. И последнее: помните, самым незаменимым помощником для вас будет всегда только собственный опыт, так что смело беритесь за дело, и да поможет вам Святой Василий —  покровитель всех мастеровых.