Химия вокруг нас

Юрий КУКУШКИН

Керамика

Керамические изделия широко представлены в быту и строительстве. Слово керамика настолько прочно вошло в русский язык, что мы удивляемся, когда узнаем, что оно иностранного происхождения. На самом же деле слово керамика берет свое начало из Греции. Греческое слово keramos означает – глиняная посуда. Керамические изделия издревле получали обжигом глин или их смесей с определенными минеральными добавками. Раскопки показывают, что керамические изделия производятся человеком с эпохи неолита (8...3 тыс. лет до н.э.). Поскольку глины весьма распространены в природе, гончарное ремесло широко и часто независимо развивалось в различных частях света, относительно легко перенималось и распространялось.

Глины – несцементированные осадочные породы с преобладанием определенных минералов, которые по химическому составу являются гидроалюмосиликатами. Геологи различают около шестидесяти различных видов глин. В настоящее время считают, что для глинистых минералов характерно наличие слоев, включающих атомы кремния, окруженные четырьмя атомами кислорода [SiO₄], и атомы алюминия, окруженные шестью атомами кислорода [AlO₆]. Основными свойствами глин являются пластичность и огнеупорность. Порошок глины, замешанный с водой, образует вязкое тесто, способное формоваться и сохранять приданную ему форму. Обожженное в огне тесто приобретает каменистую твердость и крепость. На этих двух свойствах глины зиждется керамическая промышленность – одна из самых древних на Земле и в прошлом одна из самых важных по своему значению для прогресса человека.

Еще в древние времена было установлено, что хорошая связанность и вязкость глины, идущей на изготовление керамических изделий, достигается ее промораживанием. Для этого глину помещают в бурты высотой 0,7...0,8 м, поливают водой и закрывают землей. Например, для производства высококачественной черепицы промораживание в буртах проводят до семи лет.

Первыми керамическими изделиями были строительные материалы: кирпич, плитки, черепица и другие, поскольку они имеют простую форму и более доступны в изготовления. Хозяйственная посуда и емкости: тарелки и блюда, горшки, кувшины, амфоры и др. – требовали более высокого искусства при формовании и обжиге. В третьем тысячелетии до н.э. был изобретен гончарный круг. Это был важнейший шаг в гончарном производстве, так как он позволил резко повысить производительность труда ремесленника и изготавливать посуду с гораздо более тонкими стенками. Вслед за изобретением гончарного круга для изготовления посуды Типа тарелок стали применять шаблоны, что было следующим шагом в налаживании массового производства керамических изделий.

Керамика по сравнению с металлами, стеклом, деревом в наименьшей степени подвержена атмосферным воздействиям и потому образцы древнейших керамических изделий дошли до наших дней в сравнительно хорошем состоянии и в большом количестве. Они дают важную информацию историкам и искусствоведам об уровне культуры народов и об уровне развития техники различных эпох.

Уже во втором тысячелетии до н.э. две крупные греческие цивилизации: островная (Крит) и континентальная (Микены) – имели очень высокий технический и художественный уровень керамического производства. Образцы микенского керамического искусства периода с X по VIII в. до н.э. содержали в себе зародыши будущего классического греческого искусства. По виду декора, которым украшались вазы и другие керамические изделия, этот период искусствоведы называют геометрическим, а по месту самых крупных при раскопках находок – периодом дипилонского стиля. Его характерной чертой было лентообразное ритмическое расположение геометрических мотивов, в том числе и заимствованных из природы. В VII в. до н.э. керамика заняла важное место в совокупности памятников, которые, вместе взятые, мы воспринимаем как древнегреческое искусство. Этот период характеризуется образцами керамических изделий, сочетающих в себе высокий технический уровень и тонкий художественный вкус, выражающийся в целесообразности форм изделий и способах их декорировки. В это время уже произошло разделение труда и использовалась специализация в осуществлении последовательных производственных операций.

К вопросам художественной ценности керамических изделий мы еще вернемся. В настоящее время керамические материалы делят на грубые и тонкие. Первые характеризуются высокой пористостью и высоким водопоглощением (не ниже 5...10%). К ним относятся строительный кирпич, терракота, стенная майолика, плитки для пола, черепица. Тонкую керамику, в свою очередь, делят на пористую и плотную. К тонкой пористой керамике относят фаянс, полуфарфор, белую и цветную майолику, а к тонкой плотной керамике – фарфор.

Терракота

Терракота – разновидность грубой керамики. Она известна с эпохи неолита, т.е. более 5 тыс. лет до н.э. Слово терракота итальянское. Его дословный перевод означает обожженная земля. Терракота выпускается промышленностью в виде неглазурованных однотонных керамических изделий с пористым черепком красного, коричневого или кремового цветов. Цветовой оттенок терракоты в значительной степени зависит от условий обжига. Ее водопоглощение от 8 до 10%. Глины для производства терракоты распространены довольно широко. В современном строительстве терракота используется в виде архитектурно-декоративных изделий и применяется для художественной отделки интерьеров, оформления садов и парков в виде вставок, розеток, барельефов, плиток для стен и садовых дорожек, камней для оград и штакета для клумб.

При обжиге глины в атмосфере углеводородов, образующихся, например, при сжигании смолистых корней хвойных деревьев, можно получить керамические изделия серебристо-черных тонов. Этот цвет обусловлен графитом, образующимся при каталитическом разложении углеводородов на поверхности раскаленной глины. Данным приемом исстари пользовались украинские кустари-гончары, изготавливая свою известную черную неглазурованную керамическую посуду.

Дренажные трубы

Дренажные трубы применяют при мелиоративных работах в сельском хозяйстве, при осушении торфяных болот, а также при осушении местности под зданиями и сооружениями.

Их изготавливают из кирпичных глин, не содержащих гальки. Их пористость может достигать 20%. Дренажные трубы чаще всего делают гладкими, неглазурованными, без раструбов для укладки впритык. Иногда выпускают глазурованные трубы с отверстиями для воды и фланцами. Эти трубы более прочные и менее размокают в сырых грунтах.

Майолика

Майолика близка по свойствам и качеству к терракоте, только в отличие от последней покрыта глазурью. Глазурь придает изделию влагонепроницаемость, предохраняет от загрязнений, улучшает внешний вид, повышает прочность. Для грубых керамических изделий, к числу которых относится и майолика, доступной и дешевой является соляная глазурь. Для ее нанесения на поверхность изделия в топку раскаленной печи (1040...1180°C) вводят каменную соль (NaCl) и водяной пар. При этой операции в окислительной атмосфере цвет изделия будет коричнево-желтым, а в восстановительной – серым. Изделия, покрытые соляной глазурью, имеют неровную поверхность, что снижает качество изделий. При соляном глазуровании происходит гидролиз хлорида натрия и хорошие глазури имеют состав от Na₂O·0,5Al₂O₃·2,8SiO₂ до Na₂O·Al₂O₃·5,5SiO₂.

Полноценная глазурь – прозрачное бесцветное или окрашенное стекловидное покрытие, хорошо растекающееся при нанесении на черепок. Глазурь обеспечивает изделию гладкость поверхности и декоративный эффект. Прочности сцепления глазури с черепком способствует оксид кальция CaО. Он приводит к образованию промежуточного слоя, воспринимающего и гасящего напряжения, возникающие между глазурью и черепком при быстрой смене температур вследствие различных коэффициентов температурного расширения. Поэтому в майоликовых массах для производства печных кафелей (для которых неизбежны частые температурные перепады) содержание CaО доходит до 37...38%.

Глазури можно рассматривать как неопределенного состава химические соединения кремнезема с другими оксидами. Состав наиболее распространенных глазурей можно выразить соотношением основных компонентов: 1(M₂О + M΄О):(0,5...1,4)Al₂O₃:(5...12)SiO₂, где М – ионы щелочных, а M΄ – ионы щелочно-земельных металлов, а также Pb (II), Fe (II), Низкие пределы Al₂O₃ и SiO₂ характерны для фаянсовых глазурей, а высокие – для фарфоровых. Как правило, глазурь наносится на уже обожженное фарфоровое или фаянсовое изделие, после чего проводят дополнительный обжиг. При этом обжиге глазурь реагирует с черепком с образованием промежуточного слоя, который обеспечивает их сопряжение.

Высказываются предположения, что слово «майолика» происходит от острова Мальорки в Средиземном море – главного центра по экспорту испано-мавританской керамики в Италию. Майолика широко применялась уже в 2...1 тысячелетии до н.э. в Ассиро-Вавилонии, затем в Средней Азии, позднее в Испании и Италии. В X...XII вв. в Киевской Руси майолику использовали для облицовки стен, настилки полов, обрамления оконных и дверных проемов в церковных и дворцовых зданиях. В наше время она широко применяется для отделки интерьеров общественных и промышленных зданий. Со временем на поверхности майолики появляется сетка волосяных трещин, что свидетельствует о большом различии коэффициентов температурного расширения глазури и черепка.

Терракотовые и майоликовые изделия часто имеют сложную конфигурацию. Для ее придания изделия отливают в гипсовых формах или штампуют на прессах в металлических пресс-формах.

Фаянс

До изобретения фарфора фаянс был самым ценным керамическим материалом. От фарфора он отличается гораздо большим содержанием глины (до 85%) и характеризуется гораздо более высокой пористостью, водопоглощением (до 20%), а также меньшей, по сравнению с фарфором, механической прочностью. Температура обжига фаянса значительно ниже (вплоть до 950°C), чем температура обжига фарфора. В зависимости от качества глины цвет фаянса изменяется от белого до кремового. По причине высокой пористости фаянсы всегда покрывают глазурью. Поэтому некоторые виды майолики приближаются к фаянсу. Глазурь может быть прозрачной, цветной или глушоной. Введением в состав фаянсовой массы шамота – алюмосиликатного материала, содержащего 30...45% оксида алюминия Al₂O₃ и 54...70% диоксида кремния SiO₂, получают шамотированный фаянс, который обладает повышенной термостойкостью и устойчивостью к ударам. Из такого фаянса изготавливают ванны, раковины и другие санитарно-технические изделия.

Название «фаянс» произошло от города Фаэнца (Северная Италия), в окрестностях которого в XIV...XV вв. было широко развито керамическое ремесленничество. В третьей четверти XVI в., вследствие восхищения китайским фарфором, который ввозился в Италию через Венецию, в Фаэнца налаживается и интенсивно развивается производство белой майолики. Однако нужно иметь в виду, что в это время в Европе майоликовые изделия называли фаянсовыми.

Фаянс, производившийся в Европе, характеризовался непросвечиваемостью. Персидский фаянс, производство которого прошло длительную эпоху подъема и расцвета (с X по XVII вв. н.э.), имел хорошо просвечивающий черепок. Он готовился из массы, богатой кварцем, с небольшими добавками остекленной после обжига глины. На всех старинных фаянсовых изделиях на глазури имеется сетка мелких трещин. (Специалисты называют сетку этих трещин – цеком. На фарфоровых глазурях цек встречается гораздо реже.) Для коллекционеров и ценителей керамики сетка трещин служит признаком возраста изделия. Причиной разрыва глазури и образования трещин является склонность фаянса к обратимому поглощению влаги и набуханию, вследствие чего объем черепка увеличивается в пределах 0,016...0,086%.

Фарфор

Фарфор – самая благородная керамика. Это материал, состоящий из каолина, глины, кварца и полевого шпата. Его характерные признаки: белый цвет, отсутствие пористости, высокая прочность, термическая и химическая стойкость. Для хозяйственного фарфора ценится просвечиваемость. Различают две основные разновидности фарфора.

1. Твердый – с небольшими добавками плавня (полевого шпата) и потому обжигаемый при сравнительно высокой температуре (1380...1460°C). Масса классического твердого фарфора состоит из 25% кварца, 25% полевого шпата и 50% каолина и глины. 2. Мягкий – с повышенным содержанием плавней, обжигаемый при температуре 1200...1280°C. Кроме полевого шпата в качестве плавней используют мрамор, доломит, магнезит, жженую кость или фосфорит. С увеличением содержания плавней возрастает количество стекловидной фазы и потому улучшается просвечиваемость фарфора, но снижаются прочность и термостойкость. Глина сообщает фарфоровой массе пластичность (необходимую для формования изделий), но снижает белизну фарфора. В качестве эталона для оценки белизны фарфора используют свежеосажденный сульфат бария BaSO₄. Белизна характеризуется интенсивностью рассеивания света, которая регистрируется фотометром.

Благодаря прекрасным декоративным свойствам, фарфор привлек внимание европейцев с начала XVI в., когда он впервые был привезен в Европу португальскими купцами из Китая – родины фарфора. В Китае же он был известен уже в 220 г. до н.э. В сравнительно больших количествах китайский фарфор стал ввозиться в Европу в середине XVI в. Естественно, что в разных странах Европы были попытки открыть секрет производства фарфора. Рецептуру европейского фарфора разработал в 1703 г. немецкий физик Эренфрид Чирнгауз, который в 1707 г. привлек к своим работам Беттгера. В 1708 г. Чирнгауз внезапно умирает и Беттгер выдает себя за изобретателя состава и технологии производства фарфора. В 1715 г. он основывает знаменитую и по сей день Майсенскую фарфоровую фабрику.

В России состав фарфора был разработан Д.И. Виноградовым в 1746 г. и налажено его производство на императорском заводе под Петербургом (ныне фарфоровый завод им. М.В. Ломоносова).

Природа создала благоприятные предпосылки для изобретения фарфора именно в Китае. Дело в том, что в провинции Цзянь-си близ города Дзинь-дэ-чжэнь имеются неисчерпаемые запасы уникального минерала – «фарфорового камня», благоприятный состав которого значительно упрощает составление композиции фарфоровой массы. Конечно, в любом ремесле есть свои секреты и нюансы. Например, для улучшения формовочных свойств сырья фарфоровая масса, шедшая на изготовление знаменитого китайского фарфора «яичной скорлупы», т.е. изделий с очень тонкими стенками, выдерживалась в закрытом состоянии в земле по 100 лет!

Обычно проводят два обжига фарфоровых изделий: первый на «утиль», второй – «политой». Первый обжиг на «утиль» имеет целью спечь изделие и обеспечить ему определенную пористость и прочность, достаточную для глазурования водной суспензией. Второй обжиг необходим для расплавления глазури на поверхности изделия и осуществления ее взаимодействия с материалом черепка.

Роспись фарфоровых изделий бывает подглазурная и надглазурная. Краски для подглазурной росписи должны выдерживать температуру политого глазурного обжига. Поэтому их набор ограничен. Они не должны разлагаться и растворяться в глазури при обжиге. В качестве керамических красок в настоящее время используют исключительно оксиды металлов. Оксид кобальта дает синий цвет, никеля – коричневый, меди – зеленый или сине-зеленый, хрома – зеленый, марганца – коричневый или фиолетовый, железа – желтый или красный, урана – желтый.

Надглазурными красками также являются оксиды металлов. Они закрепляются на поверхности сплавлением с глазурью при третьем – «декоративном» обжиге, осуществляемом при относительно невысоких температурах (770...850°C). Поэтому палитра этих красок значительно шире, чем подглазурных, но они стираются с черепка при долгом употреблении. Для лучшего сплавления надглазурных красок с глазурью их предварительно смешивают с флюсами (легкоплавкими стеклами, содержащими оксиды свинца, бора и кремния), которые придают краскам дополнительный блеск. На оттенке красок отражаются состав и характер флюса. В состав красителей надглазурных красок входят Fе₂O₃·Al₂O₃ – желто-красный цвет, Сo₂O₃·Mn₃O₄·Сг₂O₃ – черный, 0,25Fe₂O₃·ZnO – светло-коричневый, Fе₂O₃·Cr₂O₃ – коричневый, СоО·Al₂O₃ – голубой, Cr₂O₃ – зеленый и др.

Фарфоровые изделия весьма разнообразны по своему химическому составу, по свойствам и назначению. Приведем несколько наиболее известных типов фарфора и их характерные особенности.

Фарфор бисквитный

Фарфор бисквитный – матовый, без глазури. Существует мнение, что бисквитным его называют по причине двукратного обжига. Приставки «бис» и «би» во многих языках означают два. При производстве фарфора сначала производят обжиг, который называют утильным, а затем следует обжиг при глазуровании. Бисквитный фарфор также обжигается дважды, но второй раз без глазури. В настоящее время технология производства бисквитного фарфора может и не включать второго обжига.

Фарфор костяной

Фарфор костяной – мягкий фарфор, непременной составной частью которого является зола костей крупного рогатого скота, состоящая главным образом из фосфата кальция. В настоящее время ее иногда заменяют природными фосфатами кальция. Изготовленные из костяного фарфора изделия характеризуются высокой белизной, просвечиваемостью и декоративностью. Специалисты считают, что костяной фарфор начал производить И. Спод в 1759 г. в окрестности г. Сток-он-Трет (Англия). В нашей стране изделия из костяного фарфора высокого качества выпускает фарфоровый завод им. М.В. Ломоносова в Санкт-Петербурге.

Фарфор фриттованный

Фарфор фриттованный – хорошо просвечиваемый мягкий фарфор, производимый во Франции с 1738 г. Он содержит 30...50% каолина, 25...35% кварца, 25...35% богатой щелочью стекольной фритты. Фритты – композиционные добавки к фарфоровой массе, обеспечивающие образование стекловидной фазы, а следовательно, и обусловливающие просвечиваемость фарфора. В состав фритт входят: песок, сода, селитра, гипс, поваренная соль и измельченное свинцовое стекло.

Если в первобытные времена изделия из керамики имели сугубо утилитарное значение, то со временем они становятся объектом художественного творчества. Уже в VII в. до н.э. в Древней Греции керамические изделия достигли высокого художественного уровня. Наружная поверхность древнегреческой керамики до обжига покрывалась тонким слоем ангоба – белой или цветной глины, наносимой для залицовки неровностей и придания изделию качественного внешнего вида и желаемого цвета. Украшения на изделии писались люстром, т.е. глиноземной краской, которая в результате обжига принимала блестящий черный цвет. По стилю росписи отличали различные периоды изготовления керамики. К концу VI в. до н.э. в художественном оформлении керамических изделий происходит перемена – наружную поверхность изделия целиком покрывают черной краской. Незакрашенными оставляли лишь контуры фигур, а детали рисунка затем прорисовывали тонкой кисточкой. В период классического древнегреческого искусства (V...IV вв. до н.э.) изготовляются краснофигурные вазы. К тому же периоду относят сосуды, покрытые слоем белого ангоба и украшенные черной и красной живописью. Такие изделия производились в основном мастерами Аттики, начиная с середины V в. до н.э.

В IV в. до н.э. появляются статуэтки главным образом фигур женщин. Кроме самой Греции эти статуэтки изготавливали в греческих колониях Италии, Малой Азии и на острове Родос. В это же время в связи с начавшимся экономическим ослаблением городов греческой метрополии центры художественного развития керамического производства перемещаются в греческие колонии, в том числе и в Северное Причерноморье, в частности, в Пантикопей в Крыму (на месте современной Керчи). Здесь в VIII...IV вв. до н.э. производили бытовые керамические изделия, отличающиеся высокохудожественной росписью черным тоном по красному черепку или красным тоном по черному фону. Кроме того, здесь продолжилось развитие краснофигурного стиля и на гладкой поверхности сосудов появились расписные рельефы. Способ производства этих изделий по побережью Тавриды, так же как и в самой Греции, был забыт и позднее не возобновлялся.

В III в. до н.э. в украшениях древнегреческой керамики вместо сцен с человеческими фигурами стали встречаться стилизованные узоры на черном фоне. Кроме того, расширилась гамма красок (белая, желтая, красная). В этот период в древнегреческой керамике появляются признаки римского искусства в связи с усилением Римской империи и ее экспансией. В I в. до н.э. появилась красная керамика с ангобом и блестящей наружной поверхностью. На этой керамике начали проставляться знаки клейма гончара. Позднее такие неглазурованные тонкокерамические изделия с водонепроницаемым черепком красного или красно-оранжевого цвета, но еще и с рельефной декорировкой широко производились в Римской империи. Эта керамика получила широкую известность и называлась терра-сигиллята. Слово сигиллята имеет корень от итальянского печать, печатать. Существуют две версии такого названия керамики. По одной она была названа в связи с начавшейся маркировкой изделий мастером, а по другой – в связи с рельефной декорировкой, которая наносилась оттиском. Считают, что изделия терра-сигиллята особенно широко производились в Римской империи в период с 150 г. до н.э. по 200 г. н.э. Производство этих, так же как и древнегреческих керамических изделий, позднее не возобновлялось.

С падением Римской империи постепенно исчезли предпосылки для дальнейшего развития художественной керамики. Эта ситуация длилась несколько столетий, захватив весь период средневековья. Когда же постепенно наметился новый подъем интеллектуальных и творческих сил, то прежде всего получили развитие другие виды ремесла. Искусство керамики возродилось в Европе лишь в романскую эпоху (конец X и рубеж XII...XIII вв.). Однако вначале это коснулось не столько бытовой, сколько архитектурно-строительной керамики, использовавшейся для оформления замков, монастырей, церквей. Только в XV в., т.е. в начале эпохи Возрождения, керамическое производство получает широкий размах и начинает сближаться с художественным творчеством. Начавшись в странах Южной Европы – в Италии, Франции, Испании, высокохудожественное керамическое производство затем начинает развиваться в Германии, Голландии, Англии и других странах.

Описание характерных особенностей керамических изделий различных стран и различных центров одной и той же страны в данной книге не представляется возможным. Однако один из видов бытовой керамики – каменная посуда (каменный товар) заслуживает внимания.

Каменная посуда (каменный товар)

Она начала производиться в Германии в XVI в. Эта посуда характеризуется чрезвычайно плотным белым или окрашенным черепком. Черепок не просвечивает даже в тонких слоях и характеризуется водопоглощением, не превышающим 7%. Сырьем для каменной керамики служит глина, смешанная с полевым шпатом, кварцем, шамотом и другими веществами. Обжиг проводили при температуре 1200...1280°C. До изобретения фарфора каменная посуда была наибольшим вкладом Германии в мировое развитие керамики. Однако в XVIII в. всемирную известность получила каменная посуда английской фирмы Дж. Веджвуда. Ее отличительная особенность состоит в барельефной декорировке поверхности ваз, бортов тарелок и другими мелкими фигурками и арабесками (стилизованными листьями, цветами) одного цвета на общем фоне изделия другого цвета, например, белый барельеф по зеленому и синему фону.

Происхождение фарфора, фаянса и других художественных керамических изделий антиквары и коллекционеры определяют с помощью имеющихся на изделиях заводских знаков (марки), которые чаще всего выполнялись огнеупорными красками или вдавливались механически по сырому материалу. Иногда вместо заводской марки ставилась монограмма живописца или лепщика. Если изделие не маркировано, то приходится определять его по способу исполнения, форме, характеру черепка, цвету глазури и стилю декора. Знаки маркировки фарфора и фаянса собраны в специальных справочниках и каталогах.

• Строительные материалы

• Оглавление

Дата публикации:

28 декабря 2002 года