История развития техники и технологий производства керамики

 

Изготовление керамических изделий - это ремесло и искусство, дошедшее до нас из глубины веков. Термин «керамика» происходит от греческого слова «керамос», что означает глина.

Рис.13. Керамическое производство в Древнем Египте

Керамическое производство относится к числу наиболее древних на земле. Наличие легкодоступного материала — глины — обусловило раннее и практически повсеместное развитие керамического ремесла.   Археологические раскопки, проводимые на территории многих стран Европы, Африки, Азии, Америки подтверждают повсеместное развитие керамического ремесла еще в каменном веке, 10—16 тысяч лет до н. э.

В медном веке (4-6 тыс.лет назад) формы сосудов становятся более разнообразными, появляются скульптуры людей и животных. Изделия начинали украшать орнаментом. В начале узоры выдавливали штампиком и острием по сырой глине, потом научились делать росписи цветными глинами.

 Такие изделия были найдены при раскопках в странах Средней Азии, Ближнего Востока, Средиземноморья и других районах мира.

В Древней Греции керамика становится одним из главных видов художественного ремесла. Своего расцвета она достигает в VI — V вв. до н. э. Ведущее место среди греческой керамики занимало производство различных сосудов.

Высокого развития достигла керамика в Китае. Расписные изделия, своеобразные треножные сосуды делались еще в III тыс. до н. э. в эпоху Яншао. Во II—I тыс. до н. э. встречается глазурованная посуда и отдельные изделия из высококачественной белой глины—каолина. В VI—VII вв. в эпоху Тан осваивается производство настоящего фарфора.

В России керамическое производство существовало с X в. В VI-VII вв. процветало производство изразцов, в VIII в. стала выпускалась посуда. В 1744 был основан Императорский фарфоровый завод под Санкт-Петербургом, а около 1747 Д.И.Виноградовым был изобретен русский фарфор и рецепты бесцветных глазурей.

Итак, керамическими называют изделия, изготовленные из глины с различными добавками и обожженные до камнеподобного состояния. В настоящее время керамика широко распространена в быту (посуда, фигурки из керамики, вазы, картины), промышленности (машиностроение, приборостроение, авиационная промышленность) и в строительстве (кирпич, черепица) и т.д..

Первые изделия из глины были хрупкими и очень боялись влаги, поэтому хранить в них можно было только зерно и другие сухие продукты. Но однажды, удаляя золу погасшего костра, человек заметил, что глинистая земля, которую он всегда брал для изготовления изделий домашнего обихода, под действием тепла стала прочной как камень. С тех пор человек стал обжигать глиняные изделия для придания им прочности. Открытие обжига сделало глиняную посуду древнего человека практичной.

Изначально керамические изделия изготавливали  способами налепа, ленточным, спирально-жгутовым — укладывали один на другой по спирали (рис.14).

 

Рис.14. Намотка глиняного жгута и сглаживание поверхности кувшина

 

Первоначально основным видом керамических изделий были толстостенные сосуды с пористым черепком, круглым или коническим дном (придававшим устойчивость при установке в землю). Лепились они от руки путем наращивания отдельных жгутов глины (способом налепа). В глину, чтобы она не трескалась при обжиге, добавлялись толченые раковины и измельченный гранит. Крупные сосуды использовались для приготовления пищи, более мелкие служили очевидно для еды. Изделия каменного века обжигались сначала на кострах (вероятная температура обжига 800...900°С), позднее появились специальные обжигательные печи. По многочисленным отпечаткам пальцев было установлено, что древнейшие керамические сосуды изготовлялись женщинами.

Способы изготовления керамических изделий с течением времени претерпевали существенные изменения..

 

а)       б)

 

 

в)

 

Рис.15. Ручной (а), ножной (б), гончарный круг с ременным приводом (в)

 

Стремление усовершенствовать труд и улучшить форму изделий привело к появлению гончарного круга Гончарный круг впервые появляется у шумеров (на юге Месопотамии) в конце IV тыс. до н. э. В III- II тыс. до н. э. он распространился по Средней Азии,Сирии, Египту, Греции, Индии. В других регионах это произошло значительно позже. И только в эпоху раннего Средневековья в IV-VI вв. гончарным кругом стали пользоваться в Германии и России.

Сначала был изобретен ручной гончарный круг (рис.15, а), состоящий из вертикальной оси, укрепленной в опоре; на вертикальную ось насаживался свободно вращающийся горизонтальный круг.

Сосуды лепили на круге правой рукой из глиняного жгута, круг вращали левой рукой. С изобретением ножного гончарного круга (рис. 12, б) вращение круга производилось ногами с помощью большого махового колеса, и обе руки мастера могли формовать изделие. Гончарный круг позволил создавать симметричные, равномерно расширяющиеся или, наоборот, сужающиеся изделия разнообразной формы, значительно повысив производительность труда. Затем появился механический привод для гончарного круга, а позже и электрический гончарный круг. Появилась возможность изменять число оборотов круга и производить более.  Основная продукция гончаров - глиняная посуда - нашла самое широкое применение в быту.

Надо сказать, что освоение глиняных богатств, использование их в качестве строительного материала происходило у многих народов почти одновременно. Они независимо один от другого поняли возможности использования глины в качестве сырья для производства стеновых материалов.

Древние строители набивали ящики глиной и высушивали на солнце. Готовые кирпичи-сырцы покрывали смолой и из них возводили стены, а затем постройку облицовывали естественным камнем.

В большинстве стран с освоением техники обжига кирпича отказались от применения кирпича-сырца. Хотя обожженный кирпич и требовал больших затрат на изготовление, но люди на это шли, т.к. надежность и долговечность зданий повышалась во много раз.  

Гончаров-кирпичников называли плинфоделателями, а кирпич – плинфот от греческого слова «plinthos», что значит плита. И действительно, форма кирпича того времени плоская плита. Чаще всего квадратная, размером 40х40 и толщиной 2,5 – 3 см., но встречаются плинфы и поменьше.

За время существования кирпичного производства он не раз менял свою форму, размеры, а технология во многом оставалась без изменения. Во все времена качество кирпича прямо зависело от качества глины и ее подготовки.

Выкопанную или выломанную глину грузили на подводы и доставляли к кирпичным сараям. Чаще всего так называли гончарные мастерские и заводы по выработке кирпича. Там глина вылеживалась в течение нескольких месяцев. Затем комья глины разбивали кирками или деревянными лопатами и складывали в ямы или специальные ящики. Глину слегка поливали водой и оставляли примерно на сутки для вылеживания, а уже потом начинали мять. Месили или мяли глину чаще всего босыми ногами. По мере надобности добавляли воду, часов через пять глиняное тесто готово. Эту невероятно изнурительную и монотонную работу со временем пытались облегчить. В середине 19 века начали внедрять глиномешалки, состоящие из ведра с валом, на котором горизонтально крепились ножи – глина загружалась сверху, и ножи, вращаясь, размельчали ее. Такие глиномешалки приводились в движение лошадьми (рис.16).

 

 

Рис.16. Конная глиномялка

 

Так появились конные глиномялки. Готовое глиняное тесто быстро твердеет, поэтому его прикрывали соломой или рогожей, чтобы дольше не высыхала, и использовали по мере надобности для формовки кирпича.

 

Формовали кирпич в плоть до середины ХIХ века вручную.

Существовало 2 основных способа формовки: подпятный и столовый. 

Для подпятного кирпича  глину помещали в форму – деревянный ящик и уплотняли его пяткой, так кирпич получался более плотным. Столовый кирпич, как следует из названия, формовали на столе руками. Иногда глину уплотняли деревянным молотком – чекмарем. Стоя за столом, мастер брал форму, обычно это ящик без дна с двумя ручками, внутри имелись одна или более перегородок по числу кирпичей. Наиболее удобной считалась форма на 4 кирпича, т.к. при большом количестве ячеек труднее переносить форму и выдавливать из нее кирпичи. Итак, заполнив форму глиной, утрамбовав ее руками или чекмарем, мастер снимал длинным ножом или специальным правилом излишки глины и относил форму на место сушки. Там он выдавливал пальцами сформованные кирпичи на помост или доски. Первое время сушили кирпичи, очевидно, под открытым небом. Позднее стали строить навесы и решетчатые сараи (рис.17).

 

 

Рис. 17. Сушильный сарай

 

 Там кирпичи высушивались также естественным путем, но они сохли более равномерно, да и дождь теперь был не страшен. Это, безусловно, сказалось на качестве кирпича. Таким образом рабочий изготовлял от 600- 2500 штук сырца в день.

На протяжении многих лет постоянно изобретались различные машины для механизации процесса переработки глины и формовки кирпичей. Во второй половине IX  века применялось несколько типов кирпичеделательных машин, которые работали по схожему принципу: по конвейерной ленте непрерывно двигалась глиняная масса, которая разрезалась на кирпичи (рис.18).

 

 

Рис.18. Машина для производства кирпича XI в.

 

Далее следовал обжиг высушенного кирпича – сырца. 

Кирпичи обжигали во временных печах, которые строили из необожженного кирпича (кирпича-сырца).

Печи состояла из нескольких кирпичных перегородок, стоящих параллельно друг другу, каждая перегородка была шириной примерно в 3 кирпича. На высоте порядка 2 футов (1,2 метра) перегородки соединялись перекладинами и образовывали одну большую стопку кирпичей с маленькими щелями между кирпичами. Кирпичи так укладывались друг на друга, чтобы горячий воздух проходил между ними снизу вверх, обжигая их таким образом. Стопка могла быть высотой до 6 метров.

Печи топили углем или деревом. Топки устанавливали в нижней части стопки, там же делали и дымоходы. После начали топки печи дымоходы закрывали.

Обжиг велся большими партиями сырца. Сначала обжиг вели на слабом огне, постепенно огонь усиливали. Когда сгорала копоть, обжиг считали законченным. После этого еще несколько дней кирпичи остывали в печи.

Время выгрузки определяли следующим образом: если к решетке на которой обжигали кирпич, приложить пучок соломы и она не воспламенится, значит пора выгружать. Общая длительность обжига равнялась двум-трем неделям. 

Затем кирпич извлекали из печи и сортировали. Качественным считался кирпич, который имел правильную форму, размеры и при ударе молотком издает чистый звук. Дребезжащий звук (и глухой) свидетельствует о скрытых дефектах.