KERAMIKA keramika polykrystalické látky anorganických nekovových surovin, silikátů slinováním slinování

Transkript

1 KERAMIKA Jako keramika (resp. keramické materiály) se označují soudrţné, ve vodě prakticky nerozpustné, polykrystalické látky, někdy s určitým podílem skelné fáze, které byly získány z anorganických nekovových surovin, nejčastěji na bázi silikátů, zpracováním do poţadovaného tvaru a vypálením výrobku v ţáru. Během výpalu dojde slinováním ke zpevnění a vytvoření nové mikrostruktury a tím k získání poţadovaných fyzikálních a mechanických vlastností. Jako slinování (= spékání ve smyslu práškové metalurgie) se v oblasti technologie silikátů označuje proces, kterým se zpevňují disperzní systémy za zvýšené teploty. Obvykle je doprovázeno objemovou kontrakcí a zhutňováním, tj. sníţením pórovitosti. Vzniká tak hutná polykrystalická hmota, v níţ jsou původní částice pevně spojeny. Slinování můţe probíhat v pevném stavu nebo účinkem taveniny. Kromě nově vytvořených krystalických fází a případné fáze skelné obsahuje keramický střep obvykle také větší či menší mnoţství pórů. Fázové (mineralogické) sloţení ţárem vzniklého produktu se můţe vlivem vysokoteplotních reakcí zcela lišit od výchozí keramické výrobní směsi. Krystalickými fázemi keramiky jsou často vysokoteplotní minerály známé v přírodě, které se vyznačují pevností, chemickou odolností a stálostí za zvýšených teplot. V případě moderních typů technické keramiky jde často také o krystalické produkty umělé, se specifickými vlastnostmi elektrickými, magnetickými apod. Podíl krystalických sloţek v keramickém střepu by měl činit nejméně 30% (Hlaváč, 1988, Gregerová, 1996, Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Keramika na bázi přírodních surovin představuje, vedle kamene a dřeva, jeden z nejdéle používaných materiálů v lidské historii a vůbec první, záměrně vyrobený, materiál umělý, vyznačující se navíc vynikající stabilitou fyzikálních a mechanických vlastností. V některých obdobích historie jsou proto keramické výrobky často jediným hmotným dokladem o lidské činnosti a existenci. V současné době má keramika zásadní význam především ve výrobě stavebních hmot (cihlářské výrobky, dlaţba, obklady). Odhaduje se, ţe pouze cihlářské výrobky (zdící prvky, stropní prvky, krytina) představují zhruba 7% objemu stavebnin vyráběných ve vyspělých zemích a po betonu a ţivičných výrobcích tak zaujímají třetí místo v celkové produkci stavebních hmot (Pytlík, 1995). Keramika se uplatňuje rovněţ ve výrobě užitkového a okrasného zboží (nádobí, zdravotnická keramika, umělecké a dekorativní předměty), jako žáruvzdorné a tepelně izolační žáruvzdorné hmoty nebo materiály pro elektrotechniku.

2 Historie výroby keramiky Keramické výrobky provázejí člověka od doby počátečního rozvoje jeho tvůrčích schopností. První formy keramických předmětů, zhotovené z přírodní zeminy, měly zpočátku tvar košíku nebo měchu a byly nejprve pouze vysušené a teprve později vypalované. Nejstarší keramické nádoby byly nalezeny v jižní Číně a doba jejich vzniku byla datována na let př. n.l. (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Tyto nádoby jsou ručně tvarované, s červenou aţ hnědou barvou střepu a s předpokládanou teplotou výpalu v rozmezí o C. Vedle hrnčířství je dalším nejstarším oborem keramické výroby cihlářství. První známé pálené cihly pocházejí z prvních staletí 4.tisíciletí, případně jiţ z posledního století 5.tisíciletí př.n.l. (keramické stavební tvárnice z Uruku nebo Eridu). Objev cihlářské technologie tak patří národu Sumerů v jižní Mezopotámii (Gregerová, 1996). Hlavní mezníky vývoje keramické technologie a materiálů ve světě udávají Tab. 1. a Tab. 2. Tab. 1. Stručný přehled historického vývoje keramické technologie a materiálů ve světě v údobí před naším letopočtem (podle Gregerové, 1996 a Hanykýře, Kutzendörfera, 2000) Údobí př.n.l př.n.l. Úseky vývoje a významné mezníky zhotovování keramiky s hrubozrnným, pórovitým, křehkým střepem (z jílů s příměsí písku), na povrchu nádob je vytlačovaný provazový nebo rytý vzor dokončování nádob a povrchové úpravy se provádějí na tzv. pomalém kruhu (kruh byl otáčen rukou) 4000 př.n.l. počátek obchodu s keramickými předměty 4000 př.n.l. první známé pálené cihly pouţívané Sumery v jiţní Mezopotámii 3000 př.n.l př.n.l. objev a pouţívání tzv. rychlého hrnčířského kruhu ve východní a jihovýchodní Evropě rozvoj pouţívání stavební keramiky, glazovaných cihel a fasádních obkladových tvarovek na Středním východě (Mezopotámie) př.n.l. vyspělá hrnčířská výroba v Egyptě 600 př.n.l př.n.l př.n.l. 206 př.n.l. 220 n.l. výstavba zikkuratu (babylónské věţe) v Etemenaki a Ištařiny brány v Babylóně staveb, obloţených barevně glazovanými cihlami zhotovení tzv. terakotové armády souboru zhruba 7000 záhrobních hliněných figur v ţivotní velkosti za vlády prvního císaře sjednocené Číny Čchin Š Chuang-ti (Obr.1.); pouţití olovnaté glazury s teplotou výpalu 700 o C nanášené na suchý střep výstavba velké čínské zdi nejmohutnější známé světové cihlové stavby (celková délka zdi, včetně odboček je km!) vznik tvrdé keramiky s hutným střepem se seladonovou glazurou, která je primitivním předchůdcem porcelánu (dynastie východní Chan)

3 Obr.1. Část terakotové armády císaře Chin Š Chuang-ti (přístupno z Tab. 2. Stručný přehled historického vývoje keramické technologie a materiálů ve světě od počátku našeho letopočtu (podle Hanykýře, Kutzendörfera, 2000) Údobí počátek letopočtu n.l. od 375 n.l n.l. Úseky vývoje a významné mezníky Řecko vznik pojmu keramika z původního názvu pohárů z dobytčích rohů a později pohárů z pálené hlíny (keramos) a podle městské čtvrti v Aténách, kde sídlili hrnčíři (Kerameikos) Římská říše převzala tradice řecké a etruské keramiky, vznikla červeně glazovaná, slinutá a plasticky zdobená keramika Terra sigillata stěhování národů vyvolané nájezdem Hunů do Evropy zastavilo rozvoj keramiky počáteční stádium ve vývoji bílého porcelánu v severní Číně během dynastie Tchang 11. století vznik kameniny se solnou glazurou v Porýní 13. století výroba stavební a uţitkové keramiky Maury ve Španělsku století 15. století 16. století v jiţní Číně, v době dynastie Jüan, vzniká předchůdce evropského bílého porcelánu keramiky s namodralým tónem střepu a s průsvitnou glazurou na povrchu transport majoliky do Evropy ze Středního východu přes ostrov Mallorca; vznik fajánse v Itálii ve městech Neapol, Urbino a Faenza ve Florencii se začala pouţívat na fajáns cíničitá a později olovnatocíničitá glazura v Norimberku se začaly vyrábět fajánsové kachle, červeně nebo zeleně glazované v Ting-Te-Čenu byly za vlády dynastie Ming zaloţeny a provozovány císařské dílny na výrobu modrobílého porcelánu; začala se pouţívat kobaltová podglazurová dekorace

4 Tab pokračování 1598 Japonci se jako první zmocnili čínského tajemství výroby porcelánu 17. století 18. století ve Francii a v Nizozemí byla zahájena řemeslná výroba delfské fajánse opatřené bílou olovnatocíničitou glazurou; ve Francii vznikl při výrobě fajánse i fritový porcelán (Rouen ); v Anglii podal John Dwight patent na asijský porcelán (1671) jednalo se o transparentní hrnčířské výrobky s málo pevným střepem J.F.Bötger a E.W. von Tschirnhaus objevili technologii výroby tvrdého porcelánu (1709), jehoţ výroba byla zahájena v Míšni (1710); počátek výroby tzv. sheltonské bělniny v Anglii (1740); výroba bělniny J.Wedgwoodem ( ) v Anglii Na území střední Evropy, resp. dnešní České republiky probíhal vývoj keramické výroby poněkud odlišně a často byl ovlivňován vlivy z okolních zemí (Tab. 3.). Tab. 3. Stručný přehled historického vývoje keramické technologie a materiálů na našem území (podle Gregerové, 1996 a Hanykýře, Kutzendörfera, 2000) Údobí př.n.l př.n.l př.n.l Úseky vývoje a významné mezníky v období mladší doby kamenné (pozdního neolitu) vzniká na našem území kultura s lineární (volutovou) keramikou, jejímiţ nositeli byli vůbec první zemědělci na území Čech, na Moravě postupně vzniká lengyelská kultura, která vznikla smíšením vlivů jihovýchodní Evropy s kulturou s moravskou malovanou keramikou a kultury s vypíchanou keramikou zejména v severních Čechách se během pozdní doby kamenné (eneolitu) rozvíjí kultura nálevkovitých pohárů, typická keramickými poháry s nálevkovitým hrdlem a bohatým zdobením v závěru eneolitu aţ starší doby bronzové vzniká konsolidací místních kultur a vlivů z jihovýchodní Evropy únětická kultura, typická kvalitně vypálenou, málo zdobenou, tmavě šedě aţ černě potaţenou keramikou 300 n.l. Keltové znali tzv. rychlý hrnčířský kruh od 375 n.l. 5. století v důsledku stěhování národů dochází k dlouhodobému přerušení vývoje keramických i dalších výrobních technologií příchod Slovanů na naše území jejich nádoby byly maximálně 30 cm vysoké s širokým hrdlem, baňatým tělem a okrajem ve tvaru písmene S 8. století počátky výroby slovanské grafitové keramiky na jiţní Moravě 9. století 14. století pouţívání tzv. pomalého hrnčířského kruhu; spolu s šířením křesťanství proniká na naše území znalost cihlářské technologie pouţívání tzv. rychlého hrnčířského kruhu; prudký rozmach cihlářské výroby

5 Tab pokračování 16. století století 18. století 19. století 20. století výroba polokameniny v Dolním Slezsku (dnešním Polsku), jednalo se o tzv. boleslavské zboţí (nazváno podle města Boleslawiec) na jihovýchodní Moravě a západním Slovensku vzniká a rozvíjí se tzv. habánská keramika (fajáns), pojmenovaná podle skupiny novokřtěnců (anabaptistů), usazované od první poloviny 16. století v oblasti Mikulova a Dambořic a v roce 1622 vypovězené do Uher v roce 1740 se začal na Karlovarsku těţit surový kaolín; roku 1783 vzniká v Hranicích na Moravě první továrna na bělninu (v roce 1791 pak i v Praze); vznik první porcelánky v Horním Slavkově (1792); na Karlovarsku se začíná primitivně plavit kaolín (1793); vznik druhé porcelánky na našem území (Klášterec n. Ohří 1793) vznik porcelánky v Dubí u Teplic (1865); zahájení těţby kaolínu v Chlumčanech (1873); zaloţení keramické továrny v Rakovníku (1880) a Horní Bříze (1882); zahájení výroby pórovinových obkládaček v Rakovníku (1883); zahájení provozu v keramickém závodě v Podbořanech (1894); zahájení výroby elektrotechnického porcelánu v Merklíně u Karlových Varů (1897); zahájení těţby na loţisku Borovany Ledenice (1898) vznik Dobřanských kaolinových a šamotových závodů (1912); zahájení výroby šamotových výrobků v Chlumčanech a výroby tepelně izolačních materiálů v Calofrigu Borovany (obojí 1913); zahájení provozu továrny na výrobu obkládaček a dlaţdic v Chlumčanech (1914) Rozdělení keramiky Keramické materiály je moţno rozdělit podle několika základních hledisek (Hlaváč, 1988, Gregerová, 1996, Hanykýř, Kutzendörfer, 2000, Svoboda a kol., 2004): 1. obsahu pórů: pórovitá keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu n m nad 10% polohutná keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu n m = 6 10% hutná keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu n m = 3 6% poloslinutá keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu n m = 1,5 3% slinutá keramika - s hmotnostní nasákavostí střepu n m pod 1,5% 2. struktury: jemná keramika vyznačuje se tenkým a jemnozrnným střepem (porcelán a bílá kamenina, obkládačky, laboratorní, zdravotnická a technická keramika), hrubá keramika keramika se silnostěnným a hrubozrnným střepem (cihlářské zboţí, kamenina, ţáruvzdorné výrobky)

6 3. použití výrobku: stavební keramika (cihlářské výrobky, pórovinové obkládačky, kamenina) zdravotnická keramika technická keramika (elektrotechnická a konstrukční) žárovzdorné materiály (šamot, dinas, hořečnatá a hořečnatovápenatá keramika, keramika oxidová, siliciumkarbidová, uhlíková apod.) 4. chemického a fázového složení: fázový systém SiO 2 dinas fázový systém Al 2 O 3 korundová keramika fázový systém ZrO 2 zirkoničitá (baddeleyitová) keramika ostatní ţárovzdorná oxidová keramika fázové systémy typu BeO, MgO, ThO 2 fázový systém Al 2 O 3 - SiO 2 cihlářské výrobky, hrubá kamenina, šamot fázový systém Al 2 O 3 - SiO 2 - K 2 O (Na 2 O) porcelán, pórovina, jemná kamenina, zdravotnická keramika fázový systém MgO Cr 2 O 3 chrommagnezitové ţárovzdorné hmoty fázový systém MgO - SiO 2 steatitová, stealitová a forsteritová ţárovzdorná keramika fázový systém MgO - Al 2 O 3 - SiO 2 cordieritová keramika (s nízkou teplotní roztaţností) fázový systém BaO - Al 2 O 3 - SiO 2 - celsianová keramika (s nízkou teplotní roztaţností) fázový systém Li 2 O - Al 2 O 3 - SiO 2 - lithná keramika (s nízkou teplotní roztaţností) fázový systém TiO 2 rutilová keramika fázový systém Al 2 O 3 - TiO 2 - thialitová keramika (s velmi nízkou teplotní roztaţností) fázový systém BaO - TiO 2 - speciální elektrokeramika (skupina tzv. feroelektrických dielektrik) fázový systém ZrO 2 - SiO 2 zirkonsilikátová keramika fázový systém ZrO 2 Al 2 O 3 korundo-baddeleyitová (tavená, odlévaná) keramika

7 fázový systém MeO Fe 2 O 3 - feritová (magnetická) keramika (kde Me je buď Mn, Ni, Zn, Co, Cu, Mg u tzv. magneticky měkkých feritů nebo Me = Ba, Sr, Pb u tzv. magneticky tvrdých feritů neoxidová keramika keramika na bázi SiC (karbidu křemíku), Si 3 N 4 (nitridu křemíku), B 4 C (karbidu boru), BN (nitridu boru) keramika s velmi vysokými teplotami tání a zpravidla velmi vysokou tvrdostí grafitová keramika keramika na bázi C (uhlík) Keramika na bázi jílových surovin Z hlediska praktického uplatnění v běţném lidském ţivotě a s ohledem na mnoţství produkovaných výrobků má, z celé široké škály keramických materiálů, největší význam keramika na bázi jílových surovin. Tato skupina keramiky zahrnuje materiály, pro jejichţ tvarování a tepelné zpracování je rozhodující přítomnost převaţujícího mnoţství jílové suroviny. Hlavními představiteli jsou cihlářské výrobky, kamenina, pórovina, porcelán a šamot, který však, z hlediska praktického uţití náleţí k ţárovzdorné keramice. Cihlářské výrobky Cihlářské výrobky představují pórovité keramické výrobky charakteristicky zbarvené do červena, červenohněda nebo okrova následkem přítomnosti oxidů ţeleza v surovinách. Hlavní surovinou pro výrobu jsou cihlářské jíly a hlíny, jako přísady slouţí písek a další ostřiva (např. popílek), ke zvýšení pórovitosti a tepelně izolačních vlastností se přidávají spalitelné látky (dřevěné piliny, práškové uhlí). Cihlářské výrobky se tvarují lisováním ve šnekových lisech a tažením nebo ražením, následně se suší a vypalují se při teplotě C v tunelových pecích. Slouţí jako základní stavební materiál pro zdění, konstrukce stropů, jako krytina střech apod. Kamenina Kamenina je typ keramiky z přírodních (eventuálně zčásti vypálených) surovin s barevným, nejčastěji šedým aţ hnědým, střepem a s hmotnostní nasákavostí do 7%. Hlavní surovinou pro výrobu kameniny jsou tzv. kameninové jíly, které se vyznačují tím, ţe slinují jiţ při o C, avšak měknou aţ při podstatně vyšších teplotách. Mají tedy široký vypalovací interval, který umoţňuje nezávadný výpal i u rozměrnějších výrobků (Hlaváč, 1988). Kameninu lze, podle granulometrického sloţení výchozích směsí a homogenity mikrostruktury střepu, v zásadě rozdělit na jemnou a hrubou. Oba tyto druhy kameniny se

8 v současnosti dosti značně liší surovinovým sloţením výchozích keramických směsí, technologií přípravy, tvarováním, výpalem a také pouţitím. Směsi pro jemnou, slinutou kameninu se vyznačují sníţeným obsahem kameninových jílů a relativně vysokým obsahem živců. Sloţení surovinové směsi můţe být např. 55% kameninových jílů, 30 35% taviv (ţivce, znělec) a 10 15% ostřiva, většinou vypálených střepů (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Výrobky se tvarují většinou suchým, pístovým lisováním a vypalují se jednoţárovým rychlovýpalem (nad 1100 o C). Tento druh kameniny je základním materiálem pro výrobu moderních glazovaných nebo neglazovaných, vysoce slinutých dlaždic. Směsi pro hrubou hutnou kameninu vyuţívají ve své skladbě vhodné kameninové jíly a granulometricky optimalizované směsi ostřiv drcených kameninových střepů a ostře vypálených lupků šamotů. Tyto směsi jsou sestavovány většinou bez přídavku živcových taviv (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000 uvádějí příklad sloţení směsi pro kameninové trouby 55-70% plastických kameninových jílů a 30-45% keramického ostřiva). Ze směsí pro hrubou kameninu se vyrábějí především kameninové trouby, komínové vložky, tzv. hospodářská kamenina (nádoby, ţlaby), užitkové předměty (nádoby, dţbány, mísy), okrasné výrobky (vázy, figury) a hrubozrnné dlaždice. Hrubá kamenina se na povrchu opratřuje nejčastěji solnou nebo ţivcovou glazurou. Kamenina má velmi dlouhodobé uplatnění rovněţ v chemickém a potravinářském průmyslu. Tato tzv. chemická kamenina má kyselinovzdornost aţ 97% a hmotnostní nasákavost zpravidla do 3%. Surovinová směs obsahuje, kromě jílů a ostřiv také určité mnoţství ţivců, zpravidla okolo 15% (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Pórovina Pórovinou se souhrnně označují pórovité keramické výrobky, jejichţ vypálený střep se vyznačuje bílou barvou a středně až jemně zrnitou strukturou. Hmotnostní nasákavost střepu se pohybuje v rozmezí 5 20% (Hlaváč, 1988, Gregerová, 1996). Sloţení keramické směsi je zpravidla blízké porcelánu. Liší se však menším množstvím taviv (ţivců) a niţší vypalovací teplotou, takţe slinovací proces neproběhne do úplného uzavření pórů. Oproti porcelánu je kaolin ve směsích částečně nebo úplně nahrazen tzv. pórovinovými jíly, které mají bělavou barvu a vyznačují se dobrou plasticitou. Sloţení směsí se mění v širokých mezích (viz Tab.4) a některé druhy póroviny obsahují také vápenec. Technologie výroby je podobná jako u porcelánu a vypalovací teplota se pohybuje zpravidla mezi C, u některých výrobků (měkká hrnčířina, fajáns) však můţe být i niţší ( o C).

9 Tab. 4. Rozpětí surovinového sloţení pórovinových směsí (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000) Surovina Pórovinová směs (hmot. %) vápenatá tvrdá směsná pórovinové jíly křemen ţivec vápenec Ve srovnání s porcelánem má pórovina niţší pevnost ( 30 MPa v ohybu), a proto je moţno pórovinové výrobky pouţít jen tam, kde se na pevnost nekladou vysoké poţadavky. Z póroviny se vyrábějí obkládačky (vyráběné dvouţárovou nebo v současnosti jiţ častěji jednoţárovou technologií), dále dlaždice, kachle, uţitkové a dekorační předměty (např. hrnčířské výrobky) a v minulosti také zdravotnická a sanitární keramika (Hlaváč, 1988, Gregerová, 1996, Herainová, 2003). Povrch pórovinových výrobků se opatřuje glazurou, která zde nemá pouze estetickou funkci, ale musí zároveň povrch výrobku činit nepropustným, protoţe vlastní střep je pórovitý. Pórovitá keramika jemným, bělavým nebo naţloutlým střepem, glazurovaným bílou, olovnato-cíničitou glazurou se označuje jako fajáns. Název pochází od italského města Faenzy, které představovalo centrum keramické výroby ve středověké Itálii (viz Tab.1.). Fajánsové výrobky se vypalují v rozmezí teplot o C. Ke glazované pórovině patří dále také majolika a bělnina (Gregerová, 1996). Majolika je pórovina s jemným různobarevným střepem, který je pokryt neprůhlednými barevnými glazurami. Název vznikl podle ostrova Mallorca ve Středozemní moři (viz Tab.1.), kde bylo ve 14. a 15. století významné centrum keramické výroby. Teplota výpalu majoliky je obdobná jako u fajánse. Bělnina je druh póroviny s jemným, čistě bílým nebo naţloutlým střepem, glazurovaným zpravidla bezbarvou nebo jen mírně zakalenou glazurou. Vznikla, na rozdíl od fajánse a majoliky, aţ v první polovině 18. století a Anglii, zásluhou významného keramika J. Wedgwooda a odtud se postupně rozšířila do okolních zemí v průběhu 19. století. Pouţívá se pro výrobu uţitkových předmětů a obkládaček. Neglazovaná pórovina se pouţívá pro speciální filtrační účely (např. bakteriologické filtry). Mezi neglazovanou pórovinu patří také některé hrnčířské výrobky a terakota. Pojmem terakota se označují pórovinové výrobky se střepem různé kvality, barvy cihlové, ţlutavé aţ bělavé. Název je odvozen od latinského pojmenování terra cotta (= pálená země). Terakotové výrobky se vypalují při teplotách přibliţně 1000 o C. Terakota byla pouţívána jiţ starověkém

10 Egyptě, Číně (viz Obr.1.), Řecku a Římě. Nejprve byla pouţívána pro zhotovování hliněných figur, jejichţ technologie výroby byla přizpůsobena velikosti postavy. Sošky byly modelovány zpočátku z volné ruky, pak točeny na kruhu. Větší figury, jejichţ konstrukce byla náročná na pevnost jílové hlíny, se nejprve zhruba modelovaly z masy plněné křemičitým pískem nebo tlučenými střepy a jemnozrnná hlína se nanášela aţ k povrchové modelaci. Většina řeckých a etruských figurek jiţ nebyla modelovaná, ale vtlačovaná do forem. Důvodem bylo jednak snazší ztenčení střepu, jednak sériová výroba pro dekorativní účely a jako votivní dary. Formy pro figurky byly zhotoveny většinou z terakoty, v době helénské a římské se začaly pouţívat formy sádrové. Později se terakoty začalo pouţívat také pro výrobu stavebních prvků a architektonických dekorací. Na rozdíl od cihel, je terakota vyrobena z jemnější a lépe promísené hlíny, je méně porézní a je pevnější. Slavné jsou terakotové reliéfy z Babylónie, v Evropě se hojně pouţívala po celý středověk v severských zemích a v Británii. U gotických staveb tvoří díly sloupů a okenních kruţeb. Do obliby přišla opět v 19. stol., kdy se z ní lisováním vyráběly dekorativní prvky fasád (např. hlavice sloupů a římsy). Povrch je pokryt malbou, engobou, jen zřídka bývá glazován. Porcelán Jako porcelán se označují slinuté, bílé a v tenké vrstvě průsvitné, vodu ani plyny nepropouštějící keramické výrobky, zhotovené z jemně mleté směsi kaolínu, křemene a živce. Technologie výroby porcelánu byla vyvinuta jiţ v prvních stoletích našeho letopočtu v Číně. Čínský porcelán patřil mezi tzv. měkké porcelány s teplotou výpalu mezi o C (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Tajemství výroby čínského porcelánu bylo prozrazeno aţ koncem 16. století. V Evropě byl porcelán vyvinut teprve počátkem 18. století (1709), předtím byl jiţ však ve Francii vyráběn tzv. fritový porcelán (viz Tab.1.). Rozdíl mezi sloţením čínského porcelánu, francouzského fritového porcelánu z konce 17. století a porcelánu míšeňského uvádí Tab.5. Tab. 5. Porovnání chemického sloţení historických porcelánů (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000) Původ a složení porcelánu Čína Francie (Sévres) Německo (Míšeň) Obsah složky (hmot. %) 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 99,3 100,0 99,9

11 Porcelán se vyznačuje vysokou pevností, prakticky nulovou nasákavostí (do 0,5% hm.), vysokou chemickou odolností, odolností proti změnám teploty, elektroizolačními vlastnostmi a rovněţ dokonalou dlouhodobou stabilitou všech vlastností. Porcelán se pouţívá pro výrobu stolního nádobí, obkládaček, dále pro účely chemické a také v elektrotechnice (izolátory). Podle teploty výpalu a tomu odpovídajících vlastností se porcelán zpravidla rozděluje na měkký a tvrdý. Vývoj výroby porcelánu vedl od porcelánu měkkého k dnešnímu tvrdému porcelánu. Univerzální idealizované sloţení keramické směsi pro výrobu klasického tvrdého porcelánu evropského typu je 50% kaolínu, 25% křemene a 25% živce, čemuţ odpovídá následující chemické sloţení 64,4% SiO 2, 24,4% Al 2 O 3, 4,2% K 2 O při ztrátě ţíháním 7,0 hmot.%. Surovinové sloţení soudobých porcelánových směsí kolísá v následujících mezích: 40 hmot.% plaveného kaolínu, hmot.% ţivce (zpravidla draselného) a 40 hmot.% křemene (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Měkký porcelán se vypaluje na teploty niţší neţ 1300 o C. Jeho relativně niţší teplota výpalu ve srovnání s tvrdým porcelánem se dociluje pouţitím taviv s nízkou teplotou tání nebo změnou sloţení ţivcových taviv (místo draselných ţivců se pouţívají směsné ţivce, např. draselnosodné). Zvýšený obsah taviv ve směsi vyvolá pokles obsahu kaolínu, a proto se do směsi přidávají bíle se vypalující vazné jíly. Měkké porcelány lze v zásadě rozdělit na: živcové Ţivcový porcelán obsahuje ve své surovinové směsi jako plastickou surovinu plavený kaolín, někdy s přídavkem bentonitu, jako suroviny tvořící skelnou fázi slouţí pegmatit (vnášející křemen a ţivec) a dolomit a jako plnivo oxid hlinitý. Vypaluje se jednoţárovým způsobem na teploty o C. Povrchová úprava se provádí bílou krycí glazurou. fritové Fritový porcelán obsahuje ve své surovinové směsi jako tavivo tzv. fritu. Frita je uměle připravené tavivo získané roztavením vhodných surovin, např. sody, potaše, sádrovce a křemenného písku a prudkým ochlazením vzniklé taveniny ve vodě. Výsledkem je granulované sklo, které se dobře mele. Střep tohoto porcelánu je transparentní i při tloušťce 2,5mm a jeho nasákavost je do 0,2 hmot.%. kostní Kostní porcelán obsahuje ve své surovinové směsi % hm. plaveného kaolínu a jílů, %hm. kostního popela a %hm. ţivcového písku. Místo

12 kostního popela můţe být do směsi přidáván fosforečnan vápenatý nebo apatit. Teplota výpalu se pohybuje mezi 1200 aţ 1280 o C, po výpalu obsahuje střep cca 40% skelné fáze, 40% fosforečnanu vápenatého a 20% anortitu. Mezi měkké porcelány patří také silně transparentní tzv. zubní porcelány, které obsahují aţ 80% ţivce a pálí se na 1200 C (Hlaváč, 1988). Názvem tvrdý porcelán se označuje zcela hutný, ani pod tlakem nenasákavý keramický materiál, jemně zrnité mikrostruktury a bílé barvy střepu. Maximální teplota výpalu tvrdého, porcelánu je o C s měnícím se charakterem prostředí výpalu od oxidačního, přes redukční aţ k neutrálnímu. Tvrdý porcelán se zpravidla dělí na užitkový, figurální a technický. U užitkového a figurálního porcelánu se kladou, kromě poţadavků na základní fyzikální a mechanické vlastnosti, také poţadavky na jeho vlastnosti estetické (bělost a průsvitnost). U technického porcelánu jsou základními kritérii jeho kvality vlastnosti mechanické, elektrické, tepelné a chemické. Ve sloţení směsi pro výrobu technického porcelánu se vedle kaolínu uplatňují bíle se vypalující jíly s vysokou pevností po vysušení, ţivce jsou zpravidla nahrazeny intenzivnějšími tavivy a ostřivo je reprezentováno korundem, který bývá ve směsi zastoupen hmot.%. Většina porcelánových výrobků se tvaruje z plastického těsta. U uţitkového porcelánu (např. hrnků, talířů) je to zejména tzv. točení rotačně symetrických těles s vyuţitím sádrových forem. Při výrobě elektroporcelánu se pouţívá obtáčení a frézování výlisků. Velmi rozšířeným způsobem tvarování dutých a plochých nerotačních tvarů je lití suspenze do sádrových forem. Některá plochá tělesa se tvarují rovněţ lisováním z granulátu. Porcelánové, zejména tenkostěnné, výrobky se pálí nadvakrát. Při prvním výpalu, tzv. přežahu dosahuje teplota C. Vzniklý neglazovaný porcelán se označuje jako biskvit. Při přeţahu se střep zpevní natolik, ţe je moţné polotovary následně opatřit vrstvou glazury. Po nanesení glazury se provádí tzv. hladký výpal na konečnou teplotu, kdy získá střep své konečné vlastnosti. Zvláštností hladkého výpalu tvrdého porcelánu je nutnost zajištění odpovídající atmosféry v peci. Do teploty o C se zboţí pálí v přísně oxidační atmosféře, aby se ve střepu nemohl usazovat uhlík, vylučovaný ze spalin. V intervalu o C se vypaluje v silně redukčním prostředí, nad teplotou 1250 o C aţ do konečné teploty výpalu ( o C) probíhá výpal v neutrální atmosféře. Glazury jsou zpravidla suspenzí kaolínu, ţivce, barevné hlinky a křídy, případně obsahují barevnou sklovinu podobného sloţení jako frita ke smaltování. Glazura díky příbuznosti materiálů dokonale přilne a pronikne do pórů, musí však mít podobnou tepelnou roztaţnost

13 jako porcelánový střep, jinak popraská při chladnutí nebo se utajené napětí projeví po čase. V konečné fázi výroby se, u většiny porcelánových výrobků, provádí povrchová dekorace, a to zpravidla sítotiskem, nalepováním obtisků, linkováním, ruční malbou. Dekorační vrstvy se fixují na střepu dalším, tzv. dekoračním výpalem. Nejběţnější je barvení tzv. keramickými barvami, které se nanášejí na glazuru a vypalují se při teplotách o C. Výpal tzv. vtavných dekoračních vrstev, které se částečně vnoří do glazury probíhá při o C. Dekorační vrstvy, které jsou umístěny pod glazurou (tzv. podglazurové dekorace) se vypalují na konečné teploty o C (Hlaváč, 1988, Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Ložiska keramických surovin v České republice Základní sloţkou keramických směsí přírodní jílovité horniny, tj. nezpevněné sedimenty s podstatným obsahem jílových minerálů. Podle typu vyráběné keramiky patří k základním jílovým surovinám: cihlářské jíly a hlíny pouţívané pro výrobu cihlářského zboţí, pórovinové a kameninové jíly pro výrobu póroviny a kameniny, kaolín základní surovina pro výrobu porcelánu. Cihlářské suroviny Cihlářské suroviny jsou všechny druhy surovin vhodné samostatně nebo ve směsi k cihlářské výrobě. K tomuto účelu jsou nejčastěji pouţívané tyto typy hornin: spraše, sprašové a svahové hlíny, jíly a jílovce, slíny, zvětraliny břidlic a další. Vlastní výrobní hmota má dvě hlavní sloţky - plastickou a ostřící, které jsou proporcionálně zastoupeny buď přímo v surovině nebo je optimální poměr obou moţno získat jejich mísením. Sloţka, která ve výrobní směsi převaţuje, je základní; doplňková sloţka, upravující vlastnosti suroviny, je korekční (podle povahy má funkci plastifikující nebo ostřící), příp. přísada. Škodlivinami v cihlářské surovině jsou především karbonáty, sádrovec, siderit, organické látky, větší úlomky hornin apod. Mezi cihlářskými surovinami v ČR převládají jako základní sloţky kvartérní hlíny různé geneze. Zdrojem přírodních korekčních surovin jsou vesměs uloţeniny předkvartérního stáří (Kuţvart a kol., 1983, Starý a kol., 2006). Ložiska kvartérních surovin (spraší a sprašových hlín, hlín, písků a písčitojílovitých reziduí hornin) - jsou rozšířena po celém území republiky a jsou nejhojněji těţená. Nejvýznamnější z nich jsou vázána na eolické a deluviálně - eolické, popř. glaciální (severní Čechy a Slezsko) sedimenty. V eolických

14 sedimentech bývají škodlivinami pohřbené půdní horizonty, klastika a vápnité konkrece, v deluviálních tvrdá klastika. Eolické suroviny mají předpoklad (obvykle ve směsi) k výrobě náročných tenkostěnných prvků. Deluviální suroviny jsou pouţitelné jako korekční sloţky k plastičtějším zeminám či k výrobě silnostěnného zdícího střepu. Neogénní pelity jsou rozšířenější předkvartérní surovinou limnických pánví Čech a vídeňské pánve. Vyznačují se písčitou příměsí a lokálně i zvýšenou přítomností montmorillonitu či klastik, v oblasti vídeňské pánve a karpatské předhlubně také zvýšeným obsahem rozpustných solí. Patří mezi dávno využívané suroviny. Jsou vhodné i pro výrobu náročného tenkostěnného nosného a tvarovaného zboţí. Paleogénní jílovce jsou vyuţívány na východní a jihovýchodní Moravě. Jedná se o navětralé části flyšových příkrovů vnějších Západních Karpat. Závaţnou škodlivinou jsou výkvětotvorné látky a lavice pískovců. Sortiment se omezuje na plné nebo děrované zboţí. Svrchnokřídové jíly a jílovce (mnohdy vápnité) se jako základní surovina vyuţívají v oblasti české křídové pánve a jihočeských pánví. Surovina je vhodná na výrobu i nejnáročnějších děrovaných zdících a stropních materiálů, v jiţních Čechách vzhledem k výskytu limonitizovaného pískovce k výrobě nenáročného zdícího zboţí. Permokarbonské pelity a aleuropelity slouţí jako surovina v oblastech permokarbonských pánví a brázd Čech a Moravy. Charakteristická je přítomnost pískovců v souvrství a sloţitá stavba loţisek. Dávají moţnost výroby pálené krytiny a tenkostěnného zboţí. Mladoproterozoické a staropaleozoické navětralé břidlice jsou vyuţívány v okolí Prahy, na Plzeňsku, Rokycansku aj. Škodlivinami bývají pevná klastika a pyrit. Nejsou vhodné na výrobu náročnějšího cihlářského zboţí. Keramické jíly Jíly jsou sedimentární nebo reziduální nezpevněné horniny sloţené z více neţ 50 % jílu ve smyslu zrnitostní frakce (velikost zrn pod 0,002 mm) a obsahující jako podstatnou sloţku jílové minerály, zejména skupiny kaolinitu, dále hydroslíd (illit) a montmorillonitu. Podle sloţení jílových minerálů jsou jíly děleny na monominerální (např. kaolinitové, illitové aj.) a polyminerální (sloţené z více jílových minerálů). Jíly dále obsahují různé příměsi, např. křemen, slídy, karbonáty, organickou hmotu, oxidy a hydroxidy Fe a další. Barvy mají různé

15 podle příměsí - bílé, šedé, ţluté, hnědé, fialové a další. Druhotně mohou být zpevněné - jílovce, případně navíc nemetamorfně rekrystalizované - jílovité břidlice. Ve smyslu loţiskovém a technologickém je do této kategorie řazena široká paleta hornin s vysokým obsahem jílových minerálů. Jíly se vyskytují prakticky ve všech sedimentárních formacích po celém světě. Kromě pouţití v keramické výrobě se jíly dále pouţívají jako žáromateriály, plnidla, těsnící hmoty, v papírenství, filtraci olejů atd. Podle technologických vlastností a pouţitelnosti se v České republice jíly dělí na (Starý a kol., 2006): pórovinové (JP) ţáruvzdorné na ostřivo (JZ) ţáruvzdorné ostatní (JO) keramické neţáruvzdorné (JN) hliníkové podloţní (JA) Loţiska jílů jsou v ČR soustředěna do těchto hlavních loţiskových oblastí (Obr. 2.): Kladensko-rakovnický permokarbon - vyskytují se především vysoce ţáruvzdorné jílovce (lupky - JZ), které se pouţívají pro výrobu ţáruvzdorných ostřiv. Méně jsou zastoupeny také červeně se pálící dlaţdicové jíly a šedé neţáruvzdorné jílovce (JN). Nejdůleţitějšími loţisky JZ jsou Rynholec-Hořkovec 2 a Rakovník. Moravská a východočeská křída - jedná se o oblast s největšími zásobami suroviny (JZ) se stejným pouţitím jako u předchozí oblasti (s mírně horší jakostní skladbou). V současnosti je těţeno jiţ jen jediné loţisko Březinka. Lounská křída - jíly jsou vhodné jako pórovinové (JP) a ţáruvzdorné ostatní (JO), ale hlavně jako keramické (JN). V současnosti je těţeno jen středně velké loţisko JN Líšťany. Křída v okolí Prahy - jíly jsou vhodné jako vysoce ţáruvzdorné na ostřivo (JZ), ţáruvzdorné vazné (JO) i jako pórovinové (JP). Nejvýznamnější jsou vyuţívaná loţiska JZ Vyšehořovice a Brník. Jihočeské pánve - jíly jsou vysoce aţ středně ţáruvzdorné zejména vhodné jako vazné (JO), dále i jako pórovinové (JP) a neţáruvzdorné (JN). Hlavními loţisky JO jsou Borovany-Ledenice (kde se zároveň těţí i diatomit) a Zahájí-Blana. Plzeňská pánev a terciérní relikty středních a západních Čech - převládají středně ţáruvzdorné jíly, které jsou vyhodnoceny jako vazné (JO) a keramické pro výrobu dlaţdic a obkládaček, ale i kameniny (JN). Nejdůleţitější je těţené velké loţisko JO Kyšice-Ejpovice.

16 Chebská a sokolovská pánev - mnohem důleţitější je chebská pánev, kde jsou významné vazné jíly (JO), pórovinové (JP) a žáruvzdorné, kameninové atd. (JO, JN). Rozhodujícím těţeným loţiskem JO je dnes Nová Ves u Křiţovatky 2. Severočeská a žitavská pánev - mimo výše zmíněných hliníkových podloţních jílů (JA) se vyskytují i nadloţní keramické (kameninové) jíly (JN). V současnosti je těţeno jen středně velké loţisko JN Tvršice v severočeské pánvi. Terciér a kvartér na Moravě - vyskytují se keramické (především kameninové a dlaţdicové) jíly (JN). Těžba zde skončila v roce 1997 (Poštorná, Šatov). Nejvýznamnějšími oblastmi jsou dnes chebská a jihočeské pánve, křída v okolí Prahy, rakovnický permokarbon a stále méně moravská a východočeská křída. Jíly a jílovce jsou v ČR těženy většinou povrchově a místy i hlubinně (Rakovník, Lubná, Březinka). Obr. 2. Loţiskové oblasti jílů v České republice (1- kladensko-rakovnický permokarbon, 2 moravská a východočeská křída, 3 křída v okolí Prahy, 4 lounská křída, 5 jihočeské pánve, 6 plzeňská pánev, 7 terciérní relikty středních Čech, 8 terciérní relikty západních Čech, 9 chebská a sokolovská pánev, 10 severočeská pánev, 11 ţitavská pánev). Podle Starého a kol. (2006). Kaolín Kaolín je nejčastěji reziduální (primární), méně přeplavená (sekundární) bílá nebo světle zbarvená hornina, která obsahuje podstatné mnoţství jílových minerálů ze skupiny kaolinitu. Obsahuje vţdy křemen, dále můţe obsahovat ostatní jílové minerály, slídy, ţivce a další podle povahy mateřské horniny. Pro další pouţití se kaolín upravuje zpravidla plavením. Kaolín vznikl nejčastěji zvětráním nebo hydrotermálními pochody z různých hornin bohatých živcem, nejčastěji granitoidů, arkóz, rul aj. Tyto tzv. primární kaolíny mohou být

17 přemístěny, pak se jedná o kaolíny sekundární. Loţiska jsou soustředěna do oblastí výskytu ţivcových hornin, ve kterých proběhla kaolinizace. Pouţívá se pro různé účely a podle toho jsou na surovinu kladeny různé nároky. Kromě vyuţití při výrobě keramiky má kaolín uplatnění jako plnidlo do papíru, gumy, plastů a barev, při výrobě žáruvzdorných materiálů, v kosmetickém, farmaceutickém a potravinářském průmyslu. Kaolín je také výchozí surovinou pro výrobu umělého zeolitu. V České republice vznikla všechna loţiska kaolinickým zvětráním živcových hornin (Konta, 1982, Kuţvart a kol., 1983, Starý a kol., 2006). Je pro ně charakteristické ubývání kaolinizace s hloubkou a přechod do nezvětralé matečné horniny. Hlavními oblastmi s loţisky kaolínu v České republice jsou (Obr. 3.): Karlovarsko - matečnými horninami byly autometamorfované a horské ţuly karlovarského masivu. Je nejvýznamnější oblastí výskytu nejkvalitnějších kaolinů pro výrobu porcelánu (KJ) a jejich potenciální náhrady (KT). Dále se vyskytují KK (kaolíny pro keramický průmysl), méně KP (kaolíny pro papírenský průmysl). Nejvýznamnějšími loţisky jsou Božičany, Jimlíkov a Mírová (Obr.4.), na kterých se společně těţí KJ, KT i KK. Na loţisku Otovice-Katzenholz se těţí KP. Kadaňsko - kaolíny vznikly z granulitové ruly krušnohorského krystalinika. Kaolín je pouţitelný jako KK a KP. V roce 2003 bylo dotěţeno loţisko Kralupy u Chomutova-Merkur (KP), další loţiska byla vytěţena jiţ dříve (např. Kadaň, Prahy). Poměrně velké zásoby KP a KK jsou evidovány na loţisku Rokle. Podbořansko - matečnou horninou je arkózovitý pískovec líňského souvrství středočeského permokarbonu. Vyskytují se zde všechny výše zmíněné typy kaolínů. Kaolíny vyhodnocené jako KJ jsou však méně jakostní (spíše by se mělo jednat o KK) a jsou pouţívány velmi omezeně jako přísadové do karlovarských kaolínů při výrobě porcelánu vzhledem k jejich reologickým vlastnostem. Nejdůleţitější je velké těţené loţisko KJ Krásný Dvůr-Podbořany. Plzeňsko - matečnou horninou kaolínů jsou karbonské arkózy plzeňské pánve. Kaolíny z této oblasti jsou převáţně pouţitelné jako KP (největší zásoby nejkvalitnější suroviny), méně KK a nepatrně jako KZ a KJ. Nejdůleţitějšími velkými těţenými loţisky KP jsou Horní Bříza, Kaznějov a Lomnička-Kaznějov severně a Chlumčany-Dnešice jiţně od Plzně. Znojemsko - kaolíny vznikly především z granitoidů dyjského masivu, méně z bítešské ortoruly dyjské klenby moravika. Zdejší kaolíny jsou vyhodnoceny

18 především jako KZ (tzv. ţivcový kaolín), méně KP. Prakticky před vytěţením je malé loţisko KP Únanov-sever. Chebská pánev - kaolíny vznikly kaolinizací ţul smrčinského masivu. Je zde vyhodnoceno pouze jedno, dosud netěţené loţisko Plesná-Velký Luh (KK, KP). Třeboňská pánev - málo významná oblast, kde kaolíny vznikly ze ţul a biotitických pararul moldanubika. Vyhodnocené jsou pouze kaolíny keramické (KK). Surovina se netěţí, ani v budoucnosti se s ní pro nízkou kvalitu nepočítá. Vidnava kaolíny vznikly z granitů ţulovského masivu. Surovina jediného, jiţ netěţeného loţiska Vidnava je alternativně vyhodnocena jako KP a KK, ale z důvodů nejlepšího vyuţití suroviny je evidována mezi jíly pro výrobu ţároostřiv. Další menší výskyty kaolínů jsou buď vytěţeny (Laţánky) nebo dosud neprozkoumány (Ţluticko, Touţimsko, Javornicko). Kaolín představuje typickou tuzemskou nerudní surovinu. Česká loţiska kaolínů jsou významná i z celosvětového hlediska, nejdůleţitější jsou oblasti Plzeňska, Karlovarska a Podbořanska. Všechna loţiska kaolinu v ČR jsou v současnosti těţena povrchově. V České republice je evidováno celkem 65 loţisek, z toho je v současnosti 15 těţených. Roční těţba surového kaolínu se u nás pohybuje okolo 4000 kt. Úpravenský produkt (plavený kaolín) představuje cca 20 aţ 25% z uváděné těţby. Schéma technologie plavení kaolínu uvádí Obr.5. Obr. 3. Loţiskové oblasti kaolínů v České republice (1 Karlovarsko, 2 Kadaňsko, 3 Podbořansko, 4 Plzeňsko, 5 Znojemsko, 6 chebská pánev, 7 třeboňská pánev, 8 Vidnava). Podle Starého a kol. (2006).

19 Obr. 4. Loţisko kaolínu Mírová (přístupno z Obr. 5. Schéma technologie plavení kaolínu (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000).

20 Kromě plastických jílových surovin mají zásadní význam pro řadu keramických hmot (jemná kamenina, pórovina, porcelán) také taviva. Jako přírodní taviva se pouţívají zejména živce (draselné nebo sodno-draselné) a znělec. Ţivce byly v minulosti téměř výhradně těţeny z pegmatitů (v České republice se jednalo např. o loţisko Dolní Bory Hatě na západní Moravě nebo loţiska v okolí Poběţovic, Otova a Meclova v jihozápadních Čechách). V současné době je nejvýznamnějším loţiskem ţivců v České republice loţisko Halámky u Českých Velenic v jiţních Čechách. Loţisko je tvořeno ţivcovými písčitými štěrky, uloţenými v 5 relativně odlišných terasových stupních ve fosilním řečišti Luţnice v celkové délce zhruba 6km a o mocnosti aţ 30m. Ţivcová surovina je tvořena % hm. draselným ţivcem (mikroklinem), % hm. sodným ţivcem (albitem), % hm. křemenem, 1 % hm. biotitu a 0,5% hm. muskovitu (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000). Dalším těţeným loţiskem keramických ţivců je Krásno u Horního Slavkova v západních Čechách. Těţenou surovinou jsou metasomaticky přeměněné (albitizované) leukokratní aplitické granitoidy, označované někdy jako albitity. Hornina obsahuje hmot. % ţivců (40 60 hmot. % ambitu aţ kyselého oligoklasu a hmot. % draselného ţivce), zbylých hmot. % tvoří kaolinit a slídy (zejména cinvaldit). Nejvýznamnějším loţiskem znělce (fonolitu) je v současnosti Železnický vrch v Českém středohoří mezi městy Bílina a Most. Jde o výlevnou (efuzivní) horninu s obsahem 60 65% hm. alkalického ţivce (albitu), 10 15% hm. nefelínu, cca 8% hm. minerálů sodalitové skupiny (sodalit, nosan, haüyn), zbytek připadá na ostatní foidy (leucit), pyroxeny (egirín) a akcesorie (apatit, titanit). CIHLÁŘSKÁ VÝROBA Největší objem keramických výrobků v současnosti produkuje cihlářská technologie. Cihlářské výrobky představují jednu z nejpouţívanějších skupin stavebních hmot. Ve stavebnictví se cihlářské zboţí uplatňuje ve formě pálených zdících materiálů, pro konstrukce stropů i pro krytí střech. Z hlediska základních fyzikálně-mechanických vlastností se cihlářské výrobky vyznačují: nasákavostí přibližně 10 22% (u cihel s vysokým stupněm zhutnění slinutí, jako jsou např. kabřince je nasákavost niţší neţ 10%), objemovou hmotností kg.m -3, pevností v tlaku 3 až 60 MPa; pevnost závisí na teplotě výpalu střepu, z dalších vlastností je významná mrazuvzdornost, tepelná vodivost (cca 0,5 1,0 W.m -1.K -1 ) a teplotní roztažnost (přibliţně K -1 ).

21 Obecné technologické schéma cihlářské výroby Cihlářská výroba je zaloţena na pouţití přírodních surovin, které mají schopnost, po smíchání s vodou, vytvářet plastické těsto. Vytvarované výrobky z tohoto těsta jsou schopny podrţet si svůj tvar i po vysušení. Technologie cihlářství tedy spočívá ve zpracování a vyformování výlisků z plastického těsta, jejich vysušení a následném vypálení. Výrobky mají většinou červený střep s pórovitou strukturou. Technologie cihlářství se můţe rozdělit do několika dílčích operací (Obr. 6.) : 1. natěţení suroviny 2. předpříprava haldování (odleţení) suroviny 3. příprava mísení, zdrobňování, homogenizace, ostření suroviny 4. vytváření (lisování) výrobků 5. sušení 6. výpal 7. skladování a expedice hotových výrobků Obr. 6. Obecné technologické schéma cihlářské výroby (Hanykýř, Kutzendörfer, 2000, Svoboda a kol., 2004)

22 Hlavní kroky technologie cihlářské výroby 1. Těžba cihlářských surovin: Cihlářské suroviny se těţí zásadně povrchovým způsobem a téměř výhradně v blízkosti cihelny. Místo těžby cihlářských surovin se obvykle označuje jako hliniště (resp. nesprávně téţ jako hliník, Obr. 7.). Těţbu cihlářských surovin v hliništi lze provádět: v několika etáţích (tento způsob je v cihelnách pouţíván ojediněle), v jedné etáži, a to s dostatečným předstihem skrývky před těţbou. Pro těžbu většinou nezpevněných nebo jen málo zpevněných cihlářských zemin se obvykle pouţívají jednoduché těţební stroje pro vertikální způsob těţby korečková, kolesová nebo lopatová rypadla. Kromě dobývacích strojů, těţících surovinu vertikálně se mohou pouţívat také stroje s plochou těžbou (radlicové stroje) dozery, rozrývače, skrejpry, grejdry (srovnávače). Obr. 7. Hliniště cihelny ve Stodu (Tondach ČR, s.r.o.) a způsob dobývání lopatovým rypadlem. Foto M. Vavro (2007). Natěţená surovina se z hliniště dopravuje zpravidla na místo ukládky na haldu. Doprava suroviny můţe být uskutečňována: kolejově, tj. polní dráţkou s malým rozchodem kolejnic (600 nebo 700mm) a s obsahem výklopných vozíků 0,75-1m 3, které jsou dopravovány diesellokomotivou,

23 pásovými dopravníky, které jsou konstrukčně upraveny tak, aby bylo snadné jejich prodluţování nebo zkracování a současně i posun do blízkosti rypadla, nákladními auty (vyţadují zpevněné komunikace a jejich pouţitelnost je dosti závislá na počasí, na je to však značně flexibilní způsob přepravy). 2. Předpříprava suroviny: Předpřípravou suroviny se rozumí technologické operace, které předcházejí vlastní přípravě (úpravě) suroviny v závodě. Mezi základní způsoby předpřípravy suroviny patří zejména haldování (Obr. 8.). Haldování je ukládání (vrstvení) natěţené suroviny na haldy. Halda plní dvě základní funkce: umoţňuje prvotní homogenizaci a částečné odleţení suroviny, vytváří dostatečnou zásobu suroviny. Navrstvená surovina se na haldě vţdy do určité míry promísí (homogenizuje) a zlepší se její stejnorodost. Rozpojení a homogenizace suroviny se můţe ještě nadlepšit zakrápěním haldy), kdy dojde k rozdělení a nabobtnání jemných zrn jíloviny, coţ se následně projeví na reologických vlastnostech těsta. Obr. 8. Haldování natěţené suroviny (dnes jiţ neprovozovaná cihelna Hrachovec u Valašského Meziříčí). Foto M. Vavro (2004). 3. Příprava suroviny: Příprava cihlářské suroviny je technologický proces, který spočívá v úpravě vlastností natěţené suroviny tak, aby výsledné těsto mělo optimální vlastnosti, stabilizované pro celý objem výroby. Během přípravy suroviny se provádí regulace

24 vlastností změnou množství rozdělávací vody, ostřením, lehčením, odvzdušňováním, odležením, pouţitím přísad, ale také důslednou homogenizací, drcením, mletím a mísením. Pro úpravu vlastností plastického keramického těsta se v cihlářství pouţívají zejména tyto základní úpravárenská zařízení: podávání a dávkování: skříňové a bubnové podavače, na sypké příměsi i podavače šnekové, mísení a homogenizace: kolové mlýny (Obr. 9.), talířová mísidla, protlačovací mísidla (Obr. 10), drcení a mletí: kolové mlýny, válcové mlýny, skladování a odležování: odleţárny (Obr. 11), odleţovací věţe, zásobníky) Volba konkrétní varianty přípravy pracovní směsi je závislá na vlastnostech komponent cihlářského těsta a poţadavcích na jeho kvalitu. Součástí přípravných operací, prováděných zpravidla před samotným vytvářením výrobků, je proprařování suroviny horkou párou a odvzdušnění těsta ve vakuové komoře šnekového lisu. Připravené plastické těsto, které vchází do šnekového lisu má vlhkost (tzv. vytvářecí vlhkost, resp. rodělávací vodu) zpravidla v rozmezí 18 22%. Obr. 9. Kolový mlýn jeden ze základních strojů pro zdrobňování a homogenizaci cihlářské směsi (dnes jiţ neprovozovaná cihelna Hrachovec u Valašského Meziříčí). Foto M. Vavro (2004).

25 Obr. 10. Protlačování keramického těsta (Tondach ČR, s.r.o., cihelna Stod). Foto M. Vavro (2007) Obr. 11. Odleţování suroviny v odleţárně (Tondach ČR, cihelna Hranice). Foto M.Vavro (2004) Pozn.: Odleţárna plní, kromě funkce homogenizační, také funkci provozní, zajišťuje zejména dostatečnou zásobu suroviny pro překlenutí špatného nebo zimního počasí, výpadků v těţbě apod

26 4. Vytváření výrobků: Vytváření (tvarování, formování) je keramický technologický postup, kterým se dodává vytvářecí směsi (těstu) žádaný tvar daný buď formou (při vytváření ručním, při raţení) nebo ústím lisu (při vytváření taţením). Vytváření tedy představuje převedení polydisperzního systému keramického těsta v kompaktní systém konkrétních geometrických rozměrů. Technik tvarování existuje v keramické technologii celá řada, konkrétní způsob tvarování se volí podle tvaru a velikosti výrobku, podle poţadované hutnosti a pevnosti, podle poţadavků na rozměrovou přesnost, podle množství vyráběných výrobků a v neposlední řadě podle charakteru a vlastností zpracovávané suroviny. V cihlářství se téměř výhradně pouţívá vytváření z plastického těsta, coţ je nejstarší způsob vytváření v keramice. Naprosto převládající vytvářecí technologií v cihlářství je pak tažení (extrudování) plastického těsta na šnekových lisech (Obr. 12.). Obr. 12. Vytváření nekonečného pásma v ústí šnekového lisu (dnes jiţ neprovozovaná cihelna Hrachovec u Valašského Meziříčí). Foto M. Vavro (2004). Tažení je vlastně protlačování plastického těsta vhodně tvarovaným ústím. Pouţívá se pro tvarování keramických výrobků, které mají po celé délce stejný profil. Taţením se vyrábějí výrobky daného tvaru a rozměrů nebo předtaţky pro další zpracování. K taţení se pouţívají pásmové lisy, z nichţ vychází pásmo hmoty stálého profilu, které se následně odřezává (nejčastěji strunovými odřezávači, Obr. 13.) na kusy potřebné délky.

27 Kromě vytváření taţením na šnekových lisech bývají v cihlářství dále pouţívány tyto způsoby vytváření: přelisování (raţení) na revolverových lisech při výrobě raţené krytiny (Obr.14.), doplňkové způsoby výroby, velmi ojedinělé a pouţívané pro zvláštní a máločetné výroby (lití, suché lisování, ruční formování pro umělecké a památkové účely). Obr. 13. Odřezávání pásma strunovým odřezávačem (Tondach ČR, s.r.o., cihelna Hranice). Foto M. Vavro (2004). Obr. 14. Výroba krytiny raţením na revolverovém lisu (Tondach ČR, s.r.o., cihelna Hranice). Foto M. Vavro (2004).