Полевой шпат — наиболее распространённый флюсующий материал в керамике. Он служит основным компонентом в керамическом производстве, в больших количествах используется в качестве сырья для масс, глазурей, красителей и флюсов, а также является одним из трёх основных видов сырья для керамики.
По своему химическому составу он представляет собой безводные алюмосиликаты щёлочноземельных металлов, содержащие щелочные металлы, калий, натрий, кальций и небольшое количество бария.
То, что в производстве называют калиевым полевым шпатом, на самом деле является калиево-натриевым полевым шпатом, в котором преобладает калий.
То, что называют натриевым полевым шпатом, на самом деле является калиево-натриевым полевым шпатом, в котором преобладает натрий.
Полевой шпат с повышенным содержанием калия обычно имеет розовый или телесный цвет, в то время как натриевый полевой шпат — белый или серовато-белый.
Для облегчения спекания изделия и предотвращения деформации, как правило, желательно, чтобы полевой шпат имел низкую температуру плавления, широкий интервал плавления, высокую вязкость расплавленного вещества и хорошую растворяющую способность.
Интервал плавления: калиевый полевой шпат 1130–1450 °C; натриевый полевой шпат 1120–1250 °C. В этом диапазоне температур он постепенно размягчается и плавится, превращаясь в стекловидное вещество.
Калиевый полевой шпат плавится в расплав высокой вязкости, вязкость которого постепенно уменьшается с повышением температуры. Это полезно для контроля обжига и предотвращения деформаций при производстве керамики.
Натриевый полевой шпат плавится при более низкой температуре, чем калиевый полевой шпат, что приводит к образованию менее вязкой жидкой фазы с более узким интервалом плавления. Его вязкость снижается быстрее с повышением температуры, что делает его использование в качестве сырья склонным к деформации изделий. Однако натриевый полевой шпат демонстрирует самую быструю и высокую растворимость в кварце, глине и муллите при высоких температурах, что делает его весьма подходящим для использования в глазури.
Для керамики повседневного использования обычно выбирают калиево-натриевый полевой шпат с более высоким содержанием калия. Содержание K₂O и Na₂O обычно составляет не менее 11%, а массовое соотношение K₂O:Na₂O превышает 3. Для производства керамики требуется полевой шпат с эвтектической температурой ниже 1230 °C и интервалом плавления не менее 30–50 °C.
Основные функции полевого шпата в керамическом производстве можно свести к следующему:
1. Полевой шпат плавится при высоких температурах, образуя вязкий стеклообразный расплав, который снижает температуру плавления компонентов керамической массы, облегчая формование фарфора и снижая температуру обжига.
② Расплавленный полевой шпат растворяет часть частиц каолина и кварца, способствуя образованию и росту кристаллов муллита, что придает массе механическую прочность и химическую стабильность.
③ Расплав полевого шпата заполняет пространство между кристаллическими частицами, делая массу более плотной и уменьшая пористость. После охлаждения расплав полевого шпата образует стекловидную матрицу фарфора, повышая прозрачность и способствуя повышению механической прочности.
④ В глазурях полевой шпат является основным флюсом и ключевым компонентом, участвующим в формировании стекловидной фазы.
⑤ Будучи бедным сырьем, полевой шпат также может сократить время высыхания массы в процессе зеленения, уменьшая усадку и деформацию при высыхании.