Реферат: Керамические материалы и изделия

РАЗДЕЛ 5.

КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

1.1. Виды керамических изделий

Керамическими называют изделия, получаемые формованием и обжигом глин, трепелов, диатомитов и других видов минерального сырья с различными добав­ками или без них.

Материал (или тело), из которого состоят керами­ческие изделия, в технологии керамики называют керамическим черепком. Керамические строительные изделия, классифицируют по структуре образующегося после обжига черепка, конструктивному назначению, способу формования.

По характеру строения черепка различают изделия с пористым, и спекшимся (плотным) черепком, а также изделия грубой и тонкой керамики.

К изделиям с пористым черепком относятся изделия с водопоглощением черепка 8—10% по массе. Они не­прозрачны, под давлением пропускают воду. К пористым относятся стеновые, кровельные изделия, дренажные трубы, терракота1 и т. д., к пористым глазурованным — облицовочные кирпичи и плитки, изразцы, санитарно-строительные, фаянсовые изделия.

Изделия со спекшимся черепком имеют водопогло-щение 3—10%, не пропускают воду, в изломе имеют блестящую поверхность. К ним относятся клинкерный кирпич, плитки для полов и глазурированные изделия (канализационные трубы, .санитарно-строительные изде­лия из фарфоровых и полуфарфоровых масс).

Для снижения водопроницаемости изделий, отделки их поверхности и защиты от воздействия внешней среды используют глазури (стекловидные покрытия) и ангобы (керамические декоративные покрытия).

У изделий грубой керамики черепок имеет в изломе зернистое строение (макронеоднородное). Большинство строительных керамических изделий — строительный кир­пич, черепица, канализационные трубы и т. д.— являют­ся изделиями грубой керамики. У изделий тонкой кера­мики излом черепка имеет макрооднородное строение. Он может быть пористым, как например, у фаянсовых

1 Терракота — глиняные неглазурованные изделия с пористым крупнозернистым черепком (архитектурные детали, скульптуры и др.).

облицовочных глазурованных плиток, и спекшимся, как у плиток для полов, кислотостойкого кирпича, фарфоровых изделий. Черепок фарфора, кроме того, обладает просвечиваемостью.

По конструктивному назначению керамические изде­лия разделяют на стеновые (кирпич, камни керами­ческие, блоки, панели), кровельные (черепица глиняная), для перекрытий (пустотелые камни, балки, панели перекрытия и покрытия из керамических камней), для облицовки фасадов зданий (кирпич и камни керами­ческие лицевые, ковровая керамика, архитектурно-художественные детали, плитки фасадные, подоконные сливы, плитки малогабаритные), для внутренней обли­цовки (плитки для полов, глазурованные плитки и фа­сонные детали к ним — карнизы, уголки, пояски), заполнители для легких бетонов (аглопорит, керамзит, «керамдор»), трубы керамические канализационные и дренажные, дорожный кирпич, санитарно-технические (умывальные столы, ванны, унитазы), кислотоупорные (кирпич, плитки, трубы) и фасонные детали к ним, огнеупоры и теплоизоляционные (перлитокерамика, диатомитовая и др.).

По способу формования различают изделия пласти­ческого формования, полусухого прессования и литьевые. К изделиям пластического формования относят кирпич полнотелый керамический, строительный легкий, керами­ческие камни и др. К изделиям полусухого прессова­ния — кирпич пустотелый керамический, плитки обли­цовочные, плитки для полов (метлахские) и др., к литьевым — плитки майоликовые, фасадные, ковровые, санитарно-технические и др.

1.2. Физико-технические свойства керамических изделий

Керамические изделия обладают различными свой­ствами, которые определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также условиями обжига — газовой средой, температурой и длительностью.

Физико-технические свойства определяют область наи­более целесообразного применения изделий. ГОСТами, МРТ, ТУ и другими нормативными документами регла­ментированы качественные показатели изделий — ме­ханическая прочность, водопоглощение, влажность, твер- дость, морозостойкость, термостойкость, химическая стойкость, эстетичность. В значительной степени они обусловливаются плотностью, пористостью, структурой, текстурой.

Плотность характеризует степень заполнения объема материала твердым веществом, т. е. отношение массы материала к занимаемому им объему. Различают истинную, среднюю и относительную плотность.

Истинная плотность q — это масса единицы объема материала m в абсолютно плотном (без пор) состоянии

Средняя плотность Ом — это масса единицы объема мате­риала m в естественном состоянии V, с учетом пор и пустот:

Относительная плотность (безразмерная величина) d выра­жает отношение плотности материала с к плотности стандартного вещества qo при определенных физических условиях


Плотность керамических материалов, кг/м3:

-. Истинная Средняя

Фаянс

твердый 2,45-2,6 1,2-2,5

мягкий 2,4—2,5 2,3—2,45

Полуфарфор ....'... 2,3—2,4 2—2,2

Фарфор твердый ...... 2,42—2,6 2,26—2,5

Кирпич:

керамический 2,6—2,7 1,5—1,9

легкий 2,6—2,7 0,7—1,4

Керамические камни 2,6—2,7 1,25—1,4

Тонкокаменные (химическистойкие) 2,1—2,8 1,92—2,5

Пористость материала — это степень заполнения его объема порами. Определяется объемом пор в единице объема материала и выражается в процентах. Порис­тость зависит от состава массы, подготовки сырья, условий формования, сушки, температуры и продолжи­тельности выдержки при обжиге. Различают общую, открытую и закрытую пористость. Объем .пор (открытых и закрытых) находится в пределах от 2,5 до 6% в фар­форе, до 30% в фаянсе и более 30% в кирпиче. По­ристость влияет на прочность, термостойкость, водоне­проницаемость, долговечность.

Пористость различных материалов, %:

Общая Открытая


0—0,5 9—12

0—4 до 5 10—22
Фарфор твердый 4,1—7,9

12—30

Фаянс твердый Тонкокаменные (химически


6—11 до 32 12—28
стойкие)

Полуфарфор

Кирпич керамический . . Дренажные трубы . . .

Структура — особенность строения материала, опре­деляемая размерами зерен, формой, распределением, контактом между зернами, пористостью, качеством и количеством фазового состава (соотношением стекло­видной, кристаллической и газовой фаз).

Текстура — особенность взаимного расположения эле­ментов структуры.

Механическая прочность—свойство материала со­противляться разрушению под влиянием внешних нагру­зок. Зависит она от количества пор, их размера и формы, от текстуры материала и фазового состава черепка. Характеризуется пределом прочности, т. е. напряже­нием в материале, соответствующим нагрузке, вызы­вающей разрушение образца.

Предел прочности при сжатии для керамических материалов, МПа:Фарфор твердый глазурованный 400—700

Полуфарфор 120—300

Кирпич керамический 7,5—30

Тонкокаменные (химически стойкие изде­
лия) 25—500

Фаянс твердый 90—220

Плитки для пола 180—250

Предел прочности при статистическом изгибе для керамических материалов, МПа:

Фарфор твердый 70—90

Тонкокаменные (химически стойкие изделия) 10—50

Фаянс:

твердый 15—30

мягкий 10—20

Полуфарфор 38—45

Кирпич керамический:


1,8—4,4 1,4—3,4

Предел прочности при растяжении керамических из­делий в 10—12 раз меньше предела прочности при сжа-

тии.

Твердость — способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела. Определяется по шкале твердости Мооса. Для глазури равен 6—7, фарфора 6—8, плиток для полов 6—7. Твердость можно повысить термической обработкой поверхности, химическим упрочнением, заменой SiO2 на А12О3 в глазурном слое и др..

Водопоглощение характеризуется степенью заполне­ния открытых пор материала при кипячении в воде и выражается в процентах по массе. Оно определяет спо­собность материала впитывать и удерживать воду. Коэффициент насыщения пор водой — отношение объема поглощенной воды к объему пор.

Показатели водопоглощения керамических материа­лов, % по массе:


0—0,5 3—5

9—12

17—21

0,1—9,5

не менее 6—8 до 4

9—11.

не более 18 не более 10

6—12

не более 16 30—40
Фарфор

Полуфарфор

Фаянс:

твердый

мягкий

Тонкокаменные (химически стойкие) . . . Кирпич керамический (в зависимости от

марки)

Плитки для пола (неглазурованные) . . . Трубы:

канализационные

дренажные

Черепица .

Фасадные облицовочные плитки ....

Плитки облицовочные

Гипсовые формы

Влажность материала определяется содержанием влаги, отнесенным к массе материала в сухом состоянии. Зависит от свойств самого материала и окружающей его среды.

Морозостойкость — способность материала в насы­щенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без призна­ков разрушения, значительного снижения прочности и потери массы. Морозостойкими считаются материалы, прочность которых снижается не более чем на 15—25%, а потери в массе не превышают 5%. Как правило, керамические материалы выдерживают 15—50 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Морозо­стойкость является показателем качества, определяющим длительность их службы при эксплуатации в естествен­ных условиях.

Термостойкость — способность материала противо­стоять резким повторным температурным колебаниям без признаков разрушения. Она определяет области возможного применения керамических изделий.

Химическая стойкость — способность материала не разрушаться под влиянием агрессивных сред. Разли­чают два вида химической стойкости керамики: кислото-и щелочестойкость. Кислотостойкость химически стойких изделий 95—99,5%. Стандартными веществами для оценки ее являются H2SO4 и NaOH.

Эстетические свойства характеризуются блеском гла-3_yj>H, белизной, просвечиваемостью, формой, чистотой красок, качеством декора. Блеск завист от плотности глазури, белизна — от чистоты используемого сырья и пористости изделий, просвечиваемость — от струк­туры, фазового состава и толщины стенок фарфоровых изделий.

^ 2. СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Основным сырьем для производства керамических изделий являются глинистые материалы, трепельные, аргиллитовые и диатомитовые породы, органические и минеральные добавки, плавни.

2.1. Глины, их состав и свойства

Термином «глина» обозначают тонкодисперсную фрак­цию горных пород, состоящих из глинообразующих минералов (водных алюмосиликатов) и примесей иных материалов, способную при затворении с водой образо­вывать пластичное тесто, которое в высушенном состоя­нии обладает некоторой прочностью, а после обжига приобретает камнеподобные свойства.

Глины образовывались в результате механического разрушения и химического разложения изверженных полевошпатовых и метаморфических горных пород (гранитов, гнейсов, порфиров, туфов и др.). Разрушение


горных пород происходит под влиянием солнца, воды и резких перепадов температур, а химическое разложе­ние вызывается действием воды и углекислоты на поле­вой шпат, в результате чего образуется минерал каоли­нит — водный алюмосиликат А12О3 • 2SiO2 • 2Н2О. Глины, состоящие в основном из каолинита, называются каолинами. Размер частиц каолина менее 0,01 мм. После обжига эти глины сохраняют преимущественно белый цвет. Каолины относят к первичным глинам. Основные месторождения каолина — Полевское, Кыш-тымское, Астафьевское, Невьянское (РСФСР); Глуховецкое, Белая Балка, Лозовиковское, Пологское, Просяновское (Украина). .

Вторичными считают глины, которые отлагались в новых местах в результате перенбса продуктов раз­рушения горных пород дождевыми или <|неговыми водами, ледниками, ветрами. Вторичные глины:содержат различные примеси — кварц, известняк, гипс, соединения магния и железа, органические и другие вещества, влияющие на свойства глин. Глины с незначительным количеством примесей называют огнеупорными, а глины с большим содержанием примесей — легкоплавкими обыкновенными.

Основные месторождения огнеупорных глин: Латнен-ское, Трошковское, Ужельское, Часов-ярское, Ново­швейцарское и др.

Каолины применяют для производства фарфоровых и фаянсовых изделий; огнеупорные глины — для кера­мических труб и терракотовых изделий; легкоплавкие глины — для изготовления керамзита, гончарных и кир-пично-черепичных изделий.

Кроме каолинитовых, в природе встречаются гидро­слюдистые глины, образованные в результате выветри­вания силикатных пород в условиях повышенной влаж­ности, и бентонитовые, полученные в результате вывет­ривания туфов, вулканических пеплов и др. Бентони­товые глины добывают на Гумбрайском, Аксанском, Черкасском, Оглалинском и других месторождениях. Гидрослюдистые легкоплавкие глины широко применяют в производстве строительной керамики, а бентонито­вые — для изготовления фарфоровых изделий, промы­вочных растворов при бурении, обогащения железных руд, осветления жидкостей.

Глинистое сырье классифицируют по химико-минера­логическому составу (глины каолинитовые, монтморилло-нитовые, гидрослюдистые), по назначению (кирпичные, керамзитовые, фарфоро-фаянсовые и др.), по огне­упорности (огнеупорные, имеющие огнеупорность свыше 1580°С, тугоплавкие — от 1350 до 1580°С и легко­плавкие— до 1350 °С).

Пригодность глинистого сырья для производства того или иного вида изделий определяется его свой­ствами, зависящими от химико-минералогического и гранулометрического состава. Химический состав каоли­нитовых глин включает 39,5% А12О3 (глинозема), 46,5% Si02 (кремнезема) и 14% Н2О (химически связанной воды). Вторичные глины состоят из оксидов кремния, I алюминия, железа, титана, кальция, магния, натрия, калия и солей, а также органических веществ и воды.

В глинах наиболее характерных видов содержится, %: кремнезема — 46—85, глинозема — 10—35, оксида железа — 0,2—10, оксида кальция — 0,03—6, диоксида титана — 0,2—1,5, оксида щелочных металлов — 0,1—6, сернистого ангидрида — 0—0,5. Потери при прокали­вании составляют 8—14'.

Кремнезем в глинах может находиться как в свя­занном состоянии, входя в состав глинообразующих минералов, так и в свободном, представленном при­месями кварцевого песка. Сильно запесоченные глины обычно являются легкоплавкими. Они отличаются ухудшенными формовочными и обжиговыми свойствами, низкой пластичностью. Изделия из них имеют высокую пористость, малую механическую прочность и низкую морозостойкость.

Глинозем — основная часть глин. В составе глино­образующих минералов находится в связанном состоя­нии. С увеличением содержания глинозема в глинах повышается пластичность, огнеупорность и прочность изделий.

Диоксид титана в зависимости от соотношения с другими оксидами придает обожженным изделиям зеленоватую окраску.

1 Потери при прокаливании (ППП) — вещества, способные испаряться, сгорать и т. д. (органические вещества, механически связанная и кристаллизационная вода).

• Помимо оксида железа Fe203 в виде примесей в глинах могут присутствовать закись железа Fed, пирит Fe2S, гидроксид железа и карбонат железа, которые после обжига придают изделиям красноватый оттенок.

Закись железа FeO во время обжига изделий дейст­вует как плавень1, а оксид железа Fe2O3 кристалли­зуется в гематит или при взаимодействии с органи­ческими примесями переходит в закись, оказывая, как и плавни, флюсующее действие и снижая огнеупор­ность глин. Это увеличивает опасность подвара изделий в процессе обжига в местах высоких температур (выше 1000 °С).

Оксиды кальция и магния находятся в глинах в виде СаС03 и MgCO3. Оксид кальция понижает темпе­ратуру плавления, изменяет окраску обжигаемых изде­лий, придавая им желтый или розовый цвет, снижает прочность и морозостойкость, повышает пористость. Оксид магния меньше влияет на качество керами­ческих изделий.

Оксиды щелочных металлов являются сильными плавнями, они понижают температуру обжига и повы­шают плотность и прочность изделий. Присутствие их в глинах ослабляет красящие свойства оксида железа и диоксида титана.

Органические вещества в глинах в виде остатков растений и гумусовых веществ снижают огнеупорность глин, повышают пластичность за счет большого коли­чества связанной воды и, следовательно, повышают воздушную усадку. С увеличением их содержания уве­личивается пористость и снижается механическая прочность изделий.

^ Гранулометрический состав глин — процентное со­держание зерен различной величины в глинистой породе. Характеризуется большим разнообразием.

Размеры частиц легкоплавких глин, мкм:

Менее 5 8—60%

5—50 6—55%

50—250 . . 1—22%

Более 1000 10%

Фракции с размером частиц 5 — 50 мкм относятся к пылевидным, от 50 мкм до 2 мм — к песчаным. Фрак­цию более 2 мм считают включениями.

Повышенное содержание частиц размером менее 5 мкм придает глинам высокую пластичность и чувст­вительность к сушке, увеличивает усадку изделий при обжиге. Повышенное содержание пылевидной фракции в глинах повышает чувствительность к сушке и обжигу, снижает прочность изделий. Глины, содержащие круп­нозернистый песок, менее чувствительны к сушке, чем глины, содержащие тонкодисперсный песок. Следова­тельно, зная гранулометрический и вещественный со­ставы глин, можно ориентировочно определять их при­годность для изготовления керамических изделий того или иного вида.

Так, для тонкостенных и крупноразмерных керами­ческих камней содержание фракций меньше 2 мкм должно быть в пределах 24 — 50%, фракци-й размером 2—20 мкм — 30—47%, более 20 мкм — 6—34%.

К основным технологическим свойствам глин отно­сят пластичность, воздушную и огневую усадку, огне­упорность, спекаемость и цвет изделий после обжига. Пластичностью называется свойство глин при смеши­вании с водой давать вязкое тесто, которому можно придать любую форму, сохраняющуюся после снятия нагрузок. Степень пластичности глин характеризуется числом пластичности П. Например, если абсолютная влажность глины при нижнем пределе текучести WT — 45%, а на границе рас­катывания 1^р = 25%, то степень пластичности составит 45 — 25 = 20%, а число пластичности будет 20. Оно опре­деляет интервал влажности, в котором глина сохра­няет пластическое состояние.

По числу пластичности П глины классифицируют (ГОСТ 9169 — 75) на высокопластичные с П более 25; среднепластичные с П=15...25; умереннопластичные. с П = 7...15; малопластичные с П = 3...7 и непластичные (теста из них не получается). Пластичность зависит от гранулометрического и минералогического состава, вида глинистых минералов. Пластичность можно уве­личить механическим измельчением, длительным выле­живанием, промораживанием, добавкой более пластич­ных глин и пластифицирующих добавок, например лигносульфоната технического (ЛСТ)1.

Высокопластичные глины требуют больше воды для приготовления формовочных-масс, их влажность 25—30% и более; влажность среднепластичных глин 20—25%, а для малопластичных 15—20%. При этом глины с большей влажностью более чувствительны к сушке. Пластичность можно уменьшить введением отстающих материалов (песка, шлака, дегидратированной глины). Связующей способностью глин называется способ­ность сохранять пластичность при введении в них не­пластичных материалов (песка, шамота и др.). Глина способна связывать частицы песка или шамота и обра­зовывать прочное изделие. Критерием связующей спо­собности является число пластичности массы. Измеря­ется связующая способность глин количеством нор­мального2 (ГОСТ 6139—78) песка, при добавлении которого образуется масса с числом пластичности 7. Высокопластичные глины способны связывать 60— 80% нормального песка, пластичные — 20—60%, то­щие—до 20%.

^ Воздушной усадкой называется уменьшение линей­ных размеров и объема изделий, отформованных и вы­сушенных при температуре до 110°С. Огневой усадкой называется уменьшение линейных размеров и объема изделий после обжига вследствие того что легкоплавкие составляющие глины расплав­ляются и частицы глины в местах их контакта сбли­жаются. Определяется огневая усадка по формулам, %:

£обож= К/,— У/',] юо; Уабож = [(У, -.vy/yj юо,

где /, и у, — соответственно линейный размер и объем изделия до обжига; /2 и уг — то же, после обжига. Колеблется от 2 до 8% в зависимости от состава глин.

Полную усадку вычисляют по формулам, %:

L= 1(/о-/2)/'о] ЮО; у= [(Уа-Уг)/У] ЮО.

Полная усадка может находиться в пределах от 2 до 15%.

Огнеупорностью называется свойство глин сопротив­ляться действию высоких температур, не расплавляясь. Показателем огнеупорности является температура, при которой пироскоп — образец из данного материала в виде трехгранной усеченной призмы определенных раз­меров — деформируется под влиянием собственной тя­жести, касаясь вершиной керамической подставки-. Огнеупорность зависит от химического состава глин, а также характера газовой среды при обжиге глин, содержащих оксиды железа.

Спекаемость — способность глин под действием вы­соких температур превращаться в плотный камне-подобный черенок с водопоглощением менее 5%. В за­висимости от степени спекания глины делят на сильно­спекающиеся, среднеспекающиеся и неспекающиеся. К сильноспекающимся относят глины, способные при обжиге давать черепок без признаков пережога с водо­поглощением не выше 2%. Водопоглощение черепка среднеспекающихся глин не выше 5%, а неспекающих­ся — свыше 5%.

По температуре спекания различают глины низко­температурного спекания (до 1100°С), среднетемпера-турного (от 1100 до 1300 °С) и высокотемпературного (свыше 1300°С).

Количественно степень спекаемости глин характери­зуется температурным интервалом спекания и интер­валом спекшегося состояния. Температурным интервалом спекания называют разность между температурой, при которой отмечаются признаки пережога (оплав­ление или вспучивание), и температурой началу спе­кания глины, при которой начинается интенсивное уплотнение обжигаемого материала. Разность между температурой, при которой отмечаются признаки пере­жога, и температурой, при которой водопоглощение материала равно 5% (ниже этой величины лежит область спекшегося состояния), называют интервалом спекшегося состояния.

' Интервал спекания — важнейший технологический показатель, он определяет режим конечной стадии обжига изделий, при котором они приобретают конди­ционные свойства. Наименьший интервал спекания у легкоплавких глин (50—100 °С), а наибольший (до 400 °С.) — у огнеупррных.

Спекаемость — одно из основных свойств, определя­ющих пригодность глин для производства изделий фасадной керамики.

^ 2.2. Трепелы и диатомиты

Трепелы и диатомиты представляют собой рыхлые или землистые массы светлых тонов, богатые аморф­ным кремнеземом. Запасы этих пород в СССР много­численны. Образовались они из панцирей диатомитовых водорослей, которые после 'отмирания растений скап­ливались на дне водоемов и уплотнялись с прослойками ила и глины. Трепел более раннего происхождения, в нем панцири превратились в микроскопические зерна опаловидного кремнезема. Химический состав трепелов и диатомитов, %: SiO2 — 70—96; А12О3 — 5—15; Fe2O3 — 2—5; СаО^-0,5—5; MgO — 0,5—3; ППП — 4—8. Фи­зические свойства их тоже близки: средняя плотность 350—1270 кг/м3, пористость 50—85%, твердость 1—3, плотность 2—2,7 г/см3, теплопроводность 0,17—0,23 Вт/ / (м • °С). По гранулометрическому составу они схожи с глинами, обладают высокой пластичностью.

Трепелы и диатомиты применяются в производстве кирпича и пустотелых камней как основное сырье. Кирпич-сырец из этого сырья не трескается при быстрой сушке и не деформируется, дает малую усадку при обжиге. Однако изделия из них недостаточно морозо­стойки, поэтому для увеличения морозостойкости в формуемую массу вводят уголь или опилки, повышают' температуру обжига, подвергают массу вакуумированию для удаления из нее воздуха.

2.3. Добавки

Для получения керамических изделий с определен­ными свойствами в глину вводят различные добавки. ^ Отощающие добавки (кварцевый песок, де*гидратиро-ванную глину1, шамот2, бой кирпича, измельченный шлак, золу и др.) вводят для уменьшения пластич­ности глин и, следовательно, линейной усадки при суШке. и обжиге за счет меньшей водопотребности глиняного теста.

^ Выгорающие добавки (древесные опилки, угольный порошок, торфяную пыль, коксовую мелочь, золы ТЭС и др.) вводят для получения изделий с меньшей средней плотностью и повышенной пористостью. Опилки улучшают формовочные свойства глиняной массы, но снижают прочность изделий и повышают водопогло­щение. Однако благодаря длинным волокнам они ар­мируют глиняную массу и повышают сопротивление разрыву и трещиностойкость в сушке.

^ Обогащающие и пластифицирующие добавки (высоко­пластичные глины, бентонитовые глины3, отходы при добыче угля, ЛСТ и др.) вводят в глины для обога­щения малоглиноземистого сырья, увеличения его плас­тичности, улучшения формовочных и сушильных свойств глин.

Плавни вводят в сырьевую смесь для того, чтобы повысить плотность изделий, получить сплавленную массу. Они способны при обжиге образовывать с SiO2 и А12О3 более легкоплавкие силикатные расплавы. Плавни представляют собой горные породы и минералы магматического (пегматит, сиенит, полевые шпаты, пор-

1 Дегидратированная глина — обожженная до температуры, при
которой она теряет химически связанную воду и свойство пластич­
ности. Температура дегидратации обычно равна 700—750 °С.

2 Шамот — керамический материал, полученный обжигом глины.

3 Бентонитовые глины — глины, в составе которых преобладают
монтмоиллонитовые минералы.

фиры, гранит) или осадочного (известняк, доломит, магнезит) происхождения.

^ 2.4. Глазури, красители и ангобы

Глазурь — это стекловидное покрытие толщиной 0,1—0,2 мм, нанесенное на поверхность керамического изделия и закрепленное обжигом. Она придает деко­ративность изделиям, снижает их влагопроницаемость, повышает прочность. Основные компоненты глазури: кварц, полевой шпат, каолин.

Глазурь представляет собой силикатное стекло, которое должно быть термостойким, прочным, твердым, иметь блестящую поверхность. Различают глазури про­зрачные и глухие (эмали), бесцветные и окрашенные, глянцевые и матовые. Прозрачные глазури применяют в производстве фаянсовых, фарфоровых и некоторых майоликовых изделий, а окрашенные — в производстве тонкокерамических изделий. Для каждого вида изделия, отличающегося по свойствам и составу, применяют глазурь определенного состава. При однократном об­жиге изделий состав глазури рассчитывается так, чтобы температура плавления ее приближалась к тем­пературе спекания черепка и имела одинаковый с ней коэффициент термического расширения.

В состав глазурей могут входить пегматит, мел, доломит, перлит, соли щелочно-земельных и щелочных металлов, бура, борная кислота, оксиды свинца, цинка и др. Для снижения . температурного коэффициента линейного расширения, который влияет на уменьше­ние напряжений, возникающих между черепком и глазурью, в глазурь вводят борный ангидрит. Составы глазурей колеблются в широком диапазоне. Однако независимо от вида и способа производства изделий в состав глаЗури всегда входит 85—90% (в сумме) кремнезема и оксида алюминия.

Основное сырье для приготовления глазурей должно быть нерастворимым в воде. В случае применения растворимых соединений, таких, как борная кислота, бура, селитра, сода и др., а также токсичных, таких, как сурьма, оксид бериллия, свинцовый сурик и др., их сначала надо сплавить с нерастворимыми соеди­нениями, входящими в данный вид глазури, до стекло- видного состояния (фритты) в специальной фритто-варочной печи при температуре не ниже 1250 °С с после­дующим быстрым охлаждением в воде. В связи с этим глазури по способу производства подразделяются на сырые нефриттованные с температурой розлива 1000— 1450 °С и сплавленные фриттованные с температурой розлива 60б—1280°С. По составу глазури бывают полевошпатовые, борно-свинцовые, циркониевые, литие­вые и др., по виду поверхности — с гладкой и .пузыр­чатой поверхностью, матовые кристаллические, кракле, металлизированные и др.

Нефриттованные глазури применяют в производстве фарфоровых изделий, а фриттованные — в производстве фаянсовых, мягкого и низкотемпературного фарфора, майоликовых тонкокерамических изделий.

Приготовление нефриттованной глухой глазури осу­ществляют по следующей технологической схеме: ком­поненты (полевой шпат, кварц, диоксид циркона, оксид цинка и др.) обжигают при 900—1280°С. Обож­женные полевой шпат и кварц сортируют и измельчают на бегунах с гранитными катками, а диоксид циркона ZrO2 (глушитель) или циркон Zr • SiO2 — в шаровой мельнице мокрого помола в течение не менее 100 ч. Глазурную суспензию готовят совместным помолом всех составляющих в течение 30—60 ч в шаровой мельнице при соотношении материала, мелющих тел и воды (при рН 7,7—8) 1:1:1 или 1:2:1. Затем ее процежи­вают через вибросито № 0071 (6400 отв/см2), подвер­гают электромагнитной очистке и сливают в пропеллер­ные мешалки до использования. Готовая глазурная суспензия должна иметь4 определенную тонкость помола, характеризуемую остатком на сите № 0056 (10085 отв/см2) в пределах 0,01—0,1%.

Фриттованную глазурь, состоящую в основном из фритты и глины, готовят следующим образом. Компо­ненты фритты измельчают, сушат, обжигают, смеши­вают в определенном соотношении и сплавляют в течение 1 —10 ч в одно- или двухванных непрерывно действующих фриттоварочных печах, во вращающихся печах периодического действия или конвертерных печах при температуре 1200—1400 °С. Затем фритту сливают в грануляционный бассейн с холодной водой, где ее расплав распадается на частицы мельче 5 мм. Фритту хранят в закрытых емкостях. Глазурную сус-

пензию приготавливают совместным тонким помолом фритты (50—92%) и глинистых компонентов (50—8%) в шаровой мельнице. Плотность мелющих тел (фарфо­ровых или каменных) должна быть выше плотности глазурей. Так, для свинцовой фритты плотностью 2,4 г/см3 необходимы уралитовые шары плотностью 3,3» г/см3. Плотность глазурной суспензии обычно находится в пределах 1,37—1,45 г/см3. Суспензия наносится тонким слоем на предварительно обожженное или высушенное изделие, очищенное от жировых пятен или пыли. Ми­неральные составляющие ее оседают на поверхности глазуруемого изделия тонким ровным слоем, а вода впитывается и испаряется при высушивании. Далее изделие обжигают.

В производстве фарфоровых изделий применяют в основном малокомпонентные, тугоплавкие глазури, состав которых близок составу черепка изделий. В про­изводстве мягкого фарфора, полуфарфора, фаянса ис­пользуют легкоплавкие полевошпатовые глазури.

Глазури для фаянса отличаются большим содержа­нием оксидов, меньшей твердостью и прочностью. При однократном скоростном обжиге изделия покры­вают обычно маловязкими, глухими глазурями (эма­лями), которые получают введением добавок-глуши--телей, не растворяющихся в глазурном расплаве или кристаллизующихся при затвердевании (циркона, ок­сида олова или цинка, диоксида циркона или титана и др.). Эмали могут быть не только белыми, но и цвет­ными. Синий цвет дает добавка 2—3% оксида кобальта; зелёный — до 4% оксида хрома и до 7% оксида меди; желтый — до 6% оксида железа и до 10% диоксида титана.

^ Керамические краски — это окрашенные минераль­ные соединения металлов с керамическими массами и глазурями, образованные в процессе обжига. Кра­сителями в них являются пигменты — тонкоизмельчен­ные порошки природного или искусственного происхож­дения (графит — серый, оксид железа — коричневый, оксид хрома — зеленый, оксид кобальта — синий, анти-монат свинца — желтый и др.).

Бывают краски надглазурные и подглазурные. Первые представляют собой смесь пигментов с флюсами (легкоплавкими стеклами), вторые — смесь пигментов с глазурью. В качестве пигментов применяют оксиды

красящих металлов. Обжигают надглазурные краски при 550—860 °С, а подглазурные — до 1450 °С.

Ангобы — белые или цветные керамические массы, представляющие собой дисперсии глинистых частиц в воде. По составу они подразделяются на глинисто-песчаные, флюсные и «античные лаки».

Флюсные отличаются от глинисто-песчаных тем, что кроме основных компонентов (глин, каолина и малых количеств песка) содержат плавни, которые снижают температуру обжига изделий и повышают степень спе­кания массы.

«Античные лаки» (разновидность флюсных ангобов) — тонкие глинистые покрытия, получаемые отстаиванием в течение суток взмученной глинистой суспензии с добавлением соды. В их состав могут входить кремне­зем, красящие оксиды железа, титана, кобальта, хрома и др. Ангоб наносят толщиной не более 0,2 мм на сырые, сухие или обожженные изделия, которые могут быть далее покрыты глазурью.

^ 3. ПЕРЕРАБОТКА СЫРЬЯ И ПОДГОТОВКА ФОРМОВОЧНЫХ МАСС

3.1. Обработка глины и подготовка добавок

Карьерные глины подвергают предварительной об­работке, т. е. отделению посторонних включений (кам­ней, веток и т. д.), рыхлению, дроблению, помолу, высушиванию. В результате обработки разрушается текстура глины, масса гомогенизируется, ее формовоч­ные и сушильные свойства улучшаются.

Обработка глины может быть естественной (исполь­зование атмосферных условий для изменения свойств сырья), механической (рыхление, дробление с выделе­нием камней, дозирование с добавками, тонкое измель­чение) и комбинированной, с физико-химической обра­боткой (пароувлажнением, увл-ажнением, вакуумирова-нием), вводом специальных добавок (пластифицирую­щих, оуощающих, выгорающих^ и вылеживанием об­работанной массы в шихтозапасниках или механизи­рованных силосах.

Наиболее эффективен механический способ подго­товки сырья, который состоит из рыхления, дробления крупных включений, просеивания, проминки глины и др. Рыхление глинистых материалов в карьерах может производиться внутрикотлованными взрывами, разру­шающими массив. Разрушенная взрывом и раздроблен­ная масса подвергается действию атмосферных факто­ров, и через один-два года может добываться и транс­портироваться на керамическое предприятие, где ее рых­лят, дробят и просеивают. Для рыхления применяют глинОрыхлитель типа СМК-70 (СМ-1031 А) производи­тельностью 7—25 м3/ч. Для грубого помола глинистого материала применяют дезинтеграторные валыд.ы — дро-бильно-размольные машины СМ-150, СМ-22, СМ-937, СНК-128, СМ-131 производительностью 14—35 м3/ч. Для выделения камней из глинистых пород и перера­ботки применяют винтовые вальцы СМ-416, СМ-1198, СМК-194. Для дробления глинистого сырья используют дробилки валковые типа ДВТ-ЗМ, двухвалковые зуб­чатые типа ДДЗ-1Е, дискозубчатые ДДЗ-700 и др.

Мерзлые крупные куски или плотные глинистые ма­териалы дробят с помощью ножевой глинорезки (стру-гача типа ССМ-321). Для подготовки добавок на заво­дах керамического кирпича применяют дробилки ще-ковые СМД-31, о
^ Принципиальная технологическая схема получения керамического кирпича методом пластического формования.




^ Принципиальная технологическая схема получения и производства керамической плитки (для облицовки стен).

Сырьевые материалы доставляются на предприятие железнодорожным и автомобильным транспортом. Принятое сырье храниться в закрытых складах 1 – раздельно по видам и маркам. Выборка глин из склада 1 и подача их в расходные бункера 2 осуществляется с помощью грейферного крана 3, для обеспечения более широкого интервала спекания как правило используются две легкоплавкие глины двух различных месторождений, далее они с помощью ленточного питателя 4 направляются на фрезерно-метательные мельницы 5. Глина измельчается ротором мельницы и проталкивается через решетку в рабочий бассейн 6. Рабочие бассейны заполняются водой по уровню, туда же вводятся электролиты в соответствии с рецептом. При помощи насоса осуществляется циркуляция раствора из рабочего бассейна в мельницу, в результате получается глинистая суспензия заданной плотности (плотность где-то 1,4 г/см3, влажность 50-53%). Далее суспензия с помощью м