27. Керамические материалы. Исходное сырье.

Керамические материалы – широкий класс ИКМ, изготавливаемых из природных глин или смесей с минеральными или органическими добавками путем формирования, сушки и обжига до спекания при высоких температурах (900…1300 ^оС)

Исходное сырье для керамических материалов:

1)пластичное (глины)

2)отощающее («тощий»)

3)плавни.

Глины – осадочные горные породы тонкоземлистого строения, которые независимо от их состава способны при смешивании с водой образовывать пластичную массу, переходящую после обжига в прочное камневидное тело («керамический черепок»)

Пластичность – свойство глин при соединении с водой образовывать глиняное тесто, которое под действием внешней силы способно принимать необходимую форму без образования трещин и сохранять эту форму после снятия нагрузки.

По химическому составу глины представляют смесь гидроалюминатов и алюмоферритов сложной поликристаллической структуры. Образовались в результате выветривания пород полевого шпата.

Глины подразделяют на:

-каолинитовые

-???????

-гидрослюдистые.

Каолин – глина белого цвета, которая состоит из минерала каолинита. Образуется при разрушении гранитов, гнейсов и др. ГП, содержащих полевые шпаты.

Основные составляющие глин: силикаты, алюминаты, ферриты, вода. Другие компоненты глин: известь; закись железа; пирит; окиси MgO, Ca₂O, NaO₄; растворимые соли NaCl, KCl.

Специальные добавки – для придания керамическому изделию характерных свойств глины.

Отощающие – снижение усадки, улучшение формования (кварц, песок, молотый шлак, зола)

Выгорающие (плавни) – повышение пористости (древесные опилки, угольный порошок, торфяная пыль, мел, доломит, глинистый мергель).

Специальные добавки – кислотоупорность, декоративность (жидкое стекло, щелочи).

28. Последовательность технологических операций по производству керамических изделий.

1. Изыскание, добыча в карьерах, доставка на завод.

2. Подготовка массы – обогащение, дробление, тонкий помол, дозировка, увлажнение, перемешивание.

3. Формование. Способы формования керам. изделий:

а) пластический-способом штамповки для глин с повышенной влажностью (18…23%): кирпич обыкновенный, трубы, черепица.

б) полусухой - способом прессования в специальных формах полусухих (8…12%) порошкообразных масс в прессах высокого давления (10…30МПа): кирпич пустотелый, керамические камни, плитка. При этом способе сушка необязательна.

в) шлинкерный - литье жидкой керамической массы в гипсовые формы: мозаичная плитка до 2мм толщиной, фарфор, химически стойкая посуда.

г) экструзия – выдавливание керамической влажной массы через формующее отверстие: плитка, трубы.

д) ручной – способ формования полужидкой керамической массы на гончарном круге (горшки, тарелки…) или ручная лепка (декоративные изделия, игрушки).

4. Сушка – естественная (6-15 суток) или искусственная (<70 часов).

Сушка керамических изделий – комплексный процесс, связанный с испарение влаги с поверхности изделия, перемещения влаги из внутренной части к поверхности и теплообменом между материалом и окружающей средой.

Цель сушки – снижение усадочной деформации и предотвращение растрескивания материала при обжиге.

Источник тепла – горячий воздух, печные газы (конвективный способ), нагретые поверхности.

5. Обжиг (наиболее ответственный процесс в производстве керамических изделий) – прогрев (100-650^оС) и спекание (880-1300 ^оC)

Прогрев сырых изделий – при t=100-120 ^оC происходит удаление гироскопической горизонтально связанной воды.

- при при t=450-650 ^оC – происходит удаление гидратной (химически связанной) воды, сгорают органические примеси, часто разлагаются карбонаты; глина переходит в аморфное состояние.

Обжиг – расплавление части материала (при 800-1000^оС для легкоплавких глин и при 1150-1200^оС для тугоплавких). В результате его происходит спекание массы и образование керамического черепа. Иногда используется двухкратный обжиг (для высококачественных глазированных изделий).

6. Охлаждение – регулированное до 650 ^оC, только медленное, недопустимы резкие перепады и доступ холодного воздуха.

7. Сортировка, механическая обработка, хранение.