28, Кераміка її основні складові і структура. Одержання виробів з кераміки.

Способи отримання

У керамічній технології використовують головним чином каоліни й глини, а також й інші види мінеральної сировини, наприклад чисті оксиди. Під каолінами й глинами розуміють природні водні алюмосилікати з різними домішками, здатні при змішуванні з водою утворювати пластичне тісто, що після випалу необоротно переходить у камнеподібний стан. Керамічні вироби виготовляють способами пластичного формування й напівсухого пресування з подальшим сушінням і спіканням. При нагріванні глини під час спікання в ній починають послідовно відбуватися хімічні й фізико-хімічні процеси, що приводять до повної й необоротної зміни її структури: 1) видалення хімічно зв'язаної води (500-600°С); 2) розкладання зневодненої глини на оксиди (800-900°С); 3) утворення нових водостійких і тугоплавких мінералів; 4) утворення деякої кількості розплаву з легкоплавких компонентів глини (900-1200°С); 5) утворення міцного камнеподібного матеріалу за рахунок зв'язування твердих часток розплавом, що утворився. При спіканні відбуваються такі процеси, як дегідратація компонентів, деструкція органічних технологічних домішок (полімери, поверхнево-активні речовини), дисоціація нестійких неорганічних з'єднань, процеси окислювання й відновлення, плавлення деяких компонентів, поліморфні перетворення й т.д. У підсумку після охолодження склоподібний, можливо, частково закристалізований розплав зв'язує зерна більш тугоплавкого компонента, утворюючи міцний моноліт. Склад кераміки утворений багатокомпонентною системою і містить: • кристалічну фазу (більше 50%) — хімічні сполуки

• склоподібну (або аморфну) фазу (1 - 40%) - прошарок скла, хімічний склад якого відрізняється від хімічного складу кристалічної фази;

Кристалічна фаза є основою кераміки й визначає значення механічної міцності, термостійкості й інших основних властивостей. Склоподібна фаза погіршує механічну міцність і теплові показники, однак стклоутворювальні компоненти (глинисті речовини) полегшують технологію виготовлення виробів.

Будова

За структурою порового простору розрізняють кераміку з відкритими, тобто сполученими із зовнішнім середовищем, і закритими порами. Наявність навіть закритих пор веде до зниження механічної й електричної міцності, зростання електричних втрат. Кераміка - ізотропний матеріал, тому що становить собою полікристалічну речовину із дрібними безладно розміщеними кристалами. Кераміку з анізотропією властивостей одержують на основі монокристалів. Сегнето- і п’езокераміку одержують при збереженні залишкової поляризації.

Властивості

Властивості кераміки визначаються її складом, структурою й пористістю. До основних властивостей керамічних матеріалів відносять: • щільність – 1800 - 3900 кг/м3 і більше; • водопоглинання - для пористої кераміки 6-20% за масою (12-40% за об’ємом), а для щільної – 1-5% за масою (2-10% за об’ємом); • теплопровідність залежно від пористості й хімічного складу - 0,8-1,16 Вт/(К). Порівняно висока теплопровідність у кераміки на основі А1203 й особливо на основі ВеО; • σрозт= 30 - 300 МПа, σсж = 3000 МПа й більше; • твердість, близька до твердості алмаза; • крихкість; • високий електричний опір, відмінні діелектричні властивості; •дугостійкість; • водо-, хімічна, корозійна й жаростійкість. Кераміка перевершує інші матеріали по твердості, модулю пружності і зносостійкості. Тому вона незамінна в якості матеріалу для виготовлення абразивних і ріжучих інструментів. До переваг кераміки відносяться низький коефіцієнт тертя і стійкість до дії кислот і лугів.

Застосування

Конструкційна кераміка виробляється як будівельна й машинобудівна. У будівництві конструкційну кераміку використовують як довговічний матеріал, стійкий проти зношування, нагрівання й агресивних середовищ. З машинобудівної кераміки виготовляють поршні й головки блоків циліндрів (Si3N4), свічі запалювання (А1203), лопаті газових турбін (MoSi2), вакуумостійкий мастильний матеріал (MoS2) та ін. Таблиця – Види будівельних керамічних матеріалів і виробів за призначенням. Вироби Додаткові відомості Цегла, цегла й камені пустотілі та пористі, великі панелі із каменів. Керамічні цегли випускаються суцільними й модульними, що мають круглі або щілинні пустоти Стінові Основні властивості керамічних цегл: • щільність суцільної цегли - 1600-1900 кг/м3; • межа міцності на стиск визначає марку - 250, 300; • морозостійкість цегли повинна бути не менше 15 циклів поперемінного заморожування й відтавання (передбачені і більше високі марки за морозостійкістю - 25,35 і 50). Цегла не повинна мати механічних пошкоджень і наскрізних тріщин. На одній цеглі допускається не більш ніж дві відбитості ребер і кутів розміром за довжиною ребра не більше 15 мм. На окремих цеглинах може бути допущена одна тріщина довжиною не більше 30 мм Пустотілі балки й панелі пустотілих каменів Елементи перекриттів Пустотілі елементи перекриттів: • камені для армокерамічних балок 1300 кг/м3; • камені для часторебристих перекриттів 1000 кг/м3; • камені для накатів щільністю до 1000 кг/м3. Цегла й камені керамічні лицьові, килимова кераміка, плитки керамічні фасадні Для зовнішнього облицювання Фасадні керамічні вироби застосовують для фасадних поверхонь стінових панелей, будинків, лоджій, для обробки будинків – поясів, карнизів. Для обробки збірних конструкцій, для облицювання готових цегляних і бетонних стін використовують глазуровані і неглазуровані великорозмірні (250х140х10 мм) і цокольні (150х75х7мм) плити. Ці плити повинні мати спечений черепок і водопоглинання не більше 5%. Лицьові цегли й керамічні камені застосовують для кладки одночасно з облицювальнням зовнішніх і внутрішніх стін будинків. Випускають лицьові цегли й керамічні камені з гладкою та рельєфною лицьовою поверхнею Плити і плитки для стін і підлоги Для внутрішнього облицювання Керамічні плитки для внутрішнього облицювання стін виготовляються з пористою структурою, лицьова поверхня їх покривається глазур‘ю, що надає плиткам водонепроникності і стійкість проти впливу слабких розчинів кислот і лугів. Для внутрішнього облицювання стін випускають різноманітні за формою плитки: квадратні (150x150 мм), прямокутні з прямими крайками (150x100 й 150x75 мм). Плитки виготовляються плоскими, рельєфними, орнаментованими, з кольоровими малюнками. Керамічні плитки для підлог виготовляють із тугоплавких і вогнетривких каолінових глин з різними домішками і, якщо потрібно, забарвлювальних домішок. Підлоги з керамічних плиток практично водонепроникні, характеризуються малою стираністю, не дають пилу, легко миються, стійкі до дії кислот і лугів. Недоліком плиток є більша теплопровідність (підлоги холодні), що не дозволяє застосовувати їх у житлових приміщеннях. Плитки виготовляють квадратні, прямокутні, шестигранні, восьмигранні, трикутні; довжина граней - 50-150 мм і товщина - 10-13 мм. Для зниження трудомісткості створення чистої підлоги виготовляють мозаїчні плитки квадратної або прямокутної форми розміром 23 й 48 мм при товщині 6 - 8 мм. Мозаїчні плитки на заводі наклеюють лицьовою стороною на крафт-папір по певному малюнку, одержуючи килими розміром 398x598 мм. Керамічні глазуровані плитки застосовують для облицювання стін кухонь і санітарних вузлів житлових будинків, шкіл, дитячих садів, лікарень і поліклінік, торговельних підприємств, приміщень із підвищеною вологістю (бань, пралень), а також для облицювання внутрішніх стін лабораторних приміщень Керамічна черепиця Керамічні санітарно-технічні вироби виготовляють із фаянсу, напівпорцеляни й порцеляни. З фаянсу переважно методом лиття роблять унітази, умивальники, змивні бачки, ванни й ін.