Керамикалық материалдар мен бұйымдар туралы негізгі мағлұматтар және олардың жіктелуі
«Керамика» сөзі ежелгі грек тілінде «лай» деген мағынаны білдіреді. Алғашқыда лайдан жасалынған заттар күйдірілмеген күйде кептірілген соң-ақ пайдаланып жүрді. Лай бұйымдарының күйдірілген кезде өте берік қасиетке ие болатын құбылысын адамдардың аңғаруына себепші болған табғи тастардан тұрғызған ошақтар болуы әбден мүмкін. Тастарды қалаған кезде оларды бір – біріне байланыстыру үшін және араларындағы қуысты бітеу мақсатымен тиімді дөнекер материалы есебінде лай пайдаланылған. Ағаш отынмен жағылған қарапайым ошақтың өзінде температура лайдың күйіп тас тәріздес қатты қабыршаққа айналуына жеткілікті мөлшерде болады.
Қазіргі кезде кәдімгі қызыл кірпіштен бастап фарфор бұйымдарына дейінгі саналуан бұйымдардың барлығы «керамика» деген жалпы атқа ие болып, барлық халықтардың дерлік тілінде төл сөзге айналды десек те болады.
Сонымен, керамикалық деп, саз массаларын қалыпқа сап, күдіру мен алған материалдар мен бұйымдарды айтады.
Қазіргі заманғы құрылыста керамикалық материалдар мен бұйымдар қабырға қалау мен төбе жабуға, еден, қабырға, қасбет, пештер мен мұржаларды қалауға, канализация мен көріз (дренаж) жасауға пайдаланылады.
Керамикалық материалдар өндірілетін шикізаттар
Негізгі шикізат – саз (глина).
Саз сазды минералдардан – қабатты кристалл құрылымды силикаттардан тұратын нәзік түйірлі тау жынысы. Ылғал тигенде ісіңуге, созылмалы болуға, күйдірілгеннен кейін тасқа ұқсас күйге енуге бейім.
Саздың құрамында дала шпатың, әктастің, темірдің, органикалық заттардың түйіршіктері болуы мүмкін. Сазды бөлшектердің мөлшеріне қарай ауыр саз (60%-тен артық саз бөлшектер), саз (30-60% саздақ) суглинки 10-30% (құмайт – супесь 5-10%).
Саздың негізгі қасиеттері:
Созылмалық – саздың сыртқы механикалық әсерден тұтастығын сақтай отырып, үзілмей түрін өзгерту және әсер тоқтағаннан кейін өзгерген кейпін сақтап қалу қабілеті.
Саздың созылмалығы оның құрамында саз бөлшектері неғұрлым көп болса, соғұрлым жоғары болады.
Созылмалығы жоғары, орташа және төмен саздар болады.
Керамикалық материалдарды өндіруге созылмалығы жоғары саздар пайдаланғанда оларға әртүрлі қоспалар немесе белгілі мөлшерде созылмалығы төмен саз қосады.
Саздың отыруы толық отыруы (ауа мен отта отыруын қосқанда) болады.
Отқа төзімділік
Отқа төзімді – 1580ºС жоғары температурада жұмсарады. Қиын балқитын (легкоплавкие) - 1350ºС төмен температурада жұмсарады.
Қыш кірпіштің өндіру технологиясы
Керамикалық материалдар мен бұйымдарды өндіру
Сазды шығару (табу). Сазды заводқа жақын орналасқан карьерлерден қазады да, темір жол арқылы вагонветкалармен немесе автомашиналармен, транспортпен тасып жеткізеді.
Саз шикізаттын дайындаудын мынандай тәсілдері бар:
Жартылай құрғақ тәсілдер сазды құрғатады, ұсақтайды, тартады, және мұқият араластырады. Бұдан кейін шыққан ұнтақтың ылғалдылығы 9-11%. Ұнтақты қажетті ылғалдылыққа ие болғанша сумен немесе бумен шылайды. Бұл тәсілді жартылай құрғақ престелетін кірпіштерді өндіргенде, еденге төселетін плиталарды қаптау плиталарын өндіруде қолданылады.
Созылмалы тәсілдер табиғи ылғалдылықтағы сазға су қосып, ылғалдылығы 18-23% саз қамырға айналғанша араластырады.
Созылмалылық тәсілмен созылмалылық престеу тәсілі мен керамикалық кірпіш, керамикалық тастар, черепицалар мен құбырлар жасау үшін қолданылады.
Бұйымдарды қалыпқа салу.
Қалыпқа салудың созылмалы тәсілі – бұйымдарды созылмалы саздан преске салып дайындау; Бұл керамикалық құрылыс материалдарын өндіруде ең көп тараған тәсіл.
Саздың ылғалдылығы 18-23% болады.
Жартылай құрғақ престеу тәсілінде саздың ылғалдылығы 8-12%.
Бұл тәсілмен еденге төселетін плиткалар, басқа да жұқа керамикалық бұйымдар шығарылады.
Құю тәсілі мен санитарлық-техникалық бұйымдар мен қаптау плиткалары шығалылады.
Бұйымдарды кептіру. Қалыптан шыққан бұйымдарды (шикі өнім) ылғалдылығын азайту үшін оларды кептіру қажет. Мысалы, шикі кірпішті 8-10% ылғалдылыққа дейін құрғатады. Кептірудің арқасында шикі өнімнің беріктігі артады. Күйдірілгенде жарылу мен диформациядан құтылуға болады.
Кептіру лапастарында табиғи жағдайда құрғату отсыз іске асырылады, алайда оған көп уақыт кетеді (10-15 сөтке) және қоршаған ортаның кептіруге көп жер қажет етеді.
Қазіргі кезде ірі заводтарда шикі өнімді мезгіл-мезгіл жұмыс істейтін керамикалық кептіргіштермен ұдайы жұмыс істейтін туннельдерде кептіреді.
Кептіру әлпін (режим) бұйымдарының түріне қарай қолданылады. Кептіруші ретінде кептіргіш пештердің түтін газдардың, арнайы ошақтарда (топка) алынатын газдар қолданылады.
Жасанды кептірудің ұзақтығы 1-3 сөтке, ал жұқа бұйымдар үшін бірнеше сағат.
Бұйымдарды күйдіру – керамикалық бұйымдар өндіру технологиясының соңғы кезеңі. Күйдіру процесін үш кезенге бөлуге болады: шикі өнімді қыздыру, күйдірудің өзі және суыту. Қыздырғанда температураны баяу қалыпта 100-120ºС жеткізеді, шикізат бұл тұста бойындағы судан арылады. Әрі қалай температураны 750ºС дейін көтеру органикалық қоспаларының жанып бітуіне және сазды минералдардағы химиялық судың ышуына әкеп соғады.
Күйдіру кезінде (800-900ºС) оңай балқитын қосындылар балқиды да, балқымағандарын орайды, бұл тұста бұйымның көлемі кішірейіп, тығыздалады. Температураны ары қарай жоғарлатқанда саз массасы бірігіп кетеді (спекается). Күйдірудің ең жоғары температурасы пайдаланылатын саздың қасиеттеріне және күйдірілетін бұйымның түріне тәуелді.
Күйдіру нәтижесінде бұйым тас күйіне көшеді, жоғары беріктік, суға төзімділік, аязға төзімділік және басқа да құрылыстық қасиеттерге ие болады.
Керамикалық бұйымдарды 700-1100º айналма туннельдік пештерде күйдіреді. Туннель пештің ұзындығы 100м.
Қаптама плиталарын екі рет күйдіреді. Туннель пештерде бірінші рет 1240-1250ºС-да . Бұдан кейін оларды суытып, сұрыптамасын, жылтырақ (глазурь) қабатын жағып қорапқа салып, екінші рет басқа туннель пешінде 1140ºС күйдіреді.
Жылтырақ жасау үшін балқитын саздың, кварц құмның дала шпатының, қорғасын оксидінің, мырыштың қоспасы қолданылады. Түсті жылтырақтардың құрамына бояйтын оксидтар немесе металл тұздары кіреді. Мұқият ұсақталған суға араластырылған жылтырақ қоспасын жұқалап плиткалар бетіне жағады. Күйдіргенде жылтырақтың құрамдас бөлшектері балқиды да шыныға ұқсас қабат ретінде плитка бетін жабады. Бұл қабат плитка бетке сәндік түр мен қоса су өткізбейтін қасиет береді.