Глава 2 общие сведения о силикатных материалах Введение

Силикатные материалы и изделия из них по объему производства и потребления в народном хозяйстве занимают первое место среди традиционных твердофазных материалов. В значительной степени это объясняется меньшей энергоемкостью и, следовательно, большей экономичностью их производства по сравнению с металлами и полимерными материалами, а также простотой и неограниченностью сырьевой базы.

Чтобы лучше понять значение силикатов для народного хозяйства, разберемся в их наиболее характерных свойствах и преимуществах по сравнению с другими материалами. Силикатное сырье весьма доступно, очень дешево (особенно при разработке открытым способом). Технология его превращения в материал простейшая (как правило, это механическая обработка), в то время как металл, например, необходимо выплавить из руды, а затем сварить по определенной технологии.

Силикаты стойки к высоким температурам, что делает их исключительно пожаробезопасными. По сравнению с металлами они очень мало подвержены коррозии при воздействии окружающей среды.

По масштабам производства силикатные материалы занимают одно из первых мест. Тем не менее, многообразные возможности переработки и улучшения силикатного сырья еще далеко не исчерпаны. Как показали новейшие исследования, возможно создание новых высокоэффективных силикатных материалов и внедрение их в новые сферы применения. В настоящее время, на основе силикатного сырья, производятся: строительные материалы – кирпич, черепица, огнеупоры, химически стойкие материалы; электро-, тепло, и звукоизоляционные материалы; листовое стекло, а также изделия из стекла для электро-, радио-, телевизионной и оптической промышленности; химическая и хозяйственная посуда и тара; кварцевое стекло, хрусталь, растворимое стекло; цемент и строительные детали из него и т.д.

Силикатная промышленность включает три основные отрасли: производство керамики и огнеупоров, стекла и вяжущих веществ.

2.1. Общие сведения о керамике

Термин керамика происходит от греческого слова «керамос», что означает глина. Керамическими называют изделия, изготовленные из глины с различными добавками и обожжённые до камнеподобного состояния. В результате термической обработки керамика приобретает огнеупорность, химическую стойкость и ряд других свойств, определяющих широкое использование её в самых различных отраслях народного хозяйства. Среди всех известных материалов по совокупности физико-химических, механических и художественно эстетических свойств керамика не имеет себе равных. С керамикой связывают перспективы дальнейшего научно-технического прогресса. Она относится к основным материалам, оказывающим определенное влияние на уровень и конкурентоспособность промышленной продукции. В технику керамику вошла в конце 60-х годов двадцатого века и произвела революцию в материаловедении, став, за короткое время, третьим промышленным материалом после металлов и полимеров. Это связано с тем, что керамика стала одним из основных материалов, способных конкурировать с металлами по термостойкости и термопрочности.

В настоящее время керамикой называют все изделия, полученные по керамической технологии, т.е. путём обжига (спекания) порошкообразных масс, в результате которого они переходят в кристаллическое камнеподобное состояние. К изделиям такого рода относится так называемая «новая керамика» технического назначения в том числе: порошкообразная (окисная), керметы, кристаллокерамика. На этой основе уже получены новые эффективные материалы; сверхтвёрдые – корунд, карбид бора, карборунд, эльбор; высокоогнеупорные – двуокись циркония, двуокись тория, выдерживающие температуру нагрева до 3000 ºС, ферриты – керамика с магнитными свойствами. Полупроводниковая керамика из нитрида кремния, твёрдосплавная керамика высокотемпературные электронагреватели из дисилицида молибдена.

Материал (т.е. тело), из которого состоят керамические изделия, в технологии керамики называют керамическим черепком. По структуре различают изделия с пористым и со спекшимся черепком, а также изделия из грубой и тонкой керамики.

Пористыми в технологии керамики условно считают изделия, у которых водопоглощение черепка превышает 5%, обычно такой черепок пропускает воду.

Спекшимся считают черепок с водопоглощением ниже 5%, как правило, он водонепроницаем.

Грубая керамика ─ изделия с неоднородным грубозернистым черепком – кирпич, простой и облицовочный, черепица, огнеупорный кирпич, керамические трубы и т.п..

Тонкая керамика ─ изделия с однородной тонкозернистой структурой черепка – майолика, фаянс, фарфор, тонко-каменные изделия.

Черепок тонкой керамики может быть пористым, как, например, у фаянсовых облицовочных глазурованных плиток и спекшимся (плитки полов, кислотостойкий кирпич, фарфоровые изделия). Изделия со спекшимся черепком с водопоглощением ниже 1% называю каменными керамическими. Если при этом черепок обладает еще и просвечиваемостью, то его называют фарфором. Художественные керамические изделия относят к классу тонкой керамики, за исключением некоторых видов архитектурной и садово-парковой керамики, изготовляемых из грубозернистых масс.