7.3. Состав керамики.

Сырье, используемое для производства керамики, может быть природного или технического происхождения. К природным материалам относятся, прежде всего, многообразные глинистые породы. Технические исходные вещества многообразны по своему составу. Их следует разделить на две основных группы: кислородосодержащие и бескислородные.

7.3.1. Глинистые породы.

К глинистым породам относятся глины, каолины, бентониты, которые одновременно являются пластичными материалами. Все глинистые породы состоят из оксидов металлов и неметаллов и относятся к кислородосодержащему сырью (рис. 7.1.).

Глинами называют осадочные горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов и примесей других минералов и обладающие пластичностью.

Глины составляют около 50 % всех осадочных пород земной коры. По происхождению выделяются обломочные и химические глины, образовавшиеся в основном в результате выветривания. Выветривание - механическое разрушение и физико-химическое разложение горных пород, содержащих кремнезем SiО₂ и глинозем Аl₂О₃.

Глинистые минералы представляют собой водные алюмосиликаты (xАl₂О₃ • ySiO₂ • zH₂O), где x, y, z имеют различные значения.

К важнейшим глинистым минералам относятся:

1. Каолинит — Аl₂О₃ • 2SiO₂ • 2Н₂О.

2. Монтмориллонит — (Ca, Mg)O • Аl₂О₃ • (4 – 5)SiO₂ • xН₂О.

3. Гидрослюда (иллит) — К₂О • MgO • 4Аl₂О₃ • 7SiO₂ • 2Н₂О.

 Минеральный состав глин отличается неоднородностью, однако в нем всегда преобладают глинистые вещества. В составе глинистого сырья в виде примесей встречаются зерна кварца, полевых шпатов, слюды, оксиды и гидрооксиды железа и марганца, а также органические вещества, растительные и животные остатки. В глинистом веществе может содержаться в большом количестве один или несколько минералов. Глины подразделяют на мономинеральные, когда глинистое вещество состоит преимущественно из одного минерала, и полиминеральные, когда глинистое вещество состоит из нескольких минералов.

Каолином называют мономинеральные глины, состоящие преимущественно из каолинита или минералов каолинитовой группы.

Каолин отличается от других глин высоким содержанием глинозема Аl₂О₃, меньшей пластичностью и обладает свойством придавать повышенную белизну обожженному керамическому материалу. Ввиду того, что он служит сырьём для изготовления фарфора, его называют фарфоровой землёй.

Образования каолина – чисто химический процесс, который можно передать суммарным уравнением

2K[AlSi₃O₈] + 7H₂O = Al₂[Si₂O₅](OH)₄ + 4H₂SiO₃ + 2KOH .

полевой шпат каолин

Каолин может образоваться непосредственно из полевого шпата, а также из прокаолина, первоначально образованного из полевого шпата при обычном выветривании, если его нагревать с водой под высоким давлением. Если каолин нагревать под давлением в слабощелочной среде (с раствором щелочного карбоната), то он превращается в монтмориллонит Al₂[Si₄O₁₀](OH)₂nH₂O, в то время как в сильнощелочной среде из него получаются цеолиты.

При нагревании каолинит сначала отщепляет воду (10мм рт. ст. при 430˚C). Механизм отщепления воды показывает, что вода в каолините связана химически. Обезвоженный каолинит (метакаолинит) при более сильном нагревании сначала разлагается на Al₂O₃ и SiO₂; при ещё более высокой температуре из него образуется муллит 3Al₂O₃2SiO₂ (наряду с тридимитом).

Глины, которые часто значительно превосходят каолин по своим пластическим свойствам, служат для изготовления гончарных изделий, фаянса, керамических изделий и майолики. Большинство сортов глин окрашено в желтовато-серые или синеватые тона, но встречаются также и совершенно белые глины.

Глины, богатые окисью железа, окрашиваются после прокаливания (обжига) в бурые цвета. Из них изготавливают обычно глиняные горшки и терракотовые изделия. Формовой землёй называют глину, сильно загрязнённую окисью железа и песком. Такая глина служит преимущественно для изготовления кирпича и черепицы. Глину, сильно загрязнённую примесями карбонатов кальция и магния, называют мергелем. Она не пригодна в качестве сырья для керамических изделий, однако её используют при производстве цемента.

Глинистые породы относятся к пластическим материалам.

Пластичные материалы — вещества, образующие при затворении водой жирную вязкую массу, которой посредством внешнего воздействия (формования) может быть придана любая форма. После прекращения воздействия, полученные изделия сохраняют приданную им форму, а после обжига переходят в камнеподобное состояние.

Глины отличаются тонкой дисперсностью (дисперсность — характеристика размеров твердых частиц), которая характеризуется преобладанием частиц размерами менее 10 мкм (более 50%) и менее 1 мкм (до 25%). По содержанию тонкодисперсных фракций глины подразделяются на группы (табл. 7.1.).

Таблица 7.1.

Содержание тонкодисперсных фракций в глинах.

Группы глин	Содержание частиц, %, размером менее
	10 мкм	1 мкм
Высокодисперсные	Свыше 85	Свыше 60
Среднедисперсные	60 - 85	40 – 60
Низкодисперсные	30 - 60	15 – 40
Грубодисперсные	Менее 30	Менее 15