Керамические материалы

Керамическими называют искусственные каменные материалы и изделия, полученные в процессе технологической обработки минерального сырья и последующего обжига при высоких температурах.

По назначению керамические изделия подразделяют на следующие виды: стеновые, отделочные, кровельные, для полов, для перекрытий, дорожные, санитарно-технические, кислотоупорные, теплоизоляционные, заполнители для бетонов и огнеупорные.

Огнеупорные керамические материалы (шамот, пеношамот) используются при строительстве промышленных тепловых агрегатов (печи металлургических производств, котельные агрегаты и др.). Так как они работают в агрессивных условиях (высокая температура, контакт с расплавами металлов и газами), то целесообразным является повышать их прочность специальными пропиточно-обмазочными составами. Предлагается подвергать изделия пропитке ортофосфорной кислотой 70%-ной концентрации. Влияние пропитки ортофосфорной кислотой на физико-механические свойства керамических огнеупоров приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Тип огнеупора	Средняя плотность, г/см3 в числителе и предел прочности при сжатии, МПа в знаменателе образцов огнеупоров после пропитки и последующего нагрева до температуры, ºС
	200	500	800	1000	1200	1500
Шамот ША, не подвергнутый пропитке	1,89/18,7	1,95/19,1	1,97/19,3	2,02/19,5	2,04/19,7	образцы деформировались
Шамот ША, пропитанный Н3РО4	2,11/45,4	2,19/42,9	2,11/38,7	2,09/36,9	2,08/39,6	2,04/41,3
Пеношамот ШЛБ-06, не подвергнутый пропитке	0,589/2,41	0,581/2,39	0,557/2,27	0,575/2,19	0,571/2,15	—
Пеношамот ШЛБ-06, подвергнутый пропитке	0,635/2,59	0,633/2,47	0,624/2,39	0,619/2,33	0,618/2,31	0,615/2,27

По структуре различают керамические изделия с пористым и спекшимся (плотным) черепком. Пористыми считают изделия с водопоглощением по массе более 5 %. К ним относятся изделия как грубой (керамические стеновые кирпич и камень, изделия для кровли и перекрытий, дренажные трубы), так и тонкой (облицовочные плитки, фаянсовые) керамики. К плотным относят изделия с водопоглощением по массе менее 5 %, к ним принадлежат также изделия и грубой (клинкерный кирпич, крупноразмерные облицовочные плиты), и тонкой (фаянс, полуфарфор, фарфор) керамики.

По температуре плавления керамические материалы и изделия подразделяются на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350 °С), тугоплавкие (с температурой плавления 1350 °С – 1580 °С), огнеупорные (1580 °С – 2000 °С), высшей огнеупорности (более 2000 °С).

Основным сырьевым материалом для производства строительных керамических изделий является глинистое сырье, применяемое в чистом виде, а чаще в смеси с добавками. Глинистые частицы имеют пластинчатую форму, между которыми при смачивании образуются тонкие слои воды, вызывая набухание частиц и способность их к скольжению относительно друг друга без потери связности. Поэтому глина, смешанная с водой, дает легко формуемую пластичную массу. При сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается по объему. Этот процесс называется воздушной усадкой.

Чем больше в глинистом сырье глинистых частиц, тем выше пластичность и воздушная усадка глин. В зависимости от этого глины подразделяются на высокопластичные, среднепластичные, умеренно-пластичные, малопластичные и непластичные.

Основные этапы производства керамических изделий состоят из следующих операций: добыча сырьевых материалов, подготовка массы, формование изделий, их сушка и обжиг. В зависимости от вида изготовляемой продукции, вида и свойств сырья массу приготовляют пластическим, жестким, полусухим, сухим и шликерным способами. Сушка производится при начальной температуре теплоносителя отходящих газов от обжиговых печей или подогретого воздуха 120-150 °С. Интервал температур обжига лежит в пределах: от 900 °С до 1100 °С для кирпича, камня, керамзита; от 1100 °С до 1300 °С для клинкерного кирпича, плиток для полов, гончарных изделий, фаянса; от 1300 °С до 1450 °С для фарфоровых изделий; от 1300 °С до 1800 °С для огнеупорной керамики.