Керамические материалы и изделия
Керамическими называют искусственные каменные материалы, получаемые высокотемпературным обжигом глин с минеральными добавками.
Керамические материалы
•Сырьем для изготовления керамических материалов служат различные глинистые горные породы.
•Глиной называют землистые минеральные массы или обломочные горные породы, способные с водой образовывать пластичное тесто, по высыхании сохраняющее приданную ему форму, а после обжига приобретающее твердость камня.
•В состав глин входят различные оксиды (Аl20з, Si02, Fe203, CaO, Na20, MgO и К2О), свободная и химически связанная вода и органические примеси.
•Основная формула глин Al2O3·nSiO2·mH2O.
•Минералы, содержащиеся в глинах
•Каолинит (Al2O3·2SiO2·2H2O)
•Андалузит, дистен и силлиманит (Al2O3·SiO2)
•Галлуазит (Al2O3·SiO2·H2O)
•Гидраргиллит (Al2O3·3H2O)
•Диаспор (Al2O3·H2O)
•Корунд (Al2O3)
•Монотермит (0,2[K2MgCa]0·Al2O3·2SiO2·1,5H2O)
•Монтмориллонит (MgO·Al2O3·3SiO2·1,5H2O)
•Мусковит (K2O·Al2O3·6SiO2·2H2O)
•Накрит (Al2O3·SiO2·2H2O)
•Пирофиллит(Al2O3·4SiO2·H2O)
•Глиняные материалы образовались в результате выветривания изверженных полевошпатовых горных пород.
•Процесс выветривания горной породы заключается в механическом разрушении и химическом разложении.
•Механическое разрушение происходит в результате воздействия переменной температуры и воды.
•Химическое разложение происходит, например, при воздействии на полевой шпат воды и углекислоты, в результате чего образуется минерал каолинит.
•Наиболее чистые глины состоят преимущественно из каолинита и называются
каолинами.
Каолинит — глинистый минерал из группы водных силикатов алюминия.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И СТРОЕНИЕ
Химический состав Al4[Si4O10](OH)8;
Образует землистые массы, в которых при больших увеличениях под электронным микроскопом обнаруживаются мелкие шестигранные кристаллы.
В основе кристаллической структуры каолинита лежат бесконечные листы из тетраэдров Si—O4, имеющих три общих кислорода и связанных попарно через свободные вершины алюминием и гидроксидом. Эти листы соединены между собой слабыми связями, что обусловливает весьма совершенную спайность каолинита и возможность различного наложения одного слоя на другой.
•Кроме глинистых минералов в состав глин входят
•кварц (усложняет формование, обжиг, понижает прочность)
•карбонаты (повышают пористость и усадку, снижают огнеупорность, морозостойкость, прочность)
•гидроксиды железа (окрашивают глину, снижают огнеупорность и температуру обжига)
•органические примеси (при обжиге выгорают. Увеличивая пористость и вспучивание черепка).
Технологические свойства глин
•Влагоемкость – способность вмешать определенное количество воды и удерживать ее.
•Размокание – распад крупных частиц (сопровождается увеличением объема)
•Воздушная усадка – ( при сушке отформованных изделий: 4-15%)
•Огневая усадка – при обжиге (2-6%)
•Гранулометрический состав глин — процентное содержание зерен различной величины в глинистой породе. Характеризуется большим разнообразием. Размеры частиц легкоплавких глин, мкм:
Менее 5..............8-60% 5 - 50 (пылевидные) .........6-55%
50-250 (песчаные)........1-22% Более 1000 (включения) ..............10%
•Повышенное, содержание частиц размером менее 5 мкм придает глинам высокую пластичность и чувствительность к сушке, увеличивает усадку изделий при обжиге.
•Повышенное содержание пылевидной фракции в глинах повышает чувствительность к сушке и обжигу, снижает прочность изделий.
•Глины, содержащие крупнозернистый песок, менее чувствительны к сушке, чем глины, содержащие тонкодисперсный песок.
•Зная гранулометрический и вещественный составы глин, можно ориентировочно определять их пригодность для изготовления керамических изделий того или иного вида.
•Так, для тонкостенных и крупноразмерных керамических камней содержание фракций должно быть в пределах:
•размером меньше 2 мкм 24—50%,
•размером 2—20 мкм — 30—47%,
•размером более 20 мкм — 6—34%.