1.1. Сырьевые материалы для производства керамики

Наиболее древним и по-прежнему основным сырьем для производства керамических изделий является глина. Глина относится к осадочным породам, состоящим из гидроалюмосиликатов – с общей химической формулой nAl₂O₃·mSiO₂·zH₂O. В глинах присутствуют примеси кварцевого песка, полевых шпатов, карбонатов, некоторых оксидов и органических остатков. Глиняные частицы имеют малый размер (0,01- 10 мкм) и в основном пластинчатую форму. Они способны включать воду не только в свою химическую структуру (химически связанная вода), но и удерживать ее вокруг частиц в виде тонких прослоек (физически связанная вода). Это качество определило способность глины, затворенной водой, обладать свойством пластичности. Пластичность - способность изменять свою форму под воздействием нагрузки без разрушения и удерживать форму после прекращения действия нагрузки. На пластичности глинистых минералов основан метод пластического формования глиносодержащих масс.

Наряду с глинами в качестве пластичных материалов используют каолины - разновидности глинистых пород, содержащие глинообразующий минерал каолинит (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O), который отличается белым цветом и высокой огнеупорностью. Каолин - непреложный компонент традиционных составов сырья для производства фарфора и фаянса.

По внешним признакам - цвету, дисперсности, однородности - можно лишь приблизительно оценить возможность использования глины в производстве керамики. Так, рыжий и бурый цвета большинства встречающихся повсеместно глин говорит о содержании в них оксидов железа. Такие глины относят к небеложгущимся и они имеют невысокую температуру спекания. Сильно запесоченные глины трудно формуются и плохо спекаются. Неоднородные, содержащие крупные включения, имеющие разную окраску кусков, требуют проведения тщательного обогащения, т.е. процесса удаления примесей. Для качественной оценки глины необходимо знание ее химического и минерального составов и определение целого ряда технологических свойств, показывающих поведение глины при формовании, сушке и обжиге. После такого анализа можно говорить о возможности применения глины для производства того или иного вида керамики.

По пластичности глины разделяют на 5 групп - от высокопластичных до непластичных. По чувствительности к сушке - возможности принудительной сушки изделия без образования трещин, глины делят на 3 категории - от высокочувствительных до малочувствительных. По спекаемости - объему открытых, т.е. сообщающихся с поверхностью, пор в отформованном и обожженном образце, - глины разделяют на 3 категории - от сильноспекающихся до неспекающихся.

Кроме пластичных материалов в производстве керамики применяются непластичные, так называемые отощающие материалы - кварцевый песок, полевые шпаты, шамот и т.д. Введенные в глину они с одной стороны уменьшают пластичность массы, затрудняя формование, но с другой - способствуют успешной сушке изделия, уменьшая возможность образования трещин и деформации, облегчая удаление воды из полуфабриката.

Кроме улучшения сушки отощающие материалы могут играть роль плавней - веществ, вступающих в процессе обжига во взаимодействие с компонентами сырья с образованием более легкоплавких соединений, чем исходные. Тем самым снижается температура обжига керамики и улучшается ее спекаемость. В качестве плавней, называемых также флюсами, используют прежде всего разновидности полевых шпатов (алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных металлов).

Исходный состав массы для производства конкретного керамического материала определяется необходимостью получения нужного химического состава и микроструктуры (формы и размеров зерен) после обжига, обеспечивающих нужные эксплуатационные свойства изделия. Для несложных бытовых гончарных изделий достаточно использовать пластичную спекающуюся глину; для производства прочного и белого фарфора необходимы огнеупорная глина, каолин, кварцевый песок и полевой шпат.