Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологические процессы, производства и оборудование. Учебное пособие
.pdf
59
Наиболее распространенные изделия тонкой строительной керамики — плитка фасадная, плитка облицовочная и плитка для
полов.
Плитки фасадные на шли широкое распространение в
крупнопанельном домостроении. Их выпускают глазурованными и
неглазурованнымй. Наиболее распространено их производство
(рис. 1.23) способом полусухого прессования из пресс-порошков с
влажностью 6 – 8%, полученных в распылительном сушиле.
Небольшая толщина плиток позволяет интенсифицировать их
сушку в роликовых сушилах , где отпрессованные плитки, размещенные в один ряд, перемещаются по роликовому конвейеру.
Подсушенные до влажности 1,75 – 2,5% плитки глазуруются и вторично
досушиваются до 0,5% влажности при 30 – 40°С. После досушки
плитки, уложенные в стопы, подаются в роликовую щелевую печь.
Обжиг происходит в течение 30 мин при 850 – 950°С.
Роликовые щелевые печи (рис. 1.24)можно рассматривать как
разновидность тоннельных печей. Высота канала в них составляет
всего 2—3 высоты обжигаемых изделий. Перепад температур по
сечению канала не превышает 5°С. При равной производительности
роликовые печи проще и в несколько раз дешевле тоннельных, в
них меньше расход огнеупорных материалов, легко совмещаются
процессы сушки и обжига, а продолжительность обжига снижается
до 6 ч. Расход топлива снижается вдвое и повышается качество
изделий.
Рис. 1.23. Поточная линия производства фасадных глазурованных
1 - транспорт ер; 2 - си то-бурат; 3 - бункер, 4 - пресс; 5 - сушильно-глазур о-
вочный транспортер, 6 - грубое распыление глаз ури; 7 - бассейн глазури;
8 - тонк ое распыление глазур и; 9 - тележки с плитой;
плиток:
10 - щелевая роликовая печь
60
Рис. 1.24. схема роликовой щелевой печи
Плитки для облицовки стен в зависимости от используемого
сырья бывают майоликовые и фаянсовые. Майоликовые изготовляют
из легкоплавких глин с добавкой до 20% мела, фаянсовые — из
огнеупорных глин с добавкой кварцевого песка и плавней (полевого
шпата, мела, известняка). Лицевую поверхность покрывают белой
или окрашенной прозрачной глазурью. Тыльной стороне плиток
придают рифленую фактуру.
Технологическая схема производства фаянсовых облицовочных
плиток представлена на (рис. 1.25).
Поступающие из карьера сырьевые материалы освобождают от
посторонних примесей, подсушивают и дозируют по массе. Затем их
подают в шаровые мельницы для измельчения и перемешивания с
водой. Полученную суспензию пропускают через виброгрохоты и
направляют в сборник, оборудованный пропеллерной мешалкой.
Из сборника суспензию подают в форсунки распылительных сушил.
Суспензия выбрасывается через форсунки вверх с влажностью
40 – 50%, а затем, падая вниз, высушивается во взвешенном состоянии
до влажности 7% и выходит из сушила в виде порошка крупностью до
1 – 1,5 мм, который просеивается через сито, вылеживается в бункере, а
затем подается на конвейерную линию.
Облицовочные плитки прессуют на автоматических коленорычажных прессах. Для повышения качества плиток формование
ведут в 2 – 3 стадии.
61
Рис. 1.25. Технологическая схема производства фаянсовых
глазурованных плиток:
1 - бунк ера сырьевых материалов; 2 - вагонетка; 3 - шаровая мельница; 4 -
электромагнитный сепаратор; 5 - пр опеллерная мешалка; 6 - насос;
7 - распылительное суши ло; 8 - транспортер; 9 - пр осев порошка; 10 -
расходный бункер ; 11 - пресс; 12 - тоннельная сушилк а; 13 - глазурование; 14 -
тоннельная печь; 15 - сортировка и упаковка
Конвейерная линия состоит из прессового участка с несколькими
прессами, цепного или сетчатого транспортера, по которому плитка
поступает в сушильные камеры участка глазурования и печей.
Обычно обжиг проводят в непрерывно действующих роликовых
печах. Обожженные плитки сортируют по размерам, цвету, типу и
сорту и упаковывают в ящики.
Плитки керамические для полов изготовляют из глиняной массы с
окрашивающими примесями или без них путем формования и
последующего обжига до спекания.
Технологическая схема производства плиток для полов представлена на (рис. 1.26).
Она включает приготовление шликера, обезвоживание его в
распылительном сушиле и прессование на гидравлических или
механических прессах при давлении 25—30 МПа, обеспечивающих
по лучен ие пл отного кер амичес кого тела. Обжигают плит ку в
щелевых роликовых печах при температуре 1100 – 1300°С,
продолжительность обжига 40 – 60 ч.
62
Рис. 1.26. Технологи ческая схема пр оизводства керамических плиток
для полов: 1 - склад глины; 2 - транспор тер; 3 - ящичны й подаватель;
4 - зубчатые вальцы; 5 - шаровая мельница; 6 - распылитель ное сушило;
7 - расходные бунк ера; 8 - пресс; 9 - сушило плиток; 10 - тоннельная п ечь;
11 - сортировка и упаковка
К е р а м и к а н а о с н о в е с о е д и н е н и й с
в ы с о к о й д и э л е к т р и ч е с к о й п р о н и ц а е м о с т ь ю
Конденсаторная керамика — группа материалов преимущественно на
основе рутила ТЮ2 или титанатов (CaTiO3, BaTiOv SrTiO2). Высокая
диэлектрическая проницаемость таких материалов дает возможность
существенно уменьшить габариты изготовляемых из них
конденсаторов.
Сегнетокерамика — разновидность конденсаторной керамики,
преимущественно на основе ВаТiО3 отличающаяся исключительно
высокими значениями диэлектрической проницаемости, что
обусловлено сегнетоэлектрическим эффектом. Этот эффект — явление
спонтанной поляризации. В сегнетоэлектриках имеются
индуцированные (постоянно существующие) электрические диполи.
Вследствие теплового движения атомов (ионов) они ориентированы
беспорядочно, но при определенной температуре выстраиваются в
цепочки, у которых векторы дипольных моментов ориентированы в
одном направлении. Происходит спонтанная (самопроизвольная)
поляризация, сопровождающаяся резким увеличением
диэлектрической проницаемости материала.
Пьезокерамика — группа материалов на основе титанатов, цирконатов, ниобатов, например бария или свинца. Их характерная
особенность — способность проявлять пьезосвойства после
63
поляризации в электрическом поле. По существу пьезокерамика —
это поляризованная сегнетокерамика.
Прямой пьезоэффект характеризуется тем, что сегнетоэлектри-ки
способны изменять свою поляризованность под дейс твием
электрического поля с деформацией (изменением размеров) образцов. Обратный пьезоэффект — изменение поляризованности
образца под действием механической нагрузки сопровождается
образованием избыточных зарядов на поверхности пьезоэлектри-ка.
Первый эффект используют в генераторах ультразвука, второй —
как в датчиках информации, так и обычных зажигалках.
Н о в ы е в и д ы к е р а м и к и
Биокерамика — материалы, применяемые в стоматологии и костно-пластической хирургии для изготовления зубных протезов и
имплантантов, а также нанесения на них активного слоя, обеспечивающего биологическое связывание с костной тканью; для
замещения дефектов костей и пластики дефектов черепа и позвоночника. Особенно перспективна биологически активная гидроксиапатитная биокерамика.
Это материал, получаемый по традиционной керамической
технологии из синтетического гидро ксиапатита кальция
(Ca10(PO4)6(OH)2), который имеет тот же химический состав и
структуру пор, что и костные ткани в организме человека, чем и
объясняется их высокая биологическая совместимость.
Керметы — классические композиционные материалы, сочетающие
свойства керамики и металла, откуда они и получили свое название. В
результате взаимодействия армирующего керамического заполнителя и
металлической матрицы создается новый материал, обладающий более
высокими эксплуатационными свойствами, чем его составляющие. В
качестве неметаллических фаз в керметы вводят высокоогнеупорные
оксиды ( A12O3 Cr2O3 Y2O3 BeO, MgO, ZrO2) или некоторые карбиды,
бориды, нитриды и силициды, а в качестве тугоплавких металлов —
Ni, Со, Cr, Fe, W, Mo, Nb, Та и др. Наибольшее распространение в
производстве керметов нашел хром, так как несмотря на высокую
испаряемость он имеет сравнительно высокую температуру плавления
(1860°С) и удовлетворительно сопротивляется окислению при высоких
температурах.
Керметы изготовляют с использованием практически всех способов керамической технологии.
Керметы в целом обладают рядом ценных свойств, присущих как
керамике (высокая твердость, прочность и окалиностойкость, малая
64
ползучесть), так и металлам (высокие теплопроводность,
электропроводность, стойкость к ударным нагрузкам). Уникальное
сочетание таких свойств позволяет использовать керметы в
ракето- и судостроении, атомной и авиационной промышленности.
Их широко применяют также для обработки металлов резанием, в
ядерной технике в качестве материалов для тепловыделяющих
элементов и регулирующих стержней.
1.4. Основы технологии стекла и изделий из него
1.4.1. С т е к л о о б р а з н о е с о с т о я н и е и с в о й с т в а
с т е к о л
Человек стал использовать природное вулканическое стекло примерно
75 тысяч лет назад для изготовления наконечников стрел. 14 тысяч
лет назад он начал применять нагрев природного обсидиана при его
обработке, и порядка 5 тысяч лет назад научился варить
искусственные стекла.
Огромная заслуга в развитии стеклоделия на Руси принадлежат
М.В. Ломоносову.
Стеклообразное состояние представляет собой аморфную разновидность твердого агрегатного состояния вещества, отличительной
особенностью которого является неупорядоченное расположение
частиц вещества в пространстве.
В соответствии с определением комиссии по терминологии АН
СССР, данным в 1932 г., «стеклом называются все аморфные тела,
получаемые путем переохлаждения расплава, независимо от их
химического состава и температурной области затвердевания, и
обладающие в результате постепенного увеличения вязкости механическими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из
жидкого состояния в стеклообразное обратим».
В основу этого классического определения положены следующие
отличительные признаки стекла:
а) аморфность — отсутствие в структуре дальнего порядка;
б) способ получения — из расплава путем его переохлаждения;
в) механические свойства, характерные для твердых тел, обусловленные высокими значениями вязкости;
г) обратимость процесса перехода расплав — стекло.
В практике стеклоделия действительно наиболее распространен
способ получения стекла путем переохлаждения расплавов, который
и вошел в вышеприведенное определение, известны и другие способы
получения стекла: высокотемпературный гидролиз некоторых
65
хлоридов, пиролиз органических смол, воздействие радиации и др.
В виде стекла можно получить многие неорганические (оксиды,
галогениды, сульфаты, нитриты, сульфиды и селениды металлов) и
органические (сахара, смолы, полиакрилаты) соединения.
В основу их классификации положен химический состав, выражаемый в виде суммы оксидов, входящих в них элементов,
Оксиды, которые при отвердевании расплава образуют стекло,
называют стеклообразующими. По виду стеклообразующего оксида
стекла делятся на следующие группы: силикатные (стеклообразующий компонент SiO2), боратные (В
), фосфатные (Р
2О3
2О5
),
боросиликатные ((В2O3 и SiO2). Большинство промышленных стекол
(~95 % всего объема производства) — стекла силикатные.
Промышленные составы силикатных стекол содержат, как правило,
5 – 7 компонентов, поэтому возможна классификация, отражающая
химическую природу вводимых в состав оксидов.
Отличительными особенностями стеклообразного состояния
являются нижеследующие:
• рентгеноаморфность.Все стекла, независимо от состава и тем
пературной области затвердевания, рентгеноаморфны;
• изотропность. Свойства стекла одинаковы во всех направлениях,
что обусловлено отсутствием направленной ориентации частиц;
отсутствие определенной температуры плавления. Постепенно
размягчаясь при нагревании, стеклообразные вещества пере
ходят в жидкое состояние, а при охлаждении снова в твердое. При
этом с изменением температуры происходит постепенное и непрерывное изменение всех свойств стекла;
• метастабильность и неравновесность, т.е. наличие повышенного
запаса внутренней энергии, которая в кристаллическом теле
затрачивалась на построение кристаллической решетки. Последние
два признака позволяют термодинамически и кинетически
обосновать сам процесс стеклообразования.
Стеклообразное и кристаллическое состояния представляют
собой две разновидности твердого агрегатного состояния вещества. Для
кристаллического состояния характерно упорядоченное расположение частиц в пространстве. Стеклообразное состояние, как
аморфная разновидность твердого состояния вещества, отличается
неупорядоченным расположе нием ч астиц (атомов, ионов) в
пространстве. Кристаллическому состоянию при нормальных условиях
соответствует минимальное значение внутренней энергии, вследствие
чего кристаллическое состояние является стабильным.
Стеклообразное состояние с термодинамической точки зрения
66
метастабильно, так как отличается избытком свободной энергии изза неупорядоченности строения. Согласно второму закону термодинамики такое состояние вещества неустойчиво и при внешнем
воздействии должно переходить в стабильное (для переохлажденной
жидкости это явление выражается в самопроизвольной
кристаллизации). В стеклообразном состоянии высокая вязкость и
малая диффузионная подвижность атомов предотвращает структурные
перестройки, ведущие к кристаллизации, т.е. кинетический фактор
препятствует протеканию термодинамически вероятного процесса.
Однако нагревание стекла создает условия для его кристаллизации в
основном за счет снижения вязкости расплава.
Неравновесность стеклообразного состояния обусловлена тем, что
в вязкой стекломассе в процессе охлаждения не успевает установиться равновесие, определяемое более низкими значениями
температуры, и в твердом стекле фиксируется неравновесная
структура, характерная для некоторого высокотемпературного
состояния. В свою очередь, вязкость определяется температурой. У
стекол не существует строго определенной температуры затвердевания
или плавления. Эти процессы идут постепенно в некотором
температурном интервале, называемым « интервалом стеклования» и
ограниченным двумя температурами: со стороны высоких
температур tf когда происходит переход стекломассы из
пластического состояния в жидкое, чему соответствует коэффициент вязкости 108 Па·с, а со стороны низких температур — /, когда
стекло переходит из твердого в пластическое состояние. Этому
переходу соответствует коэффициент вязкости 10
12.5
Па·с.
1.4.2. С ы р ь е в ы е м а т е р и а л ы и п р и г о т о в л е н и е
с т е к о л ь н ы х ш и х т
Сырьевые материалы для производства стекла и ситаллов делят на две
группы — главные и вспомогательные (такое деление достаточно условно),
вспомогательные сырьевые материалы при варке специальных стекол
являются главными для этих составов.
С главными сырьевыми материалами в стекольную шихту вводят
основные стеклообразующие оксиды (рис. 1.27), образующие основу стекла
и определяющие его свойства.
Оксид кремния — главная составная часть всех силикатных стекол. В
обычных стеклах его концентрация превышает 70 %. Оксид кремния
повышает вязкость стекломассы и способствует увеличению скорости
машинного вытягивания, улучшает механические и химические свойства. С
увеличением содержания SiO2 возрастает тугоплавкость стекла и
67
затрудняется гомогенизация, уменьшается показатель преломления,
уменьшается ТКЛР и повышается термическая стойкость, уменьшается
плотность, увеличивается склонность к кристаллизации.
В состав шихты SiO2 вводят в основном с кварцевыми песками. Главное
требование — максимальное содержание SiO2 (не ниже 95%) и
минимальное содержание окрашивающих примесей (Fе
< 0,15 %).
2О3
Оксиды щелочных металлов играют роль плавней. В обычных стеклах их
концентрация не превышает 14 – 15 %. Их влияние на свойства стекла
проявляется в понижении температуры плавления и вязкости, уменьшении
склонности к кристаллизации (кроме Li2О), понижении
электросопротивления, уменьшении микротвердости. Снижение вязкости в
области температур формования уменьшает скорость машинной
выработки. Уменьшение поверхностного натяжения облегчает
гомогенизацию стекломассы. Повышение ТКЛР затрудняет отжиг.
Вводят оксид натрия в шихту в виде кальцинированной соды и
сульфата натрия; оксид калия — при помощи поташа,
содовопоташной смеси и селитры.
Оксид кальция вводят в состав обычных стекол в количестве
9 – 10%. СаО понижает температуру плавления и вязкость, повышает
механические и химические свойства, усиливает склонность к
кристаллизации, увеличивает показатель преломления, повышает
плотность и тепловое расширение.
Вводят СаО в шихту в виде известняка и мела.
Оксид магния в составы обычных стекол вводят в количестве до 5%.
MgO понижает температуру плавления и склонность к кристаллизации,
повышает поверхностное натяжение, повышает ТКЛР. Вводят оксид
магния в шихту в виде доломита СаСО3 · MgCO3.
Оксид алюминия применяют в производстве тарных, оконных,
химико-лабораторных и других стекол. Его влияние на свойства
проявляется в повышении температуры плавления, вязкости и
температуры размягчения, повышении поверхностного натяжения,
ухудшении проваривания стекломассы и ее гомогенизации, но он
увеличивает химическую стойкость, механические свойства и
теплопроводность, уменьшает тепловое расширение. Глинозем
способствует стабилизации стеклообразного состояния, уменьшая
склонность к кристаллизации.
68
Рис. 1.27. Сырье для производства стекла и ситаллов
Вводят оксид алюминия в виде полевых шпатов, пегматитов,
каолина, полевошпатового и нефелинового концентратов.
Оксид бора применяют в производстве химически и термически
стойких стекол (2—13 %). В
понижает температуру плавления и
2О3
вязкость, уменьшает тепловое расширение и повышает термостойкость,
увеличивает химическую устойчивость, уменьшает поверхностное
натяжение, одновременно возрастают механические свойства и падает
склонность к кристаллизации. Борный ангидрид является
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]