11 Вопрос Основные сведения о керамических материалах и изделиях и их классификация

Керамическими называют изделия и материалы, получаемые из глиняных масс или из их смесей с минеральными добавками путем формования и обжига.

Производство керамических изделий (в основном бытового назначения - посуда, вазы и т. п.) зародилось в глубокой древности, несколько тысяч лет до нашей эры. Значительно позднее стали изготовлять керамические строительные материалы - черепицу, облицовочные плиты и кирпич.

Сегодня керамические материалы и изделия используют для возведения стен и покрытий зданий, облицовки полов, стен, фасадов, кладки печей и дымовых труб, устройства канализации и дренажа и для других целей. Материал (тело), из которого состоят керамические изделия, в технологии керамики называют керамическим черепком.

Строительные керамические изделия классифицируют по структуре керамического черепка, по их конструктивному назначению, состоянию поверхности и т.д.

Сырье для производства керамических материалов

Основным сырьем для производства керамических материалов и изделий являются глины. Для улучшения технологических свойств глин, а также придания готовым изделиям определённых физико-механических свойств применяют отощающие, выгорающие и пластифицирующие добавки.

Глина - тонкодисперсная фракция горных пород, способная образовывать с водой пластичное тесто, сохраняющее после высыхания приданную ему форму и приобретающее после обжига твердость камня.

Глина является продуктом механического разрушения (выветривания) и химического разложения некоторых магматических и метаморфических горных пород, содержащих в своем составе полевой шпат (граниты, сиениты, гнейсы и т.д.). Зерновой состав глин весьма разнообразен. Наличие в составе глин частиц того или иного размера существенно влияет на их свойства. Обычно глины содержат в значительном количестве частицы размером менее 0,005 мм, состоящие в большинстве случаев из каолинита. Такие частицы называют глинистыми. Они придают глине высокие пластические свойства. Более крупные частицы размером 0,005-0,15 мм именуют пылевидными, а частицы размером 0,15-5мм-песчаными. Пылевидная и песчаная фракции свойством пластичности не обладают. Однако песок в определенных пределах можно считать полезной примесью, так как он создает в глиняной массе своеобразный скелет и снижает усадку при сушке и обжиге глины. В зависимости от содержания глинистых частиц различают тяжелые глины (более 60 % глинистых частиц), глины (30-60%), суглинки (10-30%) и супеси (5-10%).

К важнейшим свойствам глин, которые учитывают при производстве керамических материалов, относят пластичность, воздушную и огневую усадку, огнеупорность и цвет глиняного черепка.

Пластичностью называют способность глиняного теста под действием внешних сил принимать заданную форму без образования трещин и сохранять эту форму после снятия нагрузки. Пластичность повышается с увеличением содержания в глине глинистых частиц. Чем глина пластичней, тем больше требуется воды для получения хорошо формуемого глиняного теста, а это, в свою очередь, увеличивает усадку изделий при сушке и обжиге.

Различают глины высокопластичные (жирные), глины средней пластичности и малопластичные (тощие) глины. Жирные глины обладают хорошей пластичностью, связностью и легко поддаются формованию, однако сформованные из них изделия при высыхании значительно уменьшаются в объеме и дают трещины. Тощие глины трудно поддаются формованию. Для повышения пластичности формовочной массы и улучшения качества кирпича и других материалов применяют поверхностно-активные вещества - сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ) и др.

При применении для производства керамических материалов высокопластичных глин в сырьевую смесь вводят отощающие добавки или определенное количество малопластичной глины.

Усилие, необходимое для разъединения частиц глин, характеризует ее связность. Высокой связностью обладают глины, содержащие повышенное количество глинистых фракций.

Связующая способность глины выражается в том, что глина может связывать частицы непластичных материалов: песка, шамота (дробленная обожженная огнеупорная глина) и др. и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие - сырец.

Воздушной усадкой глин называют изменение линейных размеров свежесформованного образца в процессе сушки при 110°С; ее выражают в процентах от первоначального размера образца-сырца. Высокопластичные глины имеют линейную воздушную усадку более 10%, глины средней пластичности - 6-10% и малопластичные глины - менее 6 %.

Огневой усадкой глин называют изменение линейных размеров воздушно-сухого образца в процессе обжига. Огневая усадка глин в зависимости от их вида обычно находится в пределах 1-4 %.

Полная усадка - арифметическая сумма величин воздушной и огневой усадок. Величина полной усадки, как правило, 5-18 %, наибольшее значение усадки у высокопластичных глин. Большая усадка глины считается отрицательным свойством, так как неравномерное изменение объема вызывает деформации изделия (искривления, трещины). Полную усадку следует учитывать при формовании изделий.

Огнеупорность - свойство глины выдерживать действие высокой температуры без деформации. По огнеупорности глины разделяют на три группы: огнеупорные с температурой размягчения выше 1580⁰С, тугоплавкие с температурой размягчения 1580-1350⁰С, легкоплавкие с температурой размягчения ниже 1350⁰С.

Огнеупорные глины состоят из глинистых частиц, содержат небольшое количество примесей и поэтому обладают высокой пластичностью. Применяют эти глины для изготовления огнеупорных, фарфоровых и фаянсовых изделий. Тугоплавкие глины используют в производстве плиток для полов, канализационных труб и других видов строительной керамики. Из легкоплавких глин изготовляют красный глиняный кирпич, пустотелые керамические камни, черепицу и другие изделия.

Цвет глиняного черепка после обжига зависит от состава и количества примесей в глине. Каолины, являясь наиболее чистым глиняным сырьем, дают черепок белого цвета. Оксиды железа придают керамическим изделиям окраску от светло-желтой до темно-красной и бурой. Вводя в глину минеральные красители можно получать керамические изделия различных цветов и оттенков.