5.1 Основные свойства глинистого сырья.
Основным сырьем для изготовления керамических изделий являются пластичные глины, каолины, кварцевый песок, полевой шпат и плавни типа перлита и др. материалов.
Сырьевая масса для изготовления керамических материалов: глина + добавки.
Глинистое сырье для керамической промышленности классифицируется по ГОСТ 9169-75.
Свойства глин рассматриваются:
-по пластичности;
-по отношению к температурам.
Пластичность- свойство глиняного теста деформироваться под нагрузкой без образования трещин и разрывов и сохранять приданную форму после снятия этой нагрузки.
П=W1-W2 (%)
где W1 – влажность, при которой глина переходит из пластичного состояния в текучее, называемая нижней границей текучести;
W2 – влажность, при которой глина переходит из пластичного состояния в хрупкое, называемая границей раскатывания.
По пластичности классифицируются на:
Высокопластичные – число пластичности П=25;
Среднепластичные – от 15 до 25;
Умерено пластичные – от 7 до 15;
Малопластичные – до 7;
Непластичные – не способные при затворении водой давать пластичное тесто
Пластичность глины можно повышать, добавлением более пластичной глины или освобождением глины от примесей песка.
Понижение пластичности достигается добавлением отощающих добавок.
По отношению к высоким температурам глины бывают:
Огнеупорные(огнеупорность не ниже 1580°С, мало примесей, высокопластичны, белого цвета – фарфоровая глина);
Тугоплавкие (огнеупорность 1350-1580°С, примеси кварца, слюды, магния и т.д. применяется для изготовления облицовочного кирпича, плиток пола);
Легкоплавкие (огнеупорность до 1350°С, примеси песка, известняка, органических веществ. Используются для производства кирпича и черепицы).
В зависимости от температуры спекания:
а) низкотемпературного спекания – спекающиеся при температуре ниже 1100 °С;
б) среднетемпературного спекания – с от 1100 до 1300 °С;
в) высокотемпературного спекания – выше 1300 °С.
5.2 Добавки к глинам
Добавки отощающие. В высокопластичные глины, требующие для затворения большого количества воды (до 20 %) и поэтому дающие большую линейную усадку при воздушной сушке и обжиге (до 15 %), необходимо вводить отощающие добавки, т.е. вещества непластичные. При этом резко уменьшается количество воды, необходимой для затворения глиняного теста, что тоже сокращает размеры усадок.
Для этого чаще всего применяют кварцевый песок, шамот и измельченный керамический бой, молотый шлак и золу. Они уменьшают усадку изделий и улучшают формовочные свойства массы, облегчают технологический процесс производства и устраняют брак.
Для получения изделий с меньшим удельным (объемным) весом применяют органические выгорающие добавки. К ним относятся древесные опилки, угольная мелочь и угольный порошок, торфяная пыль и пр.
Добавки специальные. Для керамических изделий специального назначения. Для кислотоупорных изделий и облицовочных плиток в глины добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом или щелочами.
Для понижения температуры обжига добавляют полевой шпат, содержащие железо в виде плавни.
5.3 Классификация керамики
Керамика –это искусственный каменный материал, получаемый из глин путём формования и обжига.
По назначению керамические изделия подразделяются на три основные группы:
1) художественно-декоративная и хозяйственная керамика (посуда, сувенирные изделия и т.д.);
2) техническая керамика (электротехническая, радиотехническая, химически стойкая, огнеупорная);
3) строительная керамика, к которой относятся: стеновые материалы (кирпич и камни керамические); кровельные материалы (керамическая черепица); облицовочные материалы (облицовочные плитки стеновые, половые, фасадные, майолика, терракота); санитарно-технические изделия (умывальники, унитазы, писсуары, биде, смывные бачки, урны и т.д); трубы (дренажные, канализационные); теплоизоляционные материалы (керамзит).
По структуре различают керамику:
- плотную – пористость до 5 % (плитки для полов, канализационные трубы, санитарно-технические изделия)
- пористую – пористость более 5 % (кирпич, блоки, черепица, дренажные трубы и др.)
По способу производства керамику различают:
- пластического формования;
- полусухого прессования;
- литьевую.
Для производства облицовочных изделий (наружная облицовка зданий) применяют глины с равномерно окрашенным после обжига черепком.
Для изготовления эффективных стеновых материалов используют легкоплавкие среднепластичные и умеренно пластичные глины.
Рядовые легкоплавкие глины применяют для производства обыкновенного глиняного кирпича, дренажных труб и черепицы.
5.4. Производство керамических изделий.
Технологические операции:
1) подготовка сырой керамической массы;
2) формование изделий;
З) сушка изделий и отделка их в необожженном виде;
4) обжиг изделий;
5)глазурование изделий (может предшествовать обжигу или выполняться после предварительного обжига с последующим обжигом для закрепления глазури).
5.4.1. Приготовление керамической массы.
В общем случае керамическая масса состоит из четырех компонентов: глины (или смеси глин); отощителя; флюса и воды. В некоторых случаях, при подходящих природных глинах, отсутствует необходимость в использовании отощителя или флюса.
При другом способе производится помол всех компонентов в шаровых мельницах мокрого помола. Полученную керамическую суспензию пропускают через вибрационное сито и подвергают распылительной сушке, получая пресс-порошок влажностью 5...7%.
Для производства доброкачественных изделий необходимо придать глине высокую однородность, для чего ее перемешивают в глиномешалках, при необходимости доувлажняя и иногда разогревая для повышения пластичности.
5.4.2. Формование изделий.
Формование может быть выполнено мокрым и сухим способом.
Формование керамической массы в зависимости от свойств исходного сырья и вида изготовляемой продукции осуществляют:
- полусухим,
- пластическим
- шликерным (мокрым) способами.
При полусухом способе производства глину вначале дробят и подсушивают, затем измельчают и с влажностью 8-12 % подают на формование. Глиняную массу формуют на гидравлических или механических прессах под давлением до 15 МПа и более.
При пластическом способе формования глину дробят, затем направляют в глиносмеситель, где она перемешивается с отощающими добавками до получения однородной пластичной массы влажностью 20–25 %. Формование осуществляют преимущественно на ленточных прессах.
По шликерному способу исходные материалы измельчают и смешивают с большим количеством воды (до 60 %) до получения однородной массы – шликера.
5.4.3. Сушка изделий.
Сушка изделий осуществляется в сушилках разнообразных конструкций (камерных, туннельных). Сушка керамических изделий является трудоемкой стадией производства, так как в процессе сушки получается большой процент брака вследствие образования трещин и деформации заготовок.
5.4.4. Обжиг керамических изделий.
Обжиг позволяет осуществить необратимое превращение керамической массы в твердое камневидное тело. Этот процесс называется спеканием.
Под спекаемостью понимают способность при обжиге уплотняться с образованием твердого камневидного тела. Результатом спекания является уплотнение обжигаемого материала и уменьшение открытой пористости. Поэтому степень спекания контролируется по водопоглощению керамики. Спекшейся считается керамика, имеющая водопоглощение не более 5%.
Температура обжига различных изделий строительной керамики составляет от 900 до 1 700 Со.
5.4.5. Глазурование керамических изделий.
Глазурью называется тонкий стекловидный слой, наносимый на поверхность керамического изделия с целью придать ему красивый внешний вид и одновременно повысить водонепроницаемость и стойкость к химическим и механическим воздействиям. Для приготовления глазури используют природные материалы, содержащие кремнезем и глинозем (кварцевый песок, глину, полевой шпат, тальк и др.), а также соли и оксиды различных металлов: калия, натрия, лития, бора, кальция, магния, бария, цинка, свинца, олова и т.д. Оксиды металлов придают глазури ту или иную окраску, улучшают блеск и другие свойства, понижают температуру плавления глазури.
