Основні теоретичні відомості

Початкові розміри виробів з глини, каоліну та керамічної маси в процесі сушки і випалення зменшуються. Це явище називається усадкою. Розрізняють повітряну, вогневу і повну усадку керамічних виробів.

Повітряної усадкою називають скорочення розмірів керамічних зразків у результаті їх висушування, виражене у відсотках по відношенню до початкового розміру зразка.

Вогневою усадкою називають скорочення розмірів повітряно-сухих зразків у результаті випалу, виражене у відсотка по відношенню до розмірів цих же зразків у повітряно-сухому стані.

Загальною або повної усадкою називають скорочення розмірів керамічних зразків у результаті їх сушки і випалу, виражене у відсотках по відношенню до первинних розмірів зразків.

Особливістю глиняних мас є те, що при взаємодії з водою глина набухає. При висушуванні керамічних мас з поверхні, а потім і з глибших шарів глиняних виробів починає видалятися волога. Зміна розмірів керамічних виробів при їх висушуванні відбувається в результаті зближення глинистих часток під дією сил капілярного і осмотичного тиску, а також сил міжмолекулярного тяжіння, які виникають при випаровуванні розташованих між ними водних прошарків. Важливу роль в усадці керамічних мас відіграє також зменшення обсягу частинок глинистих мінералів, що містять міжплощинну воду. Усадка виробів відбувається до тих пір, поки глинисті частки не прийдуть у взаємне зіткнення. Подальше видалення вологи відбувається при досягненні вологості 8 - 13% за рахунок випаровування вологи з пор капілярів та інших проміжків.

Встановлено, що найбільш інтенсивно розміри керамічних мас при висушуванні скорочуються на початку сушки. Триваюче після припинення повітряної усадки видалення вологи призводить до утворення пор.

Величина повітряної усадки для різних глин і мас неоднакова. Значення повітряної усадки зазвичай коливається в межах від 3 -4% для пісних керамічних мас та 2-14% для пластичних мас.

При випалі керамічних виробів відбуваються складні хімічні та фізичні процеси, в результаті яких спостерігається зміна розмірів, звана вогневої усадкою. По мірі підвищення температури випалу пористість зменшується, маса стає щільніше і, досягнувши максимальної щільності, перетворюється в каменеподібну речовину.

Залежно від хімічного і мінералогічного складу глини всіх родовищ мають різну вогневу усадку. Середнє значення для пісних глин близько 1-2%, а для пластичних від 2 до 8%.

В залежності від мінералогічного складу глин їх усадка при випалюванні має різне значення. Так, наприклад глини до складу яких входить монтморіллоніт мають більшу усадку в порівнянні з тими, які містять каолініт. Наявність у складі глинистих матеріалів лужних і лужноземельних оксидів, що утворюють легкоплавкі евтектики, сприяє підвищенню вогневої усадки.

З ростом температури випалу усадка зростає до певної межі. За характером зміни вогневої усадки в залежності від температури випалу можна судити про спеченість керамічної сировини. Взагалі температура випалюванні керамічних виробів може коливатися від 950 до 1450 º С та вище для технічної кераміки. При використанні легкоплавких глин обпалюють в межах 950 - 1150 º С, а тугоплавких і вогнетривких глин при 1150 - 1450 º С та вище.

Знання повітряної та вогневої усадки керамічних мас дозволяє оцінювати поведінку їх в процесах сушки і випалу з точки зору появи тріщин та інших дефектів. Також вивчення усадочних явищ необхідно для отримання готових виробів правильної геометричної форми з чіткими однаковими розмірами.