Структура и общие свойства керамических изделий

СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Схема производства керамических изделий состоит из следующих операций: подготовка массы, формование изделий, сушка, обжиг.

Подготовка глин - заключается в вылеживании предварительно добытой глины в течении 1-2 лет при периодическом увлажнении атмосферными осадками или искусственном замачиваии; в механической обработке глин с целью дальнейшего разрушения их природной структуры, измельчения и удаления крупных включений, вредных примесей. Для этого используются специальные машины: глинорыхлители, камневыделительные вальцы, бегуны, глинорастирочные машины, дезинтеграторы, глиномешалки.

Формование изделий – осуществляется различными способами в зависимости от вида изготовленных изделий и от влажности сырья:

1) Шликерный способ - применяется для изготовления сан-техничеких изделий и облицовочной плитки. Отливка изделий производится из пластичной смеси с содержанем воды до 40%.

2) Пластический способ – основной способ производства керамических строительных материалов – кирпича. Формовка производится из пластичной тестообразной смеси влажностью 18-28%.

3) Жесткий способ формования – примняют для призводства сплошных и пустотных кирпичей, камней, блоков, черепицы. Влажность формовочной массы колеблется от 13 до 18%. При этом способе уменьшаются затраты на сушку, получаются изделия из сырца повышенной прочности.

4) Полусухой способ формования – отличается использованием сырьевой шихты с влажностью 8-12% и давление формования 15-40%.

Недостаток этого способа – выская металлоемкость, однако длительность производственного цикла сокращается почти в 2 раза, изделия имеют имеют более привлекательную форму и более точные размеры. В производстве можно использовать малопластичные тощие глины с большим содержанием добавок – золы, шлака, песка и др.

5) Сухой способ формования – использует пресс-порошок с влажностью 2-6%. При этом полностью устраняется необходимость в операции сушки. Таким способом изготовляют плотные керамические изделия – плитки для полов, дорожный кирпич, материалы из фаянса и фарфора.

При шликерном способе неоходимы для отливки формы. При пластическом и жестком способах для формования изделий применяют вакуум-пресс и резательные устройства. Полусухой и сухой способ предполагают использоваие пресс-форм на одно или несколько изделий.

Сушка изделий – производится перед обжигом изделий. Влажность сырца перед обжигом должна быть 5-6%. Во избежание неравномерной усадки, искривлений и растрескивания при обжиге сушку производят в естественных условиях – в течение 2-3 недель под навесом или в туннельных камерах непрерывного и периодического действия в течение 48-72 часов, в зависимости от влажности сырца при Т=120-150оС.

Обжиг изделий – делится на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и регулируемое охлаждение. При нагреве до 120оС удаляется физически связанная вода и керамическая масса становится непластичной – придобавке воды пластические свойства воды восстанавливаются.

При 450-600оС происходит отделение химически связанной воды, разрушаются глинистые минералы, глина переходит в аморфное состояние, выыгорают органические примеси и добавки, керамическая масса безвозвратно теряет свою пластичность.

При 800оС начинается повышение прочности изделий, благодаря протеканию реакций в твердой фазе на границах поверхностичастиц компонентов.

При дальнейшем нагреве до 1200оС возможно образование новых кристаллических силикатов, образуется некоторое количество расплава, обволакивающего нерасплавленные частицы, который стягивает частицы глины, что приводит к усадке массы в целом – происходит огневая усадка.

После остывания изделия приобретают камневидное состояние, водостойкость и прочность.

Свойство глин уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок называется спекаемостью глин.

Интервал спекания для легкоплавких глин составляет 50-100оС, для огнеупорных глин – до 400оС. Чем шире интервал спекания, тем меньше опасность деформаций и растрескивания изделий при обжиге.

Интервал температур обжига лежит в следующих пределах:

Для кирпича, камня, керамзита – 900-1100оС

Клинкерного кирпича, плитки полов, гончарных изделий, фаянса – 1100-1300оС

Для фарфоровых изделий - 1300-1450оС;

Для огнеупорной керамики 1300-1800оС

Керамические материалы представляют собой композиционные материалы, в которых матрица или непрерывная фаза представлена сотывшим расплавом, а дисперсная фаза нерасплавленными частицами глинистых, пылевидных и песчаных фракций, а также порами и пустотами заполненными воздухом.

Истинная плотность кер.мат – 2,5-2,7 г/см3

Средняя плотность – 1,8-2,3 г/см3

Коэф.теплопроводности плотного черепка – 1,16 вт/моС

Пористого чрепка – 0,07-1,0 вт/моС

Предел прочности – от 0,05 до 100 МПа

Водопоглощение в зависимости от пористости от 0 до 75%

Морозостойкость – 15-100 и более