Пластичность - главная особенность глины для керамики

Определение. Глиняная, оксидная, карбидная керамика.

Керамика. Характеристика глины как сырья для керамики. Превращения глины при обжиге.

"Керамика - материалы и изделия, получаемые спеканием глин и их смесей с различными добавками, а также оксидов и др. соединений металлов". (Политехнический словарь)

По древности происхождения и по применению в изучаемой вами отрасли – строительстве – на первое место поставим глиняную керамику. Слово keramos пришло из древней Греции, где оно обозначало глину, предназначенную для производства гончарных изделий. Происхождение самого материала уходит корнями в глубокую древность. Керамические черепки находят в раскопках, относящихся к 13-12 тысячелетию до н.э. Обожженный кирпич был известен в древнем Вавилоне. Да и клинописные записи, из которых почерпнуты сведения о Вавилонском кирпиче, сделаны на пластинках из обожженной глины (они были записаны, конечно, на сырой глине и закреплялись обжигом).

К глиняной керамике относят все изделия из обожженной глины – от грубого кирпича до чашки из тончайшего фарфора. В торговле применяют термины кирпич, керамика, фарфор, фаянс, огнеупоры, однако, в технологическом отношении все это керамика, т.е. материалы и изделия, полученные обжигом глин различного состава с добавками при различной температуре до спекания. Значительно позже появились изделия из спеченных порошков неорганических соединений – оксидов, карбидов нитридов металлов, которые теперь применяют в радиотехнике и электронике.

В строительстве по-прежнему применяется только глиняная керамика. Распространенность глиняной керамики объясняется во многом свойствами сырья для ее изготовления – глины.

"Пластичность - свойство твердых тел под действием внешних сил изменять, не разрушаясь, свою форму и размеры и сохранять остаточные деформации после устранения этих сил". (Политехнический словарь)

Характерный признак пластичности глины – способность сохранять приданную форму изделия не только после формования, но и после обжига.

Пластичность глины обусловлена ее строением. Глина состоит из мельчайших частиц (около 0,01 мкм). В сухой глине создаются точечные контакты между частицами, при этом образуются объемные петли с пустотами, превышающими размеры самих частиц. При увлажнении глины вода внедряется, прежде всего, внутрь глинистых частиц, между плоскостями пластинчатых кристаллов алюмосиликатов. Частицы набухают, связи между ними ослабляются. При определенной влажности (w_р) у глины появляется свойство раскатываемости. При дальнейшем увлажнении вода занимает пустоты в глине, промежутки между частицами. Контакты между частицами сохраняются вплоть до влажности текучести (w_т), при которой частицы начинают «разъезжаться», глина течет.Свойство пластичности проявляется в промежутке между влажностью раскатываемости и влажностью текучести. Поэтому в технологии керамики и в науке о грунтах разность (в процентных пунктах) w_т – w_р называют числом пластичности глины. Для строительной керамики, в частности, для кирпича наиболее подходят глины с числом пластичности от 7 до 15. Глины с меньшим числом пластичности плохо формуются во влажном состоянии (рассыпаются), их называют тощими глинами. Керамику из тощих глин можно получать только при добавлении обогащающих добавок – глин с большим числом пластичности, называемых жирными глинами. Для получения керамики из жирных глин с числом пластичности более 15 в них добавляют отощающие добавки (чаще всего песок). Без отощающих добавок жирные глины дают большую усадку при обжиге, что приводит к растрескиванию изделий.

Спекаемость глины – важнейшее ее свойство уплотняться при обжиге и давать прочный материал, называемый в общем случае «глиняный черепок» О степени спекания можно судить по водопоглощению остывшего черепка.(рис. 1)

При температуре t_A, соответствующей точке А на рис.1, начинается спекание. Водопоглощение обожженной глины резко снижается по мере повышения температуры обжига, достигая минимума при температуре t_С. Разность t_С - t_A называется интервалом спекания глины. Интервал спекания легкоплавких глин (для стенового кирпича) 50˚... 100˚, для огнеупорных, тугоплавких глин достигает 400˚.

Точка Б на рис.1 соответствует водопоглощению 5 % и температуре t_Б. Материалы, обожженные при температуре ниже t_Б и имеющие водопоглощение черепка выше 5 %, называют пористой керамикой. Материал, обожженный при более высокой температуре и имеющий водопоглощение менее 5 %, называется плотной керамикой.

Рис.1. Зависимость водопоглощения глиняного черепка от температуры обжига

К пористой керамике относится, например, обычный стеновой кирпич, плитки для облицовки стен (не считая слоя глазури, который относится к плавленым материалам). Плотная керамика – плитки для пола, дорожный кирпич, а также фаянс, полуфарфор, фарфор.

При температуре, выше t_С, может наблюдаться вспучивание материала (вследствие химических реакций с выделением газа) и соответственно повышение его пористости и водопоглощения. При таких высоких температурах получают, например, упомянутый выше керамзит.