Основные этапы технологии керамических изделий. Виды формования

Сырье.

Понятие о технологии кирпича и других керамических материалов.

Химические реакции при обжиге глины.

Высокотемпературные процессы спекания и плавления всегда сопровождаются химическими превращениями. Поэтому нельзя сказать, например, что глиняный кирпич состоит из глины. Он изготовляется из глины, но в процессе обжига гидроалюмосиликаты, из которых состоит глина, превращаются в другие вещества. Здесь даются простейшие представления о превращениях при обжиге минерала белой глины, называемого каолинитом.

При t > 450°C каолинит теряет кристаллизационную воду, превращаясь в метакаолинит:

Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O = Al₂O₃.2SiO₂ + 2H₂O

каолинит метакаолинит

При t > 900°C (обычно 900° - это и есть температура начала спекания) метакаолинит разлагается, образуется муллит и кремнезем различных кристаллических модификаций:

3(Al₂O₃.2SiO₂) = 3Al₂O₃.2SiO₂ + 4SiO₂

метакаолинит муллит кремнезем

Расплав этих веществ (аморфный при затвердевании) связывает зерна кристаллов их, в чем и заключается спекание. Аморфный расплав, таким образом, выполняет функцию высокотемпературного вяжущего.

Спекание составляет сущность технологии, называемой керамической. Технологию, основным процессом которой является полное расплавление сырья, называют стекольной.

Глина – основной, но, как правило, не единственный сырьевой материал в технологии керамики. Выше уже упоминались отощающие и обогащающие добавки, способствующие приведению глины к требуемому числу пластичности. Кроме того, применяют выгорающие добавки, способствующие увеличению пористости керамики, например, древесные опилки, угольную пыль. Напомним, что грубая керамика имеет значительную пористость, доходящую до 18-20 %. Поризация требуется для получения легких и теплоизолирующих материалов. При этом, конечно, уменьшается прочность. Поэтому, например, легкий пористый кирпич применяют как стеновой материал в зданиях малой этажности (не более 3-4 этажей).

Для наружного слоя облицовочных керамических плиток, а также для некоторых видов лицевого кирпича применяют глазури и ангобы.

Глазурью называют стекловидное покрытие на поверхности керамического изделия толщиной 0,1... 0,3 мм, закрепленное обжигом. Состав глазури сходен с составом стекол (о стеклах дальше), глазурную смесь – фритту – наносят на поверхность керамики. При обжиге происходит расплавление и растекание состава по поверхности. Получается блестящее прозрачное или цветное непрозрачное покрытие (в зависимости от состава фритты).

Ангобом называют керамическую краску, состоящую из глины, белой или окрашенной оксидами металлов. Она, как и глазурь, закрепляется на поверхности керамического изделия обжигом. Толщина слоя ангоба также 0,1... 0,3 мм. Ангобированная поверхность обычно матовая, в отличие от глазурованной.

Поверхность керамического изделия может быть также рельефной или гладкой, иметь рисунок (рисунки наносятся по различным технологиям) или быть одноцветной.

Поверхность керамического черепка, имеющая естественный цвет обожженной глины (без глазури или ангоба) называется терракотовой.

Для таких материалов плотной керамики, как фаянс, полуфарфор и фарфор, в состав сырья входят также кварц и полевой шпат в довольно значительных количествах, так что их нельзя назвать добавками. Содержание кварца в фаянсе до 40 %, полевого шпата – до 15 %. В составе санитарно-технического фарфора кварца и полевого шпата по 20-30 % каждого.

В составе сырья для огнеупорных керамических материалов может преобладать тугоплавкая глина (в материале, называемом шамот) или глина может быть лишь связующим для кремнезема или глинозема.

Технология производства керамических изделий включает в себя три основных группы операций: 1) подготовка глиномассы; 2) формование изделия; 3) закрепление формы отформованного изделия обжигом (с предварительным подсушиванием или без него). Основные различия в вариантах технологии зависят от способа проведения формования. Существует три способа формования керамических изделий из глиномассы (т.е. из смеси глины с добавками и водой): а) пластическое формование, б) полусухое прессование, в) литьевой способ.

При пластическом формовании влажность глиномассы составляет около 20 %. Глиномасса, находящаяся в пластическом состоянии, выдавливается через отверстие экструдера (ленточного пресса) в виде непрерывной ленты, бруса или трубы (в зависимости от формы отверстия) и далее разрезается на отдельные изделия: брус – на кирпичи, лента – на плитки, труба – на отрезки определенной длины.

При полусухом прессовании из глиномассы с влажностью 8… 10 % прессуют отдельные изделия на обычном гидравлическом прессе.

При литьевом способе влажность глиномассы около 40 % – превышает влажность текучести – поэтому формование заключается в разливке глиномассы по формам, в которых она и обжигается (избыток воды уходит в поры формы, изготовляемой из формовочного гипса).

Различие в способах формования влечет за собой некоторые различия в проведении остальных операций производственного процесса. Рассмотрим более подробно технологический процесс производства кирпича.