Керамика - это изделия преимущественно из природных глин и их соединений с различными минеральными добавками, обожженных до камневидного состояния. Керамические изделия исключительно разнообразны по своему назначению, декоративным и техническим свойствам, объединяя ряд от строительного кирпича до уникальной декоративной фарфоровой вазы и глазурированного художественного панно. В зависимости от назначения, в керамических изделиях определяющими являются самые различные их свойства: цвет, отсутствие открытой пористости, прочность, термостойкость, сейсмическая устойчивость, диэлектрические показатели, водопоглощение, плотность, коэффициент термического расширения, пьезоэлектрические, магнитные и сверхпроводящие свойства и т. д.
Керамическая промышленность уже давно разделилась на ряд самостоятельных областей, выпускающих разнообразные бытовые, строительные, технические и художественные изделия (кирпич, черепица, огнеупоры, кислотоупоры, керамические трубы и сантехнические изделия, строительные блоки, кафель, облицовочная и метлахская плитка, глиняная посуда, фарфор и фаянс, электро - и радиотехнический фарфор и строительный фаянс, архитектурные детали, изделия художественного промысла и др.).
Особое место занимают так называемые керметы, получаемые при спекании металлических и керамических порошков; они обладают высокой прочностью и другими ценными техническими свойствами, используясь для изготовления турбин, авиационных двигателей, режущего инструмента и др.
Производство керамики складывается из обработки сырья и подготовки пластичной керамической массы, формования, сушки и обжига изделий, а в отдельных случаях и их внешней отделки.
В зависимости от состава пластической массы, температуры и времени обжига получают так называемую грубую или тонкую керамику. Первая имеет крупнозернистый, обычно пористый, неровный в изломе черепок (строительный кирпич, гончарные изделия и др.), вторая - однородный в изломе, плотный, равномерно окрашенный черепок (каменный товар, фарфор, фаянс, корундовая, муллитовая, энстатитовая, кордиеритовая и другие специальные керамики).
Сырьем для грубой керамики (красный кирпич, гончарные изделия) являются легкоплавкие и пластичные глины, отощаемые (для уменьшения пластичности и усадки при спекании) в случае необходимости добавкой песка или шамота (обоженная до спекания огнеупорная глина или каолин). Для получения шамотного огнеупорного кирпича используются огнеупорные глины с минимальным содержанием щелочных оксидов, а также каолин; в качестве отощающего материала применяется дробленый шамот, а в производстве полукислых огнеупоров отощающим материалом служит кварцевый песок.
Подготовка пластичной формовочной массы состоит в дроблении и перемешивании этого сырья до однородного состояния, ее увлажнении и проминке. Формование осуществляется чаще всего пластическим методом с использованием специальных прессов. Для удаления воздуха используются вакуумные массомялки и вакуум-прессы. Это повышает пластичность и формовочные свойства массы, а полученные керамические изделия имеют меньшую пористость, более высокую прочность, кислотоупорность, лучшие диэлектрические показатели и др.
В качестве сырья для каменного товара (облицовочная плитка, трубы и другие изделия, характеризующиеся плотным черепком) используются тугоплавкие глины с кварцевым песком как отощающей добавкой; его подготовка и формование производятся аналогичным образом.
Таблица 31. Состав (%) исходной шихты для | ||
Компоненты шихты (минералы, | Фаянс | Фарфор |
Каолин | 30-35 | 30-40 |
Беложгущие пластичные глины | 30-35 | 24-9 |
Полевой шпат | 0-5 | 20-35 |
Кварц | 30-35 | 20-30 |
Температура обжига, њС | до 1260 | более 1300 |
Пористость, % | 12-14 | около 0,5 |
Облик черепка | плотный, мелко- | плотный, звонкий, |
Для получения фарфора и фаянса в состав исходной сырьевой смеси вводят пластичные беложгущие глины и каолин, кварц, полевой шпат и шамот в различных соотношениях (табл. 31). Формовка полученной тонкодисперсной пластичной массы производится обычно в гипсовых формах.
Сушка керамических изделий происходит в специальных сушилках. Она имеет важное технологическое значение: при слишком быстрой или неравномерной сушке в керамических изделиях в результате усадки могут возникнуть трещины. Полностью высушенное изделие обладает значительной прочностью, увеличивающейся при обжиге.
В процессе последующего обжига керамической массы из нее удаляются остатки гигроскопической воды, а глинистые минералы разлагаются; происходит образование новых кристаллических силикатов и цементирующего стекловидного расплава с последующим затвердеванием и упрочнением (спеканием). С увеличением температуры обжига повышается степень спекания порошка, снижается его пористость, повышаются прочность, химическая стойкость и диэлектрические свойства. Кроме изменения температуры спекание зависит также и от состава керамической массы, в частности от количества в ней Na2O, K2O и др.
Конечные температуры обжига различны. Они составляют около 900-1000°C для строительного кирпича и достигают 2000°C для специальных огнеупорных изделий. Продолжительность обжига также различна: 2-3 часа для мелких керамических изделий и несколько суток для крупных огнеупорных изделий. Главные конечные продукты обжига глин представлены муллитом, сложным стеклом, кристобалитом и некоторым количеством кварца.
О сложности процессов дегидратации и разложения глинистых минералов при нагревании и упрочняющем обжиге, сопровождающихся образованием новых (промежуточных и конечных) минеральных фаз, свидетельствует, в частности, хорошо изученное многостадийное термальное превращение чистого каолинита:
1) | Al2Si2O5(OH)4 | → | Al2Si2O7 + 2H2O; |
каолинит | 450њC | метакаолин |
2) | 2(Al2O3.2SiO2) | → | 2Al2O3.3SiO2 + SiO2; |
метакаолин | 925њC | кремниевая шпинель |
3) | 2Al2O3.3SiO2 | → | 2(Al2O3.SiO2) + SiO2; |
кремниевая шпинель | 1100њC | псевдомуллит |
4) | 3(Al2O3.SiO2) | → | 3Al2O3.2SiO2 + | SiO2; |
псевдомуллит | 1400њC | муллит | кристобалит |
Некоторые керамические изделия могут глазурироваться, шлифоваться, полироваться и покрываться рисунками. Глазури изготавливаются тонким мокрым помолом смеси кварца, полевых шпатов, мела, глины, борацита, свинцового сурика и других материалов, которые при температурах 1000-1350њС образуют на поверхности керамики блестящий стекловидный слой. Керамические краски получают из оксидов кобальта, хрома, меди, марганца, железа и других металлов.
Помимо пластичных глин и каолинов в керамическом производстве используются и другие природные и искусственные материалы, добавляемые для регулирования технических свойств керамической массы: изменения ее пластичности, снижения температуры плавления, уменьшения деформаций при обжиге, повышения термостойкости керамических изделий и др. Среди них первостепенное значение имеют калиевые и натриевые минералы - полевые шпаты (ортоклаз, альбит, анортит) и нефелин, а также волластонит. Полевые шпаты в процессе обжига расплавляются в первую очередь с образованием вязкого стекла, скрепляющего более тугоплавкие компоненты керамической массы. При производстве тонкой художественной керамики, а также электрофарфора используются в основном калиевые полевые шпаты, низкотемпературного дешевого фарфора - преимущественно натриевые. Волластонит вводится в керамическую массу для снижения ее влагоемкости, а также для получения электро - и радиокерамических изоляторов.
Традиционным источником полевых шпатов для керамической промышленности являются пегматиты. Однако пегматитового сырья не хватает, поэтому в настоящее время все шире используются различные горные породы с высоким содержанием полевых шпатов или их заменителей (нефелина, лейцита, серицита и др.). Чаще всего это граниты, аплиты, фонолиты, сиениты, нефелиновые сиениты, <щелочные> каолины, полевошпатовые пески и песчаники и другие породы.
Особый интерес представляют гидротермально измененные серицитизированные и каолинизированные кислые, реже средние по составу магматические (в том числе пирокластические) породы - граниты, риолиты, дациты и их туфы - так называемые фарфоровые камни. В некоторых случаях их состав соответствует требуемому для исходной фарфоровой или фаянсовой массы либо нуждается в незначительной подшихтовке полевыми шпатами, огнеупорной глиной и др.
Фарфоровые камни разделяют на кварцевые и относительно редкие бескварцевые; в свою очередь кварцсодержащие камни подразделяют (по преобладающему минералу) на каолинитовый (диккитовый), пирофиллитовый, полевошпатовый и серицитовый типы. По суммарному содержанию щелочей (K2O+Na2O) среди них выделяют щелочные (более 2,5%), нормальной щелочности (0,5-2,5%), и бесщелочные (до 0,5%), а по величине калиевого модуля (К2О/Na2O) щелочные и нормальной щелочности фарфоровые камни относят к высококалиевым (более 3), кали-натриевым (1-3) и натриевым (до 1).
Наиболее дефицитными являются высококалиевые разновидности фарфорового камня. Натриевые разновидности в керамической промышленности не используются, но являются ценным стекольным сырьем. В литературе фарфоровые камни часто называют по именам собственным, отражающим их местонахождение или другие специфические особенности: корнуолльский камень (грейзенизированные и каолинизированные граниты полуострова Корнуолл в Англии), китайский камень (многочисленные месторождения КНР), гусевский камень (вторичные кварциты за счет субвулканических дацитовых порфиритов Гусевского месторождения в Приморье) росеки (пирофиллитовый) и тосеки (серицитовый) камни в Японии (гидротермально измененные кислые изверженные породы с кварцем и каолинитом).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |
Основные порталы (построено редакторами)