11. Керамические материалы и изделия. Сырье для производства керамических материалов. Процессы, происходящие с глинами при сушке и обжиге.

Керамическими называются искусственные каменные материалы, получаемые путем формования, сушки и высокотемпературного обжига глиняных масс. В результате при температуре свыше 900 С происходит безвозвратное превращение глины в камневидный продукт.

Виды глин.

Каолинитовые (формула каолинита Al2O3*2SiO2*2H2O)

Галлуазитовые (Al2O3*2SiO2*4H2O) Монтмориллонитовые (Al2O3*4SiO2*2H2O)

Иллитовые (K2O*MgO4*4Al2O3*7SiO2*2H2O)

Примеси в глинах.

Кварцевые встречаются в виде кварцевого песка. Ухудшают формовочное и обжиговое свойства, улучшает сушильные свойства и уменьшает трещиностойкость при охлаждении.

Карбонатные включения (тонко- и грубодисперсные состояния). Вредными являются крупные включения, т.к. при обжиге на их месте образуются значительные участки воздушной извести CaCO3 -> CaO (возд. известь) + CO2; CaO + H2O = Ca(OH)2 + Q – увел. V твердого вещества

Примеси железа окрашивают глину в оттенки красного цвета в процессе обжига и выполняют роль плавня (вещества, снижающего температуру образования расплава).

Сырьевыми материалами для производства керамических изделий являются каолины и глины, применяемые в чистом виде, а чаще в смеси с добавками (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами и др.). Под каолинами и глинами понимают природные водные алюмосиликаты с различными примесями, способные при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камнеподобное состояние. В глинах могут быть примеси, снижающие температуру плавления: карбонат кальция, полевой шпат. Камневидные включения карбоната кальция являются причиной появления "дутиков" и трещин в керамических изделиях, получившегося при обжиге.

Бентонитами называют высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита. Содержание в них частиц размером меньше 0,001 мм достигает 85…90%.

Трепелы и диатомиты, состоящие в основном из аморфного кремнезема, используют для изготовления теплоизоляционных изделий, строительного кирпича и камней.

Процессы при сушке и обжиге (у меня лекция на пол пути обрывается, так что если это нам и диктовали, то у меня нет. Нижеприведенное взято из интернетов)

Сначала пишу интервал температур, потом, что происходит.

20-100. Удаление влаги из массы

100-200. Глазурное покрытие претерпевает усадку. Выделяющиеся из объема изделия пары воды могут привести к растрескиванию и отлету покрытия. 

200-400. Выгорание органических веществ. Если по каким-то причинам их много, следует обеспечить хороший приток воздуха 

550-600. Серьезное фазовое превращение кварца. Оно редко проявляется на стадии нагрева, а на стадии охлаждения может привести к т.н. "холодному" треску.

400-900. Разложение минералов глины. Выделяется химически связанная вода. Разлагаются азотнокислые и хлористые соли (если их использовали).

600-800. Начало расплавления свинцовых и других легкоплавких флюсов, надглазурных красок. При 750 - 800 o C в третьем декорирующем обжиге происходит размягчение поверхности глазури и впекание красок, золота и т.п. Выгорание сульфидов.

850-950. Разложение мела, доломита. Начало взаимодействия карбонатов кальция и магния с кремнеземом. Эти процессы сопровождаются выделениями углекислого газа. В целом завершены все превращения глинистых веществ. Их наиболее мелкие частицы уже спеклись и обеспечили заметную прочность черепка.  К концу интервала - полное расплавление майоликовых глазурей.

1000-1100. Интенсивное взаимодействие извести и кремнезема сопровождается появлением жидкой фазы (например, в известковом фаянсе), уплотнением и деформацией черепка.  Начало размягчения полевых шпатов.  Плавление нефелин-сиенита.  Интенсивное разложение сульфатов, что сопровождается выделением сернистого газа.

1200-1250. Интервал спекания беложгущихся глин, фаянсовой массы.  Растворение кремнезема и каолинита в расплаве полевого шпата.

1280-1350. Процесс муллитообразования. Иглы муллита пронизывают фарфоровую массу, что в дальнейшем обеспечит ей высокую прочность и термостойкость. Превращение тонкодисперсного кварца в кристобаллит.

1200-1420. Этот температурный интервал характерен для фарфора. Здесь происходят процессы восстановления рыжих оксидов железа в более благородные голубые, если обеспечены соответствующие окислительно-восстановительные условия обжига. Температуры высоки, вязкости умеренные, очень быстро протекает диффузия: например, подглазурная роспись теряет четкость очертаний.

1420-1000. Ничего особенного в процессе охлаждения не происходит. И глазурь, и масса находятся в достаточно пластичном состоянии, поэтому охлаждать можно настолько быстро, насколько это позволяет печь.  Если используются глазури, склонные к кристаллизации, медленное охлаждение или выдержка 1-10 часов в этом интервале приводит к росту кристаллов.

1000-700. Начинается окисление низших оксидов меди, марганца и др. металлов (если они использованы) в высшие.  Недостаток кислорода в пространстве печи может дать поверхность с металлизацией. Если требуется восстановление - самое время для него. Восстановительную среду следует поддерживать чуть ли не до комнатных температур, как минимум до 250-300 o С.

900-750. И черепок, и глазурь перешли в хрупкое состояние и далее остывают как единое твердое тело. Если не согласованы КТР - возможен цек или отскок глазури и даже разрушение изделия.

600-550. Обратное фазовое превращение кварца с резким объемным изменением. Скоростной проход этого интервала может вызвать "холодный" треск.

300-200. Фазовое превращение кристобаллита. Он образовался, если в массе был очень тонкодисперсный кремнезем, при 1250 - 1300 o C.

250 – 100. Продолжение охлаждения.