2. Материалы и изделия, получаемые спеканием и плавлением

2.1. Керамические декоративно-отделочные материалы

2.1.1 Общие сведения

Керамические строительные материалы получают из глин с различными добавками. Искусственная поликристаллическая структура этих материалов окончательно формируется при обжиге, т. е. в условиях высоких температур.

По назначению керамические изделия делят на следующие виды:

• стеновые (кирпич и керамические камни);

• кровельные (черепица);

• изделия для облицовки фасадов (лицевой кирпич, терракотовые мозаичные плитки и др.);

• изделия для внутренней облицовки стен;

• плитка для полов;

• санитарно-технические изделия (умывальники, унитазы и трубы);

• специальная керамика (кислотоупорная, огнеупорная, теплоизоляционная);

• заполнители для легких бетонов (керамзит и аглопорит).

Материал, из которого состоят керамические изделия после обжига, называют керамическим черепком.

В зависимости от структуры черепка керамические материалы разделяются на две основные группы: пористые и плотные.

Пористыми условно считают изделия, у которых водопоглощение черепка более 5 % по массе (в среднем 8...20 %). К ним относятся все виды кирпича и стеновых камней, черепица, облицовочные плитки.

Плотными считают изделия, водопоглощение черепка которых менее 5 % (обычно 2...4 %); эти изделия практически водонепроницаемы. К ним относятся плитки для полов, санитарный фарфор и т. п.

Основы производства.

Сырье. Основным сырьевым компонентом керамических строитель­ных материалов является глина – осадочная горная порода, состоящая из природных водных алюмосиликатов с различными примесями. Глина, замешанная с определенным количеством воды, образует глиняное тесто, обладающее связностью и пластичностью, способное в процессе обжига образовывать прочный – искусственный камень.

Глины, как сырье для керамики, оценивают комплексом свойств: пластичностью, связующей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур.

Пластичность – способность глиняного теста деформироваться под действием внешних механических нагрузок без нарушения сплошности и сохранять полученную форму после прекращения воздействий. Пластичность глин объясняется тем, что при увлажнении глины на поверхности глиняных частиц появляются тончайшие слои адсорбированной воды. Эти слои, с одной стороны, обеспечивают возможность скольжения частиц друг относительно друга, а с другой, связывают эти частицы силами поверхностного натяжения, что обеспечивает сохра­нение формы изделий после формования. Превалирование того или другого эффекта зависит от количества адсорбированной глиной воды.

Пластичность оценивается количеством воды, необходимой для получения из глины удобоформуемой массы. Высокопластичные глины имеют высокую водопотребность и, как следствие, большую усадку при сушке:

Таблица 6

Типы глины	Водопотребность, %	Усадка при сушке, %
Высокопластичная	>28	10…15
Средней пластичности	20…28	7…10
Малопластичная	<20	5…7

Скорость сушки увлажненной глины определяется не скоростью испарения влаги с поверхности отформованного изделия, а скоростью миграции воды внутри глиняной массы от центра к поверхности. Глина, будучи материалом «водонепроницаемым», тормозит продвижение влаги через свою толщу, чем замедляет сушку.

Спекаемость – способность глины при обжиге переходить в камневидное состояние, в котором она совершенно не размокает в воде, объясняется следующим. При нагреве до 900...1200⁰С в глине последовательно начинают протекать химические и физико-химические процессы, приводящие к полному и необратимому изменению ее структуры:

• удаление химически связанной воды (500...600° С);

• разложение обезвоженной глины на оксиды Аl₂О₃ и SiO₂ (800...900° С);

• образование новых водостойких и тугоплавких минералов (силлиманита Al₂Оз - SiO₂ и муллита 3Al₂Оз - 2SiO₂ (1000...1200⁰С);

• образование некоторого количества расплава из легкоплавких материалов глины (900...1200⁰С).

Образование прочного черепка происходит за счет эффекта склеивания твердых частиц глины образовавшимся расплавом. При этом за счет сил поверхностного натяжения этого расплава происходит уменьшение объема материала, называемое огневой усадкой. В зависимости от вида глин огневая усадка составляет 2...6 %.

Полной усадкой называют сумму воздушной и огневой усадки; она обычно находится в пределах 6...18 %. Полную усадку необходимо учитывать при формовании сырцовых заготовок для получения изделий с заданными размерами.

Огнеупорность – свойство материалов, в том числе и глин, выдерживать действие высоких температур без деформаций.

Различные глины требуют определенных температур обжига и соответственно изделия из них имеют различную огнеупорность. По этому признаку глины делят на легкоплавкие, тугоплавкие и огнеупорные.

Легкоплавкие глины, содержащие большое количество примесей, плавятся при температуре ниже 1350⁰С. Из таких глин, называемых кирпичными, изготовляют кирпич, стеновые камни и черепицу.

Тугоплавкие глины, содержащие незначительное количество примесей, плавятся при температуре 1350...1580⁰С. Применяют их для изготовления облицовочных керамических изделий, лицевого кирпича, канализационных труб.

Огнеупорные глины, почти не содержащие примесей, плавятся при температуре выше 1580⁰С. Их применяют для производства огнеупорных материалов.

Порообразующие добавки вводят в смесь для снижения плотности и, соответственно, теплопроводности керамических изделий. Для этого используют вещества, которые при обжиге:

• диссоциируют с выделением газа, например, СО; (молотый мел, доломит и т. п.);

• выгорают (древесные опилки, угольный порошок и т. п.).

Такие добавки одновременно являются и отощающими.

Пластифицирующие добавки - высокопластичные глины, а также поверхностно-активные вещества - пластификаторы СДБ, ЛСТ и др.

Плавни добавляют в глины в тех случаях, когда желательно понизить температуру ее спекания. В этом качестве используют полевые шпаты, железную руду, тальк и т. п.

Глазури и ангобы - отделочные слои на облицовочных керамических изделиях.

Глазури - стеклообразные лицевые покрытия различного цвета, прозрачные или глухие. Их получают нанесением на поверхность готовых изделий порошка из стекольной шихты и закреплением об­жигом до плавления.

Ангобы — лицевые покрытия, выполненные из цветных глин, нанесенных на поверхность сырцовых изделий. В отличие от глазури ангоб не дает при обжиге расплава; а образует матовое керамическое покрытие.