14.Керамика.

Химический состав. Глины состоят из химических соединений алюминия, кремния, железа, титана, кальция, магния, натрия, калия в виде окислов и солей. В глинах содержится также некоторое количество органических веществ.

Наиболее важной составной частью глин является глинозем Аl2О3 (окись алюминия). Он оказывает наибольшее влияние на свойства керамических изделий. Содержание глинозема в глинах колеблется в пределах от 8 до 40% и более.

В зависимости от суммы окислов алюминия (вместе с окислами титана ТiO2, содержание которого незначительно—1—2%) глины бывают высокоосновные, имеющие в своем составе более 40% указанных окислов; основные — от 30 до 40%, полукислые— от 15 до 30% и кислые — до 15%- Повышенное содержание этих окислов свидетельствует о высоком качестве глинистого сырья. В производстве керамических изделий для облицовки фасадов обычно используют полукислые и основные глины.

Кремнезем — окись кремния SiO2 оказывает также большое влияние на свойства керамических изделий. Содержание кремнезема в глине колеблется в пределах от 50 до 80% В составе глин часть кремнезема находится в связанном виде, в глинообразующих минералах, которые положительно влияют на качество изделий, а часть в несвязанном, как примесь, которая приводит к нежелательным последствиям и, в частности, к образованию в изделиях трещин.

Кальций и магний содержатся в глинах в виде солей . карбонатов и сульфатов. В некоторых сортах глин содержание кальция и магния в пересчете на их окислы (СаО и MgO) достигает 25%, но, как правило, общее их содержание не превышает 5—10%. При производстве изделий для облицовки фасадов применяют глины, в составе которых содержится невысокий процент указанных соединений. Обычно соединения кальция и магния отрицательно влияют на свойства керамических изделий.

Железо, титан, марганец и ряд других металлов содержатся в глинах в виде окислов в количестве до 5—10%_.

Минералогический состав глины

Химические соединения, однородные по своему строению, составу и свойствам, образуют минералы. Глины состоят из основных глинообразующих минералов и минералов-примесей. К основным глинообразующим минералам относятся каолинит, монтмориллонит, гидрослюда, монотермит и некоторые другие.

Глинообразующие минералы в основном представляют собой водные силикаты глинозема, содержащие окислы кремния и железа, а также сульфаты, карбонаты и растворимые в воде соли различных металлов. Глинообразующие минералы характеризуются размерами частиц менее 5 мк (<0,005 мм).

В состав глин может входить только один минерал, что характерно в основном для огнеупорных глин. Такие глины называются мо но минеральны ми. Если в состав глин входит несколько минералов, их называют полиминеральными. К таким глинам относятся легкоплавкие глины. Они могут применять при обжиге полуторного кирпича различных марок.

качество продукции кирпичного завода.

Свойства глин целиком зависят от их химического и минерального состава, а также от величины составляющих их частиц. Уже одни эти. факты указывают нам на важнейшие свойства глин.

Важнейшими свойствами глин являются:

1) способность"в смеси с водой образовывать тонкие «взвеси» (мутные лужи) и вязкое тесто;

2) способность набухать в воде;

3) пластичность глиняного теста, т. е. способность его принимать и сохранять любую форму в сыром виде;

4) способность сохранять эту форму и после "высыхания с уменьшением объема;

5) клейкость;

6) связующая способность;

7) водоупорность, т. е. способность после насыщения определенным количеством воды не пропускать через себя воду.

Из глиняного теста делают различные изделия - кувшины, кринки, горшки, миски и т. п., которые осле обжига становятся совершенно твердыми и не пропускают воду. Кирпичные заводы вырабатывают из глины строительные кирпичи, также обладающие большой механической прочностью. Это указывает еще на одно важное свойство глины - ее способность твердеть после обжига, давая материал, не размокающий в воде и непроницаемый для нее.

Глины могут быть всех цветов - от белого до черного. На Украине и в некоторых других районах белая глина служит материалом для побелки стен, печей и т. д. Когда хотят покрасить стены в цветные тона, берут желтые, красные, зеленые и другие глины. Таким образом, здесь мы имеем дело с новым свойством глины - с красящей и кроющей ее способностью.

В зависимости от назначения керамики получение заданных свойств изделий достигается подбором сырьевых материалов и добавок и особенностями технологии. Основным сырьем в керамической промышленности являются глины и каолины вследствие их широкого распространения и ценных технологических свойств. Важнейшим компонентом исходной массы при производстве тонкой керамики являются полевые шпаты (главным образом микролин) и кварц. Однако повышенные и резко дифференцированные требования, предъявляемые к керамике металлургией, электротехникой и приборостроением, обусловили развитие производства различных видов технической керамики на основе чистых окислов, карбидов и различных соединений.

Содержащаяся в глине химически связанная вода начинает заметно испаряться лишь при красном накале изделия (500—600° С), когда прочность черепка ослаблена и из-за дополнительного его сжатия в нем возможно образование трещин. Поэтому необходимо замедлить скорость подъема температуры обжига. В так называемых карбонизированных составах приходится считаться также с разложением карбонатов, выделяющих большое количество углекислого газа.

При обжиге глинистые минералы, потерявшие химически связанную воду, начинают с повышением температуры (1000° С и более) перекристаллизовываться в совершенно новые минералы, имеющие иную кристаллическую структуру, например в тонкоигольчатый муллит 3Al203*2Si02. Но при такой температуре возможно начало образования и жидкой фазы, создающей в некоторых видах черепка известную просвечиваемость после окончательного обжига. Даже очень маленькие иглы муллита, пронизывающие стекловатую часть черепка, увеличивают общую прочность изделия, но из-за оптических явлений уменьшают возможную просвечиваемость. Развившиеся длинные кристаллы муллита (0,01 мми более) об­разуют своего рода арматуру для стекловатой части обожженного черепка, но из-за большего коэффициента преломления по сравнению со стеклом просвечиваемость черепка весьма уменьшается. Последнее объясняется наличием не только муллита, но и кварца, газовых включений и др.

При обжиге изделий образуется вязкая жидкость, пронизывающая твердые частицы. В результате развиваются силы поверхностного натяжения, что приводит к уплотнению черепка и уменьшению пористости.

Как при сушке, так и при обжиге изделие сокращается не только линейно, но и объемно. С известным приближением линейное сокращение можно пересчитать на объемное В зависимости от метода фор­мования, размера частиц, их свойств и других факторов формованное изделие может содержать до 50% объемных пор. Если такое изделие обжечь до нулевой пористости, то оно уменьшится до половины своего первоначального объема. Так как в массы добавляют материалы, не дающие усадки, то довольно часто объемная усадка определяется в 30—32%, что соответствует 11,2—12,0% линейного сжатия.

Удаление воды, перекристаллизация с образованием стекла и удаление воздуха из пор — являются одними из главных причин дополнительного сокращения изделия при обжиге. Возникающие при этом напряжения только в том случае не приведут к короблению и деформации, если предшествующие операции формования и сушки были выполнены технологически правильно, а последующий обжиг не создал дополнительных причин, ведущих к короблению и деформации.