| Керамика (греч. keramike - гончарное искусство, от kéramos - глина) - изделия и материалы, получаемые спеканием глин и их смесей с минеральными добавками, а также окислов и др. неорганических соединений. Керамика получила широкое распространение во всех областях жизни - в быту (различная посуда), строительстве (кирпич, черепица, трубы, плитки, изразцы, скульптурные детали), в технике, на железнодорожном, водном и воздушном транспорте, в скульптуре и прикладном искусстве. Основными технологическими видами керамики являются терракота, майолика, фаянс, каменная масса и фарфор. Производство керамики. Керамические изделия и материалы классифицируют по назначению и свойствам, по основному используемому сырью или фазовому составу спекшейся керамики. В зависимости от состава сырья и температуры обжига керамические изделия подразделяют на 2 класса: полностью спекшиеся, плотные, блестящие в изломе изделия с водопоглощением не выше 0,5% и пористые, частично спекшиеся изделия с водопоглощением до 15%. Различают грубую керамику, имеющую крупнозернистую, неоднородную в изломе структуру (например, строительный и шамотный кирпич), и тонкую керамику с однородным, мелкозернистым в изломе и равномерно окрашенным черепком (например, фарфор, фаянс). Основным сырьём 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. Полевые шпаты, особенно чистых сортов, и их сростки с кварцем добываются из пегматитов. Во все возрастающих количествах кварцево-полевошпатовое сырье добывается из разнообразных горных пород путем обогащения и очистки от вредных минеральных примесей. Однако повышенные и резко дифференцированные требования, предъявляемые к керамике металлургией, электротехникой и приборостроением, обусловили развитие производства огнеупоров и других видов технической керамики на основе чистых окислов, карбидов и др. соединений. Свойства некоторых видов технической керамики резко отличаются от свойств изделий, изготовляемых из глин и каолинов, и потому объединяющими признаками керамических изделий и материалов остаются их получение спеканием при высоких температурах, а также использование в производстве родственных технологических методов, к которым относятся: обработка сырья и приготовление керамической массы, изготовление (формование), сушка и обжиг изделий. По способу приготовления керамические массы подразделяют на порошкообразные, пластичные и жидкие. Порошкообразные керамические массы представляют собой увлажнённую или с добавкой органических связок и пластификаторов смесь измельченных и смешанных в сухом состоянии исходных минеральных компонентов. Перемешиванием глин и каолинов с отстающими добавками во влажном состоянии (18-26% воды по массе) получают пластические формовочные массы, которые при дальнейшем увеличении содержания воды и с добавкой электролитов (пептизаторов) превращаются в жидкие керамические массы (суспензии) - литейные шликеры. В производстве фарфора, фаянса и некоторых других видов керамики пластичную формовочную массу получают из шликера частичным обезвоживанием его в фильтр-прессах с последующей гомогенизацией в вакуумных массомялках и шнековых прессах. При изготовлении некоторых видов технической керамики литейный шликер приготовляют без глин и каолинов, добавляя в тонкомолотую смесь исходного сырья термопластические и поверхностно-активные вещества (например, парафин, воск, олеиновую кислоту), которые потом удаляются предварительным низкотемпературным обжигом изделий. Выбор метода формования керамики определяется в основном формой изделий. Изделия простой формы - огнеупорный кирпич, облицовочные плитки - прессуются из порошкообразных масс в стальных пресс-формах на механических и гидравлических пресс-автоматах. Стеновые стройматериалы - кирпич, пустотелые и облицовочные блоки, черепица, канализационные и дренажные трубы и др. - формуются из пластичных масс в шнековых вакуумных прессах выдавливанием бруса через профильные мундштуки. Изделия или заготовки заданной длины отрезают от бруса автоматами, синхронизированными с работой прессов. Хозяйственный фарфор и фаянс формуются преимущественно из пластичных масс в гипсовых формах на полуавтоматах и автоматах. Санитарно-строительная керамика сложной конфигурации отливается в гипсовых формах из керамического шликера на механизированных конвейерных линиях. Радио- и пьезо- керамика, керметы и др. виды технической керамики в зависимости от их размеров и формы изготовляются главным образом прессованием из порошкообразных масс или отливкой из парафинового шликера в стальных пресс-формах.Заформованные тем или иным способом изделия подвергаются сушке в камерных, туннельных или конвейерных сушилках. Обжиг керамики является самым важным технологическим процессом, обеспечивающим заданную степень спекания. Точным соблюдением режима обжига обеспечиваются необходимый фазовый состав и все важнейшие свойства керамики. За редким исключением спекание кристаллических фаз протекает с участием жидких фаз, образующихся из эвтектических расплавов. В зависимости от состава керамической массы и температуры обжига в фарфоровых, стеатитовых и др. плотно спекшихся изделиях содержание жидкой фазы в процессе спекания достигает 40-50% по массе и более. Силами поверхностного натяжения, возникающими на границе жидкой и твёрдой фаз, зёрна кристаллических фаз (например, кварца в фарфоре) сближаются, а газы, распределённые между ними, вытесняются из капилляров. В результате спекания размеры изделий уменьшаются, возрастают их механическая прочность и плотность. Спекание некоторых видов технической керамики (например, корундовой, бериллиевой, циркониевой) осуществляется без участия жидкой фазы в результате объемной диффузии и пластического течения, сопровождающихся ростом кристаллов. Спекание в твердых фазах происходит при использовании весьма чистых материалов и при более высоких температурах, чем спекание с участием жидкой фазы, и потому получило распространение лишь в производстве технической керамики на основе чистых окислов и тому подобных материалов. В соответствии с комплексом предъявляемых требований степень спекания разных видов керамики колеблется в широких пределах. Изделия из электрофарфора, фарфора, фаянса и других видов тонкой керамики покрываются перед обжигом глазурью, которая при высоких температурах обжига (1000-1400 0C), плавится, образуя стекловидный водо- и газонепроницаемый слой. Глазурированием повышают технические и декоративно-художественные свойства керамики. Массивные изделия глазуруются после сушки и обжигаются в один прием. Тонкостенные изделия перед глазуровкой во избежание размокания в глазурной суспензии подвергают предварительному обжигу. В некоторых керамических производствах неглазурованная поверхность обожжённых изделий шлифуется абразивными порошками или абразивным инструментом. Изделия хозяйственной керамики украшаются керамическими красками, декалькоманией и золотом. Классификация керамических изделий Назначение Тип керамики Исходные материалы Температура обжига, 0C Изделия Класс пористых, частично спекшихся изделий с водовопоглощением до 15% Строительная керамика: стеновые материалы Высокопористая, грубозернистая Глина, песок и др. отощающие материалы 950-1150 Глиняный кирпич и пустотелые блоки кровельные материалы То же Глина и песок 950-1150 Черепица облицовочные материалы То же Пластичные и пироплавкие глины шамот, кварцевый песок, полевой шпат, тальк, каолин 1000-1200 Облицовочные фасадные плитки и блоки, терракота, плитки метлахские, мозаичные, глазурованные фаянсовые и др. санитарно-технические изделия Фаянс, полуфарфор Глина, каолин, кварцевый песок 1150-1250 Оборудование санитарных узлов Бытовая и художественно-декоративная керамика Фаянс, полуфарфор, майолика Глина, каолин, кварцевый песок, полевой шпат 1100-1250 Столовая и чайная посуда, художественно-декоративные изделия Огнеупорная керамика Алюмосиликатная, кремнеземистая, магнезиальная, хромистая, цирконовая и др. Огнеупорная глина, каолин, шамот, кварциты, известь, доломит, магнезит, высокоогнеупорные окислы и др. 1350-2000 Кирпичи и блоки, применяемые при сооружении печей, топок и др. Класс полностью спекшихся, блестящих в изломе изделий с водопоглощением не выше 0,5% Техническая керамика: электротехническая (для токов промышленной и высокой частоты) Муллитовая, корундовая, стеатитовая, кордиеритовая, на основе чистых окислов, электрофарфор Глина, каолин, андалузит, глинозем, полевой шпат, циркон, цирконосиликаты и др. 1250-1450 Изоляторы, чехлы для термопар, вакуумплотные колбы, термостойкие детали для печей и др. кислотоупорная "Каменная", кислотоупорный фарфор Беложгущиеся глины и каолин, кварц, полевой шпат, циркон, цирконосиликаты и др. 1250-1300 Сосуды для хранения кислот и щелочей, аппаратура химических заводов, посуда и др. Бытовая и художественно-декоративная керамика Твердый и мягкий хозяйственный фарфор Беложгущиеся глины и каолин, кварц, полевой шпат 1300-1450 Столовая и чайная посуда, статуэтки, вазы и др. Санитарно-строительные изделия Низкотемпературный фарфор Глина, каолин, полевой шпат, кварцевый песок 1250-1300 Умывальные столы, унитазы и др.
|
