Виды керамических материалов и изделий. Характеристика различных видов керамики, их состав, свойства, отличительные признаки. Керамика в строительстве

Российская Федерация

Министерство образования и науки Челябинской области

Профессиональное училище №130

По дисциплине: «Материаловедение»

Тема: Керамические материалы

Выполнил: учащийся гр.28 Белобородов А.

Проверил: Преподаватель Долин А.М.

Южно-Уральск 2008г.

Введение

1. Общие сведения о керамических материалах

2. Сырье для производства керамических материалов и изделий

2.1 Глинистые материалы

2.2 Отощающие материалы

Заключение

Список литературы

Введение

В современном мире в строительстве очень широко применяются керамические материалы и изделия. Это обусловлено большой прочностью, значительной долговечностью, декоративностью многих видов керамики, а также распространенностью в природе сырьевых материалов.

Целью данной работы является рассмотрение и изучение керамических материалов. В соответствии с поставленной целью можно выделить и задачи работы: изучить общие сведение о керамических материалах: понятие, виды, свойства керамических материалов и изделий; сырье для производства керамических материалов и изделий: глинистые материалы, отощающие материалы.

Керамические изделия обладают различны ми свойствами, которые определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также условиями обжига - газовой средой, температурой и длительностью. Материал (т.е. тело), из которого состоят керамические изделия, в технологии керамики именуют керамическим черепком.

1. Общие сведения о керамических материалах

Керамическими называют материалы и изделия, изготовляемые формованием и обжигом глин. «Керамос»- на древнегреческом языке означало гончарную глину, а также изделия из обожженной глины. В глубокой древности из глин путем обжига получали посуду, а позднее (около 5000 лет назад) стали изготовлять кирпич, а затем черепицу.

Большая прочность, значительная долговечность, декоративность многих видов керамики, а также распространенность в природе сырьевых материалов обусловили широкое применение керамических материалов и изделий в строительстве. В долговечности керамических материалов можно убедиться на примере Московского Кремля, стены которого сложены почти 500 лет назад.

Среди сырьевых порошкообразных материалов - глина, которая имеет преимущественное применение при производстве строительной керамики. Она большей частью содержит примеси, влияющие на ее цвет и термические свойства. Наименьшее количество примесей содержит глина с высоким содержанием минерала каолинита и потому называемая каолином, имеющая практически белый цвет. Кроме каолинитовых глин разных цветов и оттенков применяют монтмориллонитовые, гидрослюдистые.

Кроме глины к применяемым порошкообразным материалам, являющимися главными компонентами керамических изделий, относятся также некоторые другие минеральные вещества природного происхождения - кварциты, магнезиты, хромистые железняки.

Для технической керамики (чаще именуемой специальной) используют искусственно получаемые специальной очисткой порошки в виде чистых оксидов, например оксиды алюминия, магния, кальция, диоксиды циркония, тория и др. Они позволяют получать изделия с высокими температурами плавления (до 2500-3000В°С и выше), что имеет важное значение в реактивной технике, радиотехнической керамике. Материалы высшей огнеупорности изготовляют на основе карбидов, нитридов, боридов, силицидов, сульфидов и других соединений металлов как без глинистых сырьевых веществ. Некоторые из них имеют температуры плавления до 3500 - 4000В°С, особенно из группы карбидов.

Большой практический интерес имеют керметы, состоящие обычно из металлической и керамической частей с соответствующими свойствами. Получили признание огнеупоры переменного состава. У этих материалов одна поверхность представлена чистым тугоплавким металлом, например, вольфрамом, другая - огнеупорным керамическим материалом, например оксидом бериллия. Между поверхностями в поперечном сечении состав постепенно изменяется, что повышает стойкость материала к тепловому удару.

Для строительной керамики, как отмечено выше, вполне пригодна глина, которая является распространенным в природе, дешевым и хорошо изученным сырьем. В сочетании с некоторыми добавочными материалами из нее получают в керамической промышленности разнообразные изделия и в широком ассортименте. Их классифицируют по ряду признаков. По конструкционному назначению выделяют изделия стеновые, фасадные, для пола, отделочные, для перекрытий, кровельные изделия, санитарно-технические изделия, дорожные материалы и изделия, для подземных коммуникаций, огнеупорные изделия, теплоизоляционные материалы и изделия, химически стойкую керамику.

По структурному признаку все изделия разделяют на две группы: пористые и плотные. Пористые керамические изделия впитывают более 5% по весу воды (кирпич обыкновенный, черепица, дренажные трубы). В среднем водопоглощение пористых изделий составляет 8 - 20% по весу или 15 - 35% по объему. Плотными принимают изделия с водопоглощением меньше 5% по массе, и они практически водонепроницаемые, например плитки для пола, канализационные трубы, кислотоупорный кирпич и плитки, дорожный кирпич, санитарный фарфор. Чаще всего оно составляет 2 - 4% по весу или 4 - 8% по объему. Абсолютно плотных керамических изделий не имеется, так как испаряющаяся вода затворения, вводимая в глиняное тесто, всегда оставляет некоторое количество микро- и макропор.

По назначению в строительстве различают следующие группы керамических материалов и изделий:

стеновые материалы (кирпич глиняный обыкновенный, пустотелый и легкий, камни керамические пустотелые);

кровельные материалы и материалы для перекрытий (черепица, керамические пустотелые изделия);

облицовочные материалы для наружной и внутренней облицовки (кирпич и камни лицевые, плиты керамические фасадные, малогабаритные плитки);

материалы для полов (плитки);

материалы специального назначения (дорожные, санитарно-строительные, химически стойкие, материалы для подземных коммуникаций, в частности трубы, теплоизоляционные, огнеупорные и др.);

заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит).

Наибольшего развития достигли стеновые материалы, причем наряду с общим увеличением объема производства особое внимание обращено на увеличение выпуска эффективных изделий (пустотелый кирпич и камни, керамические блоки и панели и т.д.). Предусмотрено также расширить производство фасадной керамики, особенно для индустриальной отделки зданий, глазурованных плиток для внутренней облицовки, плиток для полов, канализационных и дренажных труб, санитарно-строительных изделий, искусственных пористых заполнителей для бетонов.

По температуре плавления керамические изделия и исходные глины разделяются на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350В°С), тугоплавкие (с температурой плавления 1350-1580В°С) и огнеупорные (свыше 1580В°С). Выше отмечались также примеры изделий и сырья высшей огнеупорности (с температурой плавления в интервале 2000-4000Х), используемых для технических (специальных) целей.

Отличительная особенность всех керамических изделий и материалов состоит в их сравнительно высокой прочности, но малой деформативности. Хрупкость чаще всего относится к отрицательным свойствам строительной керамики. Она обладает высокой химической стойкостью и долговечностью, а форма и размеры изделий из керамики обычно соответствуют установленным стандартам или техническим условиям.

На российском рынке в настоящее время представлены жидкие керамические теплоизоляционные материалы, которые находят своего потребителя, благодаря широкой области применения и простоте использования при небольших затратах труда. Так как предлагаемые материалы в основном производятся за рубежом, они имеют высокую стоимость, что ограничивает возможность их массового использования в строительстве, энергетике и ЖКХ и т.д. Тогда как отечественные аналоги зачастую оставляют желать лучшего, и своим «качеством» вызывают негатив и предвзятость у конечного пользователя к жидким керамическим теплоизоляционным материалам.

2. Сырье для производства керамических материалов и изделий

Сырьевые материалы, используемые для изготовления керамических изделий, можно подразделить на пластичные глинистые (каолины и глины) и отощающие (шамот, кварц, шлаки, выгорающие добавки). Для понижения температуры спекания в глину иногда добавляют плавни. Каолин и глины объединяют общим названием - глинистые материалы.

керамический строительство кровельный облицовочный

2.1 Глинистые материалы

Каолины. Каолины образовались в природе из полевых шпатов и других алюмосиликатов, не загрязненных окислами железа. Они состоят преимущественно из минерала каолинита. После обжига присущий им белый или почти белый цвет сохраняется.

Глины. Глинами называют осадочные породы, представляющие собой тонкоземлистые минеральные массы, способные независимо от их минералогического и химического состава образовывать с водой пластичное тесто, которое после обжига превращается в водостойкое и прочное камневидное тело.

Состоят глины из тесной смеси различных минералов, среди которых наиболее распространенными являются каолинитовые, монтмориллонитовые и гидрослюдистые. Представителями каолинитовых минералов являются каолинит и галлуазит. В монтмориллонитовую группу входят монтмориллонит, бейделлит и их железистые разновидности. Гидрослюды - в основном продукт разной степени гидратации слюд.

Наряду с этими минералами в глинах встречаются кварц, полевой шпат, серный колчедан, гидраты окислов железа и алюминия, карбонаты кальция и магния, соединения титана, ванадия. Такие примеси влияют как на технологию керамических изделий, так и на их свойства. Например, тонко распределенный углекислый кальций и окислы железа понижают огнеупорность глин. Если в глине имеются крупные зерна и песчинки углекислого кальция, то при обжиге из них образуются более или менее крупные включения извести, которая на воздухе гидратируется с увеличением объема (дутики), что вызывает образование трещин или разрушение изделий. Соединения ванадия служат причиной появления зеленоватых налетов (выцветов) на кирпиче, что портит внешний вид фасадов.

Керамика известна человечеству с древних времен. Так, при раскопках в Мессопотамии были найдены керамические изделия, изготовленные около 15 тыс. лет до нашей эры. В Египте, начиная с 5 тысячелетия до н. э., керамика становится промышленным продуктом.

На территории нашей Родины керамика также имела широкое распространение. Значительное количество керамических изделий было обнаружено при раскопках древних поселений в районе г. Киева, относящихся к периоду образования Киевской Руси.

В XVI-XVIII вв. развитие производства керамики на Руси интенсифицируется, издается специальный Каменный указ, в котором регламентируются требования к ней. В XIX в. керамическая промышленность в России продолжает интенсивно развиваться: строятся крупные заводы в Москве, Петербурге, Харькове, Киеве, Екатеринославе.

После Великой Октябрьской социалистической революции в 1919 г. в Ленинграде создается Государственный научно-исследовательский керамический институт (ГИКИ). В предвоенные годы советскими специалистами были разработаны конструкции туннельных печей и сушилок непрерывного действия, завершено создание научной базы керамической и огнеупорной промышленности, в дальнейшем был создан ряд научно-исследовательских институтов.

Интенсивно развивается керамическая промышленность и в настоящее время. Особое внимание уделяется ускорению разработки и внедрению скоростного обжига керамических изделий, техническому перевооружению производства. Возрастает выпуск керамических цветных облицовочных плиток и крупноразмерных плиток для полов.

На заводах строительной керамики создаются новые конвейерные линии повышенной мощности (до 1 млн. м 2 в год) по изготовлению плиток с полной автоматизацией всего производственного процесса, вплоть до сортировки и упаковки.

Перед работниками промышленности строительных материалов поставлена большая и ответственная задача - увеличить в первую очередь объем производства строительных материалов за счет улучшения использования имеющихся производственных мощностей и технического перевооружения действующих предприятий.

Дальнейшее развитие получит керамическая промышленность Украинской ССР, имеющей значительные запасы глинистого сырья. Основное направление ее развития - реконструкция и расширение действующих предприятий, внедрение высокопроизводительного технологического оборудования.

Облицовочная керамика включает материалы для наружной облицовки (лицевой кирпич и облицовочные камни, фасадные плиты и плитки, терракоту), для внутренней облицовки зданий (плиты и плитки), для дорог и полов (клинкер, плиты и плитки).

Изделия, предназначенные для художественной отделки зданий, интерьеров, переходов, относятся к архитектурно-художественной керамике, особенностью которой является большое разнообразие неглазурованных (терракотовых), глазурованных, ангобированных и декорированных изделий сложного профиля и крупных размеров.

2.4.2. Номенклатура изделий

Согласно ГОСТ 7484-78, кирпич выпускают марок 300, 250, 200, 150, 125, 100 и 75. Пределы прочности при изгибе соответственно равны: 4; 3,6; 3,4; 2,8; 2,5; 2,2; 1,8 МПа, водопоглощение - от 6 до 14 % а для беложгущихся глин - не более 12 %. По морозостойкости кирпич должен удовлетворять маркам Мрз 25, Мрз 35 и Мрз 50.

Кирпич и облицовочные камни предназначены для облицовки зданий и имеют размеры 250x120x65; 250x120x88; 250x138х120 мм, марки кирпича - 300, 250, 200, 150, 125, 100 и 75. При необходимости получения цветных изделий используют различные добавки для окрашивания всей массы изделий при их производстве или наносят на поверхности тычков и ложков тонкий слой ангоба, глазури. Офактуривают поверхности накаткой с помощью валиков, гребенок, торкретирования.

Фасадные плиты выпускают рядовыми, угловыми и перемычечными. По виду лицевой поверхности их разделяют на плоские, рустованные и профилированные, по конструкции - на полнотелые и пустотелые. При производстве они могут быть окрашены в различные цвета. Согласно ГОСТ 13996-84, плиты выпускают следующих размеров: 50х50х(2-4); 25х25х(2-4); 20х20х(2-4); 48x48x4; 20x20x4; (90-120)x(40-60)x(5-6) мм. Водопоглощение изделий не должно быть более 14 %, а для плиток из беложгущихся глин - не более 10%. Морозостойкость - не менее 35 циклов. Плиты пластического формования характеризуются пределом прочности при сжатии не менее 14,7 МПа, а для полусухого - не менее 9,9 МПа. Предел прочности при изгибе соответственно не менее 2,74 и 1,57 МПа.

Терракотовые изделия - это однотонные неглазурованные, естественно окрашенные керамические изделия. К терракоте относятся все неглазурованные керамические изделия, имеющие художественно-декоративные свойства.

Фаянсовые глазурованные плитки используются для внутренней облицовки. Они изготавливаются из фаянсовых масс и покрываются с лицевой стороны прозрачной или глухой глазурью.

По форме плитки выпускаются квадратными, имеющими размеры 150x150x5 и 100х100х5 мм, прямоугольными - 75х150х5 мм и фасонными, которые делятся на угловые, карнизные и плинтусные.

Согласно ГОСТ 6141-82, плитки характеризуются пределом прочности при сжатии 98-127,4 МПа, при ударном изгибе - 0,16-0,19 МПа; водопоглощение не должно быть более 16 %. Глазурованные плитки должны быть газо- и водонепроницаемыми.

Плитки для полов, согласно ГОСТ 6787-80, выпускаются следующих размеров, мм 50х50х(10-15); 100х100х10; 150х150х10; 150x150x13; 150x74x13; 100x115х10 (шестигранная); 150X50X80X13 (восьмигранная) и др. Предел прочности при сжатии плитки 180-250 МПа, водопоглощение - не более 5%, твердость по Моосу -- 7-8.

В соответствии с ГОСТ 6787-80 плитки размерами 48х48х(4-6) и 48х22х(4-6) мм могут наклеиваться на бумагу и выпускаться в виде ковров.

2.4.3. Характеристика сырья

Глины - осадочные связные несцементированные породы, состоящие преимущественно из глинистых минералов. По фракционному составу это тонкодисперсные порошки, содержащие более половины частиц размером менее 0,01 мм, в том числе не менее 25 % частиц размером менее 0,001 мм.

Чаще всего при производстве строительной отделочной керамики используются легкоплавкие глины, обладающие достаточно пестрым минералогическим составом и содержащие не более 18 % глинозема и до 80 % кремнезема.

Входящие в состав глин оксиды по-разному влияют на процесс получения и конечные свойства продукции.

Оксид кремния SiO 2 может присутствовать как в свободном, так и в связанном состоянии. При значительном содержании свободного кремнезема в виде кварца образуется черепок с повышенной пористостью и низкой механической прочностью.

Оксид алюминия Al 2 O 3 при повышенном его количестве в глине приводит к увеличению температуры обжига и интервала между температурами начала спекания и плавления. Изделия с низким содержанием глинозема обладают невысокой прочностью.

Оксиды железа Fe 2 O 3 +FeO являются плавнями, они уменьшают температурный интервал спекания глины. В зависимости от их содержания в глине после обжига получаются изделия от светлокремового до вишнево-красного цвета.

Оксид кальция СаО понижает температуру плавления глины, уменьшает температурный интервал спекания, отбеливает черепок.

Оксид магния MgO действует аналогично оксиду кальция, но влияние его на интервал спекания глины меньше.

Оксиды щелочных металлов значительно снижают температуру спекания, способствуют отбеливанию, увеличению усадки, уплотнению и упрочнению черепка.

Наличие в глинах сульфатов вызывает после обжига появление на поверхности изделий высолов. Глины обладают пластичностью, т. е. способностью сохранять форму, принятую изделием из глины во влажном состоянии. По этому признаку глины подразделяются на высокопластичные, среднепластичные, умеренно пластичные, малопластичные и непластичные.

Добавочные материалы при производстве керамики применяются для регулирования свойств как сырьевой массы, так и продукции. К ним относятся: поверхностно-активные вещества и высокопластичная глина, улучшающие формовочные свойства массы; золы ТЭС, топливные и металлургические шлаки, уголь, улучшающие условия обжига; шамот, песок, дегидратированная глина, опилки, способствующие процессу сушки; уголь, опилки, являющиеся выгорающими добавками и уменьшающие плотность изделия; бой стекла, ипритные огарки, железная руда, повышающие прочность и морозостойкость изделий; красители, жидкое стекло, поваренная соль, улучшающие цвет изделий, предотвращающие высолы, нейтрализующие известковые включения.

Отощающие добавки не должны иметь крупных частиц (более 2 мм), содержание же частиц размером до 0,25 мм не должно превышать 20 %.

Глазури - суспензии из легкоплавкой шихты, закрепляемые на изделии обжигом при высоких температурах. По температуре спекания их подразделяют на тугоплавкие (1250-1400°С) и легкоплавкие (900-1250°С), по способу изготовления - на сырые (или полевошпатные), наносимые на изделия в сыром виде, и фриттованные, подвергаемые фриттованию, т. е. предварительному сплавлению шихты.

Сырые глазури являются тугоплавкими и применяются в основном для производства фарфора. Фриттованные относятся к легкоплавким, содержат помимо полевого шпата и кварца еще мел, мрамор, доломит, соду, поташ, буру, соединения бария и свинца, а иногда соединения стронция, олова, лития, цинка, висмута. Так как некоторые компоненты глазурей бывают токсичны и растворимы в воде, то шихту частично или полностью предварительно сплавляют и получают стекловидный сплав (фритту), который является основой глазури.

Размалывают глазурь в мельнице до остатка на сите 10000 отв./см 2 не более 0,3 % и готовят суспензию. Суспензия приготовленной глазури должна растекаться ровным слоем по поверхности изделия, не отслаиваться от него при последующем охлаждении или нагреве, не образовывать местных вздутий или сетки трещин (цека).

Перед глазурованием некоторые изделия подвергают предварительному обжигу для закрепления формы черепка.

Основные способы глазурования - погружение изделий в глазурную суспензию, поливка изделий суспензией на специальных машинах, распыление суспензии пульверизатором, нанесение кистью, припудривание изделий сухим глазурованным порошком.

После глазурования изделия повторно обжигают при температуре плавления глазури. Образующаяся при этом глазурная пленка взаимодействует с черепком изделия, создавая промежуточный слой плавного перехода от спекшегося черепка к стекловидному глазурному покрову.

Глазури бывают бесцветные, цветные, прозрачные и непрозрачные (глухие).

Ангоб - белое или цветное глиняное покрытие на керамических изделиях, маскирующее грубую текстуру керамики или ее цвет. Ангобировать изделия можно пластическим способом, нанося фактурный слой одновременно с формованием изделий на ленточных прессах, а также пульверизацией, окунанием, поливом и обмазкой. В производстве двухслойной фасадной керамики фактурный слой наносят пластическим способом.

Декорирование изделий - техническая операция, заключающаяся в нанесении декора с целью повышения эстетических качеств изделия.

Существуют следующие виды декорирования изделий: рельефное, цветное однотонное, мраморовидное, а также штамп, печать (сериография), декалькомания, нанесение декора в электростатическом поле.

Рельефное декорирование образуется при нанесении рельефного рисунка во время прессования изделий.

Цветные однотонные изделия получают обычным глазурованием, а мраморовидные плитки - набрызгиванием различных глазурей, которые при смешивании на черепке дают мраморовидный рисунок.

Отделку штампования выполняют валиком с имеющимся на нем рельефным рисунком, который прокатывают по плитке со свежена-несенной глазурью. Во время такой операции часть глазури снимается валиком и образуется контрастный рисунок. Методом штампа можно наносить краску на обожженную глазурованную плитку, которая затем повторно обжигается.

Печать (сериография) предусматривает получение одноцветных или многоцветных рисунков. Она включает следующие основные технологические операции: получение фотоснимка рисунка (диапозитива), изготовление сеток (трафаретов), приготовление связующего вещества и мастик, нанесение рисунка на плитки при помощи трафаретов, глазурование и обжиг. С заданного рисунка получают диапозитивы, соответствующие каждому цветному его элементу. Затем с помощью фотомеханического способа на капроновых или шелковых сетках изготавливают сетки-трафареты, покрытые светочувствительной эмульсией. Диапозитив светокопируется контактным способом с помощью специального станка на сетку-трафарет, которая обрабатывается с целью закрепления рисунка специальными составами. Таким образом приготавливается для одноцветного рисунка одна сетка, а для многоцветных - несколько, для каждого цвета отдельно. Затем, продавливая краску через каждую сетку-трафарет, наносят рисунок на плитку, которая потом обжигается.

Электростатическое поле позволяет наносить на плитки одноцветную краску. При этом создается электростатическое напряжение 1-10 кВ.

Декалькомания (перевод рисунка с бумаги на керамическое изделие) позволяет получать цветные плитки с рисунками любой сложности. Рисунки наносятся на бумажную ленту в виде рулона при помощи специального клея. Затем они прижимаются к горячей плитке с температурой 125-145°С. При такой температуре клей размягчается и рисунок переносится на плитку.

2.4.4. Основы технологии

Способ подготовки сырья может быть пластическим, полусухим и шликерным.

Пластический способ получил наибольшее распространение, с его помощью перерабатываются высокопластичные, жирные глины.

На рис. 2.4 показана принципиальная технологическая схема пластического способа подготовки массы при вводе выгорающих добавок (опилок и отходов углеобогащения) с последующими операциями - пластическим формованием, сушкой и обжигом изделий. Основными технологическими переделами являются: грубый помол глины с одновременным выделением каменистых включений на вальцах грубого помола; смешение глины с опилками, высушенными отходами углеобогащения и доведение массы до формовочной влажности (18-25 %); тонкий помол массы на вальцах тонкого помола; вылеживание массы с последующим формованием изделий; сушка и обжиг. Необходимость сушки отходов углеобогащения обусловливается их высокой влажностью, особенно в зимний период.

Полусухой способ подготовки сырья применяется для глинистого сырья пониженной пластичности и влажности. На рис. 2.5 приведена принципиальная технологическая схема полусухой переработки массы, предусматривающей полусухое прессование и обжиг изделий. Основными технологическими операциями являются грубый помол сырья, сушка в сушильном барабане, тонкий помол в дезинтеграторах, роторной мельнице или на бегунах. Тонкий помол глинистого сырья можно совместить с сушкой в шахтной мельнице. После помола измельченную массу увлажняют до 12 % и направляют на полусухое прессование с последующим обжигом.

Использованием менее влажной формовочной массы при полусухом способе, по сравнению с пластическим, достигается значительный экономический эффект: металлоемкость почти в 3 раза, а трудоемкость на 26-30 % меньше. Исключается сушка сырца. Уменьшается также продолжительность производства изделий.

Шликерный способ подготовки сырьевых масс наиболее целесообразно применять для глин, которые обладают повышенной влажностью либо хорошо размокают в воде и содержат каменистые включения, подлежащие удалению.

На рис. 2.6 приведена принципиальная технологическая схема подготовки сырьевой глины шликерным способом. Основными технологическими переделами являются: грубое измельчение глины с одновременным удалением каменистых включений; роспуск глины в глиноболтушках или помол в шаровой мельнице для получения шликера влажностью 68-95 % и плотностью 1,12-1,18 г/см 3 ; удаление крупных частиц с помощью сит и получение суспензии, характеризующейся остатком на сите 10000 отв./см 2 не более 2 %. Полученный шликер обезвоживается в башенной распылительной сушилке и направляется в смеситель, где увлажняется до влажности, обеспечивающей пластическое или полусухое прессование. При формовании изделий методом шликерного литья глиняная суспензия может не обезвоживаться.

В табл. 2.10 приведены сравнительные калькуляции себестоимости (по данным завода «Керамик», г. Киев) плиток полусухого и шликерного способов подготовки сырья. Из-за различной толщины плиток, получаемых полусухим и шликерным способами, сравнивать затраты следует на 1 м 3 изделий. Из приведенных данных следует, что шликерный способ характеризуется большими затратами труда, энергии и топлива.

Камневыделительные вальцы имеют один гладкий валок, а другой - с винтовой спиралью. Принцип их действия заключается в том, что при работе валков каменистые включения попадают в канавки винтовой спирали и выводятся из валков.

Камневыделительные дезинтеграторные вальцы имеют один большой гладкий валок диаметром 900 мм, вращающийся с частотой до 1 с -1 , и меньший валок (диаметром 600 мм), вращающийся с частотой 10 с -1 . На поверхности меньшего валка имеется 6-8 стальных бил. С их помощью каменистые включения либо выбрасываются из массы, либо измельчаются.

Глина может сушиться в сушильных барабанах, распылительных сушилках (рис. 2.7) или в шахтных мельницах.

Принцип действия башенной распылительной сушилки заключается в том, что глиняная суспензия по трубопроводу попадает на дисковый распылитель, который представляет собой быстро вращающийся диск. Распыленная тонкодисперсная глиняная суспензия обдувается горячими топочными газами, поступающими с низа сушилки. За время прохождения от верха сушилки до ее низа глина полностью высушивается и осаждается. Осажденная высушенная глина транспортируется на хранение. Дымовые газы проходят систему очистки от мельчайших частиц глины и выбрасываются в атмосферу.

Тонкий помол сырья обычно производят на гладких вальцах тонкого помола. Наилучшие показатели помола достигают при последовательном измельчении через 2-3 пары вальцов.

Увлажнять глиняную массу целесообразно два раза: один раз в начале переработки, второй - перед формованием.

Для перемешивания, гомогенизации и увлажнения масс используются одновальные и двухвальные смесители, в которых материал перемещается с помощью лопастей, расположенных на валу. Производительность смесителей составляет 18-35 м 3 /ч.

Для улучшения на 18-25 % физико-механических свойств как самого сырья, так и керамических изделий глина должна вылежаться.

Формование керамических масс производят пластическим методом, полусухим прессованием или методом литья.

Пластическое формование масс выполняется при условии, что когезия глиняной массы больше ее адгезии с поверхностью формующего оборудования. Это обеспечивается применением высокопластичных глин или использованием пластифицирующих добавок.

Для пластического формования используются ленточные прессы - безвакуумные и вакуумные производительностью 5...7 тыс. шт./ч, обеспечивающие удельное давление прессования до 1,6 МПа. При вакуумировании массы в ленточном прессе из нее удаляется воздух, в результате чего плотность сырца повышается на 6-8 %, а формовочная влажность снижается на 2--3 %. Это позволяет сократить время сушки изделий, увеличить прочность обожженного кирпича почти в 2 раза и уменьшить его водопоглощение на 10-15%.

На ленточном прессе СМК-168 (рис. 2.8) с помощью шнекового механизма масса подастся, уплотняется и продавливается через головку и мундштук, который придает форму и размеры глиняному брусу, разрезаемому затем на кирпич-сырец.

При полусухом прессовании применяются тощие глины и в значительных количествах добавки зол, шлаков. При полусухом прессовании сырьевых масс протекают сложные физико-химические процессы.

На начальной стадии прессования происходит перемещение частиц, слабые пленочные контакты между ними разрушаются, масса уплотняется, частично удаляется воздух, увеличивается количество этих контактов.

Дальнейшее увеличение давления прессования увеличивает плотность массы, развиваются пластические, упругие и необратимые деформации частиц. Формовочная вода обволакивает частицы тонкой пленкой и служит структурообразующим элементом. В результате уплотнения массы происходит защемление воздуха. Защемленный воздух совместно с деформированными удлиненными частицами и избыточной влагой упруго противодействует нарастающему давлению. На завершающей стадии прессования образуется наиболее плотный кирпич-сырец с пленочными неводостойкими контактами. После снятия давления объем прессованного материала частично увеличивается под действием обратимой упругой деформации.

Защемленный воздух и избыточная влага в формуемой массе являются одной из причин расслоения изделий, в связи с чем возникает необходимость использования прессов повышенной мощности. Кроме того, для исключения защемления воздуха и избыточной влаги увеличивают время прессования, реализуют двустороннее давление с многоступенчатым воздействием, правильно подбирают гранулометрию массы, вводят отощающие добавки, используют прием вакуумирования порошка.

Продолжительность прессования изделий в среднем составляет 0,5-3,5 с.

Параметры воздействующей нагрузки при прессовании зависят от типа глин. Для пластичных глин давление составляет 7,35-9,8 МПа, для тяжелых суглинков - 11,76-14,76, для суглинков, лессов и лессовидных суглинков - 12,74-14,7 МПа.

Производительность прессов полусухого прессования - от 2 до 5 тыс. шт./ч.

Качество отпрессованных изделий определяется не только параметрами прессования, но и свойствами порошков.

Пресс-порошки должны обладать определенной гранулометрией, обеспечивающей минимальное содержание воздуха в смеси и требуемую сыпучесть. При повышенном содержании в них крупных фракций (до 1,5 мм) получается сыпучий порошок, равномерно уплотняющийся при прессовании, но требующий повышенного давления при формовании изделия. Содержание франций менее 0,06 мм в количестве 10 % по отношению к частицам размерами 0,5-0,75 мм увеличивает подвижность массы. При значительном содержании тонких фракций медленно удаляется воздух во время прессования, увеличивается вязкость массы, неравномерность уплотнения.

Метод литья (шликерное литье) основан на свойстве глин образовывать коагуляционные структуры, обладающие тиксотропными свойствами, в виде суспензий, способных отдавать дисперсионную среду капиллярам формы с образованием на ее поверхности твердого слоя. Скорость увеличения толщины стенки изделия зависит от скорости поглощения жидкой фазы шликера формой, гранулометрического состава твердой фазы, соотношения твердой и жидкой фаз, а также от скорости диффузии воды через слой образовавшегося изделия.

Методом литья изготавливаются мелкие керамические плитки и коррозионно-стойкие изделия сложной формы.

Отформированные пластическим способом или методом литья изделия подвергаются сушке с последующим обжигом. Изделия полусухого прессования обычно не сушат, а непосредственно направляют на обжиг.

Сушка сырца и обжиг керамических изделий. Избыточная влага в материале во время обжига может привести к снижению физико-механических показателей черепка, растрескиванию, т. е. к браку, в связи с чем обычно обжиг изделий предваряет их сушка.

Эффективные режимы сушки должны обеспечивать минимальную продолжительность операции, а также минимальный расход теплоносителя.

В качестве теплоносителя с определенной влажностью, которой регулируют скорость испарения влаги из материала, используют чистый воздух, дымовые газы, смесь нагретого воздуха и дымовых газов.

В процессе сушки можно выделить три основных периода (рис. 2.9): нагрев, постоянная и уменьшающаяся скорости сушки.

Во время нагрева максимальный подъем температуры определяется влагосодержанием теплоносителя. Такой теплоноситель характеризуется температурой сухого термометра, т. е. температурой, до которой он нагрет, и температурой мокрого термометра, т. е. температурой, при которой теплоноситель становится насыщенным влагой. Поэтому максимальная температура материала на начальной стадии нагрева определяется температурой мокрого термометра, помещенного в теплоноситель, т. е. точкой росы.

Разница между температурами сухого и мокрого термометра определяет интенсивность сушки. Чем больше эта разница, тем быстрее идет сушка и тем жестче режим может быть задан. Чем меньше разница температур, тем медленнее протекает сушка и тем мягче должен быть режим. Скорость сушки не зависит от количества воды в изделии, а зависит от разницы парциальных давлений водяных паров на поверхности материала и в окружающей среде. В связи с этим скорость скачкообразно возрастает от нуля до резкого перелома на кривой сушки, что означает окончание ее первого периода (кривая 2, рис. 2.9).

Постоянная скорость сушки численно равна скорости испарения влаги с поверхности, к которой она поступает из глубинных частей отформованных изделий. Таким образом, скорость сушки во втором периоде определяется скоростью диффузии воды в материале. Температура поверхности материала практически не повышается (кривая 3, рис. 2.9).

В результате сушки материала и, соответственно, уменьшения его влагосодержания (кривая 1, рис. 2.9), скорость диффузии воды из глубинных слоев к поверхности материала уменьшается. Скорость сушки падает. Этот момент на кривых сушки фиксируется переломом в точке К. В этот же момент заканчивается второй период сушки и начинается третий. Влажность материала в точке К называется критической при данных параметрах теплоносителя.

Период уменьшающейся скорости сушки можно условно разделить на три фазы:

• 1. К поверхности изделия поступает испаряющаяся влага только из мелких пор. Зеркало испарения влаги уменьшается. Температура материала становится выше температуры мокрого термометра, но ниже температуры сухого.
• 2 На поверхности изделия устанавливается равновесная влажность, соответствующая параметрам теплоносителя. Зеркало испарения влаги продолжает уменьшаться и перемещаться в глубь материала. Температура материала повышается.
• 3. Температура высушиваемого материала становится равной температуре сухого термометра. Скорость сушки падает до нуля. В материале устанавливается равновесная влажность между влажностью материала и параметрами теплоносителя.

Продолжительность сушки определяется начальной и конечной влажностью материала, его формой, размерами, параметрами теплоносителя и пр.

Считается, что скорость сушки до 4 кг/(м 2 ·ч) безопасна. Сократить время сушки можно введением в массу отощающих добавок, повышением температуры и скорости теплоносителя, сушкой полуфабриката большими объемами теплоносителя.

Сушка осуществляется в сушильных агрегатах периодического и непрерывного действия. Ее длительность определяется их конструкцией, параметрами теплоносителя и свойствами высушенного изделия.

В сушилках периодического действия параметры теплоносителя изменяются во времени, в сушилках непрерывного действия эти показатели во времени не меняются, а меняются по ее длине. По характеру движения теплоносителя сушилки делят на рециркуляционные и безрециркуляционные, причем в зависимости от их конструкций материал может быть неподвижным или перемещаться.

По конструктивным особенностям сушилки могут быть камерными, туннельными, одно- и двухъярусными, конвейерными, радиационными и щелевыми. Коэффициенты полезного действия некоторых из них, %:

• Камерная сушилка с использованием отходящей теплоты или дымовых газов печей - 15-30
• Камерная сушилка с паровым обогревом и рециркуляцией - 37-51
• Туннельная сушилка - 23-43

Обжиг . Цель обжига - приобретение изделием водостойкости и требуемых физико-механических показателей.

Во время обжига протекают сложные физико-химические процессы, сущность которых заключается в переходе обратимых коагуляционных структур с пленочными неводостойкими контактами или псевдоконденсационных необратимых структур с точечными неводостойкими контактами в конденсационно-кристаллизационные необратимые структуры с жесткими фазовыми водостойкими контактами спекания.

Процесс обжига можно условно разделить на четыре периода: 1) досушка (до 200°С); 2) подогрев или окур (700-800°С); 3) собственно обжиг или взвар (900-1050°С); 4) остывание (охлаждение до 40°С).

Во время первого периода происходят полное высушивание изделий и образование псевдоконденсационных неводостойких структур, в которых вещество находится в состоянии 5 ().

Во время второго периода выгорают органические примеси, выгорающие добавки, удаляется химически связанная вода из глины (при 500-600 °С), что сопровождается аморфизацией вещества, начинает разлагаться известняк (при 700-800 °С). Пористость изделий к концу второго периода увеличивается, вещество переходит в состояние 6 ().

Третий период связан с началом кристаллизации аморфизован-ного во время второго периода вещества, что сопровождается повышением его плотности. При этом развиваются процессы кристаллизации безводных образований. Они могут сопровождаться образованием расплава, богатого оксидами кальция, железа, щелочных металлов. Повышение плотности вещества приводит к интенсивной усадке, понижению вязкости массы и пористости изделия. Вещество из состояния 6 переходит в субмикрокристаллическое состояние 7, а частично и в кристаллическое 8 ().

Огневая усадка составляет 4-8 % - в зависимости от типа сырья, его влажности, степени уплотнения и температуры обжига.

Во время последнего периода обжига температуру понижают постепенно во избежание появления внутренних напряжений и растрескивания изделий.

Обжиг осуществляют в печах непрерывного действия - кольцевых, туннельных, щелевых. Продолжительность обжига в зависимости от типа изделий и конструкции печи колеблется от 1,5 до 60 ч.

Автоматизация процесса сушки и обжига предусматривает выдерживание требуемых параметров теплоносителя в тепловых агрегатах при соблюдении ритма подачи в них изделий. Автоматизированная система управления сушкой и обжигом включает такие функциональные подсистемы, как информационные и управляющие. Информационные подсистемы с помощью датчиков собирают необходимую информацию: температуру, влажность среды, вид среды (окислительная или восстановительная), скорость изменения параметров, расход топлива, степень его сгорания и пр. Полученные сигналы используются в качестве исходных данных для комплекса вычислительных и логических операций. В результате этих операций подсистемы контроля определяют текущие и прогнозируемые значения измеряемых величин, вычисляют технико-экономические показатели, обнаруживают нарушения в ходе сушки или обжига.

Управляющие подсистемы, предназначенные для выработки оптимальных решений, в период сушки или обжига подготавливают управляющее воздействие, а затем осуществляют его, автоматически меняя положения регулирующих органов.

С целью сокращения времени, затрачиваемого на сушку, а также трудозатрат на перекладку сырца в одном агрегате часто совмещают сушку и обжиг изделий из мало- и среднечувствительных к сушке глин. В этом случае достигается экономия трудозатрат на 35 %, топлива - на 20-25 %, уменьшается себестоимость изделий на 25-30 %. Совмещенный процесс сушки и обжига продолжается до 63 ч, из них сушка - 28 ч, обжиг - 21 ч (в том числе подогрев - 8 ч 45 мин), остывание - 14 ч.

Экономия топливно-энергетических ресурсов при сушке и обжиге керамических изделий возможна за счет:

• применения энергосодержащих отходов, зафиксированных в метастабильных состояниях 6, 7, 9, 10 (), и менее влажных сырьевых смесей;
• использования скоростных способов;
• совмещения сушки и обжига;
• замены обычного обжига (при совмещенной сушке и обжиге изделий) гидротермальной обработкой в среде перегретого пара и повышенного давления (при таком способе обжига температура снижается почти на 200 °С);
• разработки и внедрения новых конструкций сушильных и печных агрегатов с высокими КПД;
• применения в керамических смесях добавок (плавней), снижающих температуру обжига;
• проведения мероприятий, обеспечивающих интенсивный теплообмен в каналах печных и сушильных агрегатов.

Создание безотходных технологий предусматривает эффективное решение такой проблемы, как охрана окружающей среды. При этом предусматриваются устройства обеспыливания и очистки отходящих газов, воды, восстановление земельных угодий в местах выработки сырья, посадка зеленых насаждений вокруг предприятия и т. п. Это создает условия для эффективной охраны труда. Таким образом, комплексно решаются проблемы создания безотходных технологий, охраны труда и окружающей среды.

Реализация безотходных технологий расширяет области применения керамических материалов. Так, возникающие при производстве керамических изделий отходы (бой, брак) могут использоваться не только в основном производстве как отощающие добавки, но и в технологии вяжущих веществ как активные гидравлические добавки.

Непременными условиями, повышающими технико-экономическую эффективность производства керамических изделий в индустриальном строительстве, являются повышение качества изделий и снижение трудоемкости при их изготовлении и использовании. Это достигается уменьшением и прекращением выпуска мелкоштучных изделий и увеличением производства лицевых крупноразмерных облегченных (с повышенной пустотностью) керамических камней и плит, а также изготовлением на заводах крупных блоков и стеновых панелей из них. Так, при использовании крупных блоков затраты труда уменьшаются на 15-20 %, сроки строительства сокращаются на 10-15%, производительность труда возрастает в 2-3 раза. Применение керамических панелей вместо штучного кирпича уменьшает расход кирпича и цемента, снижает массу и стоимость стены.

2.4.5. Керамические плитки

В качестве основного сырья для производства фасадных плиток используются светложгущиеся глины и добавочные материалы - шамот, дегидратированные глины или кварцевый песок. Примерные составы формовочных масс даны в табл. 2.11.

Для изготовления фаянсовых плиток применяются светложгущиеся огнеупорные глины и каолины, отощающие добавки (кварцевый песок, бой изделий, обожженный каолин, бой шамота), плавни (полевой шпат, нефелин, сиенит, перлит).

Они, как правило, обжигаются два раза: первый - длительный (бисквитный), второй - политой, во время которого происходит закрепление глазури на ранее обожженном черепке. На ряде заводов уже освоен одноразовый обжиг плиток, обладающий рядом преимуществ по сравнению с двукратным. При однократном обжиге составы керамических масс корректируются в сторону увеличения содержания обожженного каолина, что увеличивает прочность и водоустойчивость плиток после сушки. Примерные составы масс для однократного обжига приведены в табл. 2.12.

Для плиток, формуемых пластическим способом, применяются шнековые ленточные, вакуумные и вертикальные (трубные) прессы. После формования плитки направляются в туннельные или радиационные сушилки, где высушиваются до остаточной влажности 3-4 % при продолжительности сушки около 24 ч.

Обжиг производится в туннельных или роликовых печах при температуре, зависящей от вида сырья: для изделий из огнеупорных глин- 1200-1300°С, тугоплавких - 1080-1160°С, легкоплавких - 950-1000°С. Продолжительность обжига - 40-120 ч.

Глазурованные фасадные плитки могут производиться на поточных линиях, разработанных ПКБ «Стройкерамика» (рис. 2.10). Приготовленная шликерным способом масса после высушивания в башенной распылительной сушилке попадает в бункер с влажностью 6-8 %. Из бункера через сито-бурат пресс-порошок загружается в пресс. Отпрессованные плитки по роликовому конвейеру поступают в сушилки, где высушиваются до влажности 2,5 %. После подсушивания их глазуруют с помощью дисковых распылителей и пульфонов и подают снова в сушилку по роликовому конвейеру для подсушки. Избыток глазури сливается в специальную емкость и вновь возвращается для глазурования. После вторичного подсушивания при температуре 30-40 °С до остаточной влажности 0,5 % плитки складывают в стопы на специальные поддоны и подают в роликовую туннельную печь для обжига. После обжига их калибруют и транспортируют на склад.

Для плиток используют глазури различных составов. Например, на Харьковском плиточном заводе используют глазури на основе фритт следующих составов, %:

1. Песок кварцевый - 10: бура - 30; борная кислота - 3,2; оксид цинка - 7; мел - 4,9; доломит - 2,5; кварцево-полевошпатное сырье - 20,1; карбонат стронция - 3; циркон - 13; карбонат бария - 6,3.

2. Песок кварцевый-17; бура - 32; натриевая селитра - 3; криолит-10; сода - 7; кварцево-полевошпатное сырье - 31.

Производство фасадных глазурованных плиток возможно и методом литья. Плитки, получаемые таким методом, имеют толщину (в зависимости от типоразмера) от 1 до 3,5 мм (ГОСТ 18623-82).

Технологический процесс изготовления литых керамических изделий продолжается 2-2,5 ч вместо 48-50 ч при производстве плиток полусухим способом.

Для производства керамических плиток методом литья необходимы лещадки (подставки), разделительный слой, плиточный слой и глазурь.

Лещадки - это керамические подставки из шамотной массы, предназначенные для установки на них плиток и впитывания из них влаги. К ним предъявляется ряд требований: точные размеры, ровная гладкая поверхность, высокая фильтрующая способность, малый коэффициент термического расширения, достаточная механическая прочность, низкая истираемость, минимальное изменение скорости всасывания влаги из шликера при многократном использовании.

На лещадки для удержания на них плиток наносят разделительный слой толщиной до 0,25 мм обычно из смеси известняка (90 %) с бентонитом (10 %). Сырьевые материалы для разделительного слоя измельчают мокрым помолом до остатка 0,5-2 % на сите 10000 отв./см 2 (0,063 мм). Влажность смеси 68-95%, средняя плотность получаемого шликера - 1100-1300 кг/м 3 . Излишняя влага впитывается лещадкой.

Основной слой плитки - плиточный. Его готовят из тощих масс и наносят в два приема после исчезновения зеркала влаги с предыдущего слоя. Толщина слоев 1,5-2 мм.

Примерный состав плиточного слоя, %:

• Глина часов-ярская - 4-8
• Шамот - 30-42
• Нефелиновый сиенит - 20-35
• Бой стекла - 18-34
• Пирофосфат натрия (свыше 100 %) - 0,02-0,1

Глазурь готовят из фритты (табл. 2.14) с последующим добавлением при помоле 9 % каолина. Она наносится либо поливом, либо пульверизацией. Излишняя влага впитывается лещадкой. Толщина глазури 0,25 мм.

Время формирования разделительного слоя 25-30 с, плиточного - 180-270, глазурного - 180-240 с.

В результате последовательного нанесения слоев образуется массив, который перед сушкой с помощью ножей разрезают на плитки требуемых размеров.

Сушатся плитки в сушилках, оборудованных сетчатым конвейером и инжекционно-многоструйными газовыми горелками. Время сушки 14-35 мин, остаточная влажность 0,2-2 %.

Обжиг плиток осуществляется в многоканальных щелевых печах при температуре 930-1080°С в течение 2 ч. Температура лещадок и плиток после выхода из печи 35-40°С.

Керамические глазурованные плитки изготавливают на конвейере СМ-725А или КПЛ-4 (рис. 2.11).

Себестоимость плиток, получаемых способом литья, по сравнению с производством обычных плиток на 20-40 % меньше, трудозатраты в 2 раза меньше, расход топлива - 3.8 кг/м 2 вместо 11,4 кг/м 2 , расход сырья - 4 кг/м 2 вместо 8-10 кг/м 2 .

Мелкие плитки обычно набирают в виде ковров на специальных машинах. Плитки раскладывают по заданному рисунку тыльной стороной вниз. На полученный рисунок из плиток наклеивают крафт-бумагу столярным (костным) клеем «Галерта» или мучным клеем. Основные требования к клею - низкая водостойкость, хорошее сцепление с плиткой и бумагой, жизнеспособность не менее 4 ч, низкая стоимость. Полученные ковры размером 400x560 или 615x407 мм направляют на сушку при температуре 50-60 °С в течение 8-12 ч.

Фаянсовые облицовочные плитки изготавливают из пресс-порошков, полученных мокрым (шликерным) или сухим способом.

Наиболее широко используется шликерный способ подготовки сырья.

При сухом способе подготовки сырья производят как раздельный, так и совместный помол компонентов. На рис. 2.12 показана принципиальная технологическая схема сухой подготовки сырьевых компонентов при раздельном помоле.

Свойства пресс-порошков, полученных сухим или шликерным способом, различны. Качество порошка, полученного по шликерному способу с использованием распылительной сушилки, выше, чем порошка, полученного сухим способом. В первом случае основная масса порошка, в котором отсутствует пылеватая функция, содержит зерна размером 0,2-0,5 мм. Полученный гранулометрический состав обеспечивает высокую сыпучесть в широком диапазоне влажности. Во избежание налипания порошка на пресс-форму перед прессованием его необходимо выдержать в бункерах 8-18 ч.

Прессуют плитки при влажности порошка 6,5-9,5 % и затем направляют либо в конвейерные полочные сушилки, либо в туннельные. Продолжительность сушки 28-40 ч. После высушивания плитки подвергаются глазурованию или декорированию.

Однократный обжиг обычно производят в туннельных печах при температуре 1140-1160°С и продолжительности до 29 ч.

Плитки для полов изготавливают на основе одно- или многокомпонентных составов. В зависимости от этого сырье подготавливают сухим способом, если используется только глина, или шликерным, если используются многокомпонентные составы.

Прессование плиток для полов имеет свою особенность, которая заключается в том, что степень уплотнения должна равняться 1,9-2,2. Давление прессования с целью удаления воздуха и исключения его запрессовки, а также предотвращения расслоения плиток прикладывают только ступенчато. Первую выдержку делают при давлении 3-6 МПа, а затем допрессовывают при 20-30 МПа. Длительность приложения давления зависит от гранулометрического состава смеси: для крупнозернистых - 2-3 с, для мелкозернистых - до 4 с.

Отпрессованные плитки подвергаются сушке и обжигу.

2.4.6. Лицевой кирпич и камни

Для ликвидации высолов на поверхности изделий в состав шихты дополнительно вводится карбонат бария, который переводит растворимые соединения типа сернокислого натрия, кальция в нерастворимый сернокислый барий. Другой активной добавкой, устраняющей высолы, является аморфный кремнезем, который в условиях высоких температур образует силикат кальция или магния с выделением сернокислого газа.

При пластическом формовании кирпича и камней используют вакуумированные массы с разряжением не менее 93,5 Па. Влажность массы при формовании должна быть не более 20 %.

Режим сушки отформованных пластическим способом изделий должен исключать конденсацию влаги на его поверхности. С этой целью производят рециркуляцию теплоносителя. Влажность кирпича после сушки не должна превышать 8 %.

Применение полусухого прессования смесей с влажностью 6-9 % дает возможность получить изделия наиболее высокого качества.

Для улучшения внешнего вида облицовочного кирпича и камней часто осуществляют их ангобирование. Такие изделия относятся к двухслойной керамике, в которой фактурный (ангобный) слой наносится с помощью пластического формования.

Экономическая целесообразность производства двухслойной керамики заключается в получении высокодекоративных материалов, состоящих более чем на 90 % из недефицитного сырья. Дорогостоящее сырье, которое образует тонкий фактурный слой, составляет 8 % всей массы изделия.

К ангобированным изделиям предъявляется ряд специальных требований: прочное сцепление лицевого слоя, наносимого на ложковую и тычковую стороны; одинаковая окраска и равномерная толщина слоя ангоба; близость показателей огневой и воздушной усадки у лицевого слоя и основной массы кирпича; допускаемое расхождение усадок у различных слоев не более чем на 1,5 %.

В состав основного слоя входят легкоплавкие глины, не содержащие вредных включений. Ангобный слой содержит светложгущуюся глину, кварц, а также красители (оксиды кобальта, железа, хрома).

Двухслойное формование основано на подаче двух масс в переходную головку с формующей Г-образной рамкой, обеспечивающей распределение фактурного слоя толщиной 3...3,5 мм по ложковой и тычковой сторонам. В головке пресса происходит уплотнение массы и получение двухслойного бруса. Для лучшего сцепления слоев на верхний слой наносятся борозды специальными вкладышами в виде гребенок.

Давление формования по ложковой и тычковой сторонам неодинаково и меняется от 1 до 0,55 МПа по мере удаления от места ввода ангоба. При недостаточном давлении возможен сдвиг фактурного слоя. Если давление имеет достаточное значение, то фактурный слой диффундирует на глубину 0,2-0,3 мм и происходит прочное сцепление его с основным слоем.

Наносить ангобный слой на глиняный брус можно пульверизацией сразу после формования.

Сушат ангобированные изделия теплоносителем с влажностью 85-90 % и температурой до 90 °С в течение 35-40 ч.

2.4.7. Облицовочные материалы для агрессивных сред

Различают два вида кислотостойких материалов: металлические и неметаллические.

К металлическим относятся сплавы железа, а также цветные металлы (никель, медь, титан, золото) и их сплавы (никель-кремнистые, силумин).

К неметаллическим кислотостойким материалам обычно относят материалы на основе солей силикатных кислот, повышенная кислотостойкость которых вызвана наличием значительного количества кислотного оксида. Это - каменное литье из диабаза и базальта, плавленый кварц, стеклоуглерод, стекло, кислотостойкие эмали и замазки, кислотостойкий бетон, керамические материалы, шлакоситаллы, гранит, асбест и др.

Щелочестойкие материалы также подразделяются на металлические и неметаллические. К щелочестойким металлическим материалам относятся многие металлы и сплавы (сталь, чугун, никель, латунь), а к неметаллическим - материалы, содержащие значительное количество основных оксидов. Такими материалами являются: известняки, магнезиты, портландцемента, шлакощелочные цементы и пр. К ним относятся также стеклоуглерод, эмали, силикатные стекла с добавкой бора и др. Высокими показателями ще-лочестойкости обладают и органические полимерные материалы.

Керамические изделия, имеющие примерный состав: 20-40 % Al 2 O 3 ; 01-0,8 % СаО; 0,3-1,4 % MgO; 50-75 % SiO 2 ; 0,5-3 % Na 2 O+K 2 O; 0,3-1,6 % F 2 O 3 , стойки в щелочах низких и средних концентраций.

К коррозионно-стойким материалам предъявляются требования не только не вступать в химическое взаимодействие с внешней средой, но и не разрушаться в результате физического, физико-химического, биологического и другого вида внешнего воздействия.

К физическим факторам воздействия относятся процессы тепло- и массообмена с окружающей средой, фазовые и другие превращения.

Физико-химические факторы - это электрохимические процессы, температурно-влажностные воздействия в присутствии химических реагентов и пр.

Биологическая коррозия состоит в том, что агрессивная среда, которая создается в результате жизнедеятельности организмов, приводит к физическому разрушению материала.

Неметаллические коррозионно-стойкие материалы кроме того, что должны быть кислото- или щелочестойкими, должны иметь высокую плотность и гладкие поверхности изделия.

Среди керамических материалов наибольшей коррозионной и химической стойкостью обладает тонкая керамика, включающая фарфор, полуфарфор и фаянс, отличающиеся плотностью и низкой пористостью. Водопоглощение фарфора составляет 0,2-0,5 %, полуфарфора - не более 5 и неглазурованного фаянса - до 12%.

Сырьевыми материалами для производства тонкой керамики служат пластичные огнеупорные беложгущиеся глины и каолины, плавни и отощающие добавки - полевой шпат, пегматит, кварцевый песок.

Подготовка сырья производится шликерным способом, формование - методом шликерного литья. После сушки сырца на его поверхность наносят глазурный состав. Обжиг ведется при температурах: 1160-1280°С - для фаянса, 1270-1280°С - для шамотированных изделий, 1230-1250°С - для полуфарфора и 1170-1280°С - для фарфора. При обжиге образуются в значительных количествах жидкая фаза и муллит (Al 2 O), обеспечивающие высокую плотность, прочность и коррозионную стойкость изделий.

Экономическая эффективность облицовочных материалов для агрессивных сред заключается в предохранении конструкционных материалов от разрушения, удлинении срока службы аппаратов-химической технологии, а также в возможности применения индустриальных методов строительства и ремонта химического и теплового оборудования.

ОБЖИГОВЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Предохранение каменных материалов от разрушения

Основные причины разрушения природных каменных мате­риалов в сооружениях: замерзание воды в порах и трещинах, вы­зывающее внутренние напряжения; частое изменение температу­ры и влажности, вызывающее появление в материале микротре­щин; растворяющее действие воды и понижение прочности при водонасыщении; химическая коррозия, происходящая под дейст­вием газов, содержащихся в атмосфере (SO 2 , СО 2 и др.), и ве­ществ, растворенных в грунтовой или морской воде.

Конструктивную защиту открытых частей сооружений (цоколей, карнизов, поясков, столбов, парапетов) сводят к приданию им такой формы, которая облегчает отвод воды. Этому же способствует гладкая полированная поверхность облицовки и про­филированных деталей.

Для пористых каменных материалов, которые не полируются, используют химическую защиту , например,путем пропитки поверхностного слоя уплотняющими составами и нанесения на лицевую поверхность гидрофобизирующих (водоотталкивающих) составов. Кремнефторизацию (или флюатирование ) применяют для повышения стойкости наружной облицовки и других материалов, полученных из карбонатных пород. При пропитывании известняка раствором флюата (соли кремнефтористоводородной кислоты) происходит химическая реакция

2СаСО 3 + MgSiF6 = 2CaF 2 + MgF 2 + SiO 2 + 2CO 2

Полученные нерастворимые в воде вещества CaF 2 , MgF 2 и SiО 2 отлагаются в порах и уплотняют лицевой слой камня. В результате этого уменьшается его водопоглощение и возрастает морозостойкость; облицовка из камня меньше загрязняется пылью.

Некарбонатные пористые каменные материалы предварительно обрабатывают водными растворами кальциевых солей (например, СаС1 2), а после этого пропитывают флюатами.

Гидрофобизация , т.е. пропитка гидрофобными составами (например, кремнийорганическими жидкостями), понижает проникновение влаги в пористый камень, в частности при капиллярном подсосе. Для защиты камня от коррозии применяют пленкообразую­щие полимерные материалы – прозрачные и окрашенные. Также про­питывают поверхность камня мономером с последующей его полимеризацией.

Керамическими (от греческого «керамос» – глина) называют искусственные каменные материалы и изделия, получаемые высокотемпературным обжигом глин с минеральными добавками.

Классификация керамических изделий. По структуре черепка различают: а) плотные изделия со спекшимся черепком (материал, из которого состоят керамические изделия после обжига, в технологии керамики называют керамическим черепком) и водопоглощением менее 5 % (плитки для полов и облицовки фасадов, клинкерный кирпич); б) пористые изделия с водопоглощением более 5 % (стеновые, плитки внутренней облицовки стен).

По назначению различают керамические изделия: для стен (кирпич и керамические камни); облицовки фасадов (лицевой кирпич и камни); плитки для внутренней облицовки стен и полов; кровельные (черепица); санитарно-техническое оборудование (изделия из фаянса); дорог и подземных коммуникаций (дорожный кирпич, трубы и т.п.); теплоизоляции (легкий кирпич, фасонные изделия); кислотоупорные изделия (кирпич, плитки, трубы и т.п.); огнеупоры; заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит).

Сырье для производства керамических изделий. Основным сырьевым материалом для производства строительных керамических изделий является глинистое сырье, применяемое в чистом виде, а чаще в смеси с добавками – отощающими, пластифицирующими, порообразующими, плавнями и др.

Основные свойства глин как сырья для производства керамики : пластичность и связность глиняного теста, способность отвердевать при высыхании и переходить в необратимое камневидное состояние при обжиге.

Пластичность глин обеспечивается содержанием в них глинистых частиц пластинчатой формы размером 0,005 мм и менее. Наличие между этими частицами тонких слоев воды за счет действия молекулярных и капиллярных сил обеспечивает связность частиц и способность их к скольжению относительно друг друга без потери связности.

При сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается в объеме. Этот процесс называется воздушной усадкой (2-12 % по объему). При этом глина затвердевает, но при добавлении воды вновь переходит в пластичное состояние. При обжиге при температуре около 1000 °С керамическая масса безвозвратно теряет свои пластические свойства и за счет образования новых минералов приобретает камневидное состояние, водостойкость и прочность. Одновременно с этим происходит дальнейшее уплотнение и усадка материала, которая называется огневой усадкой (2-8 %). Способность глин уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок называется спекаемостью глин. В зависимости от температуры обжига получают пористый (около 1000 °С) или спекшийся (более 1100 °С) черепок.

Основные виды керамических изделий – этостеновые изделия, облицовочные материалы и изделия, керамические материалы и изделия специального назначения.

Стеновые изделия. В группу стеновых керамических материалов входят кирпич (одинарный, утолщенный, модульных размеров) и камни, изготовляемые способом полусухого прессования или пластического формования, а также крупноразмерные блоки и панели. Кирпич керамический одинарный имеет форму прямоугольного параллелепипеда с ровными гранями, прямыми ребрами и углами размерами 250´120´65 мм; утолщенный – размерами 250´120´88 мм. Кирпич может выпускаться полнотелым (без пустот и с технологическими пустотами в количестве не более 13 %) и пустотелым (с вертикальным или горизонтальным расположением пустот), а камни – только пустотелыми. Плотность кирпича и камней в зависимости от наличия и количества пустот находится в пределах от 1400 до
1900 кг/м 3 , теплопроводность – от 0,4 до 0,8 Вт/(м × ºС). По этим показателям пустотелые кирпич и камни, а также пористо-пустотелый кирпич (в состав керамической массы вводят выгорающие добавки) относятся к группе эффективных стеновых керамических изделий. Причем эти виды кирпича и камней подразделяют на условно-эффективные, улучшающие теплотехнические свойства стен, и эффективные, позволяющие значительно уменьшить толщину стен.

Марку камней по прочности определяют в зависимости от значений предела прочности при сжатии, а для кирпича – и с учетом предела прочности при изгибе. Марки по прочности полнотелого кирпича, а также пустотелых кирпича и камней с вертикальным расположением пустот – 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250 и 300, а с горизонтально расположенными пустотами – 25, 35, 50, 100. Марки кирпича и камней по морозостойкости – F 15, F 25, F 35, F 50. Водопоглощение не должно быть для полнотелого кирпича менее 8 %, для пустотелых изделий - менее 6 %. Масса кирпича в высушенном состоянии не должна быть более 4,3 кг, камней - не более 16 кг.

Эти изделия применяются для кладки наружных и внутренних стен, кладки фундаментов (из полнотелого кирпича).

Облицовочные материалы и изделия. Различают: фасадные облицовочные изделия – кирпич и камни керамические лицевые (укладывают в стену здания в перевязку с обыкновенными, они отличаются от последних повышенными физико-механическими показателями и улучшенными показателями внешнего вида); керамические изделия для внутренней облицовки – плитки для внутренней облицовки стен (применяют в помещениях санузлов, кухонь, бань, прачечных, станций метро и т.п.); плитки для полов. Величина основного, помимо размеров и внешнего вида, нормируемого показателя для керамических плиток – водопоглощения – имеет значение при выборе материала для облицовки помещений с влажным режимом и плиток для полов. При обычных условиях эксплуатации (внутри помещений) этот параметр не оказывает заметного влияния на потребительские свойства керамической плитки. Совершенно иная ситуация складывается при использовании плитки вне помещения: морозостойкость керамических изделий напрямую зависит от водопоглощения. Считается, что плитка с водопоглощением менее 3 % пригодна для применения на улице (крыльцо, балкон и т.п.) или в неотапливаемых помещениях. Керамические плитки для улучшения внешнего вида и создания дополнительной защиты покрывают глазурью .

Керамический гранит принадлежит к тому же классу отделочных материалов, что и керамическая плитка, но отличается от нее повышенными механическими характеристиками (прочностью, твердостью и износостойкостью), а также текстурой, имитирующей природный камень. Этот комплекс свойств достигается в результате применения смеси глин и минеральных добавок, сходной по составу с фарфоровой массой. Плитки, отформованные из этой смеси под высоким (до 50 МПа) давлением, подвергаются высокотемпературному обжигу (более 1200 °С), что приводит к спеканию массы и обеспечивает получение чрезвычайно твердого и плотного черепка, практически лишенного пор и пустот. Это позволяет обходиться без нанесения на поверхность плитки защитного слоя глазури.

Керамические плитки и керамогранит производятся размеров: от 15´15 до 40´40 и 30´60 см. Толщина облицовочных плиток обычно 5; 6 мм; плиток для полов и керамогранита – 8,5; 12; 15 мм.

Керамические материалы и изделия специального назначения. Выпускают кирпич и камни керамические для кладки и футеровки промышленных дымовых труб и печей; камни трапецеидальной формы для устройства подземных коллекторов; дорожный клинкерный кирпич для мощения улиц и дорог, полов, облицовки набережных и т.п.; глиняную черепицу – старейший вид кровельных материалов; керамические трубы: канализационные (с плотным черепком) и дренажные (с пористым черепком); теплоизоляционные керамические изделия – ячеистая керамика, керамзит; огнеупорные материалы (изготавливают в виде кирпича, блоков, плит из различных сырьевых компонентов по технологии, близкой к керамической).

) и их смесей с минеральными добавками, изготовляемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением.

В узком смысле слово керамика обозначает глину , прошедшую обжиг . Однако современное использование этого термина расширяет его значение до включения всех неорганических неметаллических материалов. Керамические материалы могут иметь прозрачную или частично прозрачную структуру, могут происходить из стекла (см. ситаллы). Самая ранняя керамика использовалась как посуда из глины или из смесей её с другими материалами. В настоящее время керамика применяется как индустриальный материал (машиностроение, приборостроение, авиационной промышленности и др.), как строительный материал, художественный, как материал широко используемый в медицине, науке. В 20-ом столетии новые керамические материалы были созданы для использования в полупроводниковой индустрии и др. областях

Слово «керамический» происходит также от индоевропейского Керри , означая высокую температуру. Откуда «Керамический» может использоваться как прилагательное, описывающее материал, продукт или процесс; или как только существительное во множественном числе «керамика».

История

Исторически керамические изделия были твёрдыми, пористыми и хрупкими. Изучение керамики приводит к разработке все новых и новых методов для решения данных проблем, уделяя особое внимание сильным сторонам материалов, а также и необычному их использованию.

Керамика известна с глубокой древности и является, возможно, первым созданным человеком материалом. Время появления керамики относят к эпохе мезолит и неолита. Различными видами керамики являются терракота , майолика , фаянс , каменная масса, фарфор , ситаллы .

Исходя из происхождения слова керамика понимаются такие изделия, для которых глина (при случае каолин), смешанная с полевым шпатом, кварцем или известью, служит главным сырьем. Эти исходные вещества перемешиваются и перерабатываются в массу, которая либо от руки, либо на поворотном круге формуется и затем обжигается.

Отдельные виды керамики формировались постепенно по мере совершенствования производственных процессов, различаясь в зависимости от образовательных свойств черепка и калильного жара. Большинство из них удерживается и по сей день. Древнейший вид - это обыкновенный горшечный товар с землистым, окрашенным и пористым черепком. Это типичная бытовая керамика или изделия, которые разными способами облагораживались - штампованием и гравировкой (например, Bucchero nero), тонким облицовочным слоем (греческая керамика и римские Terra - sigillata), цветной глазурью («Гафнеркерамика» Ренессанса). Первоначально керамика формовалась от руки. Изобретение гончарного круга в третьем тысячелетии до нашей эры, было большим прогрессом, что позволило изготовлять посуду с более тонкими стенками.

К концу XVI века керамика переходит в Европу майолика . Обладая пористым черепком из содержащей железо и известь, но при этом белой фаянсовой массы или изразцовой глины, она покрыта двумя глазурями: непрозрачной, с содержанием олова, и прозрачной блестящей свинцовой глазурью. Майолика родом из заальпийских стран называется фаянсом. Декор писали на майолике по сырой глазури, прежде чем обжечь изделие при температуре порядка 1000 °C. Краски для росписи брались того же химического состава, что и глазурь , однако их существенной частью были окислы металлов, которые выдерживали большую температуру (так называемые огнеупорные краски - синяя, зеленая, желтая и фиолетовая). Начиная с XVIII века, стали применять так называемым муфельные краски, которые наносились на уже обожженную глазурь. С их помощью особенно на фарфоре, достигают высоких результатов.

В XVI веке в Германии распространяется производство каменной посуды. Белый (например, в Зигбурге) или окрашенный (например, в Ререне) весьма плотный черепок состоит из глины, смешанной с полевым шпатом и другими веществами. Обжигаясь при температуре 1200-1280 °С, каменная посуда очень тверда и практически непориста. В Голландии, по образцу Китайской керамики, ее стали производить красной, и ту же особенность обнаруживает каменная посуда Бётгера.

Каменная посуда также изготовлялась Веджвудом в Англии. Тонкий фаянс как особый сорт керамики рождается в Англии в первой половине XVIII века с белым пористым черепком, покрытым белой же глазурью. Он в зависимости от крепости черепка делится на мягкий тонкий фаянс с высоким содержанием извести, средний - с более низким ее содержанием и твердый - совсем без извести. Этот последний по составу и крепости черепка часто напоминает каменную посуду или фарфор.

В строительстве широко применяется цемент - один из видов керамики, сырьем для которого служат глина и известняк, смешанный с водой.

История появления керамики на Руси

Керамика в России

‎Керамика известна с глубокой древности и является, возможно, первым созданным человеком материалом. Россия в области керамики достойно занимает ведущее место в мире, несмотря на то, что в международной литературе вопрос о возникновении фарфорового и керамического производства часто умаляется. На примере появления чёрной керамики археологически доказано, что уже в 3-ем тысячелетии до н. э. чёрная лощённая керамика использовалась в ритуальных и обрядовых целях. Значительный ущерб развитию керамики в России нанесло только одно монголо-татарское нашествие, которое много уничтожило достижений русских гончаров IX-XII веков. Например, исчезли двуручные корчаги-амфоры, вертикальные светильники, более простым стал орнамент, искусство перегородчатой эмали, глазурь (самая простая - жёлтая, уцелела только в Новгороде).

Лишь в XV веке прдолжалось развитие керамики на Руси. В России и в настоящее время, особенно в сельской местности, каждый керамический сосуд незаменим. Пища в керамических горшках самая ароматная и долго хранящаяся.

Изготовление керамической посуды на гончарном круге представляло и представляет особый интерес. Так называемые квасники (сосуды для кислых щей, браги, пива, дрожжевых или фруктовых квасов) появились в Москве в ХIX веке.

Прозрачная керамика

Исторически керамические материалы непрозрачны из-за особенностей их структуры. Однако спекание частиц нанометровых размеров позволило создать прозрачные керамические материалы, обладающие свойствами (диапазоном рабочих длин волн излучения, дисперсией, показателем преломления), лежащими за пределами стандартного диапазона значений для оптических стёкол .

См. также

• Обварная керамика

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Керамин-Минск
• Керар

Смотреть что такое "Керамические материалы" в других словарях:

Керамические материалы - неметаллические материалы из тугоплавких неорганических соединений, получаемые спеканием, плазмо химическим и другими методами. К. м. обладают высокой температуроустойчивостью, жаропрочностью, твёрдостью, электроизоляционными и другими ценными… … Энциклопедия техники

керамические материалы Энциклопедия «Авиация»

керамические материалы - керамические материалы — неметаллические материалы из тугоплавких неорганических соединений, получаемые спеканием, плазмо химическим и другими методами. К. м. обладают высокой температуроустойчивостью, жаропрочностью, твёрдостью,… … Энциклопедия «Авиация»

Прозрачные керамические материалы - Основная статья: Оптические материалы Волновод на базе прозрачной керамики Прозрачные керамические материалы материалы, прозрачные для электромагнитных … Википедия

Абразивные керамические материалы - (абразивы) – вещества повы­шенной твердости, применяемые в массивном или измельченном со­стоянии для механической обработки (шлифования, резания, истирания, заточки, полирования и т.д.) других материалов. Естественные аб­разивные материалы –… …

Сверхтвердые керамические материалы - – композиционные керамичес­кие материалы, получаемые введением различных легирующих добавок и наполнителей в исходный нитрид бора. Структура таких материалов образо­вана прочно связанными мельчайшими кристаллитами и, следовательно, они являются… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Керамические плитки и плиты - – тонкостенные изделия, изготовленные из керамической массы и/или других неорганических материалов. Примечание 1. Керамические плитки и плиты применяют главным образом для настилки полов и облицовки стен. Как правило, их формуют при… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Материалы строительные керамические - – получают в процессе технологической переработки минерального сырья (в основном глинистого), способного при затворении водой образовывать пластичное тесто, которое в высушенном состоянии обладает небольшой прочностью, а после обжига приобретает… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Керамические изделия для облицовки - – выпускают глазурованными и неглазурованными. К ним относится лицевой кирпич и ковровые облицовочные плитки. Кирпич и камни лицевые керамические имеют марки по прочности 75,100,125,150; водопоглощение 6…14 %. [Словарь строительных материалов и… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Керамика (керамические материалы) - поликристаллические материалы, получаемые спеканием глин и их смесей с минеральными добавками, а также оксидов металлов и других тугоплавких соединений. Люди начали использовать керамические материалы с 5-го тысячелетия до н. э.

Техническая керамика включает искусственно синтезированные керамические материалы различного состава (химического и фазового). Основными компонентами технической керамики являются оксиды, бескислородные соединения металлов, а также глины.

Следует отметить, что любой керамический материал является многофазной системой. В керамике могут присутствовать кристаллическая, стекловидная и газовая фазы.

Кристаллическая фаза представляет собой определенные химические соединения или твердые растворы. Эта фаза составляет основу керамики и определяет значения ее механической прочности, термостойкости и других основных свойств.

Стекловидная фаза находится в керамике в виде прослоек стекла, связывающих кристаллическую фазу. Обычно керамика содержит 1…10 % стекловидной фазы, которая снижает механическую прочность и ухудшает тепловые показатели материала. Однако стеклообразующие компоненты (глинистые вещества) облегчают технологию изготовления изделий.

Газовая фаза представляет собой газы, находящиеся в порах керамики. По этой фазе керамику подразделяют на плотную, без открытых пор и пористую. Наличие даже закрытых пор нежелательно, так как из-за этого снижается механическая прочность материала.

Техническая керамика характеризуется многообразием составов и свойств. Поскольку различные виды керамики отличаются сырьем, составом, структурой и свойствами, то объединяющим признаком этих материалов можно считать технологию их получения (составление шихты, формование и обжиг).

Керамические материалы характеризуются общими для них свойствами (высокая температура плавления, большие значения твердости и модуля упругости, химическая инертность). При этом данные материалы отличаются большим диапазоном электрических и тепловых свойств (от сверхпроводников до диэлектриков, от теплоизоляторов до высокотеплоотводящих материалов), обладают специфическими свойствами (эмиссионными, оптическими, ядерными, каталитическими). Из керамики изготавливают украшения, строительные материалы (в том числе облицовочную плитку и кирпич), посуду (фарфоровую и глиняную), футеровку печей, режущий инструмент, детали химического и металлургического оборудования, уплотнители насосов, работающих в условиях абразивного изнашивания, детали двигателей (внутреннего сгорания и газотурбинных) и ракет и др.

Большинство керамических материалов являются кислородсодержащими соединениями. К ним относятся силикатные соединения (на основе глин и других силикатов) и из чистых тугоплавких оксидов металлов (оксидов бериллия, магния, алюминия, циркония, гафния и проч.).

К бескислородным соединениям принадлежат керамические материалы, состоящие из карбидов, нитридов, боридов, силицидов и др.

Различают керамические материалы пористые и плотные (каменная керамика); грубые (с неоднородным строением) и тонкие (с мелкокристаллическим строением).

Керамика на основе оксида алюминия А1 2 О 3 (корундовая) обладает высокой прочностью, которая сохраняется при высоких температурах. Корундовая керамика химически стойка и является отличным диэлектриком. Изделия из этого материала применяют во многих областях техники (пластины резцов, используемые при больших скоростях резания, калибры, фильеры для протяжки стальной проволоки, сопла, детали высокотемпературных печей, подшипники печных конвейеров, детали насосов, свечи зажигания в двигателях внутреннего сгорания). Керамику на основе оксида алюминия с плотной структурой используют в качестве вакуумной, а пористую - как термоизоляционный материал. В корундовых тиглях плавят различные металлы, оксиды, шлаки.

Особенностями оксида циркония (ZrO 2) являются слабокислотная или инертная природа и низкий коэффициент теплопроводности. Рекомендуемые температуры применения керамики из ZrO 2 2 000…2 200 °С; она используется для изготовления огнеупорных тиглей для плавки металлов и сплавов, как тепловая изоляция печей, аппаратов и реакторов, в качестве покрытия на металлах для защиты последних от действия температур.

Керамика на основе оксидов магния и кальция обладает стойкостью к действию основных шлаков различных металлов, в том числе и щелочных. Но термическая стойкость таких материалов низкая. Оксид магния при высоких температурах летуч, а оксид кальция способен к гидратации даже на воздухе (их применяют для изготовления тиглей). Кроме того, MgO используют для футеровки печей, пирометрической аппаратуры и т. д.

Керамика на основе оксида бериллия отличается высокой теплопроводностью, что сообщает этому материалу высокую термостойкость, но его прочностные свойства невысокие. Оксид бериллия обладает способностью рассеивать ионизирующее излучение высоких энергий, имеет высокий коэффициент замедления тепловых нейтронов и применяется для изготовления тиглей для плавки некоторых чистых металлов, а также в качестве вакуумной керамики в ядерных реакторах.

Следует отметить, что разработаны и используются керамические материалы на основе оксидов титана, тория, урана и др.

Бескислородная керамика создана на основе соединений, которые не содержат кислорода. К ним относятся соединения элементов с углеродом (МеС) - карбиды, с азотом (МеN) - нитриды, с бором (МеВ) - бориды, с кремнием (МеSi) - силициды и с серой (МеS) - сульфиды. Эти соединения отличаются высокой огнеупорностью (2 500…3 500 °С), твердостью (иногда как у алмаза) и износостойкостью (по отношению к агрессивным средам). При этом материалы обладают высокой хрупкостью. Сопротивление окислению при высоких температурах (окалиностойкость) карбидов и боридов составляет 900…1 000 °С, у нитридов - несколько ниже. Силициды могут выдерживать температуру 1 300…1 700 °С (на поверхности образуется пленка кремнезема).

Карбиды кремния, хрома, титана, вольфрама и другие получили широкое применение. Из карбида кремния изготавливают огнеупоры, конструкционные материалы, абразивные материалы, электротехнические материалы и др. Из карбида титана изготавливают детали насосов химической промышленности, лопатки газовых турбин, электроды, твердые сплавы и др. Карбид вольфрама используется, в основном, для производства твердых сплавов для резцов, фрез и другого инструмента.

Нитриды - соединения азота с более электроположительными элементами, главным образом, металлами. Тугоплавкими соединениями с высокой твердостью, хорошими износостойкостью и химической стойкостью являются нитриды алюминия, бора, кремния, титана.

Нитрид алюминия обладает еще и хорошими электроизоляционными свойствами. Его используют в качестве электроизоляционного материала, огнеупора (тигли, футеровка печей), из него изготавливают усы (для армирования композиционных материалов). Механические свойства сверхтвердых модификаций нитрида бора близки к свойствам алмаза. Они используются для изготовления инструментальных материалов и сверхтвердых материалов типа «боразон», «гексанит», «эльбор». Нитрид кремния используется в качестве инструментального материала, конструкционного материала, материала трения, огнеупора. Нитрид титана используется для нанесения покрытий на поверхности изложниц и как декоративное покрытие золотистого цвета. Нитриды молибдена и ниобия при определенных температурах являются сверхпроводниками.

Бориды обладают металлическими свойствами. Они износостойки, тверды, стойки к окислению и электропроводность боридов очень высокая. В технике используются дибориды тугоплавких металлов (TiВ 2 , ZrВ 2 и др.). Их легируют кремнием или дисилицидами, что делает их устойчивыми до температуры плавления. Диборид циркония стоек в расплавах алюминия, меди, чугуна, стали и др. Его используют для изготовления термопар, работающих при температуре свыше 2 000 °С в агрессивных средах, а также труб, емкостей, тиглей. Благодаря высокому уровню механических свойств, жаропрочности и жаростойкости бориды широко используются как конструкционные материалы для узлов и деталей газовых турбин, реактивных двигателей, для сопел распыления металлов, чехлов термопар и др.

Силициды отличаются от карбидов и боридов полупроводниковыми свойствами, окалиностойкостью, стойкостью к действию кислот и щелочей. Эти материалы можно применять при температуре 1 300…1 700 °С, при температуре 1 000 °С они не взаимодействуют с расплавленным свинцом, оловом и натрием. Дисилицид молибдена (МоSi 2) наиболее широко используется в качестве стабильного электронагревателя в печах при температуре 1 700 °С в течение нескольких тысяч часов. Из спеченного МоSi 2 изготовляют лопатки газовых турбин, сопловые вкладыши двигателей. В радио- и электротехнике силициды используют как высокотемпературные полупроводниковые материалы.

Сульфиды (в зависимости от соотношения серы и металла в соединении) являются обычными полупроводниками, узкозонными полупроводниками или обладают свойствами металлов. Эти материалы используются в электротехнике и электронике. Сульфидам присуща высокая химическая стойкость по отношению к расплавам металлов и солей при высоких температурах. Сульфиды применяются в качестве огнеупоров для тиглей и других изделий в прецизионной металлургии, а в химической промышленности их используют как катализаторы.

Следует отметить, что разрабатываются новые составы керамических материалов, совершенствуются технологии получения изделий из этих материалов и область их применения постоянно расширяется.