Подготовка керамических масс и изготовление образцов для испытания
Цель работы: получить навыки в подготовке и формовании керамических масс.
Основные понятия
Название «керамика» произошло от греч. keramike — искусство изготовления изделий из глины. Керамическое производство – самое древнее из всех силикатных производств, а его основной сырьевой материал – глина – применялся человеком для бытовых нужд еще на заре цивилизации. Позднее человек научился придавать сырой глине форму и закреплять ее при помощи сушки и высокотемпературной обработки. Вот почему долгое время под керамической технологией понимали производство изделий из глин или глиносодержащих масс путем формования, сушки и последующего обжига.
С развитием техники стало возможным изготовлять изделия указанными технологическими приемами из масс, не содержащих глину. Поэтому технология керамики получила более широкое толкование. В настоящее время под технологией керамического производства подразумевают изготовление изделий из минерального сырья или химических веществ путем приготовления массы, формования, удаления временной связки и высокотемпературного обжига с целью придания им камнеподобных свойств.
Различные керамические материалы обладают разнообразными свойствами, которые определяются применяемыми исходными сырьевыми материалами, методами их переработки и технологическими режимами термической обработки. На свойства керамических материалов решающее влияние оказывает их строение. Поэтому в основу общепринятой классификации положена структура пор керамических материалов. Они подразделяются на два класса:
1) пористые, дающие землистый излом и пропускающие воду (без глазурования);
2) спекшиеся, дающие блестящий раковистый излом и не пропускающие воды.
Каждый из этих классов в зависимости от свойств и структуры черепка, его внешнего оформления, а также применения изделий подразделяется на группы (например, грубо- и тонкозернистые, глазурованные и неглазурованные, огнеупорные и кислотостойкие и т. д.). Универсальную классификацию керамических материалов и изделий разработать чрезвычайно трудно. Поэтому керамические изделия чаще всего классифицируют по производственно-отраслевому признаку, позволяющему отразить свойства изделий, область применения и в значительной степени способ производства. Согласно указанной классификации, различают следующие группы керамических материалов и изделий:
строительная керамика – изделия, предназначенные для кладки зданий и сооружений (кирпич, керамические камни, блоки), керамические плитки для наружной и внутренней облицовки стен и покрытия полов, изделия для подземных коммуникаций (канализационные и дренажные трубы), санитарно-технические изделия, черепица, изразцы, теплоизоляционные керамические материалы (керамзит, аглопорит);
огнеупорные материалы – изделия, применяемые для кладки промышленных печей, топок и аппаратов, работающих при высоких температурах, а также изделия, используемые в качестве огнеприпаса при обжиге деталей различного назначения;
химически стойкие материалы – изделия, предназначенные для работы в агрессивных средах, заменяющие или защищающие металлические части емкостей, аппаратов, машин в химической и других отраслях промышленности;
тонкая керамика – хозяйственная фарфоровая и фаянсовая посуда, художественные и декоративные изделия, химическая посуда и другие виды изделий;
техническая и специальная керамика – материалы и изделия со специфическими свойствами, применяемые в авиационной, ракетно-космической, атомной технике, радиоэлектронике, электротехнике и других отраслях промышленности.
В зависимости от свойств, структуры, фазового состава материала указанные группы подразделяются на подгруппы.
Свойства керамики определяются ее строением, под которым подразумевается взаимное распределение и сочетание составляющих ее фаз. Почти все керамические материалы по строению являются сложными системами, состоящими из трех фаз – кристаллической, стекловидной и газовой.
Кристаллическая фаза – основная, она определяет фазовый состав, свойства и группу керамического материала. В структуре может быть одна либо несколько кристаллических фаз в тех или иных соотношениях.
Стекловидная фаза находится в керамическом материале наподобие прослоек между кристаллическими составляющими или обособленных микрообластей и выполняет в нем цементирующую роль. Количество и состав стеклофазы обусловлены наличием примесей и вводимыми в состав массы плавнями. Например, некоторые виды технической керамики содержат менее 1% стеклофазы, а стеатит и фарфор – 35…60%.
Газовая фаза представляет собой воздух или другие газы, содержащиеся в порах материала. Керамические материалы – это сочетание твердого вещества (кристаллического и стекловидного) с пустотами – порами.
Взаимное распределение, физико-химическая природа и количественное соотношение кристаллической, стекловидной и газовой фаз определяют строение керамического материала.
В строении керамики различают микроструктуру и текстуру. Под микроструктурой понимают природу кристаллических фаз, состав стекловидной фазы, а также их сочетание с порами. Текстура определяет зерна и поры в материале, их размеры, объем, взаимное расположение. Микроструктура и текстура керамики зависят от многих факторов, главные из которых – вид исходных сырьевых материалов, технологические приемы их обработки и подготовки массы, методы формования, физико-химические процессы, протекающие при спекании.
По способу формования выделяют изделия следующих видов:
Ø спрессованные из полусухих масс (плитки для внутренней облицовки стен, фасадные, для полов);
Ø сформованные из пластичных масс (канализационные трубы, химически стойкие изделия);
Ø отлитые из шликерных (жидких) масс (санитарные изделия).