Роль пластичных отощающих компонентов и плавней в керамических массах

  К временным технологическим связкам (какое бы они ни имели назначение) предъявляется ряд требований. Связки должны выгорать, не оставляя в изделии остатка (золы) или оставлять его в минимальных (безвредных) количествах. Связка также должна обладать способностью смачивать минеральные частицы керамического порошка, образуя при этом на поверхности частиц сорбционные пластично-вязкие оболочки. Связка должна иметь минимальную адгезию к поверхности металлических форм, не должна быть токсичной (и продукты ее разложения) и отравлять окружающую воздушную среду.

  При введении временной связки в увлажненную пастообразную керамическую массу она обволакивает, каждую частицу твердой фазы, образуя коагуляционную структуру, в которой связь между твердыми частицами образуется за счет молекулярных (вандер – ваальсовых) и ионных сил. Прослойка между твердыми частицами благоприятствует их взаимному передвижению, т. е. подвижности. При этом, если органическая связка имеет полярные молекулы, которые адсорбируются на твердых частицах, смачивание может улучшаться. В результате введения временной технологической связки у такой массы появляется пластичность.    Пластичность массы — свойство структурированной дисперсной системы из твердой и жидкой фаз принимать под влиянием внешнего воздействия желаемую форму и сохранять эту форму после прекращения внешнего воздействия. Введенная в массу определенной структуры связка придает присущие дисперсным системам структурно-механические свойства: прочность, упругость, вязкость, пластичность, — позволяющие формовать из них изделия.

  В настоящее время известно большое количество различных по составу и действию связок. Однако независимо от того, к какому классу соединений относится технологическая связка, какой имеет состав и какие физико-химические процессы происходят при ее введении в керамическую массу (а они различны), ее основное назначение остается всегда неизменным — придать массе свойства формуемости при изготовлении изделия и механической прочности, достаточные для дальнейших операций с отформованным изделием.

  По своей химической природе и свойствам технологические связки могут быть водорастворимыми или растворимыми только в органических жидкостях, быть твердыми или жидкими, иметь природное или синтетическое происхождение. Большинство’ применяемых в производстве керамики технологических связок органического состава является твердыми водорастворимыми веществами. Связующие свойства они приобретают, будучи растворены в воде и соответственно в органических жидкостях. Таким образом, воду также можно рассматривать как компонент технологической связки.

  Водорастворимыми органическими связками являются декстрин, крахмал, мука, поливиниловый спирт (ПВС), водорастворимые эфиры целлюлозы, например метилцеллюлоза (МЦ) и карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), гидрооксипропилцеллюлоза, гидрооксиэтил- целлюлоза, альгинат натрия и аммония и др.

4. Технологические приемы, позволяющие обеспечить снижение усадки керамических масс при сушке и обжиге

  Перед окончательной операцией - обжигом производят сушку отформованных керамических изделий. Сушка сводится к удалению влаги из сырца сухим воздухом.

  Сушка должна быть проведена таким образом, чтобы изделие не деформировалось в процессе сушки и после сушки не имело трещин. Это условие обеспечивается правильно выбранным режимом сушки, который в значительной степени зависит от характера глиняного сырья и такого свойства - чувствительности к сушке. Жирные глины, обладая большей пластичностью и связностью, плохо отдают влагу. Это приводит к тому, что скорость перемещения влаги из внутренних слоев к поверхности значительно меньше скорости удаления ее с поверхности изделия, т.е. не одинаковы.

  При испарении влаги из внутренних и поверхностных слоев сырого изделия происходит сближение частиц массы, уплотнение ее. В результате происходит уменьшение размеров изделия, т.е. усадка, такую усадку называют воздушной.

 Воздушная усадка. Относительная  воздушная усадка колеблется в пределах 2-8%. Величина усадки зависит от многих факторов и не является величиной постоянной.

На величину усадки влияет режим сушки: в условиях медленной сушки (например, при естественной сушке) величина усадки больше, чем при жестком режиме искусственной сушки.

Для уменьшения величины усадки и облегчения процесса сушки (исключения деформаций, трещин, сокращения срока сушки) в состав масс добавляют отощающие материалы, т.е. материалы, которые не обладают способностью впитывать и удерживать влагу. Такими материалами являются песок, шамот, дегидратированная глина (полуобожженная глина), малопластичные глины. Так как внутренние слои сырого изделия претерпевают меньшую усадку и мешают усадке внешних слоев, в результате внутренние слои сырца претерпевают сжатие, внешние слои - растяжение. Разница в усадке обуславливает возникновение больших внутренних напряжений, и на изделии образуются дефекты - трещины и деформации. К дальнейшей обработке такие изделия не пригодны. Деформации (коробления) возникают вследствие значительного перепада влажности внутренних и внешних слоев изделия, а значит и заметной разнице в их усадке. Появляются коробления в начальном периоде сушки, когда поверхностные слои изделия находятся в пластическом состоянии.

Трещины возникают вследствие значительного перепада влажности внутренних и внешних слоев изделия в конце сушки, когда изделие находится в кожетвердом состоянии. Чтобы обеспечить качественную сушку изделий, следует при формовании избегать разнотолщинности по объему изделия - стенок, кромок, дна. Для обеспечения одинаковой или почти одинаковой скорости удаления влаги с поверхности и внутренних слоев изделия необходимо использовать достаточно для формования изделий глиняную массу с хорошими влагопроводными свойствами.

Это достигается введением отощающих материалов, подбором соответствующего зернового состава, обеспечивающего достаточную капиллярность массы и ее влагопроводность. В начальном периоде сушки следует использовать насыщенный пар и влажный теплоноситель с невысокой начальной температурой и скоростью движения, по мере высыхания изделий влажность теплоносителя уменьшают, повышают его температуру и скорость движения. На качество сушки оказывает влияние также однородность глиняной массы по влажности, для формования целесообразно использовать массу с возможно меньшей влажностью.

В технологии керамических изделий обжиг является завершающей и наиболее ответственной стадией. В процессе обжига формируются наиболее важные свойства керамического материала: прочность, водостойкость, плотность, водопоглощение. Пороки обжига являются необратимыми дефектами в изделии - они не поддаются устранению. Дефекты обжига определяют качество готовой продукции, т.е. сортность и количество брака. В процессе обжига материала формируется и его окраска. В зависимости от назначения и характера обжигаемого материала обжиг ведут в один (стадий) или несколько приемов.

В технологии керамических изделий обжиг является завершающей и наиболее ответственной стадией.

Виды обжига Первый обжиг - утильный проводят для приобретения керамическим материалом основных свойств и закрепления формы перед глазурованием. Как правило, тонкостенные изделия глазуруют после утильного обжига. Второй обжиг — политой или глазурный, проводят для закрепления на черепке глазурного покрытия. Фарфоровые изделия во 2-ом обжиге приобретают все необходимые черепку свойства. Третий обжиг — декорированный — для закрепления на глазурованном материале декора, т.е. росписи керамическими красками.

Температура каждой стадии обжига выбирается (определяется) в зависимости от того, какие свойства необходимо сформировать, и от степени плавкости глазури. Так, керамические изделия из легкоплавких глин обжигают утельным обжигом до окончательной прочности, после глазурования - обжигают при более низкой температуре (глазурь легкоплавкая). Для фаянса - также основные свойства формируются при утельном обжиге. В процессе обжига в керамическом черепке протекают сложные физические, химические и физико-химические процессы. При нагреве глиняной массы из нее улетучивается оставшаяся после сушки физически связанная вода - до 100 °С. Затем, в результате прогрева массы (300-400°С) обугливаются и сгорают органические примеси (С), далее разлагаются карбонаты. Одновременно с этими процессами (500-600°С) из глины выделяется химически связанная вода.

При повышении температуры до 1000 - 1050°С (для легкоплавких глин) в массе образуется некоторое количество жидкой фазы - стеклообразной, которая при охлаждении обжигаемого керамического материала соединяет (цементирует, склеивает) частицы массы. В результате масса уплотняется и упрочняется. Этот процесс сопровождается огневой усадкой. Огневая усадка - происходит сокращение размеров абсолютно сухого глиняного изделия (образца) при его обжиге, колеблется в пределах от 2 до 8%.

5. Основные физико-химические свойства керамических материалов

  Керамические изделия делят на две группы - пористые и плотные. Первые характеризуются водопоглощением 5% и более, вторые - менее 5%. К пористым изделиям относят кирпич глиняный обыкновенный, пористый и пустотелый, пустотные стеновые камни, черепицу кровельную, облицовочные плитки и трубы; к плотным изделиям - плитки для полов и дорожный кирпич. Санитарно-техническая керамика включает как пористые (фаянс), так и плотные (санитарный фарфор) изделия.

  Высокая прочность, долговечность и большой ассортимент изделий дают возможность широко использовать их при строительстве во всех частях зданий - от фундамента до кровли, в результате чего требования к керамической промышленности со стороны народного хозяйства страны непрерывно возрастают. Керамические изделия, обладая рядом положительных качеств, имеют один существенный недостаток-- повышенную по сравнению с другими строительными материалами хрупкость.

  После обжига керамические изделия сразу получают требуемую поверхность как по цвету, так и по фактуре, которую можно сделать матовой (ангобированные изделия) или блестящей стекловидной (глазурованные изделия). Цветные керамические изделия можно получить добавлением в беложгущуюся глиняную массу окислов различных металлов, например железа, кобальта и др. При изготовлении облегченных керамических изделий с повышенной пористостью в сырую массу вводят порообразующие добавки (вещества, выделяющие при обжиге газ - углекислоту), а также вещества, выгорающие при обжиге.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

  Керамика является одним из древнейших материалов, используемых для изготовления посуды и художественных изделий. Керамические иделия должны быть прочными, удобными в пользовании, иметь красивый внешний вид.

  Свойства керамических изделий зависят как от состава применяемых масс, так и от технологических особенностей их производства. 

  Производство керамических изделий включает следующие основные операции: приготовление массы, формование изделий, сушку, обжиг и декорирование.

 

 

 

Список литературы

1. Краткий химический справочник / В.А. Рабинович, З.Я. Хазов, - Л.: Химия, 1978..
2. Материаловедение: лекции / Мальцев И. М. - Ниж. Новгород: НГТУ, 1995
3. Новые материалы / под науч. ред. Ю.С. Карабасова, - М.: Мисис, 2002
4. Основы материаловедения / Сажин В.Б. - М.: Теис, 2005.
5. Г. Бурлаков. Основы технологии керамики и искусственных пористых заполнителей. М. Высшая школа. 1972.
6. Г. Иманов, В. Носов, Г. Смирнов. Производство художественной керамики. М. Высшая школа. 1985.