Керамические материалы Керамическими называют материалы и изделия,

Керамические материалы

Керамическими называют материалы и изделия, изготавливаемые путем формования и обжига глинистого сырья.

Классификация керамических материалов.

По назначению керамические изделия и материалы подразделяют:

1. Стеновые – кирпич рядовой полнотелый обыкновенный, кирпич рядовой пустотелый, блоки пустотелые, панели из кирпича.

2. Фасадные изделия – кирпич и камни лицевые, керамические плиты и плитки, ковровая керамика.

3. Изделия для внутренней облицовки стен – глазурованные плитки и фасонные детали к ним (карнизы, уголки и др). 4. Кровельные изделия – черепица.

5. Санитарно-технические изделия – унитазы, умывальные столы. 6. Дорожные изделия – дорожный кирпич.

7. Изделия для подземных коммуникаций – канализационные и дренажные трубы. 8. Огнеупорные изделия. 9. Теплоизоляционные материалы. 10. Заполнители для бетонов – керамзит, аглопорит.

11. Химически стойкая керамика – кирпич и плитки для футеровки химической аппаратуры. 12. Плитки для пола.

По структуре различают керамические изделия с пористым и спекшимся (плотным) черепком. - Пористые: с водопоглощением по массе более 5% (грубой керамики - керамические стеновые кирпич и камень, изделия для кровли и перекрытий, дренажные трубы, тонкой керамики – облицовочные плитки. фаянсовые). - Плотные: с водопоглощением по массе менее 5 % (грубой керамики – клинкерный кирпич, крупноразмерные облицовочные плиты, тонкой керамики – фаянс, полуфарфор, фарфор).

По температуре плавления подразделяют: - легкоплавкие (температура плавления ниже 1350 о. С); - тугоплавкие (температура плавления 1350 – 1580 о. С); - огнеупорные (1580 – 2000 о. С); - высшей огнеупорности (более 2000 о. С).

Сырье для производства керамических материалов.

1. Глинистое сырье (глины и каолины) – продукт выветривания изверженных полевошпатных горных пород, содержащий примеси других горных пород. Глинистые минеральные частицы диаметром 0, 005 мм и менее имеют пластинчатую форму, между которыми при смачивании образуются тонкие слои воды, вызывая набухание частиц, и способность их к скольжению относительно друга, без потери связности. Поэтому глина, смешанная с водой, дает легко формуемую пластичную массу. Глины с содержанием глинистых частиц более 60% называют «жирными» , отличаются высокой усадкой, для снижения которой в глины добавляют «отощающие» добавки. Если содержание частиц менее 10 -15% - «тощие» глины, в них вводят пластифицирующие добавки.

Помимо глинистых частиц в составе сырья имеются пылевидные частицы с размером зерен 0, 005 -0, 16 мм и песчаные частицы с размером зерен 0, 16 -2 мм. Глины с преобладающим содержанием каолинита (Аl 2 О 3 , 2 Si. O 2 , 2 Н 2 О) имеют светлую окраску, слабо набухают при взаимодействии с водой, характеризуются тугоплавкостью, малопластичны и малочувствительны к сушке.

Глины, содержащие монтмориллонит (Аl 2 О 3 , 4 Si. O 2 , 4 Н 2 О), весьма пластичны, сильно набухают, при формовке склонны к свилеобразованию, чувствительны к сушке и обжигу с проявлением искривления изделий и растрескиванию. Глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита называют бентонитами.

В керамическом сырье содержание важнейших оксидов колеблется : Si. O 2 – 40 -80%; Аl 2 О 3 – 8 -50%; Fе 2 О 3 – 0 -15%; Са. О – 0, 5 -25%; Мg. О – 0 -4%, R 2 О - 0, 3 -5%. С увеличением Аl 2 О 3 повышается пластичность и огнеупорность глин, а с повышением Si. O 2 – пластичность глин снижается, увеличивается пористость, снижается прочность обожженных изделий. Оксиды железа снижают огнеупорность глин, камневидные включения известняка (Са. СО 3) являются причиной «дутиков» и трещин в керамических изделиях. Оксиды щелочных металлов (Nа 2 О, К 2 О) являются сильными плавнями, способствуют повышению усадки, уплотнению черепка и повышению его прочности. Наличие в глинистом сырье растворимых солей сульфатов и хлоридов натрия, кальция, магния и железа вызывает появление белых выцветов на поверхности изделий.

Свойства глин как сырья для керамических изделий

1. Пластичность – способность влажной глины под действием внешних сил принимать заданную форму и сохранять ее после сушки и обжига. Технический показатель: число пластичности П л = W т – Wр W т – влажность, соответствующая пределу текучести; Wр – влажность, соответствующая пределу раскатывания жгута. - Высокопластичные – в составе 80 -90% глинистых частиц, водопотребность более 28%, воздушная усадка 10 -15%, число пластичности более 25; - Средне- и умеренно-пластичные – в составе 30 -60% глинистых частиц, водопотребность 20 - 28%, воздушная усадка 7 -10%, число пластичности 15 - 25; - Малопластичные – в составе 5 -30% глинистых частиц, водопотребность менее 20%, воздушная усадка 5 -7%, число пластичности 7 -15.

2. Связующая способность проявляется в связывании зерен непластичных материалов (песка, шамота и др. ), а также в образовании при высыхании достаточно прочного изделия – сырца. 3. Усадка глины – это уменьшение линейных размеров и объема глиняного сырца при его сушке (воздушна усадка) и обжиге (огневая усадка) глин. 4. Спекаемость – свойство глины уплотняться при обжиге, и образовывать камнеподобный черепок. 5. Огнеупорность – свойство глин противостоять действию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь.

2. Добавки к глинам: 2. 1. Отощающие добавки. Их вводят в пластичные глины для уменьшения усадки при сушке и обжиге и предотвращения деформаций и трещин в изделиях (дегидратированная глина, шамот, шлаки, золы, кварцевый песок). 2. 2. Порообразующие добавки. Их вводят для повышения пористости черепка и улучшения теплоизоляционных свойств керамических изделий (древесные опилки, угольный порошок, торфяная пыль).

2. 3. Плавни. Их вводят с целью снижения температуры обжига керамических изделий (полевые шпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк, песчаник, стеклобой, перлит). 2. 4. Пластифицирующие добавки. Их вводят с целью повышения пластичности сырьевых смесей при меньшем расходе воды (высокопластичные глины, бентониты, ПАВ). 2. 5. Специальные добавки. Для повышения кислотостойкости керамических изделий в сырьевые смеси добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом. Для получения некоторых видов цветной керамики в сырьевую смесь добавляют оксиды металлов (железа, кобальта, хрома, титана).

3. Глазури и ангобы. Некоторые виды керамических изделий для повышения санитарно-гигиенических свойств, водонепроницаемости, улучшения внешнего вида покрывают декоративным слоем – глазурью или ангобом. Глазурь – стекловидное покрытие (сырье кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочноземельных металлов) – размалывают в порошок и наносят на поверхность изделий в виде порошка или суспензии перед обжигом) толщиной 0, 1 -0, 2 мм, нанесенное на изделие и закрепленное обжигом. Глазури могут быть прозрачными и глухими (непрозрачными). Ангоб – нанесенный на изделие тонкий слой беложгущейся или цветной глины, образующий цветное покрытие с матовой поверхностью.

Общая схема производства керамических изделий.

- Карьерные работы – добыча, транспортировка, хранение промежуточного запаса (вылеживание замоченной глины, ее вымораживание в течении годичного срока – диспергирует на элементарные частицы, что повышает пластичность и деформационные свойства). - Подготовка сырьевых материалов – измельчение глины, удаление и измельчение крупных включений, смешение глины с добавками и увлажнение до получения удобоукладываемой массы. - Формование осуществляют: Полусухим (W=8 -12%) Пластическим (W=18 -25%) Шликерным (мокрым) (Wдо 40%). - Сушка (для полусухого способа отсутствует). - Обжиг.

Основные виды и размеры керамического кирпича по ГОСТ-530 -2007 1. Кирпич одинарный: - полнотелый Кирпич КО (1 НФ) 250 х120 х65 мм; - пустотелый Кирпич КП-0 (1 НФ) 250 х120 х65 мм.

2. Пустотелый утолщенный Кирпич КУ (1, 4 НФ) - 250 х120 х88 мм.

3. Кирпич модульный одинарный Кирпич КМ (1, 3 НФ) - 288 х138 х63 мм. 4. Кирпич «Евро» Кирпич КЕ (0, 7 НФ) - 250 х85 х65 мм. 5. Кирпич утолщенный с горизонтальным пустотами Кирпич КУГ (1, 4 НФ) - 250 х120 х88 мм.

По прочности изделия (кроме крупноформатного камня и кирпича и камня с горизонтальными пустотами) подразделяют на марки: М 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300; - кирпич и камень с горизонтальными пустотами: М 25, М 35, М 50, М 75, М 100. По морозостойкости изделия подразделяют на марки: F 25, F 35, F 50, F 75, F 100. По показателю средней плотности изделия подразделяют на классы: 0, 8; 1, 0; 1, 2; 1, 4; 2, 0.

Таблица 1 Группы изделий по теплотехническим характеристикам Класс средней Плотности изделия Группа изделий по теплотехническим характеристикам Средняя плотность, кг/м 3 Коэффициент теплопроводности, Вт/(м С) 0, 8 Высокой эффективности До 800 До 0, 20 1, 0 Повышенной эффективности 801 -1000 Св. 0, 20 до 0, 24 1, 2 Эффективные 1001 -1200 Св. 0, 24 до 0, 36 1, 4 Условноэффективные 1201 -1400 Св. 0, 36 до 0, 46 2, 0 Малоэффективные (обыкновенные) Св. 1400 Св. 0, 46

Специальные керамические изделия.

- Кирпич глиняный для дымовых труб Изготовляют из глин с добавками или без них пластическим прессованием. Он может быть полнотелым и пустотелым. Водопоглощение по массе не менее 6%. М 125; 150, 200, 250, 300. F 25, 35, 50. Предназначен для кладки кирпичных и футеровки железобетонных промышленных дымовых труб при температуре нагрева кирпича не более 700 о. С.

Кислотоупорный кирпич Изготавливают высшей и первой категории качества трех классов А, Б, В и четырех форм: прямой, клиновой (торцовый и ребровый), радиальный (поперечный и продольный) и фасонный (слезник) Размеры кирпича 230 х113 х65 и 230 х113 х55 мм. Прочность при сжатии 60 -35 МПа; термическая стойкость 5 -25 теплосмен; кислотостойкость 98, 596%. Применяется для защиты аппаратов и строительных конструкций, работающих в условиях кислых агрессивных сред, и при футеровке дымовых труб, которые служат для отвода дымовых газов, содержащих агрессивные среды.

Теплоизоляционная керамика.

Используют для утепления ограждающих конструкций зданий и для тепловой изоляции печей, топок, трубопроводов и другого теплотехнического оборудования, работающего при температуре до 900 о. С. Диатомитовые (трепельные) – сырье: диатомит (трепел), опилки. Д 500, Д 600 плотность 500 -600 кг/м 3, прочность при сжатии 0, 6 -0, 8 МПа, теплопроводность при (25 о. С) -0, 098 -0, 116 Вт/м. К при (300 о. С) – 0, 1500, 168 Вт/м. К, линейная температурная усадка при 900 о. С – не более 1, 5 -2%.

Пенодиатомитовые – сырье: диатомит (трепел), пенообразователь. ПД 350, ПД 400 плотность 350 -400 кг/м 3, прочность при сжатии 0, 6 -0, 9 МПа, теплопроводность при (25 о. С) -0, 078 -0, 095 Вт/м. К при (300 о. С) – 0, 116 -0, 133 Вт/м. К, линейная температурная усадка при 900 о. С – не более 1, 5 -2%. Перлитокерамические - вспученный перлитовый песок, легкоплавкие глины. Плотность 200 -400 кг/м 3, прочность при сжатии 0, 3 -0, 5 МПа, теплопроводность при (25 о. С) -0, 07 Вт/м. К при (300 о. С) – 0, 087 Вт/м. К

Теплоизоляционные пенодиатомитовые изделия изготавливают в виде кирпича, полуцилиндров (скорлуп) и сегментов Кирпич 250 х123(113)х65 мм. Полуцилиндры длина -330 -500 мм внутренний диаметр 57, 76, 89, 108 мм толщина от 40 до 80 мм. Сегменты длина -330 -500 мм внутренний диаметр 133, 159, 219 мм толщина от 40 до 80 мм.

Огнеупорная керамика.

Огнеупорными называются материалы, применяемые для сооружения различных печей, топок и аппаратов, работающих в условиях высокотемпературного (выше 1000 о. С) нагрева. К ним предъявляются требования по прочности, огнеупорности, термостойкости, химической стойкости против воздействия различных газов, расплавленных металлов, шлаков, стекломассы. Подразделяются:

I. По огнеупорности: - огнеупорные - 1580 -1770 о. С - высокоогнеупорные – 1770 -2000 о. С - высшей огнеупорности – более 2000 о. С; II. По степени пористости: - особо плотные – пористость менее 3% - высоко плотные – пористость 3 -10% - плотные – пористость 10 -20% - обычные – пористость 20 -30% - легковесные – пористость 40 -85%. .

III. По химико-минеральному составу: Кремнеземистые огнеупоры: А) кварцевое стекло – отливка из расплавленного кварца. Содержание Si. О 2 не менее 99% - для футеровки котлов большой мощности, для труб для передачи расплавленного AL, для кладки бассейнов сталеваренных печей. При температуре 1100 о. С растрескиваются и крошатся. Б) динасовые – обжигом кварцевого сырья на известковой связке. Si. О 2 не менее 93%. Применяют для кладки сводов и стен мартеновских, стекловаренных печей и др. тепловых агрегатов.

2. Алюмосиликатные огнеупоры. А) полукислые –обжигом кварцевых пород на глинистой или каолиновой связке Si. О 2 >65% Аl 2 О 3<28%. Для футеровки шахтных и туннельных печей. Б) шамотные – обжигом смеси шамота Al 2 O 3 30 -45%. Для футеровки вращающихся цементных печей, керамических печей, облицовки топок паровых котлов. В) высокоглиноземистые – из боксита, корунда Al 2 O 3 более 45%. Для кладки стекловаренных печей.