ЛЕКЦИЯ № 3 Материалы, получаемые термической обработкой минерального сырья. Керамические материалы
• Керамическими называют искусственные каменные материалы и изделия, полученные в процессе технологической обработки минерального сырья и последующего обжига при высоких температурах. Название “керамика” происходит от греческого слова Keramos - глина. ( Поэтому под технологией керамики всегда подразумевали производство материалов и изделий из глинистого сырья и смесей его с органическими и минеральными добавками. Материал, из которого состоят керамические изделия после обжига, в технологии керамики называют керамическим черепком. • В последнее время получило распространение производство специальной керамики с уникальными свойствами для нужд ядерной энергетики, машиностроения, электронной, ракетной и других отраслей промышленности. Большой практический интерес имеют керметы, состоящие из металлической и керамической частей.
• Керамические материалы классифицируют по ряду признаков: • По назначению керамические изделия подразделяют • на следующие виды: стеновые, отделочные, кровельные, для полов, для перекрытий, дорожные, санитарно-технические, кислотоупорные, теплоизоляционные, огнеупорные и заполнители для бетонов. По структуре различают керамические изделия с пористым и спекшимся (плотным) черепком. Пористыми считают изделия с водопоглощением по массе более 5%. К ним относятся изделия как грубой (керамические стеновые кирпич и камень, изделия для кровли и перекрытий, дренажные трубы), так и тонкой (облицовочные плитки, фаянсовые) керамики. К плотным относят изделия с водопоглощением по массе менее 5%. К ним принадлежат также изделия и грубой (клинкерный кирпич, крупноразмерные облицовочные плиты), и тонкой (фаянс, полуфарфор, фарфор) керамики.
• По температуре плавления керамические материалы и изделии подразделяются на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350°С), тугоплавкие (с Температурой плавления 1350°С-1580°С), огнеупорные (1580°С-2000°С), высшей огнеупорности (более 2000° С) • Возможность получения любых заданных свойств, широкая номенклатура, большие запасы повсеместно распространенного сырья, сравнительная простота технологии, высокая долговечность и экологическая безвредность керамических материалов обеспечивают им одно их первых мест по значимости и объемам производства среди других строительных материалов. Так выпуск керамического кирпича составляет около половины объема всех стеновых материалов.
• Сырье для производства керамических • • • материалов Основным сырьевым материалом для производства строительных керамических изделий является глинистое сырье, применяемое в чистом виде, а чаще в смеси с добавками - отощающими, породообразующими, плавнями, пластификаторами и др. 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 обеспечивают способность при затворении водой образовывать пластичное тесто, сохраняющее при высыхании приданную форму, а после обжига приобретающее водостойкость и прочность камня. Помимо глинистых частиц в составе сырья имеется определенное содержание пылевидных частиц с размерами зерен 0, 005 -0, 16 мм и песчаных частиц с размерами зерен 0, 16 -2 мм.
При сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается по объему. Этот процесс называется воздушной усадкой. Чем больше в глинистом сырье глинистых частиц, тем выше пластичность и воздушная усадка глин. В зависимости от этого глины подразделяются на высокопластичные, среднепластичные, умеренно-пластичные, малопластичные и непластичные. • Высокопластичные глины имеют в своем составе до 80 -90% глинистых частиц, число пластичности более 25, водопотребность более 28% и воздушную усадку 10 -15%. • Средне- и умеренно-пластичные глины имеют в своем составе 30 -60% глинистых частиц, число пластичности 15 -25, водопотребность 20 -28% и воздушную усадку 7 -10%. • Малопластичные глины имеют в своем составе от 5% до 30% глинистых частиц, водопотребность менее 20%, число пластичности 7 -15 и воздушную усадку 5 -7%. • Непластичные глины не образуют пластичное удобоформуемое тесто.
• Глины с содержанием глинистых частиц более 60% называют ‘жирными”, отличаются высокой усадкой, для снижения которой в глины добавляют «отощающие» добавки. Глины с содержанием глинистых частиц менее 10 -15% - “тощие” глины, в них при производстве изделий вводят тонкодисперсные добавки, например, бентонитовую глину. • Различное сочетании химического, минералогического и • • гранулометрического состава компонентов обуславливает различные свойства глинистого сырья и пригодность его для получения керамических изделий тех или иных свойств и назначения. Гранулометрический состав глин тесно связан с минералогическим составом. Песчаные и пылевидные фракции представлены главным образом в виде остатков первичных минералов (кварца, полевого шпата, слюды и др. ). • Глинистые частицы в большинстве своем состоят из вторичных минералов: каолинита Al 2 О 3 • 2 Si. О 2 • 2 Н 2 О, монтмориллонита Al 2 О 3 • 4 Si. О 2 • 4 Н 2 О, гидрослюдистых и их смесей в различных сочетаниях.
• Глины с преобладающим содержанием каолинита имеют светлую окраску, слабо набухают при взаймодействии с водой, характеризуются тугоплавкостью, малопластичны и малочувствительны к сушке. • Глины, содержащие монтмориллонит, весьма пластичны, сильно набухают, при формовке склонны к свилеобразованию, чувствительны к сушке и обжигу с проявлением искривления изделий и растрескивания. Высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита называют бентонитами. Содержание в них частиц размером менее 0, 001 мм достигает 85 -90%. Образцы с преобладанием в глинистой части гидрослюдистых минералов характеризуются промежуточными показателями пластичности, усадки и чувствительности к сушке. • Химический состав глин выражается содержанием и соотношением различных оксидов. В керамическом сырье содержание важнейших оксидов колеблется в широких пределах: Si. О 2 - 40 -80%; АI 2 О 3 - 850% Fе 2 О 3 – 0 -15%; Са. О - 0, 5 -25%; Мg. О - 0 -4%; R 2 O - 3 -5%. С увеличением содержания АI 2 О 3 повышается пластичность и огнеупорность глин, а с повышением содержания Si 02 пластичность глин снижается, увеличивается пористость, снижается прочность обожженных изделий.
• Присутствие оксидов железа снижает огнеупорность глин, • • тонкодисперсного известняка придает светлую окраску и понижает огнеупорность глин, Камневидные включения его являются причинами появления “дутиков” и трещин в керамических изделиях. Оксиды щелочных металлов (Nа 2 O и К 2 O) 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. Добавки к глинам Отощающие добавки. Их вводят в пластичные глины для уменьшения усадки при сушке и обжиге и предотвращения деформаций и трещин в изделиях. • Порообразующие добавки. Их вводят для повышения пористости черепка и улучшения теплоизоляционных свойств керамических пыль. • Плавни. Их вводят с целью снижения температуры обжига керамических изделий. • Пластифицирующие добавки. Их вводят с целью повышения пластичности сырьевых смесей при меньшем расходе воды.
Используемая литература Основная литература: • 1. Микульский В. Г. и др. Строительные материалы (материаловедение и технология). М. - : ИАСВ, 2004 • 2. Материаловедение в строительстве, под ред. И. А. Рыбьева – М. : Издательский центр «Академия» , 2006 • 3. Кошляк Л. Л. , Калиновский В. В. Производство изделий строительной керамики. -М. : Высшая школа, 1985 Дополнительная литература: • 1. Горчаков Г. И. Баженов Ю. М. Строительные материалы: - М. : Стройиздат, 1986 • 2. Бурлаков Г. С. Основы технологии керамики и искусственных пористых заполнителей. -М. : , Высш. школа, 1972 • 3. Журналы «Строительные материалы» , «Строительные материалы, технология и оборудование ХХ 1 века» , «Стекло и керамика»
Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ 3 Материалы получаемые термической обработкой минерального
LEK__3_SM-1.ppt