Технология керамики Моd 1 Керамика- керамея керамос

Технология керамики Моd 1

Керамика- «керамея, керамос» - обожженная глина и способ изготовления изделий (формование, сушка, обжиг) Тело керамического изделия - керамический черепок (череп) Кирпич – « плинфа» - 270 х 135 х 63 мм – (Киевская Русь) Кирпич керамический полнотелый – 250 х 120 х 65 мм Кирпич керамический пустотелый – Камень керамический пустотелый –Щелевидная пустотность Панели из керамического кирпича, кирпич (б/у) - (Германия)

Основные разделы курса: 1. Основные свойства керамических изделий и материалов. Методы испытаний. – - САМОСТОЯТЕЛЬНО. 2. Глины – основное сырье - их состав и свойства. Методы определения основных свойств. 3. Технология формования керамических изделий: а) метод полусухого прессования б) метод пластического формования в) метод литья 4. Технология сушки керамических изделий 5. Технология обжига керамических изделий 6. Технология производства стенового керамического кирпича

Литература • Химическая технология керамики /под ред. Гузмана/ , 2003 г; • Абдрахимов В. З. и др. Химическая технология керамического кирпича с использованием техногенных отходов, 2007 г; • Абдрахимов В. З. и др. Керамические материалы, 2007 г; • Зорохович В. С. Производство кирпича. -1988 г • Канаев В. К. Новая технология строительной керамики. - М. : Стройиздат, 1990. – с. 264. • Кошляк Л. Л. Производство изделий строительной керамики/ Кошляк Л. Л. , Калиновский В. В. – М. : Высшая школа, 1985. - с. 200. • Лукин Е. С. Технический анализ и контроль производства керамики/ Лукин Е. С. , Андрианов Н. Т. - М. : Стройиздат, 1986. - Л 841. • Искусственные пористые заполнители и легкие бетоны на их основе: Справочное пособие, - М. : Стройиздат, 1987. – • Рабухин. А. И. Физическая химия тугоплавких неметаллических и силикатных соединений. 2004. • Рахалин И. А. Основы проектирования керамических заводов/ Рахалин И. А. , Югай Б. С. , Гришанов А. Г. - Учебное пособие. - М. : Стройиздат, 1973. • Роговой М. И. Технология искусственных пористых заполнителей и керамики. - М. : Стройиздат, 1974. • Мороз И. П. Технология строительной керамики 1980 г

Обязательные контрольные мероприятия по самостоятельной работе: 1. Контрольная работа № 1 - класс - дом -защита 2. Контрольная работа № 2 - класс - дом -защита 3. Контрольная работа № 3 - класс - дом -защита 4. Отчет по ПЗ (лабор. раб. ) № 1 5. Отчет по ПЗ (лабор. раб. ) № 2 6. Отчет по ПЗ (лабор. раб. ) № 3 - 25. 09. 2012 г. 02. 10. 2012 г. 23. 10. 2012 г. 30. 10. 2012 г. 06. 11. 2012 г. 20. 11. 2012 г. 27. 11. 2012 г. 04. 12. 2012 г.

Контрольная работа № 1 Основные понятия, термины и определения. Предмет и задачи дисциплины. Понятие «керамика» . Керамические материалы строительного назначения. Их классификация по составу и структуре, по назначению. Характеристика составов глин. Определение глинистых пород, их происхождение. Вещественный и минералогический состав глинистых пород. Основные глинообразующие минералы, строение их кристаллической решетки. Примеси, содержащиеся в глинистых породах. Влияние кварцевых и карбонатных примесей на свойства керамических изделий. Химический состав глинистых пород. Влияние отдельных оксидов (кремнезёма, глинозёма и др. ) на свойства глинистого сырья. Промышленное назначение сырья в зависимости от его химического состава. Гранулометрический состав. Содержание глинистых, пылеватых и песчаных частиц в глинистой породе, их влияние на свойства керамических изделий. Основные свойства глинистого сырья: водные, механические, сушильные и термические Водные свойства глин Влагоемкость, влажность, водозатворяемость, набухание, размокание глин. Тиксотропное упрочнение. Физико-механические свойства глин Механические свойства глин. Пластическое состояние глин. Определение пластичности. Классификация глинистого сырья по пластичности. Влияние пластичности глин на сушильные свойства. Связующая способность и механическая прочность глин в сухом состоянии. Сушильные свойства глин. Воздушная усадка глин. Схема возникновения усадочных деформаций. Коэффициент линейной усадки. Влияние режимов сушки на величину воздушной усадки. Влагопроводящая способность глин. Коэффициент внутренней диффузии, его зависимость от температуры и величины запесоченности глин. Чувствительность глин к сушке. Термические свойства глин. Отношение глинистых пород к высокотемпературному обжигу. Схема процессов, происходящих при обжиге глинистой породы. Процессы, происходящие в глинистых минералах при нагревании. Кварцевые примеси глинистых пород, их модификационные превращения при нагревании. Влияние карбонатных, железистых, органических примесей в глинистых породах на деформацию керамических изделий при обжиге. Огнеупорность. Спекаемость. Классификация глинистого сырья по степени и температуре спекания. Температурный интервал спекания. Характеристика спекшегося состояния. Температурный интервал обжига керамических изделий. Огневая усадка глин.

Свойства и классификация керамических материалов и изделий сырье - технология – структура - свойства - применение

I. Физико-химические свойства характеризуют структуру, химический и фазовый состав черепка, переходного (контактного) слоя и глазури у изделий, имеющих глазурный покров. Структура и текстура изделий. Структура - это особенность строения материала. Она определяется размером зерен, формой, распределением, направлением и контактом между зернами (частичками), количеством и качеством фазового состава, пористостью. Текстура – особенность взаимного расположения элементов структуры материала.

Структура черепка изделий – сложная система, состоящая из кристаллической, стекловидной и газовой фазы. Фазовый состав черепка изделий представляет собой количественное соотношение этих фаз и определяет его физикотехнические свойства. Фазовый состав черепка зависит от состава массы, количества плавней и их химической активности, температуры и продолжительности обжига. 1. Кристаллическая фаза изделий с пористым черепком состоит в основном из минерала муллита, зерен кварца и, частично, из каолинитового остатка. Возникновение кристаллов муллита из глинистых минералов начинается на ранней стадии обжига при повышении температуры более 920°С. Эти кристаллы имеют игольчатое строение с размером кристаллов 1 -2 мкм. Содержание зерен кварца находится в пределах 22 -28%.

2. Стекловидная фаза –застывший расплав - в керамических изделиях характеризуется твердостью, жесткостью и хрупкостью. В изделиях низкотемпературного обжига стекловидная фаза распределяется между кристаллами в виде тончайших пленок, обеспечивая их прочную связь. 3. Газовая фаза является третьей структурной составляющей керамического черепка - это воздух, заключенный в порах, газообразные продукты дегидратации, диссоциации, декарбонизации, разложения сульфатов, восстановления оксидов железа, окисления органических остатков в сырье, освобождения газов в процессе плавления компонентов массы и других процессов. Содержание открытых и закрытых пор зависит от степени уплотнения материала при обжиге. При достижении материалом 85% относительной плотности пористость остается полностью открытой и только в незначительном количестве появляются закрытые поры.

II. Физические свойства характеризуют особенности физического состояния материала и глазурного покрова изделий. 1. Плотность - истинная, средняя (кажущаяся) и относительная. Показатели плотности различных материалов Истинная плотность, г/см 3 Кирпич глиняный Средняя плотность, г/см 3 2, 60 -2, 70 1, 5 2, 60 -2, 70 0, 70 -1, 0 (плотный) Кирпич глиняный (пористый) Камни керамические 2, 60 -2, 70 1, 25 -1, 40

2. Пористость керамических изделий определяется объемом пор в единице объема материала и выражается в процентах. Различают общую (истинную), открытую (кажущуюся) и закрытую пористость. Открытая пористость обычно характеризуется величиной водопоглощения по массе, %. Пористость снижается с повышением спекаемости материала при обжиге. Истинная пористость полностью спекшейся керамики составляет 3 -5%, кажущаяся - менее 0, 1 -0, 2%.

Пористость различных материалов, % Общая Открытая (истинная) (кажущаяся) Фарфор твердый 4, 1 -7, 9 0, 0 -0, 5 Кирпич глиняный до 32, 0 10, 0 -22, 0 Различают пористость и пустотность, т. е. наличие крупных пустот в материале, иногда специально создаваемых (пористая и пустотелая керамика). Пористость керамических строительных материалов во многом определяет также их долговечность (морозостойкость) и теплофизические свойства.

процесс снижает эксплуатационные качества керамических изделий с пористым черепком и зависит от состава и степени обжига черепка. Набухание возрастает с повышением температуры воды и длительности ее воздействия. 4. Водопоглощение характеризует степень заполнения открытых пор материала при насыщении водой и выражается в процентах. Коэффициент водопоглощения – отношение объема поглощенной воды к объему пор. Величина водопоглощения является показателем спекаемости черепка. 5. Проницаемость - характеризуется степенью водопроницаемости, определенной по количеству воды, профильтровавшейся через керамический пористый черепок в единицу времени.

Сквозная пористость в черепке фаянсовых и других пористых изделий (неглазурованных или глазурованных с одной стороны) может привести к пропусканию через толщу черепка жидкости или газов. Коэффициент газопроницаемости определяется количеством газа (1 см 3 газа вязкостью 0, 1 Па · с), прошедшего в единицу времени (1 с) через единицу площади (1 см 2) и единицу толщины (1 мм) черепка при определенной разнице давления (10, 0 Па). 6. Гигроскопичность – способность пористого черепка изделий поглощать влагу из воздуха при изменении его влажности. Высокая гигроскопичность высушенного полуфабриката (кирпича, плитки и др. ) снижает качество изделий после обжига.

Механические свойства– это способность материала, не разрушаясь, длительно переносить возникающие в нем напряжения. Прочность – это свойство материала сопротивляться разрушению при действии нагрузки.

Рис. 1. Факторы, определяющие потребительские свойства керамических изделий.

Классификация керамических изделий и материалов ( 3 группы) 1 группа – по структуре керамического черепка оценка: • По водопоглощению по массе, % - (Вm); • По звуку; • По виду поверхности излома черепка; а) плотный (спекшийся) черепок - Вm < 5 %; б) пористый (неспекшийся) черепок - Вm ≥ 5 %;

2 группа - по зернистости строения черепка а) грубая керамика; грубозернистое строение : (кирпич; фаянсовые изделия, майоликовые плитки) –пористый черепок; Вm ≥ 5 %; (кислотоупорные плитки, плитки для пола) – плотный черепок; Вm < 5 %; б) тонкая керамика тонкозернистое строение: (плитки для внутренней облицовки) –пористый черепок Вm ≥ 5 %; (фарфоровые и полуфарфоровые изделия) – плотный черепок Вm < 5 %;

3 группа – по назначению а) Кровельные материалы – черепица керамическая; б) Стеновые материалы –кирпич, камни керамические; в) Облицовочные керамические материалы плитки для внутренней облицовки; фасадные плитки; плитки для полов; лицевые камни и кирпичи; г) Трубы канализационные и дренажные д) Санитарно-технические изделия –раковины, унитазы, бачки и др. ; е) Кислотоупорные изделия – кирпич, плитки для работы в агрессивной среде; ж) Огнеупорные изделия – шамотный кирпич; з) Теплоизоляционные материалы -керамзит, пенодиатомитовый кирпич; и) Изделия специального и декоративно-хозяйственного назначения – фарфоровые изоляторы, керамические вазы, горшки для цветов, посуда столовая.

Сырье для керамики Глины – основное сырье Глины- осадочные горные породы - продукты разрушения первичных (магматических) горных пород; Глины – землистые горные породы, способные при затворении водой давать пластичное тесто, а после обжига приобретать прочность и водостойкость камня; Глины – механическая смесь частиц разных размеров: – самые тонкие собственно глинистые частицы; – пыль; – песок; Глины по происхождению : первичные (элювиальные)- остались на месте разрушения исходных горных пород; вторичные (делювиальные, осадочные) - перенесены водой, ветром, ледником и отложены в виде осадков.

Глины характеризуются вещественным, гранулометрическим и химическим составом. Вещественный состав ( с учетом минералогического) Вещественный состав глин рассматривают путем деления глинистой породы на собственно глинистое вещество и примеси. Глинистое вещество – это группа глинистых минералов водные алюмосиликаты. Эти минералы придают свойства: пластичность, огнеупорность, способность набухать в воде и др. Каолинит Al 2 О 3 · 2 Si. O 2 · 2 Н 2 О – слагает каолиновые глины (цвет белый, желтоватый), на ощупь жирный, образовался за счет разложения полевых шпатов, твердость 1, Тпл> 1580°С. Монтмориллонит –слагает бентонитовые глины, имеет значительное набухание при контакте с водой. Гидрослюды – иллит, вермикулит - способен при нагревании увеличиваться в объеме в 20 и более раз.

Схема кристаллической решетки каолинита (а) и монтмориллонита (б)

Тройная диаграмма распределения фракций «глина-пылеватые-песок» (диаграмма Охотина В. В. )

Промышленное назначение глин в зависимости от их гранулометрического состава. Глины, пригодные для изготовления: I —полнотелого кирпича; II —дырчатого кирпича; III—черепицы; IV — дренажных труб и других тонкостенных изделий; V —гончарных и других изделий, не требующих морозостойкого черепка

акции от до Песок 5 35 -50 ылеватые 35, 0 50 -80 инистые 10, 0 20 -30

рья менее 0, 01 мм ысокодисперсное 85 еднедисперсное 40 -85 убодисперсное Менее 40 0, 001 мм 60 20 -60 Менее 20

акции от до Песок 5 35 -50 ылеватые 35, 0 50 -80 инистые 10, 0 20 -30

Промышленное назначение глин в зависимости от их химического состава. Глины, пригодные для производства: 1 — огнеупорных шамотных изделий; 2 — плиток для полов, канализационных труб, кислотоупорных изделий; 3— гончарных и терракотовых изделий; 4 — черепицы; 5— мостового клинкера; 6 — кирпича; 7—керамзита

Свойства глинистого сырья (4 группы) Водные, механические, сушильные и термические свойства. 1. Водные свойства: влагоемкость, влажность (водозатворяемость), набухание, размокание, взаимодействие с электролитами

О Н- Н+ Схематическое строение водной оболочки вокруг зерна глинообразующего минерала 1 - глинистая частица; 2 - молекула воды, имеющая дипольное строение; 3 - мицелла(первый слой - прочносвязанный); 4 - мицелла(второй слой - рыхлосвязанный), образующий диффузный слой.

Схема процесса тиксотропного упрочнения шликера Кривые разжижения просяновского каолина мокрого обогащения

2. Механические свойства: пластичность, формуемость, связующая способность, механическая прочность на изгиб в сухом состоянии;

Влияние влажности глины на ее деформативные свойства: I – хрупкое состояние, II – пластичное состояние, III – текучее состояние глины.

3. Сушильные свойства: воздушная усадка, коэффициент усадки, чувствительность глин к сушке;

Схема возникновения усадочных деформаций в результате действия капиллярных сил

Схема к определению коэффициента усадки

4. Термические (обжиговые) свойства: спекаемость, температурный интервал спекания и обжига, огнеупорность, огневая усадка.

Схема процессов, происходящих при обжиге глинистой породы

Схема размещения пироскопов на подставке КИ — конус из испытуемой массы; N, N-1, N+1— контрольные пироскопы с известной температурой плавления, отличающейся для каждого пироскопа на 20 о. С Определение огнеупорности глин

Размещение пироскопов из легкоплавких глин на огнеупорной подставке. Цифры соответствуют номерам проб

Зависимость изменения водопоглощения керамического материала от температуры обжига

Схема действия сил поверхностного натяжения, обуславливающих огневую усадку

Карьерные работы: 1. Вскрышные работы; 2. Добыча сырья; 3. 3. Транспортирование выбранного сырья; 4. 4. Хранение промежуточного запаса сырья.

Месторождения разделяют: 1) по степени изученности и надежности : 1. Разведанные – категории (блоки) А; В; С 1; 2. Предварительно оцененные - категория (блок) 2) по хозяйственному значению: 1. Балансовые; 2. Забалансовые. С 2.

Разновидность залегания глин 1 - глина; 2 - пустая порода а)однородное; б)послойное с выдержанной толщиной слоя; в)послойное с неравномерным напластованием; г) линзообразное

Способы сохранения тепла в глинах на карьерах: 1. Мягкое утепление; 2. Жесткое утепление.

Хранение глины в глинозапасниках: А) открытый тип глинозапасников: 1) наземный конус – L ~ 70 – 80 м; Н~ 6 м = длине стрелы экскаватора; ориентирован удлиненной осью по мередиану; устройство водоотводных каналов. 2) тип «котлован» - Н ~ 4 м; 3) Комбинированный тип - имеется наземная и подземная часть конуса Б) закрытый тип глинозапасников:

Закрытые склады глинистого сырья: а — треугольного сечения с грейфером, перемещающимся по оси склада, б — с мостовым грейферным краном, в — с эстакадами; 1—мостовой край. 2— грейферный захват, 3 — эстакада

Расположение точек отбора пробы комовой глины из вагона (а), бентонитовой глины из вагона (б) и глинистого керамзитового сырья из автомобиля (в)

Расположение точек отбора пробы из конусообразных штабелей

Схема продольного рассечения потока сыпучего материала

Барабанный пробоотбиратель: 1 - стальной цилиндр; 2— бункер; 3 – щель; 4 – перегородка; 5 – ось; 6 — желоб

Желобчатый сократитель 1 - решетка; 2 - приемный бункер; 3 - желоб; 4 - ящик

Процессы и методы керамической технологии

Последовательность основных стадий керамического производства Подготовка исходных компонентов ↓ Измельчение компонентов ↓ Смешивание компонентов ↓ Подготовка формовочной массы ↓ Формование полуфабриката ↓ Сушка (удаление временной связки) ↓ Обжиг ↓ Дополнительные (особые) процессы: механическая обработка, глазурование, декорирование, металлизация и т. д.