Керамика. Понятие, свойства, материалы, применяемые для керамического производства.

Керамику (греч. кeramos – глина) можно определить как неорганические материалы, получаемые из отформованных минеральных масс в процессе высокотемпературного обжига. Керамика – это материалы и изделия, получаемые обжигом глин или их смесей с минеральными добавками или без них. К ним относят как изделия керамической промышленности – глиняную посуду, фарфор, фаянс, терракоту, майолику, черепицу, керамическую плитку, кирпич и сырье для их производства. Главным сырьем служит глина, состоящая из небольших кристаллов гидратированных алюмосиликатов, т.е. соединений содержащих в различных пропорциях Al₂O₃, SiO₂, H₂O, кремний.

Материалы, применяемые для керамич-го произ-ва,принято подразделять на основные(для приготовления керамич масс,глазурей,красок) и вспомогательные(для изготовления гипсовых форм).Основные материалы делят на

-пластические(глины и каолины,образ-ся в рез-те распада горных пород гранита,гнейса.Каолины отлич-ся от глины более чистым хим составом,меньшей пластичностью,большей огнеупорностью),

-отощающие(кварц,обожженные каолин и глина,они уменьш пластичн глин,снижают усадку и деформацию изделий при сушке),

-плавни(понижают темпер-ру плавления и спекания глинис-х материалов,придают плотность, просвечиваемость,механич прочность(гранит,мел,известняк),

-глазуреобразующие(тонкий стекловидный слой на поверхности керамич изделий,предохраняя черепок от механич воздействий,улучшает его гигиенич-ть,они бывают прозрачные и глухие,бесцветные или окрашенные),

-керамич. Краски(для украшения фарфоровых,фаянсовых и др изделий).

Классич керамики изготовляются из 3 компонентов:глины(состоит из соединений оксидов алюминия и кремния),кремния(дешевый огнеупорный компонент)и полевого шпата(алюмосиликат щелочных металлов).

Основными свойствами керамических изделий, определяющими их качество являются: пористость, объемная масса, твердость, белизна, просвечиваемость, водопоглощение, механическая стойкость, термическая стойкость, химическая стойкость. Свойства зависят от состава используемой массы и от технологических особенностей производства.

Пористость – отношение объема пор к единице объема материала, выраженное в %, важный показатель, позволяющий установить степень завершенности процесса спекания керамических тел. От пористости керамики в значительной степени зависит ее устойчивость при воздействии агрессивных сред, а также теплопроводность, что особенно важно для строительных и теплоизоляционных материалов. Для фарфора пористость – 1,01 - 0,2 %, фаянса – 9 – 12 %;

Объемная масса: для фарфора - 2,2 - 2,4 г/см³, фаянса 1,92 - 1,96 г/см³.

Белизна- характерный признак высокого качества фарфоровых и фаянсовых изделий. Степенью белизны называют отношение интенсивности отражения белого цвета от поверхности испытуемого образца к интенсивности отражения белого света от поверхности эталона. Определяется визуально путем сравнения испытуемого образца с эталоном или спектрофотометром определяют способность материала отражать падающий на него свет. Эталоном белизны служит баритовая пластинка, белизна которой принята за 100 %. Белизна фарфора – 55 - 63 % в зависимости от сорта, костяного фарфора – не менее 80 %. Покрытие глазурью снижает белизну на 2 - 3 %.

Твердость глазурного слоя – характеризует прочность глазури и определяет способность материала сопротивляться вдавливанию другого, более твердого материала. Определяется по минералогической шкале Мооса, у фарфора – 6,5 - 7,5; у фаянса – 5,5 - 6,5. Фарфоровые глазури являются твердыми, майоликовые – мягкими, фаянсовые – средние.

Просвечиваемость – свойство фарфора, имеющего плотный спекшийся черепок, определяют вне зависимости от толщины изделия. Различные виды фарфоровых изделий можно сравнивать по степени просвечиваемости лишь при одинаковой толщине образцов, так как степень просвечиваемости зависит от толщины. Применяемый метод основан на измерении коэффициента светопропускания фарфора в видимой области спектра при длине волны 540 нм. Фаянс не просвечивают, т.к. черепок пористый.

Водопоглощением называют отношение массы воды, поглощенной образцом при полном насыщении к массе сухого образца. Водопоглощение зависит от пористости материала. Значения водопоглощения (в %) для некоторых видов керамических материалов: кирпич глиняный обыкновенный – не менее 8; плитки для пола – не более 4; плитки облицовочные – 12 - 15; канализационные трубы – не более 9; фарфоровые изделия – менее 0,5; фаянс неглазурованный – 10 - 14; глиняный грубозернистый кирпич, плитка – 2 - 10; плотные тонкокерамические изделия – 0,2 - 3; техническая керамика – менее 0,1; фарфоровая химическая аппаратура – 0 - 0,5.

Механическая прочность – это способность материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил, характеристика долговечности изделия. Удельная механическая прочность – отношение приложенного усилия к единице толщины дна, определяется по методу свободного падения стального шарика по дну изделия. Фаянс имеет более высокую, чем фарфор прочность.

Термическая стойкость – стойкость к резким перепадам температур. Она зависит от многих факторов: сырьевого состава, теплопроводности, условий нагревания и охлаждения, пористости, формы, размеров изделия. Фарфоровые изделия и глазурь должна выдерживать перепады температур от 205 до 20 °С, фаянсовые – от 145 до 20°С (для бесцветных глазурей), от 135 до 20 °С (для цветных глазурей).

Скорость распространения звука – в фарфоровых изделиях (высокий звук при ударе) в 3 - 4 раза выше, чем у фаянсовых (глухой звук при ударе деревянной палочкой);

Химическая устойчивость глазурей и керамических красок – должна выдерживать обработку слабыми кислотами, щелочами при обычной температуре и нагревании до 60 – 65 °С.