Керамические материалы и изделия

РАЗДЕЛ 5.

1.1. Виды керамических изделий

Керамическими называют изделия, получаемые формованием и обжигом глин, трепелов, диатомитов и других видов минерального сырья с различными добав­ками или без них.

Материал (или тело), из которого состоят керами­ческие изделия, в технологии керамики называют керамическим черепком. Керамические строительные изделия, классифицируют по структуре образующегося после обжига черепка, конструктивному назначению, способу формования.

По характеру строения черепка различают изделия с пористым, и спекшимся (плотным) черепком, а также изделия грубой и тонкой керамики.

К изделиям с пористым черепком относятся изделия с водопоглощением черепка 8—10% по массе. Они не­прозрачны, под давлением пропускают воду. К пористым относятся стеновые, кровельные изделия, дренажные трубы, терракота1 и т. д., к пористым глазурованным — облицовочные кирпичи и плитки, изразцы, санитарно-строительные, фаянсовые изделия.

Изделия со спекшимся черепком имеют водопогло-щение 3—10%, не пропускают воду, в изломе имеют блестящую поверхность. К ним относятся клинкерный кирпич, плитки для полов и глазурированные изделия (канализационные трубы, .санитарно-строительные изде­лия из фарфоровых и полуфарфоровых масс).

Для снижения водопроницаемости изделий, отделки их поверхности и защиты от воздействия внешней среды используют глазури (стекловидные покрытия) и ангобы (керамические декоративные покрытия).

У изделий грубой керамики черепок имеет в изломе зернистое строение (макронеоднородное). Большинство строительных керамических изделий — строительный кир­пич, черепица, канализационные трубы и т. д.— являют­ся изделиями грубой керамики. У изделий тонкой кера­мики излом черепка имеет макрооднородное строение. Он может быть пористым, как например, у фаянсовых

¹ Терракота — глиняные неглазурованные изделия с пористымкрупнозернистым черепком (архитектурные детали, скульптуры и др.).

облицовочных глазурованных плиток, и спекшимся, как у плиток для полов, кислотостойкого кирпича, фарфоровых изделий. Черепок фарфора, кроме того, обладает просвечиваемостью.

По конструктивному назначению керамические изде­лия разделяют на стеновые (кирпич, камни керами­ческие, блоки, панели), кровельные (черепица глиняная), для перекрытий (пустотелые камни, балки, панели перекрытия и покрытия из керамических камней), для облицовки фасадов зданий (кирпич и камни керами­ческие лицевые, ковровая керамика, архитектурно-художественные детали, плитки фасадные, подоконные сливы, плитки малогабаритные), для внутренней обли­цовки (плитки для полов, глазурованные плитки и фа­сонные детали к ним — карнизы, уголки, пояски), заполнители для легких бетонов (аглопорит, керамзит, «керамдор»), трубы керамические канализационные и дренажные, дорожный кирпич, санитарно-технические (умывальные столы, ванны, унитазы), кислотоупорные (кирпич, плитки, трубы) и фасонные детали к ним, огнеупоры и теплоизоляционные (перлитокерамика, диатомитовая и др.).

По способу формования различают изделия пласти­ческого формования, полусухого прессования и литьевые. К изделиям пластического формования относят кирпич полнотелый керамический, строительный легкий, керами­ческие камни и др. К изделиям полусухого прессова­ния — кирпич пустотелый керамический, плитки обли­цовочные, плитки для полов (метлахские) и др., к литьевым — плитки майоликовые, фасадные, ковровые, санитарно-технические и др.

1.2. Физико-технические свойства керамических изделий

Керамические изделия обладают различными свой­ствами, которые определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также условиями обжига — газовой средой, температурой и длительностью.

Физико-технические свойства определяют область наи­более целесообразного применения изделий. ГОСТами, МРТ, ТУ и другими нормативными документами регла­ментированы качественные показатели изделий — ме­ханическая прочность, водопоглощение, влажность, твер- дость, морозостойкость, термостойкость, химическая стойкость, эстетичность. В значительной степени они обусловливаются плотностью, пористостью, структурой, текстурой.

Плотность характеризует степень заполнения объема материала твердым веществом, т. е. отношение массы материала к занимаемому им объему. Различают истинную, среднюю и относительную плотность.

Истинная плотность q — это масса единицы объема материала m в абсолютно плотном (без пор) состоянии

Средняя плотность Ом — это масса единицы объема мате­риала m в естественном состоянии V, с учетом пор и пустот:

Относительная плотность (безразмерная величина) d выра­жает отношение плотности материала с к плотности стандартного вещества qo при определенных физических условиях

Плотность керамических материалов, кг/м³:

-. Истинная Средняя

Фаянс

твердый 2,45-2,6 1,2-2,5

мягкий 2,4—2,5 2,3—2,45

Полуфарфор ....'... 2,3—2,4 2—2,2

Фарфор твердый ...... 2,42—2,6 2,26—2,5

Кирпич:

керамический 2,6—2,7 1,5—1,9

легкий 2,6—2,7 0,7—1,4

Керамические камни 2,6—2,7 1,25—1,4

Тонкокаменные

(химическистойкие) 2,1—2,8 1,92—2,5

Структура — особенность строения материала, опре­деляемая размерами зерен, формой, распределением, контактом между зернами, пористостью, качеством и количеством фазового состава (соотношением стекло­видной, кристаллической и газовой фаз).

Текстура — особенность взаимного расположения эле­ментов структуры.

Пористость материала — это степень заполнения его объема порами. Определяется объемом пор в единице объема материала и выражается в процентах. Порис­тость зависит от состава массы, подготовки сырья, условий формования, сушки, температуры и продолжи­тельности выдержки при обжиге. Различают общую, открытую и закрытую пористость. Объем .пор (открытых и закрытых) находится в пределах от 2,5 до 6% в фар­форе, до 30% в фаянсе и более 30% в кирпиче. По­ристость влияет на прочность, термостойкость, водоне­проницаемость, долговечность.

Пористость различных материалов, %:

Общая Открытая

Фарфор твердый 1 – 3 0—0,5

Фаянс твердый 12—30 10—22

Тонкокаменные

(химически стойкие) 4,1—7,9 0,1—4

Полуфарфор до 5—8 9—12

Кирпич керамический до 32 12—28

Механическая прочность—свойство материала со­противляться разрушению под влиянием внешних нагру­зок. Зависит она от количества пор, их размера и формы, от текстуры материала и фазового состава черепка. Характеризуется пределом прочности, т. е. напряже­нием в материале, соответствующим нагрузке, вызы­вающей разрушение образца.

Предел прочности при сжатии для керамических материалов, МПа:

Фарфор твердый глазурованный 400—700

Полуфарфор 120—300

Кирпич керамический 7,5—30

Тонкокаменные (кислотоупорные изделия) 25—500

Фаянс твердый 90—220

Плитки для пола 180—250

Предел прочности при статистическом изгибе для керамических материалов, МПа:

Фарфор твердый 70—90

Тонкокаменные (кислотоупорные изделия) 10—50

Фаянс:

твердый 15—30

мягкий 10—20

Полуфарфор 38—45

Кирпич керамический:

Предел прочности при растяжении керамических из­делий в 10—12 раз меньше предела прочности при сжатии.

Твердость — способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твердого тела. Определяется по шкале твердости Мооса. Для глазури равен 6—7, фарфора 6—8, плиток для полов 6—7. Твердость можно повысить термической обработкой поверхности, химическим упрочнением, заменой SiO2 на А12О3 в глазурном слое и др..

Водопоглощение характеризуется степенью заполне­ния открытых пор материала при кипячении в воде и выражается в процентах по массе. Оно определяет спо­собность материала впитывать и удерживать воду. Коэффициент насыщения пор водой — отношение объема поглощенной воды к объему пор.

0—0,5 3—5   9—12 17—21 0,1—9,5 не менее 6—15   до 4   9—11. не более 18 не более 10 6—12 не более 16 30—40

Показатели водопоглощения керамических материа­лов, % по массе:

Фарфор

Полуфарфор

Фаянс:

твердый

мягкий

Тонкокаменные (химически стойкие).

Кирпич керамический (в зависимости от

марки)

Плитки для пола (неглазурованные) .

Трубы:

канализационные

дренажные

Черепица .

Фасадные облицовочные плитки ....

Плитки облицовочные

Гипсовые формы

Влажность материала определяется содержанием влаги, отнесенным к массе материала в сухом состоянии. Зависит от свойств самого материала и окружающей его среды.

Морозостойкость — способность материала в насы­щенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без призна­ков разрушения, значительного снижения прочности и потери массы. Морозостойкими считаются материалы, прочность которых снижается не более чем на 15—25%, а потери в массе не превышают 5%. Как правило, керамические материалы выдерживают 15—50 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Морозо­стойкость является показателем качества, определяющим длительность их службы при эксплуатации в естествен­ных условиях.

Термостойкость — способность материала противо­стоять резким повторным температурным колебаниям без признаков разрушения. Она определяет области возможного применения керамических изделий.

Химическая стойкость — способность материала не разрушаться под влиянием агрессивных сред. Разли­чают два вида химической стойкости керамики: кислото-и щелочестойкость. Кислотостойкость химически стойких изделий 95—99,5%. Стандартными веществами для оценки ее являются H2SO4 и NaOH.

Эстетические свойства характеризуются блеском гла-3_yj>H, белизной, просвечиваемостью, формой, чистотой красок, качеством декора. Блеск завист от плотности глазури, белизна — от чистоты используемого сырья и пористости изделий, просвечиваемость — от струк­туры, фазового состава и толщины стенок фарфоровых изделий.