Дәріс Құрылыс керамикасы өндірісіне қажетті шикізаттар және бұйымдар номенклатурасы

Күйдірілмеген материалдар мен бұйымдарды дайындау барысында балшыққа қоспа ретінде диатомит, трепел, опока, құм сияқты тау жыныстарын пайдаланады. Балшықтың, керамикалық бұйымдарды дайындауға жарамдылығы, бірінші кезекте, минералды құрамымен, дисперсиялығымен (бөлшектерінің өлшемімен), иілгіштігі мен және жылуға шыдамдылығымен анықталады. Балшықтың химиялық құрамы негізінен кремнийдің, алюминийдің, темірдің тотықтарынан құрастырылған. (мас):

SiO₂ – 40 – 50; Al₂O₃ – 40 – 50; Fe₂O₃ – 9 – 15; MgO – 1 – 4; CaO – 0,5 – 2,5; Na₂O, K₂O – 1% деін болады. Балшықтағы химиялық және минералогиялық қасиеттерінің өзгеруіне орай керамиканың физика-механикалық құрылыстық қасиеттері және түсі басқаша өзгереді. Балшық құрамында кремнеземнің (SiO₂) өзгеруіне қарай оның иілгіштік қасиеті азаяды. Балшықтағы гликозем керамика түсін түссіздендіреді және оның отқа шыдамдылығын бәсеңдетеді. Одан басқа, Fe₂O₃ мөлшері өзгерсе, керамиканың түсі ашық қоңырдан – күңгірт қызылға дейін өзгереді. Керамика құрамына карбонаттар күйінде енетін магний мен кальцийдің тотықтары, керамикалық бұйымдардың кеуектіліғін арттырады,осының арқасында олардың массасы мен жылу өткізу коэффициенттерін азайтады. Натрий мен калий тотықтары (Na₂O; K₂O ) күйдіру температурасын азайтады және көп мөлшерде балқыманың пайда болуына орай керамикалық бұйымның тығыздығы артады. Керамикалық бұйымдар өндірісінде әр түрлі құрамдағы минералды балшықтарды қолданады: каолинитті, монтмориллонитті, монотермитті. Балшықта негізгі басты элементтерден басқа кварц,слюда, дала шпаты, кальций мен магнийдің карбонаттары болуы мүмкін. Керамикалық шикізат құрамындағы карбонатты қоспалар зиянды деп саналады, себебі күйдіру процесі кезінде пайда болған байланыспаған әк, су әсерінен сөнгенде, көлемі ұлғаяды. Осының салдарынан керамикада майда сызаттар пайда болады.

Балшықтың маңызды технологиялық қасиеттерінің бірі – иілгіштік. Осы көрсеткіш балшық құрамына, олардың дисперсиялығына байланысты. Құм, шамот, шлак, таскөмір, күл, балшық иілгіштігін азайтады, бірақ осы материалдардың кептіру мен күйдіру процестерін онды қалыпқа келтіру үшін пайдаланады. Нормадағы иілгіштік қасиеті бар балшық кептірген соң көлемі 12% дейін азаяды, ал егер жүделеткіш қоспалары болса, балшық көлемінің шөгінді 2-6% деңгейінде болады.

Керамикалық бұйымдардың күйдіру температурасын азайтатын қоспаларға (флюстерге), дала шпатын, шыны, кварц және басқаларды жатқызуга болады. Бұйымның қуыстылығын өсіру үшін балшыққы мергель, долмит, кальций, ағаш ұнтағын, тас көмір, кокс және басқаларды қосады.

Балшықтарды өте төзімді (балқу температурасы 1580˚С жоғары), қиын балқитын (1580-1350˚С ) және жеңіл балқитын (1350˚С төмен) деп жіктейді.

Температура 100-110˚С-қа дейін қыздырғанда, балшықты массадан реакцияға түспеген бос сулар буланады, ал температура 450-650˚С аралығында химиялық қосылған гидратты қоспалар ыдырайды. Сулы каолинит (Al₂O_{3 ·} 2SiO_{2 ·} 2H₂O) сусыз жағдайына ауысады. 650-800˚С температурада каолинит, глинозем (Al₂O₃) мен кремнеземге (SiO₂) ыдырайды. Әрі қарай температураның өсуімен сұйық фаза (балқыма) пайда болады және реакцияға түседі. Магний мен кальцийдің карбонаттары ыдырайды, органикалық заттар жанады. Күйдірудің температурасын 700-800˚С-қа жеткенде, балшық беріктігі төмен, су әсеріне тұрақты, қуысты затқа айналады. Көптеген керамикалық материалдарды 1000-1100˚С температурада күйдіреді. Керамикалық бұйымдарды күйдірудің температурасын одан әрі өсіру, олардың тығыздығы мен беріктігінің өсуіне әкеп соғады: осындай жағдайда пайда болған сұйық фаза қуыстарды толтырады және бұйымның жүйелерін тығыздайды. Күйдіру кезінде бұйым көлемінің біразы, балшықтың оттық шөгінуі деп аталатын құбылыстың әсерінен кішірейеді.

Егер балшық бөлшегінің диаметрі 0,005 мм аз болса,онда балшық жоғары иілгіштік қасиетке ие. Балшық бөлшектерінің құрамы мен өлшемдеріне қарай оларды жоғары иілгіштік, иілгіш, төмен иілгіш және иілмейтін деп жіктеуге болады. Жоғарғы иілгіш балшықтың құрамында 80-90% балшықты минералдар бар.Мұндай балшықтың иілгіштік қасиеті 25% көп, су жұтуы 28% көп, ауадағы шөгінуі 10-15% асады. Нормалы иілгіштігі бар балшықтағы балшықты минералдардың мөлшері 30-60% болса,балшықтың иілгіштігі 15-25%, су жұтуы 20-25%, ауалық шөгінуі 7-10%. Аз иілгіш балшықтардың құрамындағы балшықты минералдар мөлшері 5-30% қана. Олардың ауалық шөгінуі 5-7%, иілгіштігі 7-15%, ал су жұтуы 20% жетеді. Иілгіштігі жоқ балшықтарқалыптау мен өңдеуге берілмейді.

Иілгіш балшықтар едәуір шөгінуге бейімді, сондықтан осындай балшықтан алынатын массаға жүдеткіш қоспаларды қосады.Иілгіштігі жоқ шикізатты иілгіш балшықтармен араластырып түзетеді, мысалы бентонитті балшықпен.

Керамикалық материалдар өндіретін өндіріс орындарында иілгіш балшықтардан қаптағыш кірпіш, плитка, керамикалық тастар, черепица, канализациялық құбыр, едендік плитка және басқа бұйымдар өндіреді.

Құрылыстық керамика өндірісінде қолданылатын балшықтардың құрамында каолинит, сулы слюда, монтмориллонит, аз ғана кварц, карбонаттар және темір тотықтары бар. Осындай балшықтан қабырғалық тастар, кірпіш, шатырлық черепица, қаптағыш плиталар бетон үшін, жеңіл керамикалық толтырғыштар(керамзит, аглопорит) дайындайды. Кірпіштік балшықты, кірпішті қалайтын құрылыстық ерітінділерде, сылақтық ерітінділерде, шала күймеген кірпішті дайындауда, сабанды - қабырғалық блоктарды дайындауда, тығыздалған балшықты қабырғаларды тұрғызуда және басқа да мақсаттарда қолданылады.

Бентонитті балшық – вулканды күлдер, туфтар мен лавалардың химиялық ыдырау процесінде пайда болған, монтмориллонит тобындағы минералдардан шыққан шөгінді тау жынысы. Бентонитті балшықты құрылыста жапсарларды бекітетін материалдарда толтырғыш ретінде, жер асты құрылыстарын бекітуде, аглопорит пен керамзитті өндіруде, керамикалық массаның иілгіштігін жақсарту сияқты бағыттарда табысты пайдалануда.

Отқа төзімді балшықтар негізінен каолиннен шыққан. Одан басқа олардың құрамында аз ғана мөлшерде кварц, дала шпаты, сулы слюда, карбонаттар және басқа қоспалар бар. Мұндай шикізаттардың басым көпшілігі отқа төзімді кірпіштерді қалағанда, отқа төзімді сылақтарда, сондай-ақ керамиканы күйдіретін пештерді тұрғызуда қолданылып жүр.

Шамотты кірпіш – отқа төзімді материал. Оны пештер мен түтінжүргіштің қабырғаларын тұрғызуда, қазандықтың қабырғаларын қаптағанда қолданады және отқа төзімді балшықтарды күйдіру жолымен өндіреді.

Қаптағыш керамикалық бұйымдардың беттері әшекейленеді. Әйнекей қабаты төселген бұйымдарды балқу температурасына дейін қыздырады(900-1300˚С). Керамикалық бұйымның бетіндегі балқыған әйнекей, шыны тәріздес қалыңдығы 0,15-0,30 мм қабат түзейді.

Әйнекей құрамына кварц, каолин, дала шпаттары,кейбір тотықтар кіреді. Бұйым бетіне әйнекейді судың дисперсиясы күйінде бүркеді. Әйнекейдің жылтырақтық қасиеті мен беріктігін қамтамасыз ету үшін, оған бураны,стронций мен магний карбонатарын, қалайы мен сурьма, мырыш тотықтарын қосады.Әйнекей жылтырақ және күңгірт болуы мүмкін. Түсті әйнекейлер құрамына төмендегі тотықтарды қосады: кобальт(көгілдір), хром (көк), марганец (қоңыр) ж.б. Қаптағыш керамикалық бұйымдардың беттерін, сндай-ақ ангобтармен –ақ немесе түсті балшықты дисперсиямен көмкереді. Ангобтармен жабылған бұйымдарды күйдіреді. Ангобтық қабаттың қалыңдығы 0,25-0,45 мм. Ал ангобтарды ақ балшықтардан, ақ түстілерін – ақ балшыққа ұнтақталған минералды бояғыштарды қосу арқылы өндіреді.

Қаптағыш және сәулетті-көркемдік керамика. Терракота, фаянс, фарфор, тасты құйма керамиканың дәстүрлі түрлері деп саналады.Терракота итальяндардың «terra cotta» деген сөзінен шыққан, күйдірілген жер деген мағынаны береді. Әшекейленбеген біртүстестабиғи боялған керамика немесе түсті (ашық ақ сары түстен қызыл қоңырға дейін) қуысты сынықтарымен қапталған қабырғалы материл, әйнекейленген жұқа керамика есебінде, сондай-ақ сәулеттік бөлшектер мен мүсіндер үшін молынан қолданылады.

Фаянс (италияның Фаэнце деген қаласының атынан - әшекейленген керамика өндірісі орталықтарының бірі) – ақ түсті майда қуысты қатты материал, фарфордан елеулі су жұтуымен (12% дейін) ерекшелінеді,сондықтан оны әйнекеймен бүркемелейді.

Фарфор мен фаянс ерітінділерін (шикізат-тозаңмен араласқан топырақ) дайындау кезінде каолинитті минералдардан тұратын каолин деген тау жынысын пайдаланады. Барлық керамикалық материалдар құрамында негізінен дала шпаты ( микроклин ж.т.б) мен кварц бар.

Балшықтың иілгіштігін кемітетін заттар: варц құмы, шамот, шлак. Шөгінудің шамасын азайту мен қалыптау кезінде қолайлы жайғасымдыбалшық алу үшін,әдетте жоғары иілгішті топырақты қосады. Әр түрлі қаптамалы плиткалар мен қышқылға төзімді материалдар алу үшін тұтқыр есебінде сұйық шыны мен сілтіні қосады. Қоспалар алғаш құммен араластырылады,содан соң балшықтың негізгі ерітіндісіне қосылады. Керамикалық бұйымдарды безендіру үшін, олардың беттеріне қалыңдығы 0,15-0,3 мм аспайтын әйнекей ( немісше шыны) жағылады. Төселінген әйнекей қабаты балқу температурасына деін 1100-1300˚С қыздырылады. Ал жеңіл балқитын әйнекейлер – 900-1100˚С, балқыған күйде, қалыңдығы 0,13-0,28 мм шыны тәріздес қабат түзеді.

Қиын балқитын әйнекейлер кварцтан, каолиниттен, топырақтан, дала шпатынан, табиғи темір карбонаттарынан құрастырылады. Осы құрам негізінде эмульсиялық әйнекей дайындалады, ал жылтырақ тазалығы мен беріктігін қамтамасыз ету үшін бура, стронций мен магний карбонатын қосады. әйнекей әдетте жылтыр және күңгірт болуы мүмкін.

Керамикалық плиткалардың бетіне жағылатын жылтырақ әйнекейдің құрамына түсті тотықтарды, ал күңгіртті құрамдарға пигменттерді араластырады. Әйнекейдің өзі түсті және түссіз болады. Түсті әйнекейлерге 2­15 % металл тотықтарын қосады: кобальт (көгілдір), хром(көк), марганец (қоңыр), ал түссіздерге қалайы, сурьма, мырыш қосады. Егер төселген әйнекейді балқытса, онда темір бетінде эмаль деп аталатын қабат түзіледі. Керамикалық бұйымдарды безендіру үшін олардың беттерін, ангобпен алғашқы қабатты ақ немесе түсті, қалыңдығы 0,25 – 0,44 мм эмульсиямен жабады.Ақ ангобты алғашқы ақ қабаттан, ал түстіні алғашқа қабатқа ұқыпты ұнтақталған минералды бояғыштар мен жасанды пигменттерді қосады. Тарихи ескерткіштерді қайта жөндеу кезінде көбіне түсті ангобтар деп аталатын қаптағыш блоктар мен кірпішті қолданады.

Майолика – Жерорта теңізіндегі Майолика (Majolica) аралының ескі аты, осы аралдан Италияға испан-мавритания керамикасы жеткізілген. Қазіргі әсемдік-көркем өнерінде майолика деп ақ немесе қара сынықтары бар, температурамен өңделмеген, бояумен жазылып өрнектелген, күймеген және күңгірт әйнекейлермен әшекейленген керамиканы айтады. Фаянсты әсемдік және санитарлы-техникалық бұйымдар өндірісінде (осы бағытта фаянс жартылай фарфор және фарформен ығыстырылуда) қаптағыш плиткалар мен ыдыстарды әшекейлеп шығаруда көбірек қолданады.

Фарфор дегеніміз тығыз, балқыған, ақ, су мен газ өткізбейтін, жұқа қабатты жарықтанатын және су жұтуы 0,5% көп емес масса. Тасты құйма – фарфорға өте жақын тығыз материал сынықтарының түсімен (көбінесе сұр немесе қоңыр) және күңгірттігімен ерекшеленеді. Ескіше оны «тасты товар» деп атаған. Осы материалды әсемдік мақсатқа қолданған, көп жағдайда күңгірт әйнекеймен әшекейлеген. Қазіргі уақытта «тасты» керамикаға кейбір жолға төсейтін және химиялық шыдамды қаптағыш материалдарды жатқызады.

Керамикалық материалдар мен бұйымдарды қалыптау әдістері бойынша мына түрге жіктейді.

Иілгіштік массадан қалыпталған (кірпіштер, қабырғалық тастар, черепица, канализациялық құбырлар);

Жартылай кебу массадан престелген (кірпіштер, қабырғалық тастар, едендік плиткалар мен қабырға қаптағыштар);

Сұйық массадан (шликерлі) құйылған (санитарлы-техникалық және күрделі пішінді сәнді-көркемдік бұйымдар)

Дәстүрлі бөлу әдісі де бар. Осы әдістің ыңғайына орай дөрекі және жұқа керамика деп бөлінеді. Дөрекісіне – күйдіріп болған соң сынығында дөрекі дәнді құрылым байқалады, ал жұқасында керісінше майда түйіршікті құрылым тән. Керамикалық бұйымдарды бедерлі беті бар қуысты және балқыған құрамдағы тығыз және беті тегіс деп те бөлінеді.

Қуысты бұйымдарға арнайы технологиялық қуысталған кәдімгі кірпіштерді, қабырғалық тастар мен шатырлық черепица жатады. Олардың су жұтуы 8-ден 20-ға дейінгі шекте алшақтайды. Ал тығыз бұйымдар деп едендік плитка және су жұтуы 5% кем қабырға қаптағыштарды санайды.

Керамикалық қаптағыштарды, сондай-ақ бұйымның бет сипаттамасына қарай жіктеу қабылдаған. Күйдіру процессінен кеармика бетінің фактурасы мен түсі жағынан әр түрлі бетке ие болады: тегістеп жылтыратылған (бұрынғы кездерде мұны жалтырату деп аталған), күңгірт ангобталған бұйымдар немесе шыны сияқты жылтырақ (әйнекейленген бұйымдар).Түсті керамикалық бұйымдарды ақ күйдірілген балшықты массаға әр түрлі тотықтарды (темір, кобальт және тағы басқа) қосу арқылы өндіруге болады.

6.2.1 – кестеде негізгі керамикалық бұйымдар мен материалдардың жалпы сипаттамасы келтірілген.

6.2.1 – кесте. Керамикалық материалдар мен бұйымдардың жалпы жіктелуі

Тағайындалуы	Класс	Керамика түрі	Негізгі бастапқы шикізат	Күйдіру температу-расы ˚С	Материал мен бұйымдар
Сәулеттік-құрылыстық керамика: қабырғалық (конструкциялық)	Қуысты	Жоғарғы, қуысты, дөрекі дәнді терракота	Балшық, кварцты құм және басқа жүдеулеткіш қоспалар	950 – 1150	Балшықты кірпіш, керамика- лық тастар (блоктар)
Арнайы керамика: жылу оқшаулайтын	Қуысты және кеуекті	Жоғарғы қуысты, ұялы, кеуекті және басқалар	Жеңіл балқитын балшықтар, трепелдер, балшықты тақтатастар,ісінетін күлдер мен доломиттер және т.б.	1050 – 1300	Керамзитті қиыршық тас пен шығыл, жылудоғарғыш кірпіштер, плиталар, жарты шар сияқты қабыршақ-тар
Отқа төзімді	Қуысты және тығызды	Алюмосили-катты, кремнеземді, магнезиалды және басқалар	Отқа төзімді балшық, каолин, шамот, кварциттер, әк, доломит, магнезит, тотықтар және т.б.	1250 – 1300	Отқа төзімді кірпіштер және тастар
Қышқылға төзімді	Тығыз	«Тасты», қышқылға төзімді фарфор	Ақ күйдірілген балшық, каолин, кварц, дала шпаты, шамот, қиын балқитын балшықтар	1250 – 1300	Қышқыл-ға төзімді кірпіш, қаптағыш плиткалар, құбырлар және оларға керекті фасонды бөлшектер
Жол құрылысына керекті материалдар	Тығыз	Тасты тығыз	Қиын балқитын балшықтар	1250 – 1300	Жолға керекті кірпіш (клинкер)

Сәулетті-құрылыс жұмыстарында қолданылатын керамика тағайындалуына байланысты мына топтарға бөлуге болады:

конструкциялық керамика толық денелі және қуыс денелі кірпішті, қуыс денелі керамикалық тастар мен үлкен өлшемді қабырғалық элементтерді (блоктар, панельдер), сондай-ақ қуыс денелі қырлы қабатаралық жабылымдарды (құрастырмалы және құрастырмалы-монолитті), қаңқалар, қанқалы керамикалық арқалықтарды біріктіреді;

қаптағыш керамикалар – олар ғимараттардың қасбеттерін қаптауға арналған материалдар; кірпіштер мен беттік тастар, кәдімгі және лекалды, кілемді керамика және ірі өлшемді плиткалар, сәнді қасбеттік бөлшектер және терезе астындағы су жинап төккіштер, ішкі қаптауға керекті материалдар – қаптағыш плиткалар мен қайта тығыздалған бөлшектер; едендік материалдар – ірі өлшемді плиткалар мен майда өлшемді плиткалар мен майда өлемді ала-құла өнделген бұйымдар;

шатырлық материалдар – балшықты черепица

шатыр еңкісін жабатын қатарлы, екі еңкісті шатырдың жапсарын жауып бекітетін күрделі пішінді төселімді және басқада қырларды жабуға, су ағызатын, қатардың соңғы қырын жауып бітіретін соңғы бөлшекті (жарты бөлшек пен таяныш) дайындауда қолданылып жүр;

санитарлық-плиткалық бұйымдар – қол жуғыштар, жай жуғыштар, унитаздар, шайғыш бактар, табандықтар және басқа да әжетхана мен ванна бөлмесіне, тазалық тораптары мен асханалық бөлмелерге орнықтырылатын приборлар мен жабдықтар;

әсемді-көркемдік бұйымдар – сәнді баупаркті, сауыттар, зор мәңгілік мүсіндер, қабырғалық өрнекті қалқандар, нәзік торлар, қалқалар, элементтер мен бұрқақтар, сәнді көтеріңкі бедерлі суреттер мен өрнекті плиталар.