Виробництво керамічних матеріалів та виробів

Основною сировиною для виробництва кераміки є глини. Для поліпшення технологічних властивостей глини та з метою надання виробам певних фізико-механічних властивостей застосовуються добавки.

Глина є продуктом руйнування гірських порід і складається в основному з каолініту Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O. До складу глини також входять частинки кварцу, слюди та інших мінералів. Глинисті частинки мають розмір до 0,005 мм, зерна піску мають розмір 0,15 – 5 мм.

При виготовленні кераміки важливе значення мають такі властивості глини як пластичність, повітряна та вогнева усадка, вогнестійкість і колір виробу.

Пластичністю називають здатність глиняного тіста прийняти задану форму без утворення тріщин. Зі збільшенням вмісту глинистих частинок пластичність зростає, але при цьому збільшується усадка виробу під час сушіння та обпалювання. Розрізняють глини високопластичні (жирні), глини середньої пластичності та низькопластичні (бідні) глини.

Жирні глини мають добру пластичність, легко піддаються формуванню, але під час сушіння дають усадку більше 10 % та утворюють тріщини.

Бідні глини погано піддаються формуванню, але повітряна усадка не перевищує 6%. Для підвищення пластичності до складу таких глин вводять поверхнево-активні добавки.

Вогнева усадка – це зменшення лінійних розмірів виробу в процесі обпалювання. Вона знаходиться в межах 1 – 4 %.

Вогнестійкість – це здатність глини витримувати високі температури без деформування. За вогнестійкістю глини поділяють на вогнестійкі з температурою розмягчення вище 1580 ºС, тугоплавкі (1580 – 1350 ºС) і легкоплавкі з температурою розмягчення нижче 1350 ºС.

Вогнетривка глина має невелику кількість домішок, високо пластична, застосовується для вогнетривких, фарфорових і фаянсових виробів. Тугоплавкі глини застосовуються для виготовлення керамічної плитки, труб та інших виробів. З легких глин виготовляють червону цеглу, черепицю тощо.

Колір кераміки залежить від складу і кількості домішок в глині. Чиста глиняна сировина, каолін, має білий колір. Оксиди заліза дають глині забарвлення від світло-жовтого до темно-червоного кольору. Необхідний колір кераміки можна отримати введенням певних мінеральних добавок.

Через велику усадку і тріщини жирні глини в чистому вигляді рідко застосовуються для виробництва кераміки. До їх складу вводять пісок, шлак, золу, подрібнену кераміку, шамот тощо.

Для отримання пористої теплоізоляційної кераміки застосовують добавки, які вигоряють в процесі обпалювання (тирса, вугільний порошок, торф та ін.).

Підготовка глини до виготовлення виробів складається з подрібнення її, вилучення шкідливих домішок, внесення необхідних добавок та зволоження.

Формування керамічних виробів може виконуватись пластичним, напівсухим способами та литтям.

Пластичний спосіб полягає в тому, що глиняна маса ущільнюється і виштовхується шнеком преса через отвір певної форми у вигляді безперервного бруса. На виході брус розрізується на частини.

Напівсухим способом виробляють керамічну плитку та інші вироби шляхом пресування в формах під тиском до 15 МПа. Сирець напівсухого пресування має чітку форму і точні розміри.

Санітарно-технічні вироби та облицювальну плитку можна виготовляти відливанням глиняної маси в спеціальні форми.

Сформовані вироби для зниження вологості сушать на повітрі або в печах. Частіше всього вироби сушать в тунельних печах за рахунок спалювання газу.

Вироби після сушіння подають на обпалювання. Спочатку сирець повільно нагрівають до 100 – 120 ºС. При цьому видаляється вільна вода. При подальшому нагріванні до 750 ºС видаляється хімічно зв’язана вода і вигоряють органічні домішки. При подальшому підвищенні температури глиняна маса спікається і набуває необхідних властивостей. Остаточна температура призначається з врахуванням властивостей глини та виду виробу.

Глазуровані вироби обпалюють два рази. Після першого обпалювання на поверхню виробу наносять шар глазурі з легкоплавкої глини, кварцу, польового шпату, оксидів свинцю, цинку тощо і знову обпалюють. Компоненти глазурі розплавляються і створюють на поверхні виробу склоподібний шар, який забезпечує наряду з декоративними якостями високу водонепроникність.

Керамічні вироби

Найбільш поширеними керамічними виробами є керамічна цегла. Цегла випускається розмірами 250 х 120 х 65 мм або 250 х 120 х 88 мм. Модульна цегла товщиною 88 мм має технологічні порожнини.

Цегла має бути нормально обпаленою. Недопалена цегла має знижену щільність і морозостійкість. Перепалена цегла більш щільна і міцна але має відносно високу теплопровідність.

Щільність цегли знаходиться в межах 1600 – 1900 кг/м³. Більшу щільність і, відповідно, більшу теплопровідність має цегла, яка формується напівсухим пресуванням.

За межею міцності на стискування цегла випускається таких марок: 75, 100, 125, 150, 175, 200 та 300.

Для зменшення маси стін і зниження теплопровідності застосовують пористу і порожнисту цеглу та керамічний камінь (цегла великих розмірів). Пориста цегла має щільність 700 – 1500 кг/м³. Порожниста цегла і керамічний камінь мають наскрізні або глухі отвори циліндричної чи прямокутної форми.

Для облицювання внутрішніх і зовнішніх стін та підлоги застосовують керамічну плитку. Склад глинистої маси та спосіб виготовлення вибираються залежно від призначення плитки. Лицева сторона плитки може бути гладкою і фактурною, неглазурованою і глазурованою, певного кольору. Зворотна сторона може мати заглиблення для кращого з’єднання з цементним розчином.

Для облицювання фасадів будівель може застосовуватись лицювальнацегла, яка має правильну форму, чіткі грані і однорідний колір.

Каналізаційні труби виготовляються з вогнетривких або тугоплавких глин. Після сушіння на зовнішню та внутрішню поверхні труби наносять глазур і обпалюють. Глазурована поверхня надає трубі водонепроникність і високу стійкість проти дії кислот та лугів.

Дренажні труби виготовляють неглазурованими з легкоплавких глин і суглинків. Для підвищення водопроникності вони мають наскрізня канавки чи прорізі.

Для виготовлення легких бетонів застосовують керамічний пористий матеріал керамзит. Керамзит отримують обпалюванням легкоплавкої глини, які можуть здуватись при швидкому нагріванні до 1050 – 1300 ºС. Здування глини забезпечують гази, які утворюються при розкладанні різних речовин, що є в сировини. З метою посилення здування до глини додають тирсу, мелене вугілля та інші матеріали. Керамзит випускають у вигляді гранул розмірами від 5 до 40 мм з поділом на фракції. Зерна розміром до 5 мм відносяться до керамзитового піску.