ТЕМА 1. СОСТАВ И СВОЙСТВА ГЛИН

Состав глин.С древнейших времен и вплоть до наших дней керамические изделия занимают одно из ведущих мест в декоративно-прикладном искусстве всех народов мира. От примитивных сосудов, вылепленных вручную и обожженных на костре, до изделий из тонкого прозрачного фарфора - таков путь развития керамики.

Термин „керамика" происходит от греческого слова „керамос", что обозначает глина. Керамическими называют изделия, изготовленные из глины с различными добавками и обожженные до камнеподобного состояния.

Дляизготовления керамических изделий применяется сырье минерального происхождения - каолины, глины, кварц, известняк, полевые шпаты и другие.

Глинами называют тонкодисперсные осадочные породы, образовавшиеся по поверхности земли в результате выветривания магматических горных пород. Состоят они в основном из минерала каолинита (формула Al₂O₃×2SiO₂*2H₂O).

Основными компоненты каолинита - кремнезем SiO2 и глинозем А1₂О₃.

Белая глина в очищенном виде, не содержащая кварца, близкая по составу формуле каолинита называется каолин. Слово „каолин" китайского происхождения: као - белый, чистый, линг - холм. „Белый холм" - одно из месторождений этого сырья в Китае.

Кроме кремнезема SiO₂ и глинозема А1₂О₃ в состав глин входят оксиды щелочных и щелочноземельных металлов К₂О, Nа₂О, CaO, MgO, оксиды железа Fе₂О₃ и титана TiO₂. Глины содержат кварц, полевой шпат, слюды, а так же органические соединения.

На основе химического анализа можно судить о пригодности глин для того или иного керамического производства. Большое содержание глинозема показывает, что глина огнеупорна, а малое его содержание при повышенном количестве щелочных и щелочноземельных окислов обычно свидетельствует о легкоплавкости глин. Слишком большое содержание кремнезема говорит о том, что глина, по-видимому, запесочена (много свободного песка). Большое содержание красящих окислов (Fе₂О₃, TiO₂ и др.) говорит о том, что глина после обжига даст окрашенный черепок.

Пример химического анализа латненской глины (Воронежская обл. станция Латная) и мызинской глины (Нижний Новгород).

Латненская Мызинская

Кремнезем SiO₂ 48,2% 73,5%

Глинозем А1₂О₃ 35,5% 9,0%

Двуокись титана TiO₂ 2,0%

Окись железа Fе₂О₃ 0,8% 6,6%

Окись кальция СаО 0,7% 5,7%

Окись магния MgO 0,2% 0,3%

Латненская глина огнеупорна (большое содержание глинозема). Цвет в сыром виде серый, после обжига - светлый (небольшое количество Fе₂О₃ и TiO₂).

Мызинская глина легкоплавкая (малое содержание глинозема), запесочена (слишком большое содержание кремнезема). Цвет в сыром виде рыжий, после обжига-красный (большое содержание Fе₂О₃).

Весьма частой примесью в глинах, в особенности низкокачественных, являются карбонаты кальция и магния. Их легко обнаружить по выделению углекислоты при действии на глину соляной кислотой.

Карбонаты кальция и магния - сильные плавни, в процессе обжига изделий из таких глин при температуре выше 1000°С быстро развивается стекловидная фаза, что может вызвать деформацию изделия. При обжиге до 1000°С влияния карбонатов как плавней не сказывается, но прочность изделий заметно снижается.

Если карбонаты кальция СаСОз присутствуют в виде крупных включений, то после обжига глины и разложения карбонатов оставшиеся окислы кальция СаО поглощают влагу из воздуха, увеличиваются в объеме и разрывают изделия; в таком случае включения называют дутиком. Для ослабления действия дутика глину измельчают (не более 1 мм в поперечнике); известь в раздробленном состоянии лучше реагирует с глинистыми минералами при обжиге, после чего теряет способность гидратироваться. Включения известняка могут быть обезврежены каталитическим действием хлорида натрия, введенного в небольшом количестве в глину (до 1%).

К числу вредных примесей относятся пирит FeS₂ (или серный колчедан) и гипс СаSО₄×2Н₂О. При обжиге пирит образует черный железистый легкоплавкий шлак, вытекающий из изделия, в котором вследствие этого образуются пустоты. Мелко размолотый пирит образует черные "мушки". Гипс сплавляется с глиной в прозрачное зеленоватое стекло в виде выплавок.

Вредной примесью в глинах являются также растворимые соли - сульфаты и хлориды. Они выступают в виде соляного налета на поверхности высушенных изделий и, оставаясь после обжига, ухудшают внешний вид изделий, а в строительной керамике исключают возможность оштукатуривания стен из-за отслаивания штукатурки.

Для борьбы с этим дефектом рекомендуют вводить в состав глины тонкомолотый витерит - карбонат бария, или фторид бария.

Существенное влияние на ослабление солевых выцветов оказывает полусухой способ изготовления изделий и способ лощения, а также быстрая сушка изделий.

Органические примеси в глине могут присутствовать в виде древесины или торфообразной массы. Эти примеси сообщают глинам естественный темный цвет (до черного).

Свойства глин.В керамическом производстве глинистые материалы используются во влажном состоянии, поэтому процессы взаимодействия глинистых минералов с водой определяют во многом технологические свойства глин, в том числе и пластичность.

Пластичностью называют свойство глин образовывать при затворении с водой тесто, способное под действием внешних усилий принимать любую форму и сохранять ее в процессе дальнейшей сушки и обжига. Пластичное состояние глины характеризуют как промежуточное между хрупким (сухая глина) и текучим состояниями. На пластичности глин основаны способы формования керамических изделий. Пластичность зависит от содержания воды в глине.

Отличают пять состояний смесей глины с водой:

1). Верхний предел текучести (глиняное тесто легко течет).

2). Нижний предел текучести (две порции глиняного теста при легком постукивании рукой почти не сливаются друг с другом).

3). Предел липкости или нормальное состояние (глина не пристает к руке или к металлу).

4). Предел раскатывания (глина не раскатывается в жгуты).

5). Предел связности (глина рассыпается при сдавливании).

Пластичность характеризуется числами пластичности (в процентах).

Число пластичности П=W2-W4,

где W2 - содержание воды в глине соответствует нижнему пределу текучести;

W4 - содержание воды в глине соответствует пределу раскатывания.

Чем больше число пластичности, тем пластичнее (лучше) глина.

Связующая способность глины - свойство глин связывать частицы другого вещества, сохраняя прочность после сушки. Глины бывают жирные (связующие) и тощие. Связующая способность определяется путем добавки к глине отощителя - кварцевого песка.

Усадка - свойство глин уменьшаться в объеме и линейных размерах при сушке (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка). Сокращение размеров глинистых материалов происходит в основном в связи с испарением воды.

Усадка керамических масс при сушке является причиной многих видов брака изделий -деформации, растрескивания, отскакивания приставных деталей. Поэтому технологи стремятся по возможности уменьшить усадку путем ввода отощающих добавок. Наиболее часто используют в качестве отощителя кварц (кварцевый песок) и шамот. Шамот - это измельченная обожженная глина.

При нагревании глины до 200°С из нее выделяется свободная гигроскопическая вода. Если эту глину увлажнить, она снова образует с водой пластичное тесто. Но при нагреве свыше 450°С выделяется кристаллизационная вода, входящая в состав глинистых минералов, этот процесс необратим и такая глина при затворении с водой уже не проявляет пластичных свойств. Такая дегидратированная измельченная глина называется шамотом.

Измельченный шамот добавляется в глиняное тесто, которое используется обычно для производства облицовочного кирпича, плиток, а также для скульптуры и ваз крупных форм, для архитектурной керамики. Для приготовления шамота употребляют использованные огнеупорные материалы: капсели, бой обожженных неглазурованных изделий.

Усадка изделия вычисляется по следующей формуле:

Усадка= 100

где h_М - высота модели (или сырого образца);

h_Ч - высота черепка (или обожженного образца).

Усадка измеряется в процентах.

Учет усадки графическим путем.

Необходимо начертить изделие (например вазу) заданных размеров в натуральную величину. Из точки А провести лучи через несколько основных точек на контуре вазы. Для нахождения точки В1 надо расстояние АВ умножить на величину усадки. Если, например, усадка равна 10%, то к расстоянию АВ прибавляем 10% и от точки А откладываем полученное расстояние на луче АВ. Получаем точку В1. Таким образом получаем точки С1, D1, Е1. По этим точкам получаем контуры вазы с учетом усадки.

Рис. 1. Учет усадки графическим путем

Спекание и огнеупорность. Глина, являясь неоднородным веществом, не имеет строго определенной точки плавления и размягчается при нагревании постепенно. Температуру, при которой начинается размягчение глины, характеризующееся появлением глянца на поверхности испытуемого образца, называют температурой спекания. Температуру, при которой в результате дальнейшего размягчения происходит деформация (падение) испытуемого керамического образца, принято называть огнеупорностью. Разность температур спекания и огнеупорности называется интервалом спекания и является важным показателем качества глинистого сырья. Чем больше интервал спекания, тем легче проводить обжиг изделий, так как распределение температуры в керамических печах неравномерно и разность температуры достигает десятки градусов. Наибольший интервал спекания у каолинитовых глин. Он достигает 150-200°С. У глин с большим количеством примесей интервал спекания всего 20-30°С и использование таких глин в керамическом производстве приводит к большой деформации изделий при обжиге.

Степень спекания глин характеризуется водопоглощением глиняного образца после обжига. К сильноспекающимся относят глины с водопоглощением менее 2%, к среднеспекающимся - от 2 до 5%, к неспекающимся - более 5%. По температуре спекания глины подразделяются на группы низкотемпературного спекания (до 1100°С), среднетемпературного спекания (1100°-1300°С), высокотемпературного спекания (свыше 1300°С).

По огнеупорности глины подразделяются на огнеупорные (1580°С и выше), тугоплавкие (1350°-1580°С) и легкоплавкие (менее 1350°С).

Для производства фарфора используют только высокопластичные огнеупорные глины.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 382; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!