Керамические массы

Технологические свойства глин характеризуют материал на разных стадиях его обработки в процессе изготовления из него изделий. Эти свойства обусловливаются процессами, происходя­щими в материале при затворении его водой, формовании, суш­ке, обжиге.

Если сухой глинистый порошок смочить водой, его температу­ра повысится. Это объясняется тем, что молекулы воды прочно связываются с глинообразующими минералами и располагаются на них в определенном порядке.

Влагоемкость характеризует способность глины вмещать в себя определенное количество воды и удерживать ее. С увели­чением дисперсности глины ее влагоемкость возрастает. Монтмо­риллонитовые глины обладают наибольшей влагоемкостью, каолинитовые - наименьшей.

Набуханием называют способность глины увеличивать свой объем за счет поглощения влаги из воздуха или при ее не­посредственном контакте с водой. Процесс набухания во времени затухает. Рыхлые породы глин набухают быстрее, чем плотные. Запесоченность глин понижает степень их набухания. Монтмо­риллонитовые глины набухают сильнее, чем каолинитовые.

Размокание представляет собой распад в воде крупных глинистых агрегатов на более мелкие или элементарные части­цы. Первая стадия распада глинистого агрегата происходит при его набухании, когда молекулы воды, втягиваясь в промежутки между зернами глины, расклинивают их. По мере увеличения толщины водной оболочки ослабляется связь между отдельными зернами глины, и они начинают свободно перемещаться в воде, находясь в ней во взве­шенном состоянии,— про­исходит полное размока­ние глины. Плотные гли­ны размокают очень трудно. Чтобы ускорить процесс размокания, гли­ну перемешивают, меха­нически разрушая ее ку­ски, или подогревают воду.

Тиксотропное уп­рочнение - свойство влажной глиняной массы самопроизвольно восста­навливать нарушенную структуру и прочность. Так, если свежеприготовленный шликер (глиняная масса жидкой консистенции) оставить на некоторое время в покое, то он загустеет и упрочнится, а после перемеши­вания его текучесть восстановится. Так может повторяться мно­гократно. Самоупрочнение глины происходит вследствие про­цесса переориентации частиц глины и молекул воды, что уве­личивает силу их сцепления. При этом часть свободной воды переходит в связанную. Тиксотропия глин имеет большое зна­чение при приготовлении шликеров, пластичного теста и формо­вании изделий.

Явления тиксотропного упрочнения глиняного шликера в ке­рамической промышленности называется загустеваемость. Ве­личина загустезаемости зависит от характера глин, содержания электролитов и влагосодержания.

Разжижаемость - свойство глин и каолинов образовы­вать при добавлении воды подвижные устойчивые суспензии. Ко­личество воды, необходимой для разжижения, определяется ми­нералогическим составом глин и регулируется добавлением электролитов. Оптимальное разжижение, т. е. сочетание достаточ­ной текучести и наименьшего содержания поды, достигается при правильном выборе электролита и его концентрации. В качестве электролитов применяют обычно 5 % или 10 %-ные растворы соды, жидкого стекла, пирофосфата натрия и др.

Пластичность - способность глины образовывать при затворении водой тесто, которое под воздействием внешних ме­ханических усилий может принимать любую форму без разрыва сплошности и сохранять эту форму после прекращения действии усилий. Пластичность глин зависит от зернового и минералогического составов, а также запесоченноети глин. С повышением дисперсности глин их пластичность возрастает, наибольшей пла­стичностью обладают монтмориллонитовые глины, наимень­шей каолинитовые.

Связующая способность - свойство глин связывать частицы неэластичных материалов (песка, шамота), сохраняя при этом способность массы формоваться и давать после сушки достаточно прочное изделие. Связующая способность зависит от зернового и минералогического состава глины.

Изменения, которые происходят в глиняной массе при ее суш­ке, выражаются в таких свойствах, как воздушная усадка, чув­ствительность глин к сушке и влагопроводящая способность.

Воздушной усадкой называется уменьшение линейных размеров и объема глиняного образца при его сушке. Величина воздушной усадки зависит от количественного и качественного состава глинистого вещества и влагоемкости глины и колеблется от 2 до 10%. Монтмориллонитовые глины обладают наиболь­шей усадкой, каолинитовые — минимальной. Запесоченность глин понижает воздушную усадку.

Для одной и той же глины величина воздушной усадки зави­сит от начальной влажности образца. В первый период сушки величина объемной усадки равна объему испарившейся из изде­лия влаги. При этом в первую очередь из глины испаряется ка­пиллярная вода, обладающая менее прочной связью с глинисты­ми частицами. Затем вода из гидратных оболочек начинает пе­ремещаться в капилляры толщина оболочек уменьшается, и частицы глины начинают сближаться. Затем на­ступает момент, когда частицы приходят в соприкосновение, и усадка постепенно прекращается. Зерна непластичных мате­риалов также могут сближаться за счет сближения глинистых частиц, однако другие зерна препятствуют полному сближению глиненных частиц, т. е. наличие в массе непластичных материалов уменьшает воздушную усадку.

Чувствительность глин к сушке влияет на сроки сушки- чем больше чувствительность глины к сушке, тем боль­ше нужно затратить времени на сушку, чтобы получить изделие без трещин. С увеличением содержания глинистого вещества, особенно монтмориллонита, чувствительность глин к сушке уве­личивается.

Влагопроводящая способность характеризует ин­тенсивность перемещения влаги внутри сохнущего изделия. Про­цесс сушки глиняного изделия включает в себя три фазы: переме­щение влаги внутри материала, парообразование и перемещение водяных паров с поверхности изделия в окружающею среду. Количественной мерой, косвенно характеризующей интенсивность перемещения влаги внутри сохнущего изделия, является коэффи­циент диффузии. Он зависит от размеров капилляров, температу­ры, влагосодержания, вида глинистого минерала (у монтмориллонитовых глин он в 10—15 раз меньше, чем у каолинитовых), запесоченности глин.

В процессе нагревания глин проявляются их термические свойства. Важнейшие из них - огнеупорность, спекаемость и ог­невая усадка.

Огнеупорность — способность глин противостоят, воздей­ствию высоких температур не расплавляясь. Огнеупорность глин зависит от их химического состава. Глинозем повышает огнеупор­ность глин, тонкодисперсный кремнезем понижает, а крупнозер­нистый повышает. Соли щелочных металлов (натрия, калия) рез­ко понижают огнеупорность глин и служат наиболее сильными плавнями, оксиды щелочноземельных металлов также снижают огнеупорность глин, но их действие проявляется при более высо­ких температурах. По показателю огнеупорности (°С) глинистое сырье делят на три группы: 1я- огнеупорные (1580 и выше), 2-и — тугоплавкие (менее 1580 —до 1350), 3-я—легкоплавкие (менее 1350).

Спекаемость — способность глин уплотняться при обжиге с образованием твердого камнеподобного черепка. Она характе­ризуется степенью и интервалом спекания.

Степень спекания контролируют величиной водопоглощения и плотности керамического черепка. В зависимости от степени спекания глинистое сырье подразделяют на сильноспекающееся (получается черепок без признаков пережога с водопоглощением менее 2%), среднеспекающейся (черепок с водопоглощением 2— 5%) и не спекающееся (черепок с водопоглощением 5% и менее без признаков пережога не получается). Признаками пережога являются деформация образца, видимое вспучивание или сниже­ние его общей плотности более чем на 0,05* 10 г/см3. Указан­ные значения водопоглощения должны сохраняться не менее чем в двух температурных точках с интервалом 50'С. Например, если в процессе обжига глины при температуре 1150°С черепок имеет водопоглощение 0,5%, а при 1100 — 2%, глниа сильноспекающаяся, а если та же глина на при температуре 1100:;'С образует чере­пок с водопоглощением 4%, ее относят к среднеспекающейся.

Спекание у глин может происходить при разных температу­рах. Если температура спекания глин ниже 1100°С, их называют глинами низкотемпературного спекания. 1100 -1300"С — среднетемпературного спекания, более 1300 С высокотемпературного спекания. Спекаемость глин определяют по ГОСТ 21216.9—81.

Интервал спекания также характеризует спекаемость глин и представляет собой разность между температурой начала пере­жога (деформации) глины и температурой начала спекания, при которой начинается интенсивное уплотнение материала. Наимень­ший интервал спекании (примерно 50-100С".) у легкоплавких глин, наибольший (до 400С)- у огнеупорных.

Интервал обжига изделий в отличие от интервала спекания глин представляет собой разность между температурами обжи­га изделия, в пределах которых получают годное изделие, т. е. его водопоглощение находится в пределах требований стандар­та на изделие.

Огневая усадка - уменьшение размеров абсолютно су­хого глиняного образна при его обжиге. Сближение глинистых частиц происходит во время обжига при появлении жидкой фа­зы. Нерасплавившиеся частицы массы при этом смачиваются и сближаются под воздействием сил поверхностного натяжения. Огневая усадка колеблется от 2 до 8%.