Формование керамических материалов и изделий.

Формование керамических изделий можно вести тремя различными способами: полусухим и изостатическим прессованием из пресс-порошков, пластическим формованием из пластичной массы и шликерным литьем из литейных шликеров. В свою очередь все три способа имеют большое количество разновидностей, отличающихся между собой усилиями формования, способами приложения их к материалу и специальной оснасткой - пресс-формами и различными приспособлениями. Способ горячего литья - литья шликера, содержащего вместо воды расплавленный парафин, в металлическую форму, применяется для формования безглинистой технической керамики. Общая цель всех методов формования - заставить дисперсный материал принять нужную форму и сохранить эту форму без разрушения до обжига, при котором происходит образование единого прочного керамического тела. Для изделий, изготавливаемых из глинистого сырья, достаточно привести частицы массы в состояние контакта и снизить влажность заготовки, высушив ее до влажности 10-15%. При этом мелкие частицы глины служат своеобразным клеем-основой и могут склеивать непластичные частицы песка, полевого шпата и т. п. Если же керамическое изделие производят из непластичных материалов, то для его формования требуется особая связка, которая послужит таким клеем. При горячем литье такой связкой служит парафин, при других способах формования используют синтетические полимеры в виде водных или иных растворов. Сохранить форму изделия в первом случае помогает превращение расплава парафина в твердое тело при его охлаждении в металлической форме, в других случаях - испарение воды или иного растворителя и стягивание частиц, покрытых тонким слоем клеящей связки.

Рассматривая три основных способа формования, можно заметить, что для придания изделию необходимой формы требуются усилия, обратно пропорциональные содержанию связки в формуемой массе (для материалов на основе глин связкой является вода, образующая тонкие пленки между частицами). Так литье шликера в гипсовые формы протекает практически при атмосферном давлении (0, 1 МПа); пластическое формование требует ручных или механических усилий, измеряемых 0, 5-5 Мпа; прессование производится под давлением 10-100 МПа. Важно отметить еще одну особенность - чем больше усилий мы прилагаем для придания формы, тем больше вероятность получения неравноплотной заготовки изделия, что, в свою очередь, грозит появлением дефектов - трещин, сколов и т. п. Самые сложные изделия получают шликерным литьем - способом, при котором не требуется приложения внешних усилий.

Формование керамических изделий способом шликерного литья состоит в получении из сырьевых компонентов устойчивого литейного шликера, наполнения им пористой гипсовой формы и выдержки для набора массы на внутренней поверхности формы.

Различают два способа шликерного литья: наливной, при котором количество шликера, залитого в форму должно быть достаточно для полного формования изделия, и сливной, при котором избыточное количество шликера выливается (или отсасывается с помощью вакуума) из формы после заранее определенного времени.

Сушка и обжиг глин. Структура керамического черепка.

Сушка керамических изделий может проходить как в естественных условиях - на стеллажах в мастерской, так и в принудительных - в сушильных шкафах и сушилах. Скорость сушки, т. е. скорость удаления влаги из отформованного изделия, зависит от температуры, влажности окружающей среды и воздухообмена. Кроме того, скорость сушки зависит от формы и габаритов высушиваемого изделия. В процессе сушки механически и физически связанная вода, равномерно распределенная в изделии, перемещается по тонким каналам - капиллярам, образуемым свободным пространством между частицами пластичных материалов - глин и каолинов. Перемещаясь из глубины изделия к поверхности, вода освобождает занятые ранее полости, в результате чего частицы материала сближаются друг с другом. Такое изменение размеров изделия делает его меньше и называется усадкой. Так как вода начинает испаряться с поверхности, то первыми усадку испытывают внешние слои материала. Поверхность изделия, отформованного из массы, имеющей большую усадку, т. е. высокочувствительной к сушке, может покрыться трещинами уже на первых стадиях сушки. Если скорость сушки велика, то даже малочувствительные к сушке массы в толстостенных изделиях могут образовывать трещины из-за того, что внутренние, еще сырые слои материала не дадут возможность усесть внешним слоям без разрыва поверхности, т. е. без трещин. Следовательно, для успешной бездефектной сушки необходимо ограничивать скорость сушки и тем более чем сложнее и массивнее изделие. Ограничивать скорость сушки можно не только снижая температуру окружающего воздуха, но и увлажняя его (при этом замедлиться влагоудаление). Наконец, массивные изделия можно сушить продолжительное время под тканью, задерживающей влагу. При сушке керамических изделий недопустимо резкое повышение температуры, особенно в первый период, до температур 70-80°С. Необходимо прогреть изделие по всей глубине и уже затем, поднимая температуру до 100-120°С, окончательно высушить его. В заводских условиях при отлаженной технологии сушку ведут в сушилах различного типа до температур 300°С. Окончательная влажность изделия после сушки, т. е. перед обжигом, не должна превышать 5% (для крупногабаритных изделий - не более 2%). Обжиг изделий проводят в печах различной конструкции: в муфелях с рабочим пространством, защищенным от нагревателей огнеупорным коробом, в горнах - печах с рабочим пространством в виде шахты, в туннельных печах с рабочим пространством в виде туннеля и других. Печи различаются также по виду топлива. Широко распространены печи электросопротивления со спиральными нагревателями из металлических сплавов или с нагревателями из керамических стержней различной формы (карбидкремниевых, хромитлантановых и других), а также печи с газовыми горелками.

Изделия, помещаемые в печь, ставят на особые подставки лещадки, плиты.

Обжиг разделяют на 3 периода: подъема температуры - нагревания, выдержки при постоянной температуре и снижения температуры - охлаждения.

Физический смысл стадии обжига керамики заключается в процессе спекания - образования из отдельных дисперсных частиц, связанных в отформованном изделии прослойками технологической связки, монолитного плотного поликристаллического тела. После обжига изделие приобретает свои основные свойства: механическую прочность, твердость, необходимый цвет; форму изделия уже нельзя изменить, не разрушая его.

По структуре черепка различают пористые и плотные керамические материалы. У пористых материалов черепок в изломе тусклого землистого вида, легко впитывает воду, водопоглощение (по массе) его более 5 %. К пористым керамическим изделиям относят кирпич, пустотелые камни, плитки для внутренней облицовки стен, черепицу и pp.Плотные материалы.белые или равномерно окрашенные имеют спекшийся в изломе блестящий, раковистый черепок, водопоглощение (по массе) которого не превышает 5 %, не пропускают жидкости и газы. Среди плотных керамических изделий следует назвать плитки для полов, кислотостойкий кирпич и др.

Управление структурой и свойствами керамических изделий.

На свойства и качество готовых керамических изделий большое влияние оказывает режим сушки и обжига. Основное назначение сушки изделия-сырца (до 300 ⁰С)– снижение его влажности, приобретение прочности, достаточной для транспортирования в печь и последующего бездефектного обжига при минимальныхэнергозатратах. При обжиге изделий происходит спекание керамической массы за счет частичного образования стеклорасплава, соединяющего при охлаждении все кристаллические включения, обеспечивая тем самым плотность, прочность и водостойкость изделий.

Добавки к глинам

Для придания различных свойств как глинам, так и получаемым из них керамическим изделиям в глину вводят различные добавки. Кратко рассмотрим добавки, имеющие наиболее частое применение.

Отощающие добавки

В высокопластичные глины, требующие для затворения большого количества воды (до 28%) и поэтому дающие большую линейную усадку при сушке и обжиге (до 15%), необходимо вводить отощающие добавки, т. е. непластичные вещества. При этом значительно уменьшается количество воды, необходимой для затворения глиняного теста, что сокращает размер усадки (до 2—6%).

VB качествеотощающих добавок чаще всего применяют вещества неорганического происхождения — кварцевый песок, шамот (обожженная и измельченная глина) и бой изделий, молотый шлак и золу. Эти добавки не только уменьшают усадку изделий, но и улучшают формовочные свойства массы, облегчают технологический процесс производства и устраняют брак. В ряде случаев они улучшают физические свойства изделий, например термостойкость и теплопроводность.

Выгорающие добавки

Для получения изделий с меньшим объемным весом и увеличенной пористостью применяют органические выгорающие добавки. Наиболее часто используются древесные опилки, угольная мелочь и угольный порошок, торфяная пыль и др. Применяют также вещества, выделяющие при высокой температуре обжига углекислоту, что ведет к образованию пор — мел, доломит и глинистый мергель (в молотом виде). Все эти добавки обладают также и свойствами отощающих добавок.

Специальные добавки

Для придания керамическим изделиям специальных свойств могут применяться соответствующие добавки. Так, например, при изготовлении кислотоупорных изделий и облицовочных плиток добавками к глинам являются песчаные смеси, затворенные жидким стеклом или щелочами. При необходимости понижения температуры обжига некоторых изделий в глину вводятся флюсы (плавни) — молотый полевой шпат, руды, содержащие железо, песчаник и др. В качестве добавок, повышающих пластичность формовочной массы, применяют в небольших дозах (0, 1—0, 3%) поЕерхностно-активные вещества, например сульфитно-спиртовую барду. Для повышения качества кирпича в ви-де добавки употребляют пирофосфаты и полифосфаты натрия.

Как специальные добавки можно рассматривать и окислы некоторых металлов, добавляемые в массу беложгущихся глин' для окраски ее в определенный цвет.

⇐ Предыдущая12

Поделиться: