Файл: 1. Классификация керамических изделий по свойствам (перечислить, знать основные отличия) (билет 1, 11, 15, 23).pdf

Для выравнивания влажности и повышения однородности глины применяют длительное вылеживание ее в ямах. При этом вода равномерно распределяется по всей массе, масса в таких условиях как бы “зреет” для формования. Хорошо сказывается на глине ее промораживание в условиях пониженных температур, что связано также с перераспределением воды в массе и ее саморазрыхлении.
Основная задача первых стадий обработки сырья - получение однородной массы определенной влажности. Поэтому из глины необходимо удалить вредные включения - камни, корни деревьев, куски угля и известняка, другие примеси, которые могут усложнить формование и обжиг изделия.
Для достижения этой цели применяют отмучивание - глину размешивают в воде и выдерживают некоторое время. При этом на дно сосуда оседают тяжелые включения, а растворимые соли переходят в раствор. На керамических заводах для первичной обработки глины, ее измельчения используют разнообразные устройства - глинорезки, глинорыхлители, бегуны, валковые дробилки.
Однородности и постоянной влажности массы можно достигать различными путями, которые зависят от выбранного способа формования.
Наиболее эффективным способом достижения однородности многокомпонентной сырьевой смеси - шихты является смешивание компонентов в водном шликере.
Формуют изделия из пластических и жидких (шликер) керамических масс. В зависимости от влажности формовочной массы способы подразделяются на сухой (пресс-порошок имеет влажность 2–6 %),
полусухой (смесь с влажностью 8–12 %), пластический (влажность массы
18–24 %) и литьевой (шликерный, влажность массы от 40 до 60 %).
Для получения шликера необходимо измельчить смешиваемые компоненты до такого размера частиц, чтобы они при медленном перемешивании шликера не оседали на дно сосуда. Шликер, содержащий взвесь твердых частиц, время оседания которых на дно сосуда будет составлять десятки минут, считается седиментационно-устойчивым
(устойчивым к оседанию).
Для приготовления шликера из глины, состоящей из дисперсных частиц, необходимо распустить ее куски в воде, при этом образуется достаточно
устойчивый шликер. Для уменьшения количества добавляемой к глине воды нередко применяют разжижающие добавки - электролиты.

Тонкое измельчение частиц отощающих компонентов, иногда вместе с пластичными, проводят в шаровых мельницах. Вращаясь в металлическом барабане в смеси с твердыми шарами или цилиндрами, материал измельчается до нужных размеров.
Чаще тонкий помол в шаровой мельнице проводят мокрым способом, добавив к сухому материалу примерно столько же воды. Размер полученных частиц контролируют, просеивая полученный шликер (при мокром помоле) или порошок (при сухом) через сито с определенным размером ячеек.
Контроль размера частиц.
В качестве самого мелкого наиболее распространено сито 0063 с размером отверстий 0,063 мм (63 мкм) или 10000 отверстий на 1 см². Тонкость помола контролируют по остатку материала на сите.
После измельчения компонентов достигают однородности шликера, перемешивая его в сосудах (бассейнах) с пропеллерными или лопастными мешалками (рис.4).
Нередко для избавления от красящих, в основном железосодержащих примесей, проводят магнитную сепарацию шликера, при этом частицы шликера, содержащие такие примеси, осаждаются на магнитах.
Отбивка.
Для отбивки глиняной массы применяются деревянные молотки - киянки.
Смысл этой операции состоит в удалении пузырьков воздуха, попадающих в массу при ее перемешивании. Пузырьки воздуха играют отрицательную роль - при формовании они снижают пластичность массы, “отощают” ее, при сушке, расширяясь и выходя на поверхность изделия, образуют трещины. Для перемешивания пластичных масс и удаления из них воздуха на керамических заводах применяют массомялки и вакууммялки, напоминающие большие мясорубки с устройством для вакуумирования.
Приготовить пластичную массу и полусухой порошок можно из
шликера. Для этого его надо обезводить - удалить лишнюю воду.
Для приготовления пластичной массы необходимо довести ее влажность до 18-25% при начальной влажности шликера 40-65%. Обезвоживание небольших количеств шликера в условиях мастерской проводят, выливая шликер в гипсовые формы. При сушке форм в сушильном шкафу

(температура сушки форм не более 60˚С) нужно уловить момент, когда масса не потеряет свою пластичность. На керамических заводах для обезвоживания шликера применяют фильтр-прессы - устройства, в которых шликер под давлением фильтруют через ткань, после чего с нее снимают образовавшийся слой пластичной массы.
Приготовить из шликера полусухой (6-8% влажности) пресс-порошок
сложнее - для этого надо удалить большую часть воды. На заводах пресс- порошок получают в башенных распылительных сушилках (БРС) распылением шликера в башне с газовыми горелками. При этом капли шликера, высыхая, превращаются в сферические гранулы размером 100-300 мкм.
В некоторых производствах специально идут на дополнительные расходы, первоначально приготавливая керамический шликер, затем обезвоживая его до пластичной массы. При таком способе подготовке можно вылеживать пластичную массу, улучшая ее качество, а затем использовать ее либо для пластического формования, либо, предварительно распустив, для шликерного литья.
15. Материалы для производства керамических изделий (пластичные
материалы, флюсующие материалы, отощающие материалы).
Применение и влияние на свойства массы для формования
керамических изделий (билет 6, 14, 19, 23)
Наиболее древним и по-прежнему основным сырьем для производства керамических изделий является глина.
Глина относится к осадочным породам, состоящим из гидроалюмосиликатов
– с общей химической формулой nAl2O3·mSiO2·zH2O. В глинах присутствуют примеси кварцевого песка, полевых шпатов, карбонатов, некоторых оксидов и органических остатков.
Глиняные частицы имеют малый размер (0,01- 10 мкм) и в основном пластинчатую форму. Они способны включать воду не только в свою химическую структуру (химически связанная вода), но и удерживать ее вокруг частиц в виде тонких прослоек (физически связанная вода). Это качество определило способность глины, затворенной водой, обладать свойством пластичности.

Пластичность - способность изменять свою форму под воздействием нагрузки без разрушения и удерживать форму после прекращения действия нагрузки. На пластичности глинистых минералов основан метод пластического формования глиносодержащих масс.
Наряду с глинами в качестве пластичных материалов используют каолины
- разновидности глинистых пород, содержащие глинообразующий минерал каолинит (Al2O3·2SiO2·2H2O), который отличается белым цветом и высокой огнеупорностью.
Каолин - непреложный компонент традиционных составов сырья для производства фарфора и фаянса.
По внешним признакам - цвету, дисперсности, однородности - можно лишь приблизительно оценить возможность использования глины в производстве керамики.
Так, рыжий и бурый цвета большинства встречающихся повсеместно глин говорит о содержании в них оксидов железа. Такие глины относят к
небеложгущимся и они имеют невысокую температуру спекания.
Сильно запесоченные глины трудно формуются и плохо спекаются.
Неоднородные, содержащие крупные включения, имеющие разную окраску кусков, требуют проведения тщательного обогащения, т. е. процесса удаления примесей.
Для качественной оценки глины необходимо знание ее химического и минерального составов и определение целого ряда технологических свойств, показывающих поведение глины при формовании, сушке и обжиге. После такого анализа можно говорить о возможности применения глины для производства того или иного вида керамики.
По пластичности глины разделяют на 5 групп - от высокопластичных до непластичных.
По чувствительности к сушке - возможности принудительной сушки изделия без образования трещин, глины делят на 3 категории - от высокочувствительных до малочувствительных.
По спекаемости - объему открытых, т. е. сообщающихся с поверхностью, пор в отформованном и обожженном образце, - глины разделяют на 3 категории - от сильноспекающихся до неспекающихся.
Отощающие материалы. Кроме пластичных материалов в производстве керамики применяются непластичные, так называемые отощающие

материалы - кварцевый песок, полевые шпаты, шамот и т. д. Введенные в глину они с одной стороны уменьшают пластичность массы, затрудняя формование, но с другой - способствуют успешной сушке изделия, уменьшая возможность образования трещин и деформации, облегчая удаление воды из полуфабриката.
Плавни. Кроме улучшения сушки отощающие материалы могут играть роль плавней - веществ, вступающих в процессе обжига во взаимодействие с компонентами сырья с образованием более легкоплавких соединений, чем исходные. Тем самым снижается температура обжига керамики и улучшается ее спекаемость.
Флюсы. В качестве плавней, называемых также флюсами, используют прежде всего разновидности полевых шпатов (алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных металлов).
Исходный состав массы для производства конкретного керамического материала определяется необходимостью получения нужного химического состава и микроструктуры (формы и размеров зерен) после обжига, обеспечивающих нужные эксплуатационные свойства изделия. Для несложных бытовых гончарных изделий достаточно использовать пластичную спекающуюся глину; для производства прочного и белого фарфора необходимы огнеупорная глина, каолин, кварцевый песок и полевой шпат.
16. Порошковое формование керамических изделий (полусухое и
изостатическое прессование – описание методов, оборудование,
преимущества и недостатки) (билет 6, 18)
Формовочной массой для порошкового формования керамических
изделий служит порошок, который содержит 4-10% воды.
Полусухое прессование - прессование из полусухих масс (порошков).
Полусухое прессование имеет преимущества: прочнее сырец, точнее конфигурация и размеры, меньше усадка в сушке и обжиге, проще механизация. Поэтому оно применяется чаще, чем пластическое формование (особенно для плоских тонкостенных изделий).
Теория полусухого прессования изучает зависимость свойств изделий от свойств пресс-порошка и условий прессования.

Пресс-порошок – трехфазная система: твердое вещество, вода и воздух.
Степень его уплотнения зависит от влажности и соотношения фракций.
Прессование включает три стадии уплотнения порошков:
1. Уплотнение за счет сближения частиц при удалении воздуха.
1. Пластические деформации частиц с увеличением контактной поверхности, выжимание влаги из глубинных слоев на поверхность частиц и увеличение сцепления силами поверхностного натяжения влаги.
2. Упругая деформация частиц с их разрушением и максимальным уплотнением за счет развития поверхности контактов между зернами.
После снятия нагрузки и извлечения изделия из формы возможно его
расширение, которое может быть до 8%, и растрескивание, так как давление прессования распределяется по толщине изделия неравномерно
(затухает по мере удаления от штампа), что зависит от величины бокового трения и от влажности порошка.
В центре давление выше, чем у краев. Для его снижения смазывают форму, подогревают ее, повышают влажность порошка, применяют двухстороннее или двухступенчатое прессование, его замедление для удаления воздуха, вызывающего растрескивание за счет обратного последействия.
Пороки прессования: трещины расслоения от перепрессовки. Они располагаются на боковых поверхностях изделия перпендикулярно давлению. Не всегда причиной их возникновения является высокое давление. Это скорее упругое расширение прессовки.
Причина этих деформаций – в запрессовке воздуха, упругом последействии его и деформированных частиц. Чем меньше частицы, тем выше должно быть давление. Поэтому нельзя допускать сегрегацию
(разделение на отдельные фракции) частиц.
Таким образом, для устранения перепрессовки необходимо:
- повышение однородности порошка по зерновому составу и влажности;
- понижение влажности и отощение грубозернистых фракций;
-снижение давления и скорости прессования;
- применение двухстороннего и двухступенчатого прессования,
- вакуумирование массы; снижение бокового трения шлифовкой форм.

Прессы полусухого прессования разделяют по направлению прессования, способу передачи усилия и назначению:
● По направлению прессования – одно- или двухсторонние.
● По способу передачи усилия – ударного действия, рычажные и гидравлические;
● По назначению – для прессования кирпича, плиток, черепицы.
● Для прессования кирпича и плиток применяются отечественные механические прессы и зарубежные, позволяющие изготовлять пустотелые (дырчатые) камни.
Изостатическое прессование
Изостатическое прессование (формование) – барометрическая обработка изделий посредством сжатого газа или жидкости в специальных аппаратах высокого давления.
Сущность процесса изостатического прессования – в изменении первоначального объема взятого материала: до получения более компактной его формы. Происходит это за счет уменьшения пустот между отдельными фракциями, а также за счет пластической деформации частиц.
В зависимости от заданной плотности компакта, подбирают нужные значения давления, периода воздействия (выдержки) и температуры. В результате произведенных действий получают заготовку, обладающую высокой технологической плотностью и не разрушающуюся при последующих обработках.
Достоинства технологии:
- практически 100 % уплотнение материалов при малых потерях их изначального объема;
- получение изделий различной, близкой к конечной формы. Минимизация последующей обработки
- изготовление составных конструкций различной сложности с внутренними полостями.
- гибкость технологии, возможность быстрого перехода на новый вид изделия.
Оборудование

Устройства для изостатического прессования разделяют на холодные
гидростаты (CIP) и горячие газостаты (HIP).
Холодное изостатическое прессование (CIP)
Обработка материала осуществляется в жидкой среде гидростата без дополнительного нагрева. Различают жидкостное и сухое методы прессования. Жидкостное позволяет получать изделия сложные по форме и большие по размеру. Когда контакт заготовки с рабочей жидкостью нежелателен, применяют сухое прессование. Прессование порошка происходит в герметичной эластичной форме, что обеспечивает равномерное сжатие всего объема и, как следствие, устранение локальных плоскостей концентрации деформаций и условий к нарушению структуры.
Применение сухой формы позволяет автоматизировать процесс, что вкупе с небольшой длительностью цикла обеспечивает значительную производительность. Ограничения по форме и размеру изделия обуславливают применение сухого метода для производства несложных малогабаритных изделий.
CIP в основном используют при работе с порошковыми материалами, в том числе с графитом, керамикой, пластиком. Перед прессованием они проходят предварительное формование. Для этого в них подмешивают специальные связующие вещества, скрепляющие частицы между собой.
Впоследствии эти вещества удаляются из сформованной заготовки посредством выжигания, при этом плотность материала увеличивается.
Метод применяют для производства:
- огнеупорной керамики и тонкокерамических изделий;
- металлических фильтров и изделий из редкоземельных металлов;
- политетрафторэтиленовых соединений и тефлона;
- изделий конечной формы из карбида вольфрама;
- стоматологических имплантатов;
- сопел/форсунок.
Горячее изостатическое прессование (HIP)
В газостатах материал подвергается обработке давлением при высоком температурном режиме в среде инертного газа. Технологический процесс обработки HIP может быть как самостоятельным, включающим в себя этапы холодного прессования и спекания, так и дополнительным этапом

обработки изделий, полученных другими методами. Комбинация высокой температуры и высокого давления способствует достижению исключительных свойств материалов, максимально уплотняя заготовку.
Такое воздействие обеспечивает наивысшее качество структуры, а полученные таким образом изделия, обладающие уникальными свойствами, проявляют отличные эксплуатационные характеристики.
Технология HIP позволяет наделить обычные изделия новыми качествами, расширяя области их применения.
Области применения:
- техническая керамика;
- производство режущих, твердосплавных инструментов;
- производство деталей газовых турбин;
- изготовление материалов для микроэлектроники;
- спекание алмазного инструмента
17. Виды глазурей и их классификация (билет 7, 9)
Принято пользоваться несколькими видами классификации, выделяя определяющий фактор. Разделяют разные виды глазури:
● по прозрачности (глухие и прозрачные глазури);
● по блеску (матовые, глянцевые, промежуточные);
● по окраске (цветные и бесцветные);
● по строению (нефриттованные сырые и фриттованные спеченные);
● по температуре розлива (легкоплавкие, тугоплавкие);
● по составу (борно-цинковые, бессвинцовые, свинцовосодержащие).
Глазурь - стекловидное покрытие на поверхности изделия толщиной 0,1-
0,3 мм. Глазурь придает изделию большую механическую прочность, защищает от загрязнений и служит одним из основных средств декора.
Глазури могут быть прозрачными, непрозрачными (глушенными) - скрывающими цвет материала изделия, блестящими и матовыми, бесцветными и цветными.
1. Глянцевые глазури – основа данной глазури белая глазурь. Белая глазурь для керамики смешивается с пигментом. Черепок (глина после обжига), на который нанесена глазурь, не просвечивает. Имеет ярко выраженный блеск.

2. Потечные – основа прозрачная глазурь, смешанная с пигментом для керамики. Имеет ярко выраженный блеск. Черепок, с нанесенной глазурью, просвечивает после обжига. Имеют различные степени тякучести и прозрачности.
3. Матовая – основа белая матовая глазурь смешанная с пигментом. Не имеет блеска, черепок не просвечивает.
4. Кракле – имеет глянцевый эффект, после обжига появляются трещины среднего размера. Глазурь бывает различных цветов. Тонирование темным цветом происходит после дополнительного затирания черной глазурью, после обжига и с обязательным последующим обжигом.
5. Базовые глазури делятся на две группы: белые и прозрачные. Белые различаются по температуре обжига и эффекту: глянцевые и матовые.
Прозрачные делятся на пищевые, непищевые и по температуре обжига.
6. Дихроичные – имеют два видимых слоя, нижний прозрачный, окрашенный цветом. Верхний слой более «глухой» и имеет эффект в виде различных вкраплений.
Оба слоя имеют различную степень текучести. За счет вариации с температурой обжига, толщины нанесенного слоя и формы изделия, на который наносится эта глазурь, можно достичь множество различных эффектов.
7. Кожаные – низкотемпературные глазури для керамики, имитируют эффект кожаной поверхности. Это матовые глазури, черепок не просвечивается.
8. Люстровые – имеют металлический оттенок, черепок не просвечивает.
Как с матовым, так и глянцевым эффектом. Не пищевые глазури, нельзя применять при производстве посуды.
9. Глазурь раку – эффект достигается только при обжиге в газовой печи, в электрической печи раку не произвести. Раку получается путем использования одноименной техники раку. Черепок не просвечивает, имеет металлический оттенок.
10. Рефлекторные – глазури, эффект которых достигается в восстановительной (без воздуха) среде во время обжига или используя технику раку. Имеет яркие оттенки металлического цвета. Черепок не просвечивает.