Войти  |  Регистрация
Авторизация

Составы керамических масс



Основными исходными материалами для получения керамики являются глины - осадочные породы, состоящие из глинистых минералов и примесей. К главным глинистым минералам относятся минералы группы каолинита, монтмориллонита и гидрослюд. Все глинистые минералы относятся к водным алюмосиликатам с характерной для них слоистой структурой. Так, кристаллическая решетка каолинита (Al2O3*2SiO2*2H2O) слагается из двухслойных плоских пакетов, каждый из которых включает слой кремнекислородных тетраэдров и слой, образованный атомами алюминия, кислорода и гидроксильной группы (рис. 7.1).
Составы керамических масс

Размер частиц каолинита от 1 до 3 мм. Монтмориллонит (MgO*CaO*Al2O3*4SiO2*nH2O) обладает способностью интенсивно поглощать большое количество воды, прочно удерживать ее и трудно отдавать при сушке. В результате сильного набухания при увлажнении объем монтмориллонита может увеличиваться до 16 раз. Размеры монтмориллонита значительно меньше 1 мм. Гидрослюды (K2O*MgO*4Al2O3*7SiO2*2H2O) - продукты многолетней гидратации слюд. По интенсивности связи с водой занимают промежуточное положение между каолинитом и монтмориллонитом. Характерная особенность отдельных катионов к изоморфным замещениям. Так Si4+ может заменяться Al+3, а последний - Mg2+. Размер частиц гидрослюд также около 1 мкм.
Каолинит кристаллизуется в виде гексагональных пластинок (рис. 7.2), монтмориллонит и гидрослюды имеет менее четкую кристаллизацию.
Основные примеси в глинах представлены кварцем, карбонатами, железистыми соединениями, полевыми пшатами, органическими включениями.
Составы керамических масс

В природе глины встречаются чаще как полиминеральные образования, включающие два-три глинистых минерала. Из глин, приближающихся к мономинеральным, для получения керамических материалов применяют каолины. Ниже приведен средний химический состав глин (%): SiO2 - 58,10; Al2O3 - 15,40; Fe2O3 - 4,02; FeO -2,45; MgO - 2,44; CaO - 3,11; K2O - 3,24; Na2O -1,30; H2O -5,00; CO2 - 2,63. В количестве меньше одного процента входят примеси оксидов титана, серы, фосфора и др.
Составы керамических масс

Глины классифицируют по многим признакам. В табл. 7.1 приведена классификация глинистого сырья, применяемого для получения керамических строительных материалов по наиболее характерным признакам.
Возможность применения глин для получения тех или иных керамических изделий определяется их химическим и гранулометрическим составом (рис. 7.3 и 7.4).
Керамико-технологические свойства глин могут быть объединены в четыре группы - водные, механические, сушильные и термические.
Составы керамических масс

Глины относятся к гидрофильным коллоидам и содержат большое количество воды, значительная часть которой находится в виде тонких прослоек, разделяющих набухшие твердые частицы. Способность глин удерживать определенное количество воды называется их влагоемкостью. В системе глина-вода зерна глинистых минералов, имея отрицательные заряды, создают силовое поле. Дипольные молекулы воды образуют в непосредственной близости от глинистых частиц полимолекулярный адсорбированный, а затем по мере удаления от их поверхности диффузный слой относительно слабосвязанной воды. В диффузный слой часть воды проникает также путем осмотического всасывания, а в порах она может удерживаться дополнительно капиллярными силами.
Гранулометрический состав глин зависит от содержания в них глинистых, пылеватых и песчаных фракций. С увеличением дисперсности влагоемкость глин возрастает. Наибольшее значение она имеет у монтмориллонитовых, наименьшее - у каолинитовых глин.
Составы керамических масс

В результате проникновения дисперсионной среды (воды) в частицы дисперсной фазы (глинистые минералы) увеличивается объем системы и глина набухает. Способность глин к набуханию определяется возможным давлением набухания (Рн). По величине давления набухания глинистые породы подразделяются на ненабухающие (Рн≤0,025 МПа), слабонабухающие (Рн=0,025-01 МПа), средненабухающие (Рн=0,1-0,25 МПа) и сильнонабухающие (Рн≥0,25 МПа). Наибольшим набуханием обладают породы, в составе которых имеются глинистые минералы типа монтмориллонита, наименьшим - каолинитсодержащие глины.
При приготовлении пластичного глиняного теста или глиняной суспензии - шликера важное значение имеет размокаемость глин -способность их к диспергированию в воде. Первой стадией размокания является набухание глинистых частиц, по мере возрастания толщины водные оболочки экранируют межмолекулярные силы сцепления. До некоторой толщины водные оболочки на частицах удерживаются капиллярными силами, которые практически исчезают по мере заполнения пор. При полном размокании твердые частицы свободно перемещаются в воде, находясь в ней во взвешенном состоянии. Интенсивность размокания возрастает при подогреве воды и перемешивании ее с глинами.
Для коагуляционных структур, образуемых глинами с водой, характерна способность к тиксотропии, что учитывается в технологии подготовки керамических масс.
Основным механическим свойством глин, проявляемым при воздействии на них внешних усилий, является пластичность - способность без разрыва сплошности приобретать заданную форму и сохранять ее после прекращения действия усилий. Пластическое состояние материала является промежуточным между хрупким и вязкотекучим (рис. 7.5). В этой области прочность глиняного теста, обусловленная силами межмолекулярного притяжения и капиллярного давления, достаточна для сохранения образцом формы, но недостаточна для сопротивления скольжению частиц относительно друг друга при воздействии на них внешних усилий. Пластичности глин способствует ультравысокая дисперсность глинистых минералов.
По М.П. Воларовичу показатель пластичности вязких жидкостей можно найти из выражения:
Составы керамических масс

где Rсд - пластическая прочность (предел прочности при сдвиге); η - структурная вязкость.
Технологическим показателем пластичности глин является число пластичности Пл:
Составы керамических масс

где ωт - влажность предела текучести, %; ωр - влажность предела раскатывания образца-жгута из глины, %.
Пластичность глин определяется минералогическим составом и содержанием глинистых минералов, дисперсностью.
Изменения, происходящие с глиной при сушке, характеризуются величиной т.н. воздушной усадки образцов, чувствительностью к сушке, влагопроводными свойствами.
Усадочные деформации глины при сушке обусловлены силами капиллярного давления. Давление возникает при удалении воды из капилляров, когда нарушается силовое равновесие между капиллярными и гравитационными силами.
Количественной мерой усадочных деформаций при сушке глин является величина относительной усадки:
Составы керамических масс

где l0 и l1 — соответственно начальная и конечная после высушивания длина образца.
Для большинства глин относительная воздушная усадка находится в интервале 2-8%.
Усадка увеличивается с ростом влагоемкости глин, она зависит также от режима сушки, достигая большего значения в условиях медленного испарения влаги.
Неодинаковая величина усадки по сечению и поверхности глиняных изделий при сушке вызывает появление растягивающих напряжений и трещин. Показателем трещиностойкости глин является коэффициент чувствительности их к сушке:
Составы керамических масс

где V0 и m0 - соответственно, объем и масса влажного образца непосредственно после формования; V и m - то же, образца, высушенного при 16-20°С.
При Кт≤1 глины считают малочувствительными, Kт=1-1,5 -среднечувствительными и Кт≥1,5 - высокочувствительными к сушке.
Наряду с усадочными деформациями трещиностойкость глиняных изделий при сушке определяется прочностью, растяжимостью и влагопроводящими свойствами глины.
Корректирование необходимых свойств керамических масс достигается использованием различных добавочных материалов. Например, в сырьевые массы, используемые в производстве изделий стеновой керамики, кроме основного сырья - глин, применяют добавки:
• улучшающие формовочные свойства массы (высокопластичная глина, поверхностно-активные вещества);
• улучшающие сушильные свойства (шамот, песок, дегидратированная глина, опилки);
• улучшающие условия обжига (золы ТЭС, шлаки, уголь);
• повышающие прочность и морозостойкость (бой стекла, ипритные огарки, железная руда);
• специального назначения - улучшающие цвет изделий, предотвращающие выцветы, нейтрализующие вредное влияние природных включений, имеющихся в глинах (красители, жидкое стекло, хлористый кальций и др.).
Составы керамических масс определяются требуемой структурой изделий и их свойствами. При получении, например, фаянсовых и фарфоровых строительных изделий наряду с глинами и каолином обязательно применяют плавни - добавки, образующие с глиной при обжиге легкоплавкие соединения и способствующие повышению степени спекания (полевой шпат, пегматит, нефелиновый сиенит и др.). Некоторые составы масс для производства санитарно-строительных изделий приведены в табл. 7.2.
Огнеупорные глины и каолины являются основным сырьем для получения наиболее распространенных огнеупоров - шамотных и полукислых изделий. Для производства высокоглиноземистых огнеупоров применяют как основной сырьевой материал корунд, магнезитовых - магнезит, тальковых - тальк и т.д. При получении технической керамики основными исходными компонентами часто служат оксиды ряда металлов.
Составы керамических масс

Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent