Naturmateriale for keramikk. Råvarer for keramisk produksjon

Naturlige og kunstige materialer brukes i konstruksjonen av bygninger og konstruksjoner. Natursteinsmaterialer tjener som råmateriale i produksjon av sement, kalk, gips, samt til produksjon av betongmørtler og armerte betongprodukter som inerte tilslag i form av sand, pukk og grus. Keramiske materialer.

Hvis dette verket ikke passer deg, er det nederst på siden en liste over lignende verk. Du kan også bruke søkeknappen

Stein og keramiske materialer.

Naturlige og kunstige materialer brukes i konstruksjonen av bygninger og konstruksjoner.

Naturstein brukes også i form av profilprodukter: trinn, ulike arkitektoniske detaljer, ornamenter, etc.

Natursteinmaterialer tjener som råmateriale i produksjon av sement, kalk, gips, samt for produksjon av betong, mørtel og armert betongprodukter, som inerte tilslag i form av sand, pukk, grus.

Keramiske materialer.

Dette er kunstige steinmaterialer hentet fra leirmasser ved forming, tørking og sluttbrenning ved høye temperaturer.

Murstein.

Vanlig leire murstein kunstig stein, dannet av leire og jevnt brent ved en temperatur på 900 1100 grader. Mursteinen skal tåle 15 ganger frysing.

Hule leirstein er laget med hulrom gjennom hulrommene ved plastpressing fra leire. Dimensjonene er 250x120x88 mm

Clinker murstein kunstig stein oppnådd ved å brenne tørket rå murstein til den er helt sintret.

Keramiske produkter for innvendig kledning. De er delt inn i to grupper: for vegger og gulv.

Konstruksjonsbindemidler kunstige finknuste pulvere, som, når de blandes med vann og vandige løsninger, er i stand til å danne en plastisk masse og herde som et resultat av fysiske og kjemiske egenskaper. Prosesser.

Bindende byggematerialer er delt inn i luft og hydraulikk.

Hydrauliske bindemidler inkluderer hydraulisk kalk, Portland sement og dens varianter, puzzolan Portland sement, slagg Portland sement, aluminiumssement, ikke-krympende sementer, etc.

Monolittisk og prefabrikkert armert betong.

Armert betong er et kunstig byggeprodukt hvor to materialer med ulike egenskaper virker sammen: betong og stål.

Stål og betong har nesten identiske koeffisienter for lineær ekspansjon, derfor oppstår kun små indre spenninger i materialet med temperaturendringer.

Byggekonstruksjoner av metall.

Det brukes legeringer av ikke-jernholdige metaller.

Byggestrukturer av kjølebedrifter.

Emne 1.2 Varmeisolasjonsmaterialer

Når du bygger et kjøleskap, utgjør isolasjon 25..40% av kostnadene for hele strukturen.

• Tilstedeværelsen av porer er et karakteristisk trekk ved varmeisolasjonsmaterialer. I porøse legemer utføres varmeoverføringen i større grad ved konveksjon. Derfor er materialer med små lukkede porer, hvor det praktisk talt ikke er gassbevegelse i porene, mindre varmeledende. Polyuretanskum. Ekspandert polystyren.

Krav til varmeisolasjonsmaterialer:

1. En liten verdi av den termiske konduktivitetskoeffisienten A., W/(mK);
2. Lav volumetrisk masse р=20…1000 kg/m 3
3. Lav hygroskopisitet (materialets evne til å absorbere damp) og lav vannabsorpsjon (evnen til å absorbere dråpefuktighet)
4. Frostbestandighet;
5. Brannmotstand
6. Mangel på lukt og evne til å oppfatte lukt
7. Motstå gnagere
8. Mekanisk styrke
9. Enkel å håndtere
10. Lav kostnad

Keramiske materialer og produkter laget ved støping og brenning av leire kalles keramikk. "Keramos" - på gammelgresk betydde keramikkleire, samt produkter laget av bakt leire. I gamle tider ble tallerkener laget av leire ved brenning, og senere (for ca. 5000 år siden) begynte man å lage murstein og deretter fliser.

Stor styrke, betydelig holdbarhet, dekorative egenskaper til mange typer keramikk, samt overflod av råvarer i naturen har ført til utbredt bruk av keramiske materialer og produkter i konstruksjonen. Holdbarheten til keramiske materialer kan sees i eksemplet med Moskva Kreml, hvis vegger ble bygget for nesten 500 år siden.

Basert på tetthet kan keramiske produkter deles inn i to hovedgrupper: porøse og tette.

Porøse keramiske produkter absorberer mer enn 5 vektprosent vann. I gjennomsnitt er vannabsorpsjonen av porøse produkter 8 - 20 vekt% eller 15 - 35 volum%.

Tette produkter kjennetegnes ved vannabsorpsjon på mindre enn 5 %. Oftest er det 2 - 4 vekt% eller 4 - 8 volum%.

I henhold til deres formål i konstruksjonen skilles følgende grupper av keramiske materialer og produkter ut:

• veggmaterialer (vanlig leire murstein, hule og lette, hule keramiske steiner);
• takmaterialer og materialer for gulv (fliser, keramiske hule produkter);
• bekledningsmaterialer for utvendig og innvendig kledning (murstein og bekledningsstein, keramiske fasadeplater, små fliser);
• gulvmaterialer (fliser);
• materialer for spesielle formål (vei, sanitærkonstruksjon, kjemisk motstandsdyktig, materialer for underjordisk kommunikasjon, spesielt rør, varmeisolerende, brannbestandig, etc.);
• fyllstoffer for lettbetong (ekspandert leire, agloporitt).

Veggmaterialer har oppnådd størst utvikling, og sammen med en generell økning i produksjonsvolum, er det spesielt fokus på å øke produksjonen av effektive produkter (hule murstein og steiner, keramiske blokker og paneler, etc.). Det er også planlagt å utvide produksjonen av fasadekeramikk, spesielt til industriell utsmykning av bygninger, glaserte fliser til innvendig kledning, gulvfliser, kloakk- og avløpsrør, sanitære byggeprodukter og kunstige porøse tilslag for betong.

RÅVARER FOR PRODUKSJON AV KERAMISKE MATERIALER OG PRODUKTER.

Råvarer som brukes til fremstilling av keramiske produkter kan deles inn i plastleire (kaolin og leire) og magert (ildleire, kvarts, slagg, brennbare tilsetningsstoffer). For å senke sintringstemperaturen tilsettes flussmiddel noen ganger til leiren. Kaolin og leire kombineres under et felles navn - leirematerialer.

1. LEIRMATERIALER

Kaoliner. Kaoliner dannes i naturen fra feltspat og andre aluminosilikater som ikke er forurenset med jernoksider. De består hovedsakelig av mineralet kaolinitt. Etter avfyring beholdes deres iboende hvite eller nesten hvite farge.

Leire. Leire er sedimentære bergarter som er finjordede mineralmasser som, uavhengig av mineralogisk og kjemisk sammensetning, er i stand til å danne en plastdeig med vann, som etter brenning blir til en vanntett og slitesterk steinlignende kropp.

Leire består av en nær blanding av ulike mineraler, blant dem de vanligste er kaolinitt, montmorillonitt og hydromica. Representanter for kaolinittmineraler er kaolinitt og halloysitt. Montmorillonittgruppen inkluderer montmorillonitt, beidellitt og deres jernholdige varianter. Hydromicas er hovedsakelig et produkt av varierende grad av hydrering av glimmer.

Sammen med disse mineralene inneholder leire kvarts, feltspat, svovelkis, hydrater av jern- og aluminiumoksider, kalsium- og magnesiumkarbonater, titan- og vanadiumforbindelser. Slike urenheter påvirker både teknologien til keramiske produkter og deres egenskaper. For eksempel reduserer finfordelt kalsiumkarbonat og jernoksider brannmotstanden til leire. Hvis leiren inneholder store korn og korn av kalsiumkarbonat, danner de under brenningen mer eller mindre store inneslutninger av kalk, som hydrater i luften med en økning i volum (dutics), som forårsaker dannelse av sprekker eller ødeleggelse av produkter. Vanadiumforbindelser forårsaker grønnaktige avleiringer (misfarginger) på murstein, noe som ødelegger fasadenes utseende.

Leire inneholder ofte også organiske urenheter. I forhold til virkningen av høye temperaturer skilles leire inn i tre grupper: ildfaste (ildfaste over 1580 "C), ildfaste (1350 - 1580" C) og lavtsmeltende (under 1350 "C). Ildfaste leire inkluderer stort sett kaolinittleire , som inneholder få mekaniske urenheter, brukes til fremstilling av porselen, keramikk og ildfaste produkter, inneholder jernoksider, kvartssand og andre urenheter i mye større mengder enn ildfast leire. vendt og vendt murstein, gulvfliser og kloakkrør er de mest mangfoldige i mineralogiske sammensetning, inneholder en betydelig mengde urenheter (kvartssand, jernoksider, kalkstein, organiske stoffer). produksjon av lette tilslag mv.

Ved produksjon av kunstige brenningsmaterialer kan også noen andre sedimentære bergarter brukes: kiselgur, tripoli og deres komprimerte varianter - opokas, samt skifer i ren form og med en blanding av leire eller poredannende tilsetningsstoffer.

2. AVFALLSMATERIALER

For å redusere krymping under tørking og brenning, samt for å forhindre deformasjoner og sprekker, introduseres kunstige eller naturlige tynningsmaterialer i fete plastleire.

Dehydrert leire og ildleire, samt industriavfall (kjeler og annen slagg, aske, bålrester, etc.) brukes som kunstig avfallsmateriale. Dehydrert leire produseres ved å varme opp vanlig leire til ca. 600-700"C (ved denne temperaturen mister den sin plastisitet) og brukes som fortykningsmiddel ved produksjon av grov bygningskeramikk. Brannleire lages ved å brenne ildfast eller ildfast leire ved temperaturer på 1000 - 1400" C. Ildleire er hovedråstoffet i produksjonen av brannsikre ildleireprodukter.

Naturlige avfallsmaterialer inkluderer de stoffene som ikke er i stand til å danne en plastisk masse når de blandes med vann, for eksempel kvartssand og støvet kvarts.

Poredannende materialer. Ved produksjon av grove byggekeramiske produkter, som murstein, introduseres poredannende tilsetningsstoffer i råmaterialet for å tynne massen, samt for å oppnå produkter med økt porøsitet og dermed redusert varmeledningsevne. Vanligvis brukes organiske tilsetningsstoffer, kalt utbrenthetsadditiver - sagflis, kull, torvstøv osv. De brenner ut under brenning av produkter og danner porer.

Plavni. Innføring av fluss i leire bidrar til å senke sintringstemperaturen. Flomavsetninger inkluderer feltspat, jernmalm, dolomitt, magnesitt, talkum, etc.

Levert av Strategy LLC

Keramiske materialer oppnås fra leirmasser ved støping og påfølgende brenning. I dette tilfellet finner ofte en mellomliggende teknologisk operasjon sted - tørking av nystøpte produkter, kalt "rå".

Basert på arten av strukturen til skjæret, skilles keramiske materialer mellom porøst (usintret) og tett (sintret). Porøse absorberer mer enn 5% vann (i vekt), i gjennomsnitt er vannabsorpsjonen deres 8...20 vekt%. Murstein, blokker, steiner, fliser, dreneringsrør, etc. har en porøs struktur; tett - gulvfliser, kloakkrør, sanitærprodukter.

Basert på deres tiltenkte formål er keramiske materialer og produkter delt inn i følgende typer: vegg - vanlig murstein, hule og porøse murstein og steiner, store blokker og paneler laget av murstein og steiner; Til etasjer - hule steiner, bjelker og paneler laget av hule steiner; Til utvendig kledning - keramiske murstein og steiner, teppekeramikk, keramiske fasadefliser; Til innvendig fôr Ogbyggeutstyr - plater og fliser for vegger og gulv, sanitærprodukter; taktekking -fliser; rør - drenering og avløp.

Råvarer

Råvarene for fremstilling av keramiske materialer er forskjellige leirebergarter. For å forbedre de teknologiske egenskapene til leire, samt å gi produktene visse og høyere fysiske og mekaniske egenskaper, kvartssand, ildleire (knust ildfast eller ildfast leire brent ved en temperatur på 1000...14000°C), slagg, sagflis, kullstøv tilsettes leirene.

Leirematerialer ble dannet ved forvitring av magmatiske feltspatiske bergarter. Prosessen med bergforvitring består av mekanisk ødeleggelse og kjemisk nedbrytning. Mekanisk feil oppstår som følge av eksponering for variabel temperatur og vann. Kjemisk nedbrytning skjer for eksempel når feltspat utsettes for vann og karbondioksid, noe som resulterer i dannelsen av mineralet kaolinitt.

Leire er navnet som gis til jordiske mineralmasser eller klastiske bergarter som er i stand til å danne en plastdeig med vann, som når den tørkes, beholder sin gitte form, og etter brenning får hardheten til stein. De reneste leirene består overveiende av kaolinitt og kalles kaoliner. Sammensetningen av leire inkluderer ulike oksider (AI2O3, SiO 2, Fe 2 O3, CaO, Na 2 O, MgO og K2O), fritt og kjemisk bundet vann og organiske urenheter.

Urenheter har stor innflytelse på leirens egenskaper. Således, med et økt innhold av SiO 2 som ikke er assosiert med Al 2 Oz, reduseres bindingskapasiteten til leire i leirmineraler, porøsiteten til brente produkter øker og deres styrke reduseres. Jernforbindelser, som er sterke flussmidler, reduserer brannmotstanden til leire. Kalsiumkarbonat reduserer ildfasthet og sintringsintervall, øker fyringskrymping og porøsitet, noe som reduserer styrke og frostbestandighet. Oksider Na2O og K2O senker sintringstemperaturen til leire.

Leire er preget av plastisitet, sammenheng og bindingsevne, og holdning til tørking Og til høye temperaturer.

Plassiteten til leire er dens egenskap til å danne en deig når den blandes med vann, som under påvirkning av ytre krefter er i stand til å ta en gitt form uten dannelse av rifter og sprekker og beholde denne formen under påfølgende tørking og brenning.

Plasisiteten til leire er preget av plastisitetstallet

P =W T - W R ,

Hvor W t og W p - fuktighetsverdier som tilsvarer flytegrensen og rullegrensen for leiretauet, %.

I henhold til plastisitet deles leire inn i svært plastisk (P>25), medium plast (P = 15...25), moderat plastisk (P = 7... 15), lav plastisitet (P <7) og ikke-plast. For produksjon av keramiske produkter brukes vanligvis moderat plastiske leire med plastisitetstall P = 7...15 Leirer med lav plastisitet er vanskelige å støpe, mens høyplastiske leire sprekker under tørking og krever fortynning.

I produksjon av fyringsmateriell, sammen med Med Leirene som brukes er kiselgur, tripoli, skifer, etc. I produksjonen av lette murstein og produkter, brukes diatomitt og tripoli, og svellende leire, perlitt og vermikulitt brukes til å produsere porøse tilslag.

Mange keramiske fabrikker har ikke råvarer som egner seg i sin naturlige form for fremstilling av tilsvarende produkter. Slike råvarer krever innføring av tilsetningsstoffer. Ved å tilsette tynningstilsetninger opp til 6...10 % (sand, slagg, ildleire, etc.) til plastleire er det således mulig å redusere krympingen av leire under tørking og brenning. Fraksjoner mindre enn 0,001 mm har stor innflytelse på bindingsevnen til leire og deres krymping.

Jo høyere innhold av leirpartikler, jo høyere plastisitet. Plastisiteten kan økes ved å tilsette høyplastiske leire, samt ved å introdusere overflateaktive stoffer - sulfitt-gjærmos (SYB) etc. Plastisiteten kan reduseres ved å tilsette ikke-plastiske materialer kalt slaggmidler - kvartssand, ildleire, slagg, sagflis, kullflis.

Leire som inneholder en økt mengde leirfraksjoner har høyere kohesjon, og omvendt har leire med lavt innhold av leirpartikler lav kohesjon. Med en økning i innholdet av sand og støvfraksjoner reduseres bindingsevnen til leire. Denne egenskapen til leire er av stor betydning ved støping av produkter. Bindeevnen til leire kjennetegnes ved evnen til å binde partikler av ikke-plastiske materialer (sand, ildleire, etc.) og danne et tilstrekkelig sterkt produkt av en gitt form ved tørking.

Krymping er reduksjonen i lineære dimensjoner og volum under tørking av en prøve (luftkrymping) og brenning (brannsvinn). Luft krymping oppstår når vann fordamper fra råvaren under tørkeprosessen. For ulike leire varierer lineær luftkrymping fra 2...3 til 10...12 %, avhengig av innholdet av fine fraksjoner. Brannkrymping oppstår på grunn av det faktum at under brenningsprosessen kommer de lavtsmeltende komponentene i leiresmelten og leirpartiklene ved kontaktpunktene nærmere hverandre. Brannsvinn, avhengig av leirenes sammensetning, kan være 2...8%. Fullstendig krymping lik den algebraiske summen av luft- og brannkrymping, varierer den fra 5...18%. Denne egenskapen til leire tas i betraktning når man produserer produkter i de nødvendige størrelsene.

En karakteristisk egenskap ved leire er deres evne til å bli til en steinlignende masse når de brennes. I den første perioden med temperaturøkning begynner mekanisk blandet vann å fordampe, deretter brenner organiske urenheter ut, og når de varmes opp til 550...800 ° C, oppstår dehydrering av leirmineraler og leiren mister sin plastisitet.

Med en ytterligere økning i temperaturen oppstår brenning - en lavtsmeltende komponent i leiren begynner å smelte, som sprer seg, omslutter de usmeltede leirpartiklene, og ved avkjøling herder og sementerer dem. Slik skjer prosessen med å gjøre leire til en steinlignende tilstand. Delvis smelting av leiren og virkningen av overflatespenningskrefter til den smeltede massen får partiklene til å nærme seg hverandre, og det oppstår en reduksjon i volum - brannkrymping.

Kombinasjonen av prosesser med krymping, komprimering og herding av leire under brenning kalles leiresintring. Med en ytterligere økning i temperaturen mykner massen - smelting av leiren oppstår.

Fargen på brent leire påvirkes hovedsakelig av innholdet av jernoksider, som farger keramiske produkter rødt når det er overskudd av oksygen i ovnen, eller mørkebrun og til og med svart når det er mangel på oksygen. Titanoksider forårsaker en blåaktig farge på skårene. For å oppnå hvit murstein utføres fyring i et reduserende miljø (i nærvær av fri CO og III i gasser) og ved visse temperaturer for å omdanne jernoksid V nitrøse.

Prosesser som oppstår under brenning og tørking av leire

keramiske produkter produksjon diagram

Til tross for det omfattende utvalget av keramiske produkter, variasjonen av deres former, fysiske og mekaniske egenskaper og typer råvarer, er hovedstadiene i produksjonen av keramiske produkter generelle og består av følgende operasjoner: utvinning av råvarer, forberedelse av råstoff, støping av produkter (råvarer), tørking av råvarer, brenning av produkter, bearbeiding av produkter (trimming, glasering etc.) og pakking.

Råvarer utvinnes i dagbrudd ved hjelp av gravemaskiner. Transport av råstoff fra bruddet til anlegget utføres med dumper, traller eller transportbånd i kort avstand fra bruddet til støpeverkstedet. Anlegg for produksjon av keramiske materialer bygges vanligvis i nærheten av en leireavsetning, og steinbruddet er en integrert del av anlegget.

Fremstillingen av råvarer består i å ødelegge leirens naturlige struktur, fjerne eller male store inneslutninger, blande leiren med tilsetningsstoffer og fukte til en formbar leiremasse er oppnådd.

Støpingen av den keramiske massen, avhengig av egenskapene til det opprinnelige råmaterialet og typen produkt som produseres, utføres ved hjelp av semi-tørr, plast og slip (våt) metoder. På halvtørr metode I produksjonen blir leire først knust og tørket, deretter knust og med et fuktighetsinnhold på 8...12% mates den til støping. På plastisk Under støpingen knuses leiren, deretter sendes den til en leirmikser (fig. 3.2), hvor den blandes med magre tilsetningsstoffer til det oppnås en homogen plastmasse med et fuktighetsinnhold på 20...25 %. Støping av keramiske produkter ved bruk av plastmetoden utføres hovedsakelig på beltepresser. I halvtørrmetoden støpes leirmassen på hydrauliske eller mekaniske presser under trykk på opptil 15 MPa eller mer. Av slip metode utgangsmaterialene knuses og blandes med en stor mengde vann (opptil 60%) til en homogen masse er oppnådd - slip. Avhengig av støpemetoden brukes slipen både direkte til produkter oppnådd ved støping, og etter tørking i spraytørkere.

En obligatorisk mellomoperasjon i den teknologiske prosessen med å produsere keramiske produkter ved bruk av plastmetoden er tørking. Hvis råvaren, som har høy luftfuktighet, brennes umiddelbart etter støping, vil den sprekke. Ved kunstig tørking av råvarer brukes røykgasser fra ovner og spesialovner som kjølevæske. Ved fremstilling av fine keramiske produkter brukes varmluft som genereres i varmeovner. Kunstig tørking utføres i batchkammertørkere eller kontinuerlige tunneltørkere (fig. 3.4).

Tørkeprosessen er et kompleks av fenomener knyttet til varme- og masseoverføring mellom materialet og miljøet. Som et resultat beveger fuktighet seg fra innsiden av produktet til overflaten og fordamper. Samtidig med fjerning av fuktighet kommer partiklene i materialet nærmere hverandre og det oppstår krymping. Reduksjonen i volumet av leireprodukter under tørking skjer opp til en viss grense, til tross for at vannet ennå ikke er fullstendig fordampet på dette tidspunktet. For å få keramiske produkter av høy kvalitet, må tørke- og brenningsprosessene utføres under strenge forhold. Når produktet varmes opp i temperaturområdet O...15O°C, fjernes hygroskopisk fuktighet fra det. Ved en temperatur på 70°C kan trykket av vanndamp inne i produktet nå en betydelig verdi, derfor, for å forhindre sprekker, bør temperaturen heves sakte (5O...8O°C/t) slik at hastigheten på poredannelse inne i materialet overgår ikke filtreringen av damper gjennom tykkelsen.

Fyring er den siste fasen av den teknologiske prosessen. Råmaterialet kommer inn i ovnen med en luftfuktighet på 8...12%, og i den første perioden er det helt tørket. I temperaturområdet 550...800°C skjer dehydrering av leirmineraler og fjerning av kjemisk bundet konstitusjonelt vann. I dette tilfellet blir krystallgitteret til mineralet ødelagt og leiren mister sin plastisitet, på hvilket tidspunkt krymping av produktene oppstår.

Ved en temperatur på 200...800°C frigjøres den flyktige delen av de organiske urenhetene av leire og brennbare tilsetningsstoffer som innføres i blandingen under støpingen av produkter, og i tillegg oksideres de organiske urenhetene innenfor grensene for deres antennelsestemperatur. Denne perioden er preget av en svært høy temperaturøkningshastighet - 300...350°C/t, og for effektive produkter - 400...450°C/t, noe som bidrar til rask utbrenning av drivstoff som presses inn i råstoffet. materiale. Deretter holdes produktene ved denne temperaturen i en oksiderende atmosfære til karbonrestene er fullstendig utbrent.

En ytterligere temperaturøkning fra 800 °C til det maksimale er assosiert med ødeleggelsen av krystallgitteret til leirmineraler og en betydelig strukturell endring i skåren, derfor reduseres temperaturstigningshastigheten til 1OO...15O °C /h, og for hule produkter - til 200...220° S/t. Når den maksimale brenningstemperaturen er nådd, holdes produktet for å utjevne temperaturen gjennom hele tykkelsen, hvoretter temperaturen reduseres med 1OO...15O°C, som et resultat av at produktet gjennomgår krymping og plastisk deformasjon.

Da øker kjøleintensiteten ved temperaturer under 800°C til 250...300°C/t eller mer. Temperaturnedgangen kan bare begrenses av forholdene for ekstern varmeveksling. Under slike forhold kan teglfyring utføres på 6...8 timer. I konvensjonelle tunnelovner kan imidlertid høyhastighetsfyringsmoduser ikke implementeres på grunn av den store ujevnheten i temperaturfeltet over tverrsnittet av fyringskanalen. . Produkter laget av lavtsmeltende leire brennes ved en temperatur på 900...1100°C. Som et resultat av brenning får produktet en steinlignende tilstand, høy vannbestandighet, styrke, frostbestandighet og andre verdifulle konstruksjonskvaliteter.

Emne 5. KERAMISKE MATERIALER

GENERELL INFORMASJON

Keramikk- et samlenavn for en bred gruppe kunstige steinmaterialer oppnådd ved støping fra leireblandinger, etterfulgt av tørking og brenning. På gammelgresk betydde keramos keramikkleire, så vel som bakte leireprodukter.

Keramikk er det eldste byggematerialet. Arkeologer har oppdaget restene av bygninger og strukturer laget av keramiske murstein i det gamle Egypt og Assyria, som dateres tilbake til det 3.-1. årtusen f.Kr. Murstein var kjent i det gamle India og Kina. I antikkens Hellas ble keramikk brukt til taktekking og fasadedekorasjon. Det første tempelet til Hera i Olympia (7. århundre f.Kr.) hadde et flislagt tak og terrakotta-dekorasjoner.

Teknologiens enkelhet og den uuttømmelige råvarebasen for produksjon av keramiske produkter av et bredt utvalg av typer bestemte deres brede og allestedsnærværende distribusjon. Dette ble også forenklet av keramikkens høye styrke, holdbarhet og dekorative egenskaper. Og for tiden er keramikk fortsatt et av de viktigste byggematerialene som brukes i nesten alle strukturelle elementer i bygninger og strukturer.

I henhold til deres formål er keramiske produkter delt inn i følgende typer:

Vegg (murstein og keramiske steiner);

Taktekking (fliser);

Produkter for bekledning av fasader (murstein, terrakottaplater, mosaikkfliser, etc.);

Produkter for innvendig veggkledning;

Gulvfliser og belegningselementer;

Sanitærprodukter (servanter, toaletter og rør);

Spesiell keramikk (syrebestandig, brannbestandig, varmeisolerende);

Fyllstoffer for lettbetong (ekspandert leire og agloporitt).

Materialet som keramiske produkter er laget av etter brenning kalles keramisk skår.

Avhengig av strukturen til skjæret er keramiske produkter delt inn i to grupper: porøse og tette.

Porøs Konvensjonelt vurderes produkter hvis vannabsorpsjonen av skåren er mer enn 5 vekt% (i gjennomsnitt 8...20%). Disse inkluderer alle typer murstein og veggsteiner, fliser og veggfliser.

Tett produkter vurderes hvis vannabsorpsjonen av skjæret er mindre enn 5% (vanligvis 2...4%); Disse produktene er praktisk talt vanntette. Disse inkluderer gulvfliser, porselensfliser, sanitærporselen, etc.

RÅVARER FOR KERAMIKKPRODUKSJON

Råvaren for fremstilling av keramiske materialer består av plastmaterialer (leire) og ikke-plastiske (sløsende og brennende tilsetningsstoffer, flussmidler, etc.). Leire gir en formbar sammenhengende masse, og etter brenning et slitesterkt og vannavstøtende skår. Ikke-plastiske tilsetningsstoffer forbedrer de teknologiske egenskapene til råvaren (forenkler tørking, reduserer krymping og reduserer brenningstemperaturen) og gir materialet de ønskede egenskapene (høy porøsitet, redusert varmeledningsevne, etc.).

Leire- den viktigste råvarekomponenten i keramikk er sedimentære bergarter. De består hovedsakelig av leirmineraler - vannholdige aluminosilikater av forskjellige sammensetninger (kaolinitt A1 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O, montmorillonitt A1 2 O 3 4SiO 2 2H 2 O, etc.). Partikkelstørrelsen til leirmineraler overstiger ikke 0,005 mm; den dominerende formen til partikler er lamellær. På grunn av deres hydrofilisitet og enorme overflateareal adsorberer leirpartikler aktivt (absorberer og beholder) vann. Det er leirmineraler som gir leiren dens karakteristiske egenskaper: plastisitet når den er våt, styrke ved tørking og evne til å sintre ved brenning.

I tillegg til leirmineraler inneholder leire større partikler: støv (0,005...0,16 mm) og sand (0,16...5 mm). De består av kvarts, kalsium og magnesiumkarbonater og andre mineraler. Disse leirekomponentene påvirker også dens teknologiske egenskaper og kvaliteten på ferdige produkter.

Leire, som råmateriale for keramikk, vurderes av et sett med egenskaper: plastisitet, bindingsevne, holdning til tørking og eksponering for høye temperaturer.

Plast- leirdeigs evne til å deformeres under påvirkning av ytre mekaniske belastninger uten å bryte kontinuiteten og beholde den resulterende formen etter opphør av påvirkningen. Plassiteten til leire forklares av det faktum at når leire er fuktet, vises tynne lag med adsorbert vann på overflaten av leirpartikler. Disse lagene gir på den ene siden evnen til at partiklene kan gli i forhold til hverandre, og på den andre siden binder de disse partiklene ved overflatespenningskrefter, noe som sikrer at formen på produktene bevares etter støping. Utbredelsen av den ene eller den andre effekten avhenger av mengden vann som adsorberes av leiren.

Plastisiteten vurderes ut fra mengden vann som kreves for å få en formbar masse fra leire. Svært plastiske leire har et høyt vannbehov og som et resultat større krymping under tørking:

Tørkehastighet fuktet leire bestemmes ikke av ffra overflaten av det støpte produktet, men av migrasjonshastigheten av vann inne i leirmassen fra sentrum til overflaten. Leire, som er et "vanntett" materiale, hemmer bevegelsen av fuktighet gjennom sin tykkelse, noe som bremser uttørkingen.

Jo flere partikler av leirmineraler det er i leiren, jo mer vann krever den, jo mer sveller den, men den er vanskeligere å tørke og krymper mer. Slike leire kalles "fett". Leire som inneholder mange sandpartikler er preget av svak krymping og svelling og tørker ganske lett, men deres plastisitet, dvs. støpeegenskaper, reduseres. Slike leire kalles "mager".

For å oppnå den nødvendige råstoffmassen for keramikk, må to motstridende betingelser være oppfylt: blandingen må være godt formet og lett å tørke.

Blandinger med et optimalt forhold mellom leire og sandpartikler oppnås ved å tilsette magre tilsetningsstoffer til fet leire. I tillegg til sand brukes termisk kraftverksaske, slagg og andre materialer til disse formålene.

Sinterbarhet - Evnen til leire, når den brennes, forvandles til en steinlignende tilstand, der den ikke suger i vann i det hele tatt, forklares av følgende. Ved oppvarming til 900...1200 °C begynner kjemiske og fysisk-kjemiske prosesser å finne sted i leire, noe som fører til en fullstendig og irreversibel endring i strukturen:

Fjerning av kjemisk bundet vann (500...600 °C);

Dekomponering av dehydrert leire til oksidene A1 2 O 3 og SiO 2 (800...900 ° C);

Dannelse av nye vannbestandige og ildfaste mineraler (sillimanitt A1 2 O 3 SiO 2 og mullitt ZA1 2 O 3 2SiO 2 (1000...1200 °C);

Dannelse av en viss mengde smelte fra lavtsmeltende leirematerialer (900...1200 °C).

Dannelsen av et slitesterkt skår oppstår på grunn av effekten av å lime sammen faste leirpartikler med den resulterende smelten. I dette tilfellet, på grunn av kreftene til overflatespenningen til denne smelten, oppstår en reduksjon i volumet av materialet, kalt brannsvinn. Avhengig av type leire er brannsvinnet 2...6%.

Fullstendig krymping - summen av luft- og brannkrymping; det er vanligvis i området 6...18%. Det må tas hensyn til fullstendig krymping ved støping av råemner for å få produkter med gitte dimensjoner.

Brannmotstand- egenskapen til materialer, inkludert leire, til å tåle høye temperaturer uten deformasjon.

Ulike leire krever visse brenntemperaturer, og følgelig har produkter laget av dem ulik brannmotstand. Basert på dette kriteriet er leire delt inn i smeltbar, ildfast og ildfast.

Lavtsmeltende leire som inneholder store mengder urenheter smelter ved temperaturer under 1350 °C. Murstein, veggsteiner og fliser er laget av slike leire, kalt teglleire.

Ildfast leire som inneholder en liten mengde urenheter smelter ved en temperatur på 1350...1580 °C. De brukes til fremstilling av fasade keramiske produkter, murstein og kloakkrør.

Brannsikker leire som nesten ikke inneholder urenheter smelter ved temperaturer over 1580 °C. De brukes til produksjon av ildfaste materialer.

Tynne materialer introdusert i sammensetningen av den keramiske massen for å redusere plastisitet og redusere luft- og brannkrymping av leire. De forbedrer tørkeegenskapene til leire. Sand, ildleire, dehydrert leire, termisk kraftverksaske og granulert slagg brukes som tynningstilsetningsstoffer.

Chamotte- granulært (0,14...2 mm) materiale oppnådd ved maling av leire forbrent til sintringstemperaturen. Den kan erstattes med knuste keramiske skrapprodukter. Ildleire laget av ildfast leire brukes til å lage ildfaste materialer.

Dehydrert leire oppnådd ved oppvarming til 650...750 "C. Når krystallisering (kjemisk bundet) vann fjernes, mister leiren irreversibelt sin plastisitetsegenskap.

Granulert masovnslagg og aske fra varmekraftverk- leirefortynnere brukt i produksjon av murstein og annen grov keramikk. Dette er en effektiv måte å kaste industriavfall på.

Damptilsetningsstoffer introduseres i blandingen for å redusere tettheten og følgelig den termiske ledningsevnen til keramiske produkter. Til dette formål brukes stoffer som ved avfyring:

Dissosiere med utslipp av gass, for eksempel CO 2 (malt kritt, dolomitt, etc.);

Utbrent (sagflis, kullpulver, etc.).

Slike kosttilskudd er også fetende på samme tid.

Mykgjørende tilsetningsstoffer- høyplastiske leire, samt overflateaktive stoffer - myknere SDB, LST, etc.

Plavni tilsatt leire i tilfeller der det er ønskelig å senke temperaturen på sintringen. Feltspat, jernmalm, talkum osv. brukes i denne egenskapen.

Glasurer og engober- etterbehandlingslag på keramiske produkter.

Glasurer- glasslignende ansiktsbelegg i forskjellige farger, gjennomsiktige eller solide. De oppnås ved å påføre pulver fra en glassladning på overflaten av ferdige produkter og fikse dem ved å brenne til de smelter.

Angobes - ansiktsbelegg laget av farget leire påført overflaten av råvarer. I motsetning til glasur, produserer ikke engobe en smelte når den brennes, men danner et matt keramisk belegg.

Et av hovedproblemene ved innglassing og engobering er å sikre maksimal likhet mellom egenskapene (hovedsakelig CTE) til produktet og sluttsjiktet for å unngå sprekkdannelse og avskalling av etterbehandlingslaget. En typisk type ekteskap av denne typen er CEC- et hyppig nettverk av tynne sprekker på overflaten av glasuren.

Den russiske føderasjonen

Utdannings- og vitenskapsdepartementet i Chelyabinsk-regionen

Fagskole nr. 130

Disiplin: "Materialvitenskap"

Tema: Keramiske materialer

Fullført av: studentgruppe 28 Beloborodov A.

Sjekket av: Lærer Dolin A.M.

Yuzhno-Uralsk 2008

Introduksjon

1. Generell informasjon om keramiske materialer

2. Råvarer for produksjon av keramiske materialer og produkter

2.1 Leirematerialer

2.2 Leende materialer

Konklusjon

Bibliografi

Introduksjon

I den moderne verden er keramiske materialer og produkter mye brukt i konstruksjon. Dette skyldes den store styrken, den betydelige holdbarheten, de dekorative egenskapene til mange typer keramikk, samt utbredelsen av råvarer i naturen.

Formålet med dette arbeidet er å gjennomgå og studere keramiske materialer. I samsvar med målet kan oppgavene til arbeidet identifiseres: å studere generell informasjon om keramiske materialer: konseptet, typene, egenskapene til keramiske materialer og produkter; råvarer for produksjon av keramiske materialer og produkter: leirematerialer, avfallsmaterialer.

Keramiske produkter har forskjellige egenskaper, som bestemmes av sammensetningen av det originale råmaterialet, metoder for bearbeiding, samt brenningsforhold - gassmiljø, temperatur og varighet. Materialet (det vil si kroppen) som keramiske produkter er sammensatt av kalles et keramisk skår i keramisk teknologi.

1. Generell informasjon om keramiske materialer

Keramiske materialer og produkter laget ved støping og brenning av leire kalles keramikk. "Keramos" - på gammelgresk betydde keramikkleire, samt produkter laget av bakt leire. I gamle tider ble tallerkener laget av leire ved brenning, og senere (for ca. 5000 år siden) begynte man å lage murstein og deretter fliser.

Stor styrke, betydelig holdbarhet, dekorative egenskaper til mange typer keramikk, samt overflod av råvarer i naturen har ført til utbredt bruk av keramiske materialer og produkter i konstruksjonen. Holdbarheten til keramiske materialer kan sees i eksemplet med Moskva Kreml, hvis vegger ble bygget for nesten 500 år siden.

Blant pulverråvarene er leire, som først og fremst brukes i produksjon av bygningskeramikk. Den inneholder for det meste urenheter som påvirker fargen og termiske egenskaper. Den minste mengden urenheter inneholder leire med høyt innhold av mineralet kaolinitt og derfor kalt kaolin, som har en nesten hvit farge. I tillegg til kaolinittleire i forskjellige farger og nyanser, brukes montmorillonitt- og hydromica-leire.

I tillegg til leire inkluderer de pulveriserte materialene som brukes, som er hovedkomponentene i keramiske produkter, også noen andre mineralske stoffer av naturlig opprinnelse - kvartsitter, magnesitter, kromjernmalm.

For teknisk keramikk (oftere referert til som spesial) brukes pulver i form av rene oksider, kunstig oppnådd ved spesiell rensing, for eksempel aluminiumoksider, magnesium, kalsium, zirkoniumdioksid, thorium osv. De gjør det mulig for å oppnå produkter med høye smeltetemperaturer (opptil 2500-3000 V ° C og over), noe som er viktig innen jetteknologi og radiokeramikk. Materialer med høyere brannmotstand er laget på grunnlag av karbider, nitrider, borider, silicider, sulfider og andre metallforbindelser uten leirråmaterialer. Noen av dem har smeltetemperaturer opp til 3500 - 4000°C, spesielt fra gruppen karbider.

Cermets, vanligvis bestående av metall og keramiske deler med passende egenskaper, er av stor praktisk interesse. Ildfaste materialer med variabel sammensetning har fått anerkjennelse. I disse materialene er en overflate representert av et rent ildfast metall, slik som wolfram, og den andre av et ildfast keramisk materiale, som berylliumoksid. Mellom overflater i tverrsnittet endres sammensetningen gradvis, noe som øker materialets motstand mot termisk sjokk.

For å bygge keramikk, som nevnt ovenfor, er leire, som er et vanlig, billig og godt studert råmateriale, ganske egnet. I kombinasjon med noen tilleggsmaterialer brukes den til å produsere en rekke produkter i et bredt spekter i den keramiske industrien. De er klassifisert i henhold til en rekke egenskaper. I henhold til det strukturelle formålet er produktene delt inn i vegg, fasade, gulv, etterbehandling, gulv, takprodukter, sanitærprodukter, veimaterialer og produkter, for underjordisk kommunikasjon, brannsikre produkter, varmeisolerende materialer og produkter, kjemisk motstandsdyktig keramikk .

Basert på deres struktur er alle produkter delt inn i to grupper: porøse og tette. Porøse keramiske produkter absorberer mer enn 5 vekt% vann (vanlige murstein, fliser, dreneringsrør). I gjennomsnitt er vannabsorpsjonen av porøse produkter 8 - 20 vekt% eller 15 - 35 volum%. Produkter med en vannabsorpsjon på mindre enn 5 vekt% regnes som tette, og de er praktisk talt vanntette, for eksempel gulvfliser, kloakkrør, syrefast murstein og fliser, veimurstein, sanitærporselen. Oftest er det 2 - 4 vekt% eller 4 - 8 volum%. Det er ingen absolutt tette keramiske produkter, siden det fordampende blandevannet som føres inn i leirdeigen alltid etterlater en viss mengde mikro- og makroporer.

I henhold til deres formål i konstruksjonen skilles følgende grupper av keramiske materialer og produkter ut:

veggmaterialer (vanlig leire murstein, hule og lette, hule keramiske steiner);

takmaterialer og materialer for gulv (fliser, keramiske hule produkter);

bekledningsmaterialer for utvendig og innvendig kledning (murstein og bekledningsstein, keramiske fasadeplater, små fliser);

gulvmaterialer (fliser);

materialer for spesielle formål (vei, sanitærkonstruksjon, kjemisk motstandsdyktig, materialer for underjordisk kommunikasjon, spesielt rør, varmeisolerende, brannbestandig, etc.);

fyllstoffer for lettbetong (ekspandert leire, agloporitt).

Veggmaterialer har oppnådd størst utvikling, og sammen med en generell økning i produksjonsvolum, er det spesielt fokus på å øke produksjonen av effektive produkter (hule murstein og steiner, keramiske blokker og paneler, etc.). Det er også planlagt å utvide produksjonen av fasadekeramikk, spesielt til industriell utsmykning av bygninger, glaserte fliser til innvendig kledning, gulvfliser, kloakk- og avløpsrør, sanitære byggeprodukter og kunstige porøse tilslag for betong.

Basert på smeltetemperaturen deles keramiske produkter og initialleire inn i lavtsmeltende (med smeltepunkt under 1350V°C), ildfast (med smeltepunkt 1350-1580V°C) og ildfast (over 1580V°C). Eksempler på produkter og råvarer med høy brannmotstand (med et smeltepunkt i området 2000-4000X) brukt til tekniske (spesielle) formål ble også nevnt ovenfor.

Et særtrekk ved alle keramiske produkter og materialer er deres relativt høye styrke, men lave deformerbarhet. Skjørhet refererer oftest til de negative egenskapene til byggekeramikk. Den har høy kjemisk motstand og holdbarhet, og formen og dimensjonene til keramiske produkter er vanligvis i samsvar med etablerte standarder eller spesifikasjoner.

Det russiske markedet tilbyr for tiden flytende keramiske varmeisolerende materialer som finner sine forbrukere på grunn av deres brede spekter av bruksområder og brukervennlighet med lave arbeidskostnader. Siden de foreslåtte materialene hovedsakelig produseres i utlandet, har de høye kostnader, noe som begrenser muligheten for massebruk innen bygg, energi, bolig og kommunale tjenester, etc. Mens husholdningsanaloger ofte etterlater mye å være ønsket, og deres "kvalitet" forårsaker negativitet og skjevhet blant sluttbrukeren mot flytende keramiske termiske isolasjonsmaterialer.

2. Råvarer for produksjon av keramiske materialer og produkter

Råvarer som brukes til fremstilling av keramiske produkter kan deles inn i plastleire (kaolin og leire) og magert (ildleire, kvarts, slagg, brennbare tilsetningsstoffer). For å senke sintringstemperaturen tilsettes flussmiddel noen ganger til leiren. Kaolin og leire kombineres under et felles navn - leirematerialer.

keramisk konstruksjon taktekking

2.1 Leirematerialer

Kaoliner. Kaoliner dannes i naturen fra feltspat og andre aluminosilikater som ikke er forurenset med jernoksider. De består hovedsakelig av mineralet kaolinitt. Etter avfyring beholdes deres iboende hvite eller nesten hvite farge.

Leire. Leire er sedimentære bergarter som er finjordede mineralmasser som, uavhengig av mineralogisk og kjemisk sammensetning, er i stand til å danne en plastdeig med vann, som etter brenning blir til en vanntett og slitesterk steinlignende kropp.

Leire består av en nær blanding av ulike mineraler, blant dem de vanligste er kaolinitt, montmorillonitt og hydromica. Representanter for kaolinittmineraler er kaolinitt og halloysitt. Montmorillonittgruppen inkluderer montmorillonitt, beidellitt og deres jernholdige varianter. Hydromicas er hovedsakelig et produkt av varierende grad av hydrering av glimmer.

Sammen med disse mineralene inneholder leire kvarts, feltspat, svovelkis, hydrater av jern- og aluminiumoksider, kalsium- og magnesiumkarbonater, titan- og vanadiumforbindelser. Slike urenheter påvirker både teknologien til keramiske produkter og deres egenskaper. For eksempel reduserer finfordelt kalsiumkarbonat og jernoksider brannmotstanden til leire. Hvis leiren inneholder store korn og korn av kalsiumkarbonat, danner de under brenningen mer eller mindre store inneslutninger av kalk, som hydrater i luften med en økning i volum (dutics), som forårsaker dannelse av sprekker eller ødeleggelse av produkter. Vanadiumforbindelser forårsaker grønnaktige avleiringer (misfarginger) på murstein, noe som ødelegger fasadenes utseende.