Material natural pentru ceramică. Materii prime pentru producerea ceramicii

Materialele naturale și artificiale sunt utilizate în construcția clădirilor și structurilor. Materialele din piatră naturală servesc ca materii prime în producția de ciment, var, gips și, de asemenea, pentru producerea mortarelor de beton și a produselor din beton armat ca agregate inerte sub formă de nisip, piatră zdrobită și pietriș. Materiale ceramice.

Dacă această lucrare nu vă convine, în partea de jos a paginii există o listă cu lucrări similare. De asemenea, puteți utiliza butonul de căutare

Piatra si materiale ceramice.

Materialele naturale și artificiale sunt utilizate în construcția clădirilor și structurilor.

Pietrele naturale sunt folosite și sub formă de produse de profil: trepte, diverse detalii arhitecturale, ornamente etc.

Materialele din piatră naturală servesc ca materii prime în producția de ciment, var, gips, precum și pentru producția de beton, mortar și produse din beton armat, ca agregate inerte sub formă de nisip, piatră zdrobită, pietriș.

Materiale ceramice.

Acestea sunt materiale de piatră artificială obținute din mase de argilă prin modelare, uscare și ardere finală la temperaturi ridicate.

Cărămidă.

Piatră artificială obișnuită din cărămidă de lut, formată din lut și ars uniform la o temperatură de 900-1100 de grade. Cărămida trebuie să reziste de 15 ori la îngheț.

Cărămizile goale din lut sunt realizate cu goluri prin goluri prin presarea plasticului din argile. Dimensiunile sale sunt 250x120x88 mm

Piatra artificiala din caramida de clincher obtinuta prin arderea caramizilor brute uscate pana la sinterizarea completa.

Produse ceramice pentru placari interioare. Ele sunt împărțite în două grupe: pentru pereți și podele.

Lianți de construcție pulberi fin zdrobite artificiale, care, atunci când sunt amestecate cu apă și soluții apoase, sunt capabile să formeze o masă plastică și să se întărească ca urmare a proprietăților fizice și chimice. Procese.

Materialele de construcție obligatorii sunt împărțite în aer și hidraulic.

Lianții hidraulici includ var hidraulic, ciment Portland și varietățile acestuia, ciment Portland puzolanic, ciment Portland de zgură, ciment aluminos, ciment care nu se contracție etc.

Beton armat monolit și prefabricat.

Betonul armat este un produs de construcție artificial în care două materiale cu proprietăți diferite lucrează împreună - betonul și oțelul.

Oțelul și betonul au coeficienți de dilatare liniară aproape identici, prin urmare, odată cu schimbările de temperatură, în material apar doar tensiuni interne mici.

Constructii metalice de constructii.

Se folosesc aliaje de metale neferoase.

Structuri de constructii ale intreprinderilor frigorifice.

Tema 1.2 Materiale termoizolante

La construirea unui frigider, crearea izolației reprezintă 25..40% din costul întregii structuri.

• Prezența porilor este o trăsătură caracteristică a materialelor termoizolante. În corpurile poroase, transferul de căldură se realizează într-o măsură mai mare prin convecție. Prin urmare, materialele cu pori mici închiși, în care practic nu există mișcare de gaz în pori, sunt mai puțin conductoare termic. Spumă poliuretanică. Polistiren expandat.

Cerințe pentru materialele termoizolante:

1. O valoare mică a coeficientului de conductivitate termică A., W/(mK);
2. Masa volumetrica mica р=20…1000 kg/m 3
3. Higroscopicitate scăzută (capacitatea materialului de a absorbi aburul) și absorbție scăzută de apă (capacitatea de a absorbi picăturile de umiditate)
4. Rezistenta la inghet;
5. Rezistenta la foc
6. Lipsa mirosului și a capacității de a percepe mirosurile
7. Rezistați rozătoarelor
8. Rezistenta mecanica
9. Usor de manevrat
10. Cost scăzut

Materialele ceramice și produsele realizate prin turnare și ardere a argilei se numesc ceramică. „Keramos” – în greacă veche, însemna argilă de ceramică, precum și produse făcute din lut copt. În antichitate, vasele erau făcute din lut prin ardere, iar mai târziu (în urmă cu aproximativ 5.000 de ani) au început să se facă cărămizi și apoi plăci.

Rezistența mare, durabilitatea semnificativă, proprietățile decorative ale multor tipuri de ceramică, precum și abundența materiilor prime din natură au condus la utilizarea pe scară largă a materialelor și produselor ceramice în construcții. Durabilitatea materialelor ceramice poate fi văzută în exemplul Kremlinului din Moscova, ai cărui pereți au fost construiti cu aproape 500 de ani în urmă.

Pe baza densității, produsele ceramice pot fi împărțite în două grupe principale: poroase și dense.

Produsele ceramice poroase absorb mai mult de 5% apă în greutate. În medie, absorbția de apă a produselor poroase este de 8 - 20% în greutate sau 15 - 35% în volum.

Produsele dense se caracterizează printr-o absorbție de apă mai mică de 5%. Cel mai adesea este de 2 - 4% în greutate sau 4 - 8% în volum.

În funcție de scopul lor în construcție, se disting următoarele grupuri de materiale și produse ceramice:

• materiale de perete (cărămidă obișnuită de lut, pietre ceramice goale și ușoare, goale);
• materiale de acoperiș și materiale pentru pardoseli (plăci, produse ceramice goale);
• materiale de fațare pentru placari exterioare și interioare (cărămizi și pietre de parament, plăci de fațadă ceramică, plăci de dimensiuni mici);
• materiale pentru pardoseli (placi);
• materiale pentru destinații speciale (rutiere, construcții sanitare, rezistente chimic, materiale pentru comunicații subterane, în special conducte, termoizolante, rezistente la foc etc.);
• umpluturi pentru beton ușor (argilă expandată, agloporit).

Materialele de perete au atins cea mai mare dezvoltare și, odată cu creșterea generală a volumului de producție, se acordă o atenție deosebită creșterii producției de produse eficiente (cărămizi și pietre goale, blocuri și panouri ceramice etc.). De asemenea, este planificată extinderea producției de ceramică de fațadă, în special pentru decorarea industrială a clădirilor, plăci smălțuite pentru placari interioare, gresie, țevi de canalizare și drenaj, produse sanitare pentru construcții și agregate poroase artificiale pentru beton.

MATERIALE PRIME PENTRU PRODUCȚIA DE MATERIALE ȘI PRODUSE CERAMICE.

Materiile prime utilizate pentru fabricarea produselor ceramice pot fi împărțite în argilă plastică (caolin și argilă) și slabă (argilă de foc, cuarț, zgură, aditivi ardebili). Pentru a scădea temperatura de sinterizare, se adaugă uneori flux la argilă. Caolinul și argilele sunt combinate sub un nume comun - materiale de argilă.

1. MATERIALE DE LUTĂ

Caolini. Caolinii se formează în natură din feldspați și alți aluminosilicați care nu sunt contaminați cu oxizi de fier. Ele constau în principal din caolinit mineral. După ardere, culoarea lor inerentă albă sau aproape albă este păstrată.

Argile. Argilele sunt roci sedimentare care sunt mase minerale cu pământ fin care, indiferent de compoziția lor mineralogică și chimică, sunt capabile să formeze un aluat de plastic cu apă, care, după ardere, se transformă într-un corp asemănător unei pietre rezistent la apă și durabil.

Argilele constau dintr-un amestec apropiat de diverse minerale, dintre care cele mai comune sunt caolinitul, montmorillonitul și hidromica. Reprezentanții mineralelor caolinitului sunt caolinitul și haloizitul. Grupul montmorillonitului include montmorillonitul, beidelita și soiurile lor feruginoase. Hydromicas sunt în principal un produs de diferite grade de hidratare a mica.

Alături de aceste minerale, argilele conțin cuarț, feldspat, pirite de sulf, hidrați de oxizi de fier și aluminiu, carbonați de calciu și magneziu, compuși de titan și vanadiu. Astfel de impurități afectează atât tehnologia produselor ceramice, cât și proprietățile acestora. De exemplu, carbonatul de calciu fin distribuit și oxizii de fier reduc rezistența la foc a argilelor. Dacă argila conține boabe mari și boabe de carbonat de calciu, atunci în timpul arderii formează incluziuni mai mult sau mai puțin mari de var, care se hidratează în aer cu creșterea volumului (dutici), ceea ce determină formarea de fisuri sau distrugerea produselor. Compușii de vanadiu provoacă apariția depunerilor verzui (decolorări) pe cărămizi, ceea ce strică aspectul fațadelor.

Argilele conțin adesea și impurități organice. În raport cu acțiunea temperaturilor înalte, argilele se disting în trei grupe: refractare (refractare peste 1580 "C), refractare (1350 - 1580" C) și cu punct de topire scăzut (sub 1350 "C). Argilele refractare includ în principal argile caolinite. , care conțin puține impurități mecanice. Astfel de argile sunt folosite pentru producerea de porțelan, faianță și produse refractare, conțin oxizi de fier, nisip de cuarț și alte impurități în cantități mult mai mari decât argilele refractare. cărămizile de fațare, plăci și țevi de canalizare sunt cele mai diverse ca compoziție mineralogică, conțin o cantitate semnificativă de impurități (nisip de cuarț, oxizi de fier, calcar, substanțe organice, în producția de cărămizi și plăci). producerea de agregate usoare etc.

În producția de materiale de ardere artificială, pot fi utilizate și alte roci sedimentare: diatomite, tripoli și soiurile lor compactate - opokas, precum și șisturi în formă pură și cu un amestec de argile sau aditivi care formează pori.

2. DEŞEURI MATERIALE

Pentru a reduce contracția în timpul uscării și arderii, precum și pentru a preveni deformările și fisurile, în argilele plastice grase se introduc materiale de subțiere artificiale sau naturale.

Argila deshidratată și argila refractă, precum și deșeurile industriale (cazane și alte zguri, cenușă, reziduuri de focar etc.) sunt utilizate ca deșeuri artificiale. Argila deshidratata se obtine prin incalzirea argilei obisnuite la aproximativ 600-700 "C (la aceasta temperatura isi pierde plasticitatea) si este folosita ca agent de ingrosare la producerea ceramicii brute de constructii. Argila refractara se face prin arderea argilelor refractare sau refractare la temperaturi de 1000 - 1400" C. Argila ignifugă este principala materie primă în producția de produse din argilă ignifugă.

Materialele deșeurilor naturale includ acele substanțe care sunt incapabile să formeze o masă plastică atunci când sunt amestecate cu apă, de exemplu, nisipurile de cuarț și cuarțul prăfuit.

Materiale care formează pori.În producția de produse ceramice pentru construcții grosiere, cum ar fi cărămizi, în masa de materie primă se introduc aditivi care formează pori pentru a subția masa, precum și pentru a obține produse cu porozitate crescută și, prin urmare, conductivitate termică redusă. În mod obișnuit, se folosesc aditivi organici, numiți aditivi de ardere - rumeguș, cărbune, praf de turbă etc. Se ard în timpul arderii produselor și formează pori.

Plavni. Introducerea fluxului în argilă ajută la scăderea temperaturii acesteia de sinterizare. Depozitele de inundații includ feldspați, minereu de fier, dolomit, magnezit, talc etc.

Furnizat de Strategy LLC

Materialele ceramice sunt obținute din masele de argilă prin turnare și ardere ulterioară.În acest caz, are loc adesea o operațiune tehnologică intermediară - uscarea produselor proaspăt turnate, numite „brute”.

Pe baza naturii structurii ciobului, materialele ceramice se disting între poroase (nesinterizate) și dense (sinterizate). Cele poroase absorb mai mult de 5% din apa (din greutate), in medie absorbtia lor de apa este de 8...20% din greutate. Caramida, blocurile, pietrele, faianta, tevile de drenaj etc au o structura poroasa; dens - gresie, tevi de canalizare, produse sanitare.

În funcție de scopul propus, materialele și produsele ceramice sunt împărțite în următoarele tipuri: perete - caramida obisnuita, caramizi si pietre goale si poroase, blocuri mari si panouri din caramida si pietre; Pentru podele - pietre goale, grinzi și panouri din pietre goale; Pentru placare exterioara - caramizi si pietre de parament ceramic, ceramica pentru covoare, gresie pentru fatada; Pentru căptușeală interioară Şiechipamente de constructii - placi si gresie pentru pereti si pardoseli, produse sanitare; acoperișuri -placi; conducte - canalizare si canalizare.

Materii prime

Materiile prime pentru fabricarea materialelor ceramice sunt diverse roci de argilă. Pentru a îmbunătăți proprietățile tehnologice ale argilelor, precum și pentru a conferi produselor anumite proprietăți fizice și mecanice și mai înalte, nisip de cuarț, argilă refractară (argilă refractară zdrobită sau argilă refractară arsă la o temperatură de 1000...14000°C), zgură, rumeguș, la argile se adaugă praf de cărbune.

Materialele argiloase s-au format prin intemperii rocilor magmatice feldspatice. Procesul de alterare a rocilor constă în distrugere mecanică și descompunere chimică. Defecțiunea mecanică apare ca urmare a expunerii la temperatură variabilă și apă. Descompunerea chimică are loc, de exemplu, atunci când feldspatul este expus la apă și dioxid de carbon, ducând la formarea caolinitului mineral.

Argila este numele dat maselor minerale pământoase sau rocilor clastice care sunt capabile să formeze un aluat de plastic cu apă, care, atunci când este uscat, își păstrează forma dată și după ardere capătă duritatea pietrei. Cele mai pure argile constau în principal din caolinit și se numesc caolini. Compoziția argilelor include diverși oxizi (AI2O3, SiO2, Fe2O3, CaO, Na2O, MgO și K2O), apă liberă și legată chimic și impurități organice.

Impuritățile au o mare influență asupra proprietăților argilei. Astfel, cu un conținut crescut de SiO 2 neasociat cu Al 2 Oz, capacitatea de legare a argilelor din mineralele argiloase scade, porozitatea produselor arse crește și rezistența acestora scade. Compușii de fier, fiind fluxuri puternice, reduc rezistența la foc a argilei. Carbonatul de calciu reduce refractaritatea și intervalul de sinterizare, crește contractia la ardere și porozitatea, ceea ce reduce rezistența și rezistența la îngheț. Oxizii Na2O și K2O scad temperatura de sinterizare a argilei.

Argilele se caracterizează prin plasticitate, coeziune și capacitate de legare și atitudine față de uscare Şi la temperaturi ridicate.

Plasticitatea argilei este proprietatea sa de a forma un aluat atunci când este amestecat cu apă, care, sub influența forțelor externe, este capabil să ia o formă dată fără formarea de lacrimi și fisuri și să păstreze această formă în timpul uscării și arderii ulterioare.

Plasticitatea argilei este caracterizată de numărul de plasticitate

P =W T - W r ,

Unde W t si W p - valorile umidității corespunzătoare limitei de curgere și limitei de rulare a frânghiei de lut, %.

În funcție de plasticitate, argilele sunt împărțite în foarte plastic (P>25), plastic mediu (P = 15...25), plastic moderat (P = 7... 15), plasticitate scăzută (P <7) și non-plastic. Pentru producția de produse ceramice, argilele moderat plastice cu un număr de plasticitate P = 7... 15 sunt de obicei folosite argilele cu plasticitate scăzută sunt greu de modelat, în timp ce argilele cu grad ridicat de plastic crapă în timpul uscării și necesită diluare.

În producția de materiale de ardere, împreună cu Cu Argilele folosite sunt diatomite, tripoli, șisturi etc. Astfel, în producția de cărămizi ușoare și produse, se folosesc diatomit și tripoli, iar argile intumescente, perlit și vermiculit sunt folosite pentru a produce agregate poroase.

Multe fabrici de ceramică nu au materii prime adecvate în forma lor naturală pentru fabricarea produselor corespunzătoare. Astfel de materii prime necesită introducerea de aditivi. Astfel, prin adăugarea de aditivi de subțiere până la 6...10% (nisip, zgură, argilă refractară etc.) la argilele plastice, este posibilă reducerea contracției argilei în timpul uscării și arderii. Fracțiunile mai mici de 0,001 mm au o mare influență asupra capacității de legare a argilelor și contracția acestora.

Cu cât conținutul de particule de argilă este mai mare, cu atât plasticitatea este mai mare. Plasticitatea poate fi crescută prin adăugarea de argile foarte plastice, precum și prin introducerea de agenți tensioactivi - piure de drojdie sulfit (SYB), etc. Plasticitatea poate fi redusă prin adăugarea de materiale non-plastice numite agenți de zgură - nisip de cuarț, argilă refractă, zgură, rumeguș, chipsuri de cărbune.

Argilele care conțin o cantitate crescută de fracțiuni de argilă au o coeziune mai mare și, dimpotrivă, argilele cu un conținut scăzut de particule de argilă au o coeziune scăzută. Odată cu creșterea conținutului de fracții de nisip și praf, capacitatea de legare a argilei scade. Această proprietate a argilei este de mare importanță la modelarea produselor. Capacitatea de legare a argilei este caracterizată prin capacitatea de a lega particulele de materiale non-plastice (nisip, argilă refractară etc.) și de a forma un produs suficient de puternic de o formă dată la uscare.

Contracția este reducerea dimensiunilor liniare și a volumului în timpul uscării unei probe (contracție cu aer) și ardere (contracție la foc). Contracția aerului apare atunci când apa se evaporă din materia primă în timpul procesului de uscare. Pentru diverse argile, contracția liniară a aerului variază de la 2...3 la 10...12%, în funcție de conținutul de fracțiuni fine. Contracție la foc apare din cauza faptului că, în timpul procesului de ardere, componentele cu punct de topire scăzut ale argilei se topesc și particulele de argilă din punctele de contact ale acestora se apropie. Contracția la foc, în funcție de compoziția argilelor, poate fi de 2...8%. Contracție completă egală cu suma algebrică a contracției aerului și a focului, variază de la 5...18%. Această proprietate a argilelor este luată în considerare la fabricarea produselor de dimensiunile cerute.

O proprietate caracteristică a argilelor este capacitatea lor de a se transforma într-o masă asemănătoare pietrei la ardere. În perioada inițială de creștere a temperaturii, apa amestecată mecanic începe să se evapore, apoi impuritățile organice se ard, iar când este încălzită la 550...800 ° C, are loc deshidratarea mineralelor argiloase, iar argila își pierde plasticitatea.

Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii, are loc arderea - o componentă cu punct de topire scăzut a argilei începe să se topească, care, răspândindu-se, învelește particulele de argilă netopită și, la răcire, le întărește și le cimentează. Așa are loc procesul de transformare a argilei într-o stare asemănătoare pietrei. Topirea parțială a argilei și acțiunea forțelor de tensiune superficială ale masei topite fac ca particulele acesteia să se apropie unele de altele și are loc o reducere a volumului - contracția la foc.

Combinația de procese de contracție, compactare și întărire a argilei în timpul arderii se numește sinterizare a argilei. Odată cu o creștere suplimentară a temperaturii, masa se înmoaie - are loc topirea argilei.

Culoarea argilei ars este influențată în principal de conținutul de oxizi de fier, care colorează produsele ceramice în roșu atunci când există un exces de oxigen în cuptor, sau maro închis și chiar negru când există lipsă de oxigen. Oxizii de titan provoacă o colorare albăstruie a ciobului. Pentru a obține cărămidă albă, arderea se efectuează într-un mediu reducător (în prezența CO liber și III în gaze) și la anumite temperaturi pentru a transforma oxidul de fier. V azotos.

Procese care au loc în timpul arderii și uscării argilelor

diagrama de productie a produselor ceramice

În ciuda gamei extinse de produse ceramice, a varietății formelor acestora, a proprietăților fizice și mecanice și a tipurilor de materii prime, principalele etape ale producției de produse ceramice sunt generale și constau în următoarele operațiuni: extracția materiilor prime, pregătirea materie primă, turnarea produselor (materii prime), uscarea materiilor prime, arderea produselor, prelucrarea produselor (tunsoare, glazurare etc.) și ambalare.

Materiile prime sunt extrase în minele deschise cu ajutorul excavatoarelor. Transportul materiilor prime de la carieră la fabrică se realizează cu autobasculante, cărucioare sau transportoare la mică distanță de la carieră până la atelierul de turnare. Instalațiile pentru producția de materiale ceramice sunt de obicei construite lângă un depozit de argilă, iar cariera este o parte integrantă a plantei.

Pregătirea materiilor prime constă în distrugerea structurii naturale a argilei, îndepărtarea sau măcinarea incluziunilor mari, amestecarea argilei cu aditivi și umezirea până se obține o masă de argilă modelabilă.

Turnarea masei ceramice, în funcție de proprietățile materiei prime inițiale și de tipul de produs care se fabrică, se realizează prin metode semi-uscate, plastice și alunecare (umede). La metoda semi-uscata În producție, argila este mai întâi zdrobită și uscată, apoi zdrobită și cu un conținut de umiditate de 8...12%, este alimentată pentru turnare. La plastic În timpul turnării, argila este zdrobită, apoi trimisă într-un malaxor de argilă (Fig. 3.2), unde se amestecă cu aditivi slabi până se obține o masă plastică omogenă cu un conținut de umiditate de 20...25%. Turnarea produselor ceramice prin metoda plasticului se realizează în principal pe prese de curea. În metoda semi-uscată, masa de argilă este turnată pe prese hidraulice sau mecanice sub presiune de până la 15 MPa sau mai mult. De metoda alunecării materiile prime se zdrobesc si se amesteca cu o cantitate mare de apa (pana la 60%) pana se obtine o masa omogena - slip. In functie de metoda de turnare, barbota se foloseste atat direct la produsele obtinute prin turnare, cat si dupa uscarea lui in uscatoarele cu pulverizare.

O operație intermediară obligatorie în procesul tehnologic de producere a produselor ceramice prin metoda plastică este uscarea. Dacă materia primă, care are umiditate ridicată, este arsă imediat după turnare, se va crăpa. La uscarea artificială a materiilor prime, gazele de ardere din cuptoare și cuptoare speciale sunt folosite ca lichid de răcire. La fabricarea produselor ceramice fine se folosește aerul cald generat în încălzitoare. Uscarea artificială se realizează în uscătoare cu cameră discontinuă sau uscătoare cu tunel continuu (Fig. 3.4).

Procesul de uscare este un complex de fenomene asociate cu transferul de căldură și masă între material și mediu. Ca rezultat, umiditatea se deplasează din interiorul produsului la suprafață și se evaporă. Concomitent cu îndepărtarea umezelii, particulele de material se apropie și se produce contracția. Reducerea volumului produselor de argilă în timpul uscării are loc până la o anumită limită, în ciuda faptului că apa nu s-a evaporat încă complet în acest moment. Pentru a obține produse ceramice de înaltă calitate, procesele de uscare și ardere trebuie efectuate în condiții stricte.

Când produsul este încălzit în intervalul de temperatură O...15O°C, umezeala higroscopică este îndepărtată din acesta. La o temperatură de 70°C, presiunea vaporilor de apă din interiorul produsului poate atinge o valoare semnificativă, prin urmare, pentru a preveni fisurile, temperatura trebuie crescută lent (5O...8O°C/h) astfel încât rata de formarea porilor în interiorul materialului nu depășește filtrarea vaporilor prin grosimea acestuia.

Tragerea este etapa finală a procesului tehnologic. Materia prima intra in cuptor cu o umiditate de 8...12%, iar in perioada initiala se usuca complet. În intervalul de temperatură 550...800°C are loc deshidratarea mineralelor argiloase și îndepărtarea apei constituționale legate chimic. În acest caz, rețeaua cristalină a mineralului este distrusă, iar argila își pierde plasticitatea, moment în care are loc contracția produselor.

La o temperatură de 200...800°C, se eliberează partea volatilă a impurităților organice de argilă și aditivi ardebili introduse în amestec în timpul turnării produselor și, în plus, impuritățile organice se oxidează în limitele temperatura lor de aprindere. Această perioadă se caracterizează printr-o viteză foarte mare de creștere a temperaturii - 300...350°C/h, iar pentru produsele eficiente - 400...450°C/h, ceea ce contribuie la arderea rapidă a combustibilului presat în brut. material. Apoi produsele sunt menținute la această temperatură într-o atmosferă oxidantă până când reziduurile de carbon sunt complet arse.

Apoi intensitatea răcirii la temperaturi sub 800°C crește la 250...300°C/h sau mai mult. Scăderea temperaturii poate fi limitată doar de condițiile schimbului extern de căldură. În astfel de condiții, arderea cărămizilor poate fi efectuată în 6...8 ore. Cu toate acestea, în cuptoarele tunel convenționale, modurile de ardere de mare viteză nu pot fi implementate din cauza neuniformității mari a câmpului de temperatură pe secțiunea transversală a canalului de ardere. . Produsele din argile cu punct de topire scăzut sunt arse la o temperatură de 900...1100°C. Ca urmare a arderii, produsul capătă o stare asemănătoare pietrei, rezistență ridicată la apă, rezistență, rezistență la îngheț și alte calități de construcție valoroase.

Tema 5. MATERIALE CERAMICE

INFORMAȚII GENERALE

Ceramică- o denumire colectivă pentru un grup larg de materiale din piatră artificială obținute prin turnare din amestecuri de argilă, urmată de uscare și ardere. În greacă veche, keramos însemna lut de ceramică, precum și produse din lut copt.

Ceramica este cel mai vechi material de construcție. Arheologii au descoperit rămășițele unor clădiri și structuri din cărămizi ceramice din Egiptul Antic și Asiria, datând din mileniile III-I î.Hr. Cărămida era cunoscută în India antică și China. În Grecia Antică, ceramica era folosită pentru decorarea acoperișurilor și a fațadelor. Primul templu al Herei la Olimpia (secolul al VII-lea î.Hr.) avea un acoperiș de țiglă și decorațiuni din teracotă.

Simplitatea tehnologiei și baza inepuizabilă de materie primă pentru producția de produse ceramice de o mare varietate de tipuri au predeterminat distribuția lor largă și omniprezentă. Acest lucru a fost facilitat și de rezistența ridicată, durabilitatea și proprietățile decorative ale ceramicii. Și în prezent, ceramica rămâne unul dintre principalele materiale de construcție utilizate în aproape toate elementele structurale ale clădirilor și structurilor.

În funcție de scopul lor, produsele ceramice sunt împărțite în următoarele tipuri:

Perete (caramida si pietre ceramice);

Acoperisuri (tigle);

Produse pentru placarea fațadelor (cărămizi de fațadă, plăci de teracotă, plăci de mozaic etc.);

Produse pentru placarea peretelui interior;

Gresie și elemente de pavaj;

Produse sanitare (lavoare, toalete si tevi);

Ceramica speciala (rezistenta la acizi, la foc, termoizolante);

Umpluturi pentru beton ușor (argilă expandată și agloporită).

Materialul din care sunt realizate produsele ceramice după ardere se numește ciob de ceramică.

În funcție de structura ciobului, produsele ceramice sunt împărțite în două grupe: poroase și dense.

PorosÎn mod convențional, produsele sunt luate în considerare dacă absorbția de apă a ciobului este mai mare de 5% din greutate (în medie 8...20%). Acestea includ toate tipurile de cărămizi și pietre de perete, plăci și plăci de fațadă.

Dens produsele sunt luate în considerare dacă absorbția de apă a ciobului este mai mică de 5% (de obicei 2...4%); Aceste produse sunt practic impermeabile. Acestea includ gresie, gresie, portelan sanitar etc.

MATERIALE PRIME PENTRU PRODUCȚIA CERAMICA

Materia prima pentru producerea materialelor ceramice este formata din materiale plastice (argile) si neplastice (aditivi de risipa si ardere, fluxuri etc.). Argilele oferă o masă coeziune modelabilă, iar după ardere, un ciob durabil și rezistent la apă. Aditivii non-plastici îmbunătățesc proprietățile tehnologice ale materiei prime (facilitează uscarea, reduc contracția și reduc temperatura de ardere) și conferă materialului proprietățile dorite (porozitate ridicată, conductivitate termică redusă etc.).

Argile- principala componentă de materie primă a ceramicii sunt rocile sedimentare. Ele constau în principal din minerale argiloase - aluminosilicați hidrați de diverse compoziții (caolinit A1 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O, montmorillonit A1 2 O 3 4SiO 2 2H 2 O etc.). Dimensiunea particulelor mineralelor argiloase nu depășește 0,005 mm; forma predominantă a particulelor este lamelară. Datorită hidrofilității și suprafeței lor uriașe, particulele de argilă adsorb (absorb și rețin) în mod activ apa. Mineralele argiloase conferă argilei proprietățile sale caracteristice: plasticitate atunci când este umedă, rezistență la uscare și capacitatea de sinterizare la ardere.

Pe lângă mineralele argiloase, argila conține particule mai mari: praf (0,005...0,16 mm) și nisip (0,16...5 mm). Ele constau din cuarț, carbonați de calciu și magneziu și alte minerale. Aceste componente de argilă îi afectează și proprietățile tehnologice și calitatea produselor finite.

Argilele, ca materii prime pentru ceramică, sunt evaluate după un set de proprietăți: plasticitate, capacitate de legare, atitudine la uscare și expunerea la temperaturi ridicate.

Plastic- capacitatea aluatului de argilă de a se deforma sub influența sarcinilor mecanice exterioare fără a întrerupe continuitatea și de a păstra forma rezultată după încetarea influenței. Plasticitatea argilelor se explică prin faptul că atunci când argila este umezită, pe suprafața particulelor de argilă apar straturi subțiri de apă adsorbită. Aceste straturi, pe de o parte, oferă particulelor capacitatea de a aluneca unele față de altele și, pe de altă parte, leagă aceste particule prin forțe de tensiune superficială, ceea ce asigură păstrarea formei produselor după turnare. Prevalența unuia sau celuilalt efect depinde de cantitatea de apă adsorbită de argilă.

Plasticitatea este evaluată prin cantitatea de apă necesară pentru a obține o masă modelabilă din argilă. Argilele foarte plastice au un necesar mare de apă și, ca urmare, o contracție mai mare în timpul uscării:

Viteza de uscare argila umezită este determinată nu de rata de evaporare a umidității de la suprafața produsului turnat, ci de rata de migrare a apei în interiorul masei de argilă de la centru la suprafață. Argila, fiind un material „impermeabil”, inhibă mișcarea umidității prin grosimea sa, ceea ce încetinește uscarea.

Cu cât sunt mai multe particule de minerale argiloase în argilă, cu atât are nevoie de mai multă apă, cu atât se umflă mai mult, dar este mai greu de uscat și se micșorează mai mult. Astfel de argile sunt numite „grăsime”. Argilele care conțin multe particule de nisip se caracterizează prin contracție și umflare ușoară și se usucă destul de ușor, dar plasticitatea lor, adică proprietățile de turnare, este redusă. Astfel de argile sunt numite „slăbănog”.

Astfel, pentru a obține masa de materie primă necesară pentru ceramică, trebuie îndeplinite două condiții contradictorii: amestecul trebuie să fie bine modelat și ușor de uscat.

Amestecuri cu un raport optim de particule de argilă și nisip sunt obținute prin adăugarea de aditivi slabi la argila grasă. Pe lângă nisip, în aceste scopuri sunt folosite cenușa centralei termice, zgura și alte materiale.

Sinterabilitate - Capacitatea argilei, atunci când este ars, de a se transforma într-o stare asemănătoare pietrei, în care nu se înmoaie deloc în apă, se explică prin următoarele. Când este încălzită la 900...1200 °C, procesele chimice și fizico-chimice încep să aibă loc în argilă, ducând la o schimbare completă și ireversibilă a structurii sale:

Îndepărtarea apei legate chimic (500...600 °C);

Descompunerea argilei deshidratate în oxizi A1 2 O 3 și SiO 2 (800...900 °C);

Formarea de noi minerale rezistente la apă și refractare (silimanit A1 2 O 3 SiO 2 și mulit ZA1 2 O 3 2SiO 2 (1000...1200 °C);

Formarea unei anumite cantități de topitură din materiale argiloase cu punct de topire scăzut (900... 1200 °C).

Formarea unui ciob durabil are loc datorită efectului de lipire a particulelor de argilă solidă cu topitura rezultată. În acest caz, din cauza forțelor de tensiune superficială ale acestei topituri, are loc o scădere a volumului materialului, numită contracție la foc.În funcție de tipul de argilă, contracția la foc este de 2...6%.

Contracție completă - suma contracției de aer și foc; este de obicei în intervalul 6...18%. La turnarea semifabricatelor brute trebuie luată în considerare contracția completă pentru a obține produse cu dimensiuni date.

Rezistenta la foc- proprietatea materialelor, inclusiv a argilelor, de a rezista la temperaturi ridicate fara deformare.

Diferitele argile necesită anumite temperaturi de ardere și, în consecință, produsele fabricate din acestea au rezistență diferită la foc. Pe baza acestui criteriu, argilele sunt împărțite în fuzibile, refractare și refractare.

Cu topire scăzută argilele care conțin o cantitate mare de impurități se topesc la temperaturi sub 1350 °C. Cărămizile, pietrele de perete și plăcile sunt realizate din astfel de argile, numite argile de cărămidă.

Refractar argilele care conțin o cantitate mică de impurități se topesc la o temperatură de 1350... 1580 °C. Acestea sunt utilizate pentru fabricarea produselor ceramice de fațare, cărămizi de fațare și țevi de canalizare.

Ignifugă argilele care nu conțin aproape nicio impuritate se topesc la temperaturi peste 1580 °C. Sunt utilizate pentru producerea de materiale refractare.

Materiale slabe introdus în compoziția masei ceramice pentru a reduce plasticitatea și a reduce contractia de aer și foc a argilelor. Ele îmbunătățesc proprietățile de uscare ale argilelor. Nisipul, argila refractară, argila deshidratată, cenușa centralei termice și zgura granulată sunt utilizate ca aditivi de subțiere.

Șamotă- material granular (0,14...2 mm) obtinut prin macinarea argilei prearcte la temperatura de sinterizare. Poate fi înlocuit cu produse ceramice zdrobite. Argila refractară realizată din argile refractare este folosită pentru fabricarea materialelor refractare.

Argila deshidratata obtinuta prin incalzire la 650...750 "C. Cand apa de cristalizare (legata chimic) este indepartata, argila isi pierde ireversibil proprietatea de plasticitate.

Zgură granulată de furnal și cenușă de termocentrală- diluanți de argilă utilizați la producția de cărămizi și alte ceramice brute. Aceasta este o modalitate eficientă de eliminare a deșeurilor industriale.

Aditivi pentru vapori se introduce în amestec pentru a reduce densitatea și, în consecință, conductivitatea termică a produselor ceramice. În acest scop se folosesc substanțe care, la ardere:

Se disociază cu eliberarea de gaz, de exemplu, CO 2 (cretă măcinată, dolomit etc.);

Arde (rumeguș, praf de cărbune etc.).

Astfel de suplimente îngrașă în același timp.

Aditivi plastifianti- argile foarte plastice, precum și agenți tensioactivi - plastifianți SDB, LST etc.

Plavni adăugat argilelor în cazurile în care este de dorit să se scadă temperatura de sinterizare a acesteia. În această calitate se folosesc feldspați, minereu de fier, talc etc.

Glazuri și angobe- straturi de finisare pe produse ceramice de finisare.

Glazuri- acoperiri faciale asemanatoare sticlei de diverse culori, transparente sau solide. Se obțin prin aplicarea de pulbere dintr-o încărcătură de sticlă pe suprafața produselor finite și fixarea lor prin ardere până la topire.

Angobes - acoperiri faciale din argile colorate aplicate pe suprafata produselor brute. Spre deosebire de glazură, angoba nu produce topitură la ardere, ci formează un strat ceramic mat.

Una dintre principalele probleme la glazurare și înglobare este asigurarea unei similarități maxime a proprietăților (în principal CTE) ale produsului și stratului de finisare pentru a evita crăparea și decojirea stratului de finisare. Un tip tipic de căsătorie de acest fel este CEC- o retea frecventa de fisuri subtiri pe suprafata glazurii.

Federația Rusă

Ministerul Educației și Științei din Regiunea Chelyabinsk

Școala profesională nr 130

Disciplina: „Știința materialelor”

Tema: Materiale ceramice

Completat de: student gr. 28 Beloborodov A.

Verificat de: Profesor Dolin A.M.

Yuzhno-Uralsk 2008

Introducere

1. Informații generale despre materialele ceramice

2. Materii prime pentru producerea materialelor și produselor ceramice

2.1 Materiale argiloase

2.2 Materiale înclinate

Concluzie

Referințe

Introducere

În lumea modernă, materialele și produsele ceramice sunt utilizate pe scară largă în construcții. Acest lucru se datorează rezistenței mari, durabilității semnificative, proprietăților decorative ale multor tipuri de ceramică, precum și prevalenței materiilor prime în natură.

Scopul acestei lucrări este revizuirea și studierea materialelor ceramice. În conformitate cu scopul, sarcinile lucrării pot fi identificate: să studieze informații generale despre materialele ceramice: conceptul, tipurile, proprietățile materialelor și produselor ceramice; materii prime pentru producerea materialelor și produselor ceramice: materiale argiloase, deșeuri.

Produsele ceramice au proprietăți diferite, care sunt determinate de compoziția materiei prime originale, metodele de prelucrare a acesteia, precum și condițiile de ardere - mediul gazului, temperatură și durată. Materialul (adică corpul) din care sunt compuse produsele ceramice se numește ciob ceramic în tehnologia ceramică.

1. Informații generale despre materialele ceramice

Materialele ceramice și produsele realizate prin turnare și ardere a argilei se numesc ceramică. „Keramos” - în greacă veche, însemna lut de ceramică, precum și produse realizate din lut copt. În antichitate, vesela se făceau din lut prin ardere, iar mai târziu (acum aproximativ 5.000 de ani) au început să se facă cărămizi și apoi plăci.

Rezistența mare, durabilitatea semnificativă, proprietățile decorative ale multor tipuri de ceramică, precum și abundența materiilor prime din natură au condus la utilizarea pe scară largă a materialelor și produselor ceramice în construcții. Durabilitatea materialelor ceramice poate fi văzută în exemplul Kremlinului din Moscova, ai cărui pereți au fost construiti cu aproape 500 de ani în urmă.

Printre materiile prime sub formă de pulbere se numără argila, care este utilizată în principal în producția de ceramică pentru construcții. Conține în cea mai mare parte impurități care îi afectează culoarea și proprietățile termice. Cea mai mică cantitate de impurități conține argilă cu un conținut ridicat de caolinit mineral și de aceea numit caolin, care are o culoare aproape albă. Pe lângă argilele caolinite de diferite culori și nuanțe, se folosesc argile montmorillonite și hidromica.

Pe lângă argilă, materialele pulverulente folosite, care sunt principalele componente ale produselor ceramice, includ și alte substanțe minerale de origine naturală - cuarțiți, magneți, minereuri de crom și fier.

Pentru ceramica tehnică (denumită mai des specială), se folosesc pulberi sub formă de oxizi puri, obținute artificial prin purificare specială, de exemplu, oxizi de aluminiu, magneziu, calciu, dioxid de zirconiu, toriu etc. Acestea fac posibilă pentru a obține produse cu temperaturi de topire ridicate (până la 2500-3000 V ° C și mai sus), ceea ce este important în tehnologia cu jet și radioceramica. Materialele cu rezistență mai mare la foc sunt realizate pe bază de carburi, nitruri, boruri, siliciuri, sulfuri și alți compuși metalici fără materii prime argiloase. Unele dintre ele au temperaturi de topire de până la 3500 - 4000°C, mai ales din grupul carburilor.

Cermetele, constând de obicei din piese metalice și ceramice cu proprietăți adecvate, prezintă un mare interes practic. Refractarele cu compoziție variabilă au câștigat recunoaștere. În aceste materiale, o suprafață este reprezentată de un metal refractar pur, cum ar fi wolfram, iar cealaltă de un material ceramic refractar, cum ar fi oxidul de beriliu. Între suprafețele din secțiune transversală, compoziția se modifică treptat, ceea ce crește rezistența materialului la șocul termic.

Pentru construcția ceramicii, așa cum sa menționat mai sus, argila, care este o materie primă comună, ieftină și bine studiată, este destul de potrivită. În combinație cu unele materiale suplimentare, este folosit pentru a produce o varietate de produse într-o gamă largă în industria ceramicii. Ele sunt clasificate în funcție de o serie de caracteristici. În funcție de scopul lor structural, produsele sunt împărțite în pereți, fațade, podele, finisaje, pardoseli, produse pentru acoperișuri, produse sanitare, materiale și produse rutiere, pentru comunicații subterane, produse rezistente la foc, materiale și produse termoizolante și rezistente chimic. ceramică.

Pe baza structurii lor, toate produsele sunt împărțite în două grupe: poroase și dense. Produsele ceramice poroase absorb mai mult de 5% din greutatea apei (cărămizi obișnuite, plăci, țevi de drenaj). În medie, absorbția de apă a produselor poroase este de 8 - 20% în greutate sau 15 - 35% în volum. Produsele cu o absorbție de apă mai mică de 5% în greutate sunt considerate dense și sunt practic impermeabile, de exemplu, gresie, țevi de canalizare, cărămizi și plăci rezistente la acid, cărămizi pentru drumuri, porțelan sanitar. Cel mai adesea este de 2 - 4% în greutate sau 4 - 8% în volum. Nu există produse ceramice absolut dense, deoarece apa de amestecare evaporată introdusă în aluatul de argilă lasă întotdeauna o anumită cantitate de micro- și macropori.

În funcție de scopul lor în construcție, se disting următoarele grupuri de materiale și produse ceramice:

materiale de perete (cărămidă obișnuită de lut, pietre ceramice goale și ușoare, goale);

materiale de acoperiș și materiale pentru pardoseli (plăci, produse ceramice goale);

materiale de fațare pentru placari exterioare și interioare (cărămizi și pietre de parament, plăci de fațadă ceramică, plăci de dimensiuni mici);

materiale pentru pardoseli (placi);

materiale pentru destinații speciale (rutiere, construcții sanitare, rezistente chimic, materiale pentru comunicații subterane, în special conducte, termoizolante, rezistente la foc etc.);

umpluturi pentru beton ușor (argilă expandată, agloporit).

Materialele de perete au atins cea mai mare dezvoltare, iar odata cu cresterea generala a volumului productiei, se acorda o atentie deosebita cresterii productiei de produse eficiente (caramizi si pietre goale, blocuri si panouri ceramice etc.). De asemenea, este planificată extinderea producției de ceramică de fațadă, în special pentru decorarea industrială a clădirilor, plăci smălțuite pentru placari interioare, gresie, țevi de canalizare și drenaj, produse sanitare pentru construcții și agregate poroase artificiale pentru beton.

Pe baza temperaturii de topire, produsele ceramice și argilele inițiale sunt împărțite în cu punct de topire scăzut (cu punctul de topire sub 1350V°C), refractare (cu punctul de topire 1350-1580V°C) și refractare (peste 1580V°C). Mai sus au fost menționate exemple de produse și materii prime cu rezistență ridicată la foc (cu un punct de topire în intervalul 2000-4000X) utilizate în scopuri tehnice (speciale).

O caracteristică distinctivă a tuturor produselor și materialelor ceramice este rezistența relativ ridicată, dar deformabilitatea scăzută. Fragilitatea se referă cel mai adesea la proprietățile negative ale ceramicii de construcție. Are rezistență chimică și durabilitate ridicate, iar forma și dimensiunile produselor ceramice respectă de obicei standardele sau specificațiile stabilite.

Piața rusă oferă în prezent materiale termoizolante ceramice lichide care își găsesc consumatorii datorită gamei lor largi de aplicații și ușurinței de utilizare cu costuri reduse ale forței de muncă. Întrucât materialele propuse sunt produse în principal în străinătate, acestea au un cost ridicat, ceea ce limitează posibilitatea utilizării lor în masă în construcții, energie, locuințe și servicii comunale etc. În timp ce analogii domestici lasă adesea mult de dorit, iar „calitatea” lor provoacă negativitate și părtinire în rândul utilizatorului final față de materialele termoizolante ceramice lichide.

2. Materii prime pentru producerea materialelor și produselor ceramice

Materiile prime utilizate pentru fabricarea produselor ceramice pot fi împărțite în argilă plastică (caolin și argilă) și slabă (argilă de foc, cuarț, zgură, aditivi ardebili). Pentru a scădea temperatura de sinterizare, se adaugă uneori flux la argilă. Caolinul și argilele sunt combinate sub un nume comun - materiale de argilă.

placare acoperis constructii ceramice

2.1 Materiale argiloase

Caolini. Caolinii se formează în natură din feldspați și alți aluminosilicați care nu sunt contaminați cu oxizi de fier. Ele constau în principal din caolinit mineral. După ardere, culoarea lor inerentă albă sau aproape albă este păstrată.

Argile. Argilele sunt roci sedimentare care sunt mase minerale cu pământ fin care, indiferent de compoziția lor mineralogică și chimică, sunt capabile să formeze un aluat de plastic cu apă, care, după ardere, se transformă într-un corp de piatră rezistent la apă și durabil.

Argilele constau dintr-un amestec apropiat de diverse minerale, dintre care cele mai comune sunt caolinitul, montmorillonitul și hidromica. Reprezentanții mineralelor caolinitului sunt caolinitul și haloizitul. Grupul montmorillonitului include montmorillonitul, beidelita și soiurile lor feruginoase. Hydromicas sunt în principal un produs de diferite grade de hidratare a mica.

Alături de aceste minerale, argilele conțin cuarț, feldspat, pirite de sulf, hidrați de oxizi de fier și aluminiu, carbonați de calciu și magneziu, compuși de titan și vanadiu. Astfel de impurități afectează atât tehnologia produselor ceramice, cât și proprietățile acestora. De exemplu, carbonatul de calciu fin distribuit și oxizii de fier reduc rezistența la foc a argilelor. Dacă argila conține boabe mari și boabe de carbonat de calciu, atunci în timpul arderii formează incluziuni mai mult sau mai puțin mari de var, care se hidratează în aer cu creșterea volumului (dutici), ceea ce determină formarea de fisuri sau distrugerea produselor. Compușii de vanadiu provoacă apariția depunerilor verzui (decolorări) pe cărămizi, ceea ce strică aspectul fațadelor.