Керамичен материал: свойства, производствена технология, приложение

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Първата керамика се появява много преди хората да се научат да топят метал. Доказателство за това са древни гърнета и кани, които археолозите намират и до днес. Струва си да се отбележи, че керамичният материал има уникални свойства, които го правят просто незаменим в някои области. Нека да разгледаме с вас характеристиките на керамиката, да поговорим за нейното производство и характеристики.

Обща информация

Получавайте керамични продукти чрез синтероване на глина и смеси с органични добавки. Понякога се използват оксиди на неорганични съединения. Първите такива продукти се появяват преди 5000 години. През това време производствената технология се е подобрила значително и днес са ни достъпни високоякостни керамични продукти. Използват се в строителството за фасадни облицовки, подове, стени и др.

Има керамика с плътна и пореста част. Ключовата разлика между двете е, че плътният фрагмент е водоустойчив. Това са порцеланови изделия, подови плочки и др. Порестпарченца - плочки, керамичен камък, дренажни тръби и др.

История на възникване

Думата "керамика" на гръцки означава "глина". Естествено, за направата на всеки продукт се използва някаква смес. Към него бяха добавени необходимите материали в зависимост от това какво трябваше да се получи в крайна сметка. Първоначално ръчно, а малко по-късно и със специална машина, на глинен продукт се придава специална форма. Впоследствие керамичните продукти се изпичат в пещи при високи температури.

Много страни използваха собствени производствени технологии. Това се отнася за керамика, боядисване и остъкляване. Египет се счита за първата държава, която е постигнала значително развитие на тази индустрия. Именно там е наложено производството на керамика на първо място. Изделията се изработват от груба и лошо смесена глина, но по-късно технологията се подобрява. Днес са открити жълти глинени тухли, за които се твърди, че са били използвани при изграждането на пирамидите на Мемфис.

Появата на порцелан

Нефритът се използва в Китай от дълго време. Беше красиво, но доста крехко и трудно за боравене. След дълги години търсене беше намерено решение. Порцеланът е по-лесен за производство. Въпреки това, дори и тук имаше нюанси. Например слюдата и цваока, които са открити в "порцелановите камъни", са били смлени на фин прах и се съхраняват повече от 10 години. Това беше направено, за да се направи материалът възможно най-гъвкав. ПървоПорцелановите изделия в Китай бяха високи и продълговати съдове. Имаха полирана повърхност и син или тъмнозелен цвят. Последните бяха оценени най-много.

Днес се смята, че Китай е държавата, където порцеланът е бил най-широко разпространен. Това е вярно, въпреки че беше популярно в Европа, но се появи там по-късно и производството му се развива по-дълго.

Основни видове керамика

В момента глинените продукти имат широка класификация. И така, керамичните изделия могат да бъдат разделени на две основни групи:

• неглазирана керамика (теракота и керамика);
• глазирани (майолика, фаянс, порцелан, шамот).

Теракота - от италиански "печена пръст". Продуктите са изработени от цветна глина и имат пореста структура. Теракота се използва за направата на вази, съдове, както и играчки и плочки.

Грънчарската керамика е по-трудна за обработка. За да се направи водоустойчив, е необходимо полиране. Освен това продуктът се подлага на оцветяване. За целта се оставя в гореща фурна на дим, докато изстине напълно. Днес много видове керамика, по-специално грънчарство, са изключително популярни. Използва се в ежедневието за съхранение на мляко, насипни материали или като декор.

Що се отнася до втория вид - тук най-популярни са глазирана керамика, порцелан и фаянс. Първият е по-скъп и трудоемък в производството, вторият е практичен и евтин. Те се различават един от друг по това, че порцелановите продукти съдържатпо-малко глина и повече специални добавки. Освен това порцеланът е полупрозрачен на светлина, за разлика от фаянса.

За огнеупорните материали

Продуктите, направени от глинени смеси, са огнеупорни. В зависимост от предназначението, те могат да издържат на температури от 1300 до 2000 градуса по Целзий, а дори и по-високи. Използва се специална пещ за изпичане на керамика. Огнеупорните материали са най-широко използвани в металургичния процес. Там те се използват за проектиране на доменни пещи и агрегати.

Напълно логично е да се каже, че с повишаване на температурата здравината на огнеупора не се губи, а, напротив, се увеличава. Това се постига благодарение на наличието на огнеупорни оксиди, силикати и бориди в състава. Използват се почти навсякъде, където протичат високотемпературни процеси. Много често се срещат формовани, тоест под формата на специфичен продукт, например тухла. Рядко се налага да се използват неоформени огнеупорни материали под формата на прах.

Керамика в строителството

Предимството на керамичните материали е, че техните наличности са практически неограничени. Наред с лекотата на производство и високата издръжливост на такъв продукт, днес той е незаменим в строителната индустрия. Ако вземем стенни материали, тогава глинената тухла заема водеща позиция тук.

Същото важи и за керамичните плочки, които, въпреки появата на полимери, не губят позиции. Все още се използва за оборудване на помещения с висока влажност и температура. Сред облицовъчните материалиекспандираната глина заема първо място.

През последните няколко години производството на кухи керамични блокове и тухли се е увеличило с 4%. Производството им изисква минимални промени в тухлени заводи и фабрики, а разходите се изплащат още през първата година от продажбата. В чужбина кухата керамика отдавна заема водеща позиция и се продава много по-добре от обикновените тухли.

Специални керамични материали

Такива продукти включват санитарни и канализационни тръби. Първите са разделени на три големи групи:

• от твърд фаянс (порьозен парче);
• санитарен порцелан (синтерован фрагмент);
• полупорцелан (полуизпечен парче).

Основните изисквания за санитарен фаянс са устойчивост на механични повреди, устойчивост на топлина. Рецептата трябва да се спазва в строг ред, същото важи и за технологията. Използват се само професионална пещ за керамика и висококачествени суровини. Санитарните продукти включват мивки, тоалетни чинии, вани, радиатори и др. Сигурен начин да проверите качеството на даден продукт е леко почукване по корпуса. Звукът трябва да е ясен и без дрънкане. Това показва изпичане при правилната температура и без пукнатини.

Що се отнася до канализационните тръби, те трябва да имат плътен синтерован фрагмент. Керамичните тръби се произвеждат с диаметър 150-600 мм. Обикновено остъклен както отвътре, така и отвън. Такива продукти се характеризиратвисока устойчивост на агресивна среда и блуждаещ електрически ток. Те са на умерена цена, което ги прави по-достъпни.

Физични и химични свойства на керамиката

Както бе отбелязано по-горе, всички продукти могат да бъдат разделени на две широки групи: плътни и порести. Плътните имат коефициент на водопоглъщане под 5%, порестите - 5% или повече. Последната група включва следните продукти: глинени тухли (порьозни и кухи), кухи стенни камъни, облицовъчни керемиди, керемиди. Плътни керамични изделия - пътни тухли и подови плочки. В санитарната индустрия се среща както пореста, така и плътна керамика.

Говорейки за физични и химични свойства, е невъзможно да не отбележим основния недостатък на керамиката. Състои се в повишена крехкост в сравнение с други материали. Независимо от това, високата наличност и гъвкавостта правят този материал един от най-популярните в много индустрии и дори в ежедневието. Съвременните технологии позволяват получаването на гладка повърхност веднага след изпичане. Ако искате да постигнете определен цвят, добавете оксиди на желязо или кобалт.

Характеристики на микроструктурата

При нагряване керамиката постепенно става течна. Отличава се с голям брой прости и сложни съединения. При охлаждане настъпва кристализация. Проявява се в утаяване на чисти кристали, които увеличават размера си. Когато масата се втвърди, тя се образува в структуратамикроконгломерат. В него мулитните зърна се циментират от втвърдена маса. Струва си да обърнете внимание, че кислородните атоми образуват един вид матрица. Съдържа малки метални атоми, които се заменят в празнините между тях. Следователно в микроструктурата преобладават йонните връзки и малко по-малко ковалентните връзки. Химическата стабилност и стабилност се постигат чрез наличието на силни и издръжливи химически съединения.

Както е отбелязано по-горе, използването на керамични материали е ограничено. Това се дължи на факта, че кристалите са несъвършени. Кристалните решетки имат много дефекти: пори с атомни размери, деформации и др. Всичко това значително влошава здравината. Тук обаче има някои нюанси. Например, ако технологията се спазва по време на производството на определен вид керамика, е напълно възможно да се постигнат добри резултати в здравината. За да направите това, е изключително важно да спазвате температурния режим и продължителността на изпичане на продукта.

Характеристики и свойства на глината

Глината е седиментна скала, която, независимо от състава и структурата, когато се смеси с вода, образува пластичен материал. След изпичане - тяло, подобно на камък. Обикновено сместа е гъста, най-вече се състои от алумосиликати. Доста често в глините се срещат и скали като кварц, фелдшпат, серен пирит, както и хидроксиди и карбонати на калциеви, магнезиеви и титанови съединения.

Каолините са най-чистите глини, познати днес. Почти изцяло съставен от каолинит. След изпичане вземетеБял цвят. Необходимата пластичност за обработка се постига поради наличието на фини зърна глинеста материя (0,005 mm) в структурата. Естествено, колкото повече такова вещество е в състава, толкова по-висока е пластичността и обратно.

Основните керамични свойства на глините включват:

• пластичност - деформация без нарушаване на целостта;
• свързаност;
• въздушно и огнено свиване;
• огнеустойчивост.

Днес се използват различни разреждащи и обогатяващи добавки, които позволяват промяна на свойствата на материала в една или друга посока. Това води до факта, че керамичните продукти стават още по-търсени и достъпни.

Технологична схема на производство

Характеристиките на керамичните материали показват възможността за използване на глини в различни индустрии. Това доведе до факта, че имаше голямо търсене и следователно предлагането се увеличи. Производствените предприятия в повечето случаи работят по същия модел:

• добив на суровини;
• подготовка;
• оформяне и сушене;
• печене и освобождаване на продукта.

За да се сведат до минимум разходите, фабриките обикновено се изграждат в непосредствена близост до находището на глина. Добивът се извършва по открит начин, тоест с багер. Следващата стъпка е приготвянето на масата. Суровините се обогатяват, натрошават и се смесват до хомогенна маса. Формирането на бъдещия керамичен продукт се извършва по мокри и сухи методи. В първия случай масата се навлажнява до 25%, а във втория - не повече от 12%.

В миналото често се използваше естествено сушене. Резултатът обаче зависи до голяма степен от времето. Следователно, при дъжд или студ, растението стои неподвижно. Поради това се използват специални сушилни (газ). Най-критичната стъпка е стрелбата. Изключително важно е да се спазва технологията, която е доста сложна. Много зависи и от охлаждането на керамиката. Не се допуска рязък спад на температурата, който може да доведе до изкривяване на равнината. Само тогава можете да продавате керамични материали. Технологията на производство, както можете да видите, не е проста, тя се състои от няколко етапа. Всеки от тях трябва да се спазва. Ако това не се случи, тогава на рафтовете на магазина можем да срещнем брак.

Малко за недостатъците на керамиката

Както вече споменахме, съставът на керамичните материали не е идеален. По-специално, това се отразява на здравината на глинения продукт. Всяка механична повреда може да се прояви като чип, пукнатина и т.н. Това е основният недостатък. Но има и други фактори, които пречат на широкото разпространение на материала, който разглеждаме. Един от тях е високата цена. Например, керамичните плочки за покрива на селска къща са отлично решение от естетическа гледна точка, но такова удоволствие ще бъде много скъпо.

В същото време външният му вид ще продължи не повече от 5 години при правилна грижа. В бъдеще настъпва избледняване, появата на мъх на повърхността и др. Наред с това крехкостта и крехкостта водят до факта, че всякомеханичните повреди могат да доведат до изтичане на покрива и малко хора ще го харесат. Разбира се, съвременният керамичен материал изглежда много впечатляващ, което се постига благодарение на широката текстура на цветовете и високото качество на изработка. Но все пак е скъпо, което често кара човек да се замисли за уместността на подобен избор.

Обобщаване

Разгледахме основните свойства на керамичните материали. Въз основа на всичко по-горе можем да заключим, че подобни продукти имат известна уникалност. Той се крие във факта, че при липса на механични повреди те ще продължат много, много дълго време. В допълнение, керамичният материал за леене на течен метал във фабриките също е незаменим, тъй като издържа на високи температури.

Що се отнася до ежедневието, тогава керамиката е много удобна. Специални съдове за готвене във фурната, въпреки че са променили външния си вид през годините, все още се правят от този материал. Порцеланът, въпреки високата си цена, има елегантен външен вид и е просто приятен за окото. Това важи и за фаянса, който, ако е правилно изпълнен, е трудно да се различи от порцелан.

Във всеки случай трябва да се използва керамичен материал. Това се дължи преди всичко на големите запаси от естествена глина. Има го наистина много и всяка година се разработват все повече нови кариери за добив на този природен ресурс. Вторият важен фактор е екологичността. Преди това хората нямаха възможностизползвайте всякакви вредни добавки за подобряване на якостните характеристики на продукта. Днес ситуацията се промени, макар и не твърде критично. Керамичните плочки, за разлика от синтетичните материали, не са вредни за здравето. Това важи и за керамичните съдове, които в сравнение с пластмасовите, особено ако последната се нагрява, изобщо не вредят.