Взаимосвязь структуры и прочности ККМ

• Химический состав керамики многообразен: наряду с традици-онной керамикой, основу которой составляют оксиды кремния и алюминия, широко используется керамика из чистых оксидов, а также бескислородная керамика. Общие химические составы керамических материалов различаются прежде всего содержа-нием основных оксидов – кремния и алюминия. При близких друг к другу составах определяющую роль в различии свойств материалов играет микроструктура керамики, складывающаяся в процессе многостадийной технологии.

• Используемая керамическая технология – последовательность технологических операций - во многом определяет конечное ка-чество керамических материалов. Технологический процесс по-лучения керамического материала начинается с обработки сырья, состав которого определяет конечный состав изделия. Для того, чтобы успешно прошел процесс спекания, необходима тщательная подготовка сырьевых материалов: измельчение твердых частиц до малых (обычно менее 0, 1 мм) размеров, пе-ремешивание для создания однородной массы. При формова-нии, т.е. для придания изделию определенной формы, подгото-вительной массе необходима достаточно низкая вязкость, для чего в ее состав вводят связку. Если изделие формируют из гли-ны, то введение дополнительной связки обычно не требуется, ее роль играет вода.

• Различают следующие методы формирования керамики:

• - прессование (влажность масс, содержащих глинистые компо-ненты 4 - 8%),

• - пластическое формование (влажность 18 - 25%).

• Каждому методу соответствуют свои способы подготовки ис-ходных смесей: получение гранул, пресс-порошков, пластичной массы или шликера.

• Задача этапа подготовки формовочной массы – приготовление однородной массы определенного химического и зернистого составов с нужным количеством связующего материала. При формировании частицы порошка входят в контакт друг с другом и образуют достаточно прочные связи.

• Получение прочного полуфабриката необходимо для оправки (зачистки швов, образующихся при извлечении изделия из фор-мы и т.п.) и перемещения на другие технологические операции.

• Способы формования пластичной массы весьма разнообразны: выдавливание, раскатка, штампование, набивка и т.д. Усилия, применяемые для формования изделий такими способами, относительно небольшие.

• Формование способом выдавливания происходит на вакуу-ных и безвакуумных ленточных прессах. Таким способом формуют сложные изделия с множеством продольных отверстий и тонкими стенками (кирпичи, трубы, черепицу, сотовые конструкции керамических мембран для очистки жидкостей и другие изделия в основном вытянутой формы).

• Основные проблемы пластического формования – получение однородного полуфабриката. Этому препятствует:

• - преимущественно пластическая форма глинистых частиц;

• - наличие значительного трения между слоями массы и поверхности мундштука.

• Это приводит к тому, что при выходе массы из мундштука полу-чаемый полуфабрикат имеет слоистость, параллельную относительно оси прессования, вследствие чего возникают внутренние напряжения при его сушке и как результат - трещины.

• При раскатке – способе формования изделий, имеющих форму тел вращения, на гончарном круге или стенках полуавтомата (с помощью ролика или шаблона) получается равномерная текстура, обеспечивающая бездефектную сушку изделия.

• Формование способом штамповки из масс влажностью 12 - 8% занимает промежуточное место между пластическим формованием и полусухим прессованием.

• Шликерное литье (влажность 30 - 35%) в отличие от методов пластического формования, дает возможность тиражировать изделия переменного сечения с глубоким рельефом, причудливой формы, тонкими стенками. Достоинство способа заключается в его простоте и дешевизне, возможности использования мал-пластичных масс. Недостатки метода: потребность в больших площадях для сушки отливок, низкая производительность из-за длительного формования и сушки, большая воздушная усадка и др.

• После формования изделие высушивают, чтобы удалить избы-ток воды. Эта стадия сопровождается усадкой – уменьшением размеров полуфабриката. Причиной усадки в материалах на основе глин является сближение частиц глины при удалении рас-положенных вокруг них прослоек воды. Усадку при сушке называют воздушной.

• Обжиг – наиболее дорогая и часто самая длительная стадия в производстве керамики. Обжиг керамики сопровождается жидкофазным (с участием жидкой фазы, образующейся при плавлении компонентов шихты), твердофазным или другим видом спекания.

• Во время спекания образуются прочные контакты между части-цами, смягчаются центры частиц (происходит дополнительная усадка), уменьшается пористость.

• Обжиг не всегда является окончательной стадией изготовления керамики, часто, особенно для керамики технического назначения, требуется ее шлифовка и полировка.

• Керамика имеет поликристаллическую микроструктуру, которая образуется в результате обжига.

• Рецептура керамики выбирается таким образом, чтобы обеспечивать необходимый изделию комплекс требуемых свойств, в которые включается не только водопоглощение, характеризующее полноту спекания, но и прочность, термостойкость, обрабатываемость, фактура и эстетические свойства материала.

• Таким образом, полукристаллическая многофазная структура керамики, определяющая ее свойства, является результатом многостадийной технологии керамики.

• Грубая и токая керамика

• Итак, под керамикой понимают твердый минерал, полученный путем обжига при высокой температуре (как правило, выше 1000 º C) глин и других тугоплавких соединений, В процессе это-го стальные отдельные частицы, объединенные при формировании в изделие, спекаются друг с другом, образуя прочные связи и определенную микроструктуру.

• Микроструктура керамики может быть представлена тремя основными фазами:

• - кристаллической в виде зерен с видимыми межзерными границами;

• - аморфной в виде стеклофазы, располагающейся по границам кристаллических зерен;

• - газовой в виде пор как внутри кристаллических зерен, так на их границах или в стеклофазе.

• По микроструктуре черепка керамические материалы подразделяются на грубую и тонкую керамику, при этом они могут быть с пористым и спекшимся черепком.

• Изделия с пористым черепком - изделия с водопоглощением черепка (5 - 10%) по массе. Они не прозрачны, под давлением пропускают воду. Изделия со спекшимся черепком имеют водо-поглощение 3 - 10%, не пропускают воду, в изломе имеют блестящую поверхность.

• Изделия грубой керамики в изломе имеют черепок зернистого строения (микронеоднородный). К грубой пористой керамике относится большая часть строительных силикатных керамических материалов: строительный кирпич, в том числе силикатный, черепица, терракота, плитка керамическая, стеновая, майолика, некоторые огнеупорные, абразивные и другие материалы. К грубой плотной керамике относится спеченый кирпич и цементный камень, кислотостойкий кирпич, плитки для пола и др. Изделия тонкой керамики по степени спекаемости материала и его физико-техническим свойствам подразделяются на две группы: - пористые изделия, имеющие в изломе мелкозернистое строение и землистый вид, пропускающие жидкость и газы, водопоглощение их более 5%. Они при ударе издают глухой, быстро затухающий звук, непрозрачны в тонком слое, белые или равномерно окрашенные.

• -плотные изделия, имеющие водопоглощение менее 5%.

• К тонкой пористой керамике относятся фаянс, полуфарфор, белая и цветная майолика. К тонкой плотной керамике – фарфор, многие огнеупорные материалы, в том числе состоящие из чистых тугоплавких окислов металлов, нитридов, карбидов, силицидов и других бескислородных соединений, керамическое ядерное горючее, радиокерамика и т.п., а также материалы электротехнического назначения.

• В связи с созданием и развитием в последнее время новых видов изделий, не содержащих глинистых материалов или содержащих их в минимальных количествах: высокоглиноземистых, хромагнезитовых, титановых, циркониевых и других, керамические изделия классифицируют главным образом по производственно-отраслевому признаку и назначению. Такие изделия связывает с типично керамическими изделиями общность технологических приемов производства – помол, формование, сушка, обжиг. В настоящее время в зарубежной литературе под керамикой понимают совокупность материалов, объединяющих керамику, стекло и цемент.