книги / Технология строительной керамики

водяного пара ускоряется в 3,5 раза, водорода — в 2 раза, азота — в 1,6 раза по сравнению со скоростью процесса муллитизации в воздуш­ ной среде. Восстановительная среда и присутствие оксида железа

(II), образовавшегося в результате восстановления оксида железа

(III), способствуют более низкотемпературной (около 850° С) кри­ сталлизации муллита с увеличением количества его в черепке изделий.

Муллит, образовавшийся в результате внутримолекулярных про­ цессов в черепке изделий при отсутствии жидкой фазы (первичный муллит), находится как бы в зародышевом состоянии, он очень мел­ кий, трудно различимый обычными методами обучения микрострук­ туры. Установлено, что образование муллита протекает в три ста­ дии: образование изотермических шарообразных зародышевых форм муллита диаметром 0,1— 0,2 мкм; рост и спекание изотермических об­ разований с образованием палочкообразных и призматических кри­

сталлов (длиной до 10 мкм) и их агрегацией. В этой стадии разме­ ры кристаллов различны и грани еще нечетко выражены. Равномер­ ное развитие кристаллов муллита, вкрапленных в стеклофазу, при­ ведено на рис. 112.

Муллит в изделиях, обожженных при 1110, 1150 и 1180° С, пред­ ставлен скоплениями мелких короткостолбчатых кристаллов разме­ ром 0,05— 0,2 мкм. Некоторые кристаллы имеют зональную структуру, увеличиваясь в размерах до 0,1—0,5 мкм с повышением температуры обжига и принимая свободное расположение кристаллов призмати­ ческой формы. Дальнейшее повышение температуры до 1200° С и более в присутствии жидкой фазы сопровождается некоторыми изменениями параметров его решетки, совершенствованием кристаллической струк­

полевошпатовом расплаве в более крупные кристаллы вторичного мул­ лита в виде тончайших переплетенных игловидных кристалликов, пронизывающих стеклофазу и образующих основной жесткий каркас, предопределяющий важнейшие свойства изделий. Максимально воз­ можное количество муллита при введении 50% глинистых компонентов массы составляет около 25%.

К в а р ц (или кварцевый песок) составляет исключение из всех компонентов массы из-за разнообразия преобразований, претерпе­ ваемых им при обжиге изделий. Модификационные изменения кварца связаны с изменениями объемов (табл. 37).

Из всех полиморфных разновидностей кристаллического кремнезе­ ма важнейшими являются следующие: а- и fJ-кварц, а-, {J- и у-трн- димит. Полиморфные превращения кремнезема не равнозначны по глубине происходящих изменений в кристаллической решетке. Высокотемпературные (870— 1710° С) превращения кремнезема вы­ зывают глубокие изменения кристаллической решетки. Они протекают

расплав.

ных примесей образуются в ограниченных количествах легкоплавкие эвтектики, обеспечивающие достаточную связь минеральных частичек для придания прочности черепку изделий задолго до плавления поле­ вого шпата (альбита Na20 - A l20 3 • 6S i02 при 1118° С, ортоклаза К2О х х А 120 3 6S i02 при 1150° С). При достижении температуры образо­ вания полевошпатового расплава (свыше 950° С), который выполняет роль растворителя кварца и каолинитового остатка, связки непро­ реагировавших с расплавом кварца и каолинитового остатка, активного минерализатора, способствующего протеканию внутримолекулярных превращений каолинита, диффузионным процессам и росту линей­ ных размеров новообразований. При этом происходит насыщение поле­ вошпатового расплава (стекловидной фазы) диффундирующими ионами алюминия в расплаве вторичного муллита.

Полнота протекания этих процессов зависит от растворимости кри­ сталлической фазы в жидкой, количества жидкой фазы и ее свойств — способности смачивать твердые частички, растекаться по их поверхнос­ ти и проникать в капиллярные щели между твердыми частичками. Процесс структурообразования начинается с момента появления жидкой фазы, хотя известно, что реакция в твердой фазе протекает значительно раньше (начиная с 600—700ч С). Твердофазовое спека­ ние частичек черепка находится в прямой зависимости от их величины и формы, дефектов кристаллической решетки, так как эти факторы определяют поверхностную энергию, которая играет решающую роль в процессах спекания. Реакции в твердом состоянии происходят через взаимную диффузию катионов сквозь кислородную решетку посред­ ством контактирования плоскостей частичек. При спекании с участием жидкой фазы создаются условия для интенсивного уплотнения черепка и деформации изделий. Точка размягчения лежит там, где повышение

значение имеют интервал между началом размягчения и плавлением

ность и др. Калиевый полевой шпат образует более вязкий расплав, лучше сопротивляющийся деформационным усилиям и обеспечивающий большую плотность черепка изделий, чем натриевый. Повышение тем­ пературы обжига снижает вязкость расплава и повышает его реакцион­ ную способность. По данным А. И. Августиника и др., растворимость в расплаве альбита и ортоклаза составляет, %: соответственно 25— 30 и 15—20 кварца, 8— 15 и 5— 10 метакаолинита при 1300° С, 60—70

зависит от тонины помола компонентов массы, резко возрастая с умень­ шением размера частичек. С повышением тонины помола кварца до 15— 30 мкм увеличивается его растворимость в расплаве, что способ­ ствует большему насыщению и повышению вязкости.

На растворимость кварца в расплаве влияет и его генезис. Кварц пегматитов растворяется значительно активнее, чем кварцевый пе­ сок. Кварц из кварцевого порфира («гусевского камня») раство­ ряется активнее, чем кварц из пегматита. Это объясняется тем, что каждое зерно кварца в пегматите, или «гусевском камне», уже в ка­ кой-то мере более подготовлено природой в результате длительного физического и химического выветривания, имеет меньшую прочность и большую трещиноватость, не затронуто в нем только ядро — цент­ ральная часть зерна, что способствует большей реакционной способнос­ ти этих зерен, чем зерен кварцевого песка. Аморфный тонкодисперсный

жига количество жидкой фазы непрерывно увеличивается по объему (до 45—65% у фарфора, 20—40% у полуфарфора, 15— 25% у фаянса) за счет растворения кварца. Снижение количества кварца (до 8— 14%) так­ же происходит за счет частичного перехода в кристобалит (в фарфоре до 4%). Содержание муллита при заданных температурах обжига остается примерно постоянным (для фарфора, обожженного при 1350— 1360° С, около 17— 18%).

Перекристаллизации муллита способствует наличие в полевошпа­ товом расплаве групп [А10в1, [А1041 и [S i04], являющихся зародыше­ выми элементами вторичного муллита, обладающего большой стабиль­ ностью.

Процессы образования структуры при участии жидкой фазы проте­ кают в несколько стадий (рис. 113). Первоначально процесс спекания начинается со склеивания кристаллических частичек незначительным количеством расплава (рис. 113, а ) в зоне непосредственного контакта

зерен полевого шпата с частичками глины, каолина, кварца за счет образования легкоплавких эвтектик. Далее, с увеличением количества основного полевошпатового расплава, им обволакиваются все кристал­ лические частички массы с одновременным взаимодействием расплава с каолинитовым остатком и зернами кварца (рис. 113,6). В завершаю­ щей стадии спекания при температуре выше 1250QС начинается диф-

фузионный процесс растворения в полевошпатовом расплаве каолинитового остатка и кварца (рис. 113, в), необходимых для построения кристаллической решетки вторичного муллита.

В этих процессах решающее значение имеет первоначальная вяз­ кость расплава. Слишком вязкий расплавке способствует связыванию частичек, в то время как маловязкий расплав хорошо смачивает кри­ сталлические частички, чем способствует деформации изделий. Чем больше расплав насыщается растворяющимися в нем кварцем и глино­ земом, тем выше его вязкость и больше механическая прочность изде­ лий. Щелочные оксиды снижают поверхностное натяжение расплава. Кремнезем действует двояко — в присутствии поверхностно-активных компонентов снижает поверхностное натяжение, в присутствии КгО, РЬО, Р20 5 и других и увеличении в расплаве S i0 2 — увеличивает его. Глинозем всегда повышает поверхностное натяжение расплава. Малая вязкость и малое поверхностное натяжение расплава более благопри­ ятны для спекания в процессе обжига. Важную роль в определении этих свойств расплава играет его строение. Введение минерализующих добавок (ZnO, ТЮ2, MgO, CaF2 и др.) способствует не только увеличе­

Кроме температурных условий на спекание и уплотнение черепка изделий влияет гранулометрический состав, форма частичек и характер их упаковки, количество жидкой фазы в период спекания.

Характерной особенностью процесса спекания является то, что при склеивании и стягивании кристаллических частичек одновремен­

стекловидная анизотропная масса (полевошпатовое и кремнезем-по- левошпатовое стекло), нерастворившиеся, но оплавленные зерна квар­ ца со слоем метакристобалита на поверхности, кристаллы муллита (первичный и игловидный вторичный), поры, главным образом закры­ тые, округлой формы. Соотношение этих фаз определяет текстуру и физико-механические свойства изделий.

Протекание процессов спекания сопровождается изменением усад­ ки, механической прочности, пористости, размеров изделий и других свойств. При достижении спекаемым материалом 85% относительной плотности пористость остается полностью открытой и только в незна­ чительном количестве появляются закрытые поры, сначала медленно, а потом быстро. При 95% относительной плотности все поры будут закрыты. Усадка изделий резко возрастает при температурах выше 800° С.

Прочность в начале обжига нарастает незначительно (20—600° С) и постепенно возрастает до конечной температуры обжига.

На формировании структуры и свойств изделий сказывается вы­ держка (0,5—3,5 ч) при максимальной температуре обжига. Простая конфигурация изделий позволяет производить обжиг в более форси­ рованном режиме, без заметной выдержки в периоды дегидратации и полиморфных превращений кремнезема.

Обжиг изделий при оптимальной температуре обеспечивает макси­ мальные физико-технические свойства их. С повышением температуры обжига выше оптимальной для данной массы все физико-технические свойства изделий ухудшаются. Они также ухудшаются при недожоге. Прочность при изгибе недожженных изделий в 8— 15 раз, а модуль упругости в 5— 11 раз ниже, чем у изделий, обожженных при оптималь­ ной температуре для данной массы.

Обжиг санитарно-строительных изделий осуществляется в туннель­ ных печах и реже в печах периодического действия, в том числе в печах с выдвижным подом. В них обжигают крупноразмерные изделия — ванны и др.

Наиболее широко для обжига изделий используют туннельные печи открытого пламени, реже муфельные туннельные печи.

Туннельные печи конструкции Гипростройматериалов (длина 66,5;

материалов длиной 88 и 100 м (С-88 и С-100) для обжига изделий при однорядной их ставке на вагонетку.

При обжиге малогабаритных изделий (писсуаров, вагонных унита­ зов и смывных бачков) применяют трехъярусные вагонетки. Боковое ограждение вагонетки (плитами или решетчатой стенкой из кирпича)

бескапсельном обжиге увеличивается в 1,5 раза, расход огнеупорного припаса уменьшается в 5,5—6 раз, нагрузка на вагонетку снижается почти на 70%, а общий цикл обжига сокращается на 15—20% и состав­ ляет 22—25 ч.

При обжиге изделий печь распределяется (длина 88 м) по зонам таким образом: зона подогрева — 21— 15, зона обжига — 6—8 и зона охлаждения — 20—24 позиции.

Большой размер изделий и сложный профиль требуют осторожного нагрева в период удаления конституционной воды. Это достигается использованием циркуляционных горелок с высокой скоростью при сравнительно низкой температуре подаваемого воздуха. Некоторое замедление в скорости нагрева изделий происходит в интервале 800— 900° С для лучшего удаления продуктов дегазации массы.

Охлаждение изделий производится интенсивно (до 400° С/ч) до температуры 700° С, т. е. до прохождения периода модификационных превращений кварца, снижаясь далее до 60° С/ч. Окончательное охлаждениё форсируют. Схема печи и температурная кривая обжига приведены на рис. 114.

В щелевых печах при скоростном обжиге его продолжительность

5

Рис. 114. Схема печи (а) и температурный режим обжига (б)’туннельной печи:

Печи открытого пламени наиболее экономичны, однако они не обеспечивают высокого выхода продукции первого сорта, главным об­ разом, из-за белизны и блеска глазури, ухудшения ее разлива, вы­ зываемого непосредственным воздействием печных газов. В печах открытого пламени трудно обжигать цветные изделия, так как топоч­ ные газы, всегда содержащие серу и углерод, взаимодействуют с глазурью и красителями, лишая глазурный покров насыщенности и яркости красок. Этот недостаток устраняется при обжиге изделий в муфельных или электрических печах. В муфельных печах устраняются такие де­ фекты, как задувка, засорка, вскипание глазури и др.

Водопоглощение изделий после обжига (в %): фарфоровых — до 0,5% , полуфарфоровых до 5, фаянсовых 9— 12, шамотированного фаянса — до 18%.

Внедрение полуфарфоровых и фарфоровых масс способствует повы­

ток и попадания кусочков латуни в шликер, наличия в сырье оксидов железа и механических примесей в виде меди из оборудования.

Д е ф о р м а ц и и возникают из-за пережога изделий, установки их на деформированные плиты этажерок, недостаточных допусков на усадку гипсовых форм.

Щ е р б л е н и е — результат небрежной установки изделий на вагонетки, неровности путей туннельных печей, неисправности колес­ ных пар.

Т р е щ и н ы о х л а ж д е н и я (холодный треск) — результат быст­ рого охлаждения изделий (более чем на 40—50° С/ч), неправильной их конструкции и др. Содержание кварца в массе сильнее влияет на образование трещин, чем его гранулометрический состав. Замена части кварца глиноземом повышает термостойкость изделий и снижает воз­ можность трещинообразования. Форма изделий также сказывается на возможности образования трещин (чаще у унитазов, чем в умывальных столов). Цветные глазури, наносимые более толстым слоем, в большей

изделий, резком нагреве в зоне подготовки, длинном факеле горелки, избыточном воздухе, подаваемом к горелке.

Одним из дефектов изделий, изготавливаемых наливным способом, является образование чечевицеобразных полостей внутри черепка изделий, сопровождаемых появлением выпуклостей с одной или обеих сторон изделия. Этот вид брака возникает в результате наличия доломита в массе, слишком крупного зернистого состава, обильного увлажнения черепка при глазуровании и неправильного режима об­ жига, когда газы, образующие в черепке, не успевают выйти из него.

Кроме того, на изделиях могут быть такие дефекты, как н а к о - л ы , м у ш к а , ц е к , ч е ш у й ч а т о с т ь , м а т о в о с т ь г л а ­ з у р и и другие, причины появления которых рассмотрены ранее.

Сортировка, монтаж и упаковка изделий. После обжига изделия сортируют на три сорта. Изделия с дефектами поступают на зачистку.

При необходимости некоторые изделия после обработки специальным составом направляют на повторный обжиг.

Качественные изделия поступают для монтажа арматуры. Умываль­ ные столы укомплектовывают туалетными кранами или смесителями, выпуском и кронштейнами, унитазы — деревянными или пластмас­ совыми сидениями и резиновыми муфтами, смывные бачки — армату­ рой, состоящей из поплавкового клапана, спускного клапана, резино­ вой или пластмассовой груши и других деталей. Монтаж арматуры на изделиях сложный и трудоемкий процесс. Обычно его выполняют вруч­ ную. Далее изделия упаковывают в щитковую тару и направляют на склад готовой продукции.

§ 3. плитки для п о л о в

Типы изделий и требования к ним. Основными требованиями к кера­ мическим плиткам для полов являются малая пористость, высокая механическая прочность, большая сопротивляемость истиранию, ог­ нестойкость, высокие эстетические качества.

В соответствии с требованиями ГОСТ 6787—69 плитки для полов по форме бывают квадратные, прямо- и треугольные, шести- и вось-

Таблица 38. Характеристика плиток

мигранные, с вкладышами или без них. Тыльная сторона плитки имеет рифленую поверхность с высотой выступов до 1,3 мм.

Промышленность выпускает также плинтусные плитки — прямые, угловые (левые, правые и др.), всего 16 типов плиток.

Размер одной стороны основных типов квадратных плиток колеб­ лется от 48 до 150 мм при толщине 10— 13 мм. Отклонения по разме­ рам сторон плиток нз должны превышать ± 1 мм.

Размер, масса и количество плиток отдельных типов в 1 ма приве­ дены в табл. 38.

Промышленностью освоен выпуск крупноразмерных плиток (ТУ 21—28—22— 75) размером 200 х 200 мм, квадратных, шести- и восьмигранных, а также плиток размером 300 х 170 мм и др. По от­ дельным заказам выпускаются плитки различных размеров, конфигу­ рации и толщины. Производятся (Италия) плитки для полов размером 500 х 500 мм.

Плитки должны иметь правильную форму, четкие грани и углы. По состоянию лицевой поверхности различают плитки гладкие,