Курсовая работа: Технология производства фарфоровой и фаянсовой посуды
Содержание окиси кальция (в виде карбонатов и сульфатов кальция) в некоторых глинах достигает 25%. Эти соединения кальция сокращают период спекания глин, что ухудшает условия обжига керамических изделий. Такое же влияние на обжиг изделий оказывает и окись магния, находящаяся в глинах в виде карбоната MgCO3 и доломита MgCO3 •CaCO3 . В незначительных количествах в глинах встречается в виде примесей сернистый ангидрид SO3 . Однако если он находится в соединениях с магнием или натрием, то он может вредно влиять на прочность изделий. Полезными примесями можно считать окись калия и окись натрия, которые служат плавнями, понижающими температуру обжига изделий и придающими им большую прочность. Окиси различных металлов, например марганца, титана и др., содержатся в очень небольших количествах и мало влияют на свойства глин. Вообще на свойства глин влияет не только количественное содержание тех или иных окислов, но и их соотношение.
Примеси оказывают большое влияние на свойства глин. Так, при повышенном содержании свободного кремнезема, не связанного с Аl2 О3 в глинистые минералы, уменьшается связующая способность глин, повышается пористость обожженных изделий и понижается их прочность. Из глин, содержащих SiO2 более 80-85% и Аl2 О3 менее 6-8%, керамические материалоы получить невозможно. Соединения железа, являясь сильными плавнями, понижают огнеупорность глины. Углекислый кальций СаСО3 понижает огнеупорность, уменьшает интервал спекания и увеличивает усадку при обжиге, увеличивает пористость и этим понижает прочность и морозостойкость изделий.
Вода содержится в глинах как в виде свободной, так и химически связанной, т. е. входящей в состав глинообразующих минералов. Наличие в глине тех или иных минералов дает возможность судить о количестве химически связанной воды и, следовательно, о отношении к сушке и обжигу. От содержания органических веществ, находящихся в глине в виде остатков растений и гумусовых веществ, также зависят потери глин при обжиге и, следовательно, усадка изделий. Кроме того, повышенное количество органики снижает огнеупорность глин.
Важнейшие свойства глин: пластичность, набухание усадка, спекаемость, огнеупорность, способность образовывать устойчивые суспензии.
Пластичность - способность глин образовывать с водой тестообразные массы, принимающие под давлением любую форму и сохраняющие ее после высыхания. Пластичность зависит от минералогического состава и дисперсности глин. С пластичностью связана способность глин образовывать с отощающими материалами (кварц, шамот и др.) прочную и твердую однородную массу.
По пластичности глины бывают связующие, пластичные, тощие и непластичные. Связующие глины, имеющие наибольшую пластичность, не снижают своей способности образовывать пластичное тесто при добавке более 50% непластичных материалов. В пластичные глины можно добавлять до 50% непластичных материалов, не снижая способности глины образовывать пластичное тесто, в тощие - только до 20%. Непластичные глины не образуют пластичного теста.
Набухание - способность глины увеличиваться в объеме при смешивании с водой. Это свойство зависит от минерального и зернового состава глин.
Воздушная усадка - это уменьшение объема глины и изделий из нее при сушке, а огневая усадка - при обжиге. Воздушная и огневая усадки зависят от минералогического состава глинистого вещества, дисперсности и шлажности изделий. Воздушная усадка тем больше, чем выше пластичность глин. Воздушная усадка колеблется от 1,5 до 13%, огневая - достигает 23% от объема сырого образца. Добавление отощающих материалов снижает усадку.
Спекаемость глин заключается в их способности при обжиге образовывать камнеподобное твердое тело (черепок), характеризующееся высокой механической прочностью и химической стойкостью. Степень спекания зависит от состава глинистой массы и режима обжига. Температура спекания у разных глин колеблется от 450 до 1400°С. По степени спекания при температуре обжига 1350°С глины делятся на сильноспекающиеся, способные при обжиге давать черепок с водопоглощением не более 2%, среднеспекающиеся - с водопоглощением не более 5% и неспекающиеся - с водопоглощением более 5%.
Огнеупорность - способность глин противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Огнеупорность зависит от химического состава глин, дисперсности, наличия примесей.
По огнеупорности глины делятся на высокоогнеупорные (температура плавления 1700°С и выше), огнеупорные (температура плавления от 1580 до 1700°С), тугоплавкие (температура плавления 1350-1580°С) и легкоплавкие (температура плавления менее 1350°С).
Адсорбционные свойства характеризуются способностью глин поглощать из окружающей среды и удерживать на поверхности частиц глинистых минералов те или иные ионы и молекулы. Адсорбционные свойства глин зависят от их состава и дисперсности. Глины, образованные за счет вулканических туфов, обладают наиболее активными адсорбционными свойствами.
Бентонитовые глины образовались в результате расстекловывания и химического превращения стекловидной фазы вулканического пепла или туфа. По своим свойствам они чрезвычайно неоднородны. Цвет бентонитов - от белого до темно-коричневого. Бентонит обладает способностью при затворении водой до 10 раз увеличиваться в объеме и находиться продолжительное время во взвешенном состоянии в шликере. Его вводят в массу как пластифицирующую добавку. Ввод в массу до 4% бентонита позволяет заменить пластичные глины каолинами и повысить белизну фарфора. Бентонит увеличивает прочность полуфабриката в высушенном состоянии. Его температура спекания 1100-1200°С, плавления 1250-1400°С, то есть бентонит является материалом (плавнем), интенсифицирующим процессы спекания изделий в обжиге. В состав бентонитов входят монтморрилонит (основной минерал) и примеси кварца, слюды, полевых шпатов, карбонатов и др.
Качество будущих изделий зависит от способа обогащения сырьевых материалов и от соблюдения технологии обогащения. Так, добавление в каолиновую суспензию коагулянтов приводит к укрупнению и осаждению глинистых частиц, но одновременно может вызвать нежелательные явления, отмечаемые в заводской практике, например, способствует образованию пробок в шликеропроводах и недоливу изделий при шликерном литье.
Плавнями в керамических массах называются вещества, которые способствуют спеканию черепка, образуют в нем стекловидную и кристаллическую фазу, уплотняя и упрочняя черепок.
Полевые шпаты - универсальный плавень в технологии тонкой керамики и в производстве глазурей. Земная кора состоит более чем на 50% из полевошпатовых пород, но месторождения полевых шпатов, пригодных для керамической промышленности весьма ограничены и в основном исчерпаны. Представляют собой алюмосиликаты щелочных и щелочноземельных металлов.
Флюсующее действие плавней обусловлено их низкой температурой плавления или способностью образовывать с другими компонентами массы легкоплавкие эвтектики.
Калиевые полевые шпаты (ортоклазы) отвечают формуле К2 0 • Аl2 О3 • 6Si02 , натриевые (альбиты)- Na2 O • Аl2 О3 • 6Si02 , кальциевые (анортиты) - СаО • Аl2 О3 • 6Si02 . Менее известны и реже встречаются литиевый полевой шпат (сподумен) Li2 0 • Аl2 О3 • 4Si02 и бариевые полевые шпаты (цельзианы)- ВаО • Аl2 О3 • 6Si02 .
Эти минералы редко встречаются в чистом виде, обычно они смешаны друг с другом в твердых растворах. В керамические массы предпочитают вводить калиевый полевой шпат, как образующий при плавлении более вязкий расплав, и тем самым способствующий сохранению формы изделия в обжиге. Температура плавления чистого альбита - 1118°С, ортоклаза - 1170°С, анортита - 1550°С. Флюсующее действие полевых шпатов в керамической массе проявляется с 900°С, дальнейшее повышение температуры ведет к растворению в расплаве каолина и кварца.
Пегматиты в настоящее время являются основным заменителем полевых шпатов в производстве тонкой керамики. Пегматиты содержат в своем составе 60-70% полевых шпатов, 25-30% кварца, некоторое количество слюды и других минералов. Наличие слюды слюды в пегматитах нередко приводит к образованию "мушек", портящих внешний вид беложгущихся изделий. Твердые растворы альбита и анортита образуют группу плагиоклазов. Плагиоклазы могут частично заменить в составе фарфора ортоклаз, но сообщают фарфору меньший интервал спекания и способность легко деформироваться в обжиге.
Перлиты - порода вулканического происхождения, содержащая 70-75% SiO2 ; 0,5-2% Fе2 03 ; 1-2% CaO; 0,1-1,3% МgО, 50,8% щелочных оксидов. Перлит сравнительно недавно применяется в качестве заменителя полевых шпатов в тех случаях, когда не требуется высокая белизна керамических изделий.
Тальк – гидросиликат магния 3МgО•4Si02 •Н2 О с плотной структурой, называемый жировиком. Образование в природе связано с действием на доломит CaСO3 •МgСO3 щелочных растворов, содержащих СО2 и Si02 .Огнеупорностьталька 1490-1510°С. Применяют тальк в производстве огнеупорных и термостойких изделий.
Оксиды кальция и магния весьма огнеупорны 2600 и 2800°С соответственно, но находясь в тонко измельченном виде, при температуре выше 1000°С образуют легкоплавкие эвтектики с другими компонентами керамической массы и способствует спеканию черепка. Следует заметить, что такие массы обладают малым интервалом спекания, изделия из них легко деформируется в обжиге. Обожённые же до 1000°С известковые массы обладают пониженной механической прочностью.
Карбонаты кальция и магния используют как флюсующие добавки в каменных и фарфоровых массах, а также в глазурях. Введение их в состав керамических масс в виде доломита (СаСО3 • MgCO3) усиливает флюсующее действие.
Введение отощающих материлов в шихту фарфоровых и фаянсовых масс позволяет регулировать технологические свойства формовочных масс и литейных свойств шликера, а также получать изделия с заданными свойствами. Отощающие материалы снижают пластичность и усадку масс при сушке и обжиге. Их вводят в керамические массы для регулирования их структурно-механических и технологических свойств.
В качестве природных отощающих материалов используют кварц жильный молотый, кварцевый песок, кварцевые отходы обогащения каолинов, а искусственных – шамот и дегидратированную глину. Шамот – размолотый бой обожженных неглазурированных изделий или керамический материал, получаемый обжигом глин и каолинов при температуре не ниже 800°С. Дегидратированная глина – это глина, обоженная до температуры 700-750°С, при которой она теряет химически связанную воду.
Содержание отощающих материалов в массах доходит до 40%.
Кремнезем Si02 ,образующий кварцевые породы, при обжиге претерпевает полиморфные превращения, переходит из одной кристаллической формы в другую. Эти переходы сопровождаются изменением объема кварца, что необходимо учитывать при выборе режима обжига и охлаждения, так как это обратимые процессы.
Кремнеземистые материалы, используемые для производства фарфоровых и фаянсовых изделий, должны содержать не более 0,2% оксида железа и не менее 95% Si02 для 1 сорта.