Саз кірпіштің химиялық құрамы
Керамикалық қасбеттік қаптама бұйымдарына арналған шикізатқа қойылатын талаптар
Керамикалық қасбеттік қаптама бұйымдарын өндіруде негізгі шикізат ретінде саз қолданылады. Мұндай саздар төмендегі талаптарға сай болуы тиіс:
- өте жоғары пластикалық және байланыстырғыш қасиет;
- кептіруге шамадан тыс сезімтал болмауы;
- жақсы қалыптануы және жарылусыз кебуі;
- берік шикізат денесін беруі;
- төмен температурада күйдірілуі;
- күйдіргеннен кейін біртұтас түс беруі;
- құрамында зиянды қоспалардың болмауы.
Бұл талаптарға толық сәйкес келмейтін саздарды да қолдануға болады: әдетте оларды жоғары сапалы саздармен бірге қоспа құрамында пайдаланады.
Дайындау әдістері
Керамикалық қасбеттік қаптама бұйымдары әдетте үш негізгі технологиямен дайындалады: пластикалық қалыптау, жартылай құрғақ престеу, және шликерді құю.
Пластикалық қалыптау
Ең кең таралған әдіс. Бұл тәсілмен өнім түрлерінің көпшілігін шығаруға болады: беттік кірпіш пен беттік тастар, қаптағыш плиталар мен плиткалар, сәулеттік-әшекейлі бөлшектер.
Жартылай құрғақ престеу
Көбіне кіші өлшемді әрі қарапайым профильді бұйымдар алынады: кәдімгі және профильді беттік кірпіштер, тегіс және бедерлі бетті плиталар, шағын габаритті қасбеттік плиткалар, керамикалық төсегіш плиткалар.
Шликерді құю
Негізінен қасбеттік кіші өлшемді қаптама плиткаларын алу үшін қолданылады. Көп жағдайда бұл үдеріс конвейерде үздіксіз орындалады: шликер дайындау, глазурь жағу, кептіру және роликті пеште күйдіру сатыларын қамтиды.
Түс беретін саздар мен минералды бояғыштар
Қасбеттік қаптама бұйымдарын әртүрлі түсті қышты саздардан алуға болады. Мысалы, никифоровский сазы күйдірілгеннен кейін қызыл түс береді, ал николаевский сазы сары түс береді.
Түстің қалыптасуына минералды қоспалар әсер етеді:
- қызыл түс — темір тотықтары (Fe2O3);
- қоңыр түс — марганец кендері;
- сұр түс — хром кендері.
Керамикалық шикізаттың түрлері
Керамикалық бұйымдарды дайындау үшін шикізат ретінде: иілімді материалдар (саздар, каолиндер) және иілімді емес материалдар (жанатын қоспалар және өзге қосымша қоспалар) қолданылады. Саздар мен каолиндердің жалпы атауы — сазды материалдар.
Кейбір жасанды күйдірілген материалдар өндірісінде қосымша ретінде диатомит, трепел, сондай-ақ қождар, күлдер, сланецтер пайдаланылуы мүмкін.
Саздың минералдық құрамы
Саз негізінен әртүрлі минералдардың қоспасынан тұрады. Ең көп таралған топтары:
- Каолиниттер: каолинит (Al2O3·2SiO2·2H2O), галлуазит (Al2O3·2SiO2·4H2O).
- Монтмориллониттер: монтмориллонит (Al2O3·4SiO2·nH2O), бейделлит (Al2O3·3SiO2·nH2O).
- Гидрослюдалар: слюданың әртүрлі гидратациялану дәрежесінен пайда болған өнімдер.
Сонымен бірге сазда кварц, слюда, дала шпаты, кальций және магний карбонаттары кездесуі мүмкін.
Саздың химиялық құрамы (мысал)
Төменде кірпіштік саз үшін жиі келтірілетін компоненттердің үлестік аралықтары берілген:
| SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2O + K2O |
|---|---|---|---|---|---|
| 60–75 | 10–15 | 2–12 | 2–15 | 1–6 | 2–6 |
Балшықтың керамикалық бұйым жасауға жарамдылығы ең алдымен оның минералдық құрамына, дисперстілігіне, иілімділігіне және жылуға төзімділігіне байланысты.
Жиі келтірілетін массалық үлестер (бағдарлық)
- SiO2 — 40–50%
- Al2O3 — 40–50%
- Fe2O3 — 9–15%
- MgO — 1–4%
- CaO — 0,5–2,5%
- Na2O, K2O — 1%-ға дейін
Құрамның қасиеттерге әсері
Балшықтың химиялық және минералогиялық қасиеттері өзгерген сайын керамиканың физика-механикалық қасиеттері және түсі де өзгереді.
- Кремнезем (SiO2) артқан сайын иілімділік төмендейді.
- Глинозем (Al2O3) керамика түсін ашықтандырады және отқа төзімділігін арттырады.
- Темір тотығы (Fe2O3) көбейгенде балқу температурасы мен отқа төзімділік төмендеп, түсі ашық қоңырдан күңгірт қызылға дейін ауысады.
- Магний мен кальций тотықтары (көбіне карбонаттар арқылы) кеуектілікті арттырып, масса мен жылуөткізгіштікті төмендетеді.
- Сілтілік тотықтар (Na2O, K2O) күйдіру температурасын төмендетеді; балқыма көп түзілсе, бұйым тығыздығы артады.
Маңызды ескерту: карбонатты қоспалардың зияндылығы
Шикізаттағы карбонатты қоспалар (әсіресе байланыспаған әк түзілсе) күйдіруден кейін су әсерінен сөну кезінде көлемін ұлғайтып, керамикада майда жарықшақтар (сызаттар) тудыруы мүмкін. Бұл бұйымның бұзылуына әкеледі.
Технологиялық қасиеттері және қоспалар
Балшықтың маңызды технологиялық қасиеттерінің бірі — иілімділік. Бұл көрсеткіш балшықтың құрамына және дисперстілігіне тәуелді.
Құм, шамот, қож, таскөмір, күл сияқты материалдар балшықтың иілімділігін төмендетеді, бірақ кептіру мен күйдіруге кететін шығынды азайтуға көмектеседі.
Флюстер (күйдіру температурасын төмендететін қоспалар)
Дала шпаты, шыны, кварц және басқа да қоспалар күйдіру температурасын төмендетуге ықпал етеді.
Қуыстылықты арттыратын қоспалар
Мергель, доломит, кальций құрамды қоспалар, ағаш ұнтағы, таскөмір, кокс және т.б. бұйымның кеуектілігін өсіру үшін қосылады.
Балшықтарды балқу температурасына қарай өте төзімді (1580°C-тан жоғары), қиын балқитын (1580–1350°C) және жеңіл балқитын (1350°C-тан төмен) түрлерге жіктейді.
Қыздыру және күйдіру кезіндегі өзгерістер
- 100–110°C-та балшық массасындағы реакцияға түспеген бос су буланады.
- 450–650°C аралығында химиялық байланысқан гидратты қоспалар ыдырайды.
- Сулы каолинит (Al2O3·2SiO2·2H2O) сусыз күйге ауысады.
- 650–800°C-та каолинит Al2O3 және SiO2 құрамдастарына ыдырайды.
- Температура өскен сайын сұйық фаза (балқыма) түзіліп, реакциялар жүреді: карбонаттар ыдырайды, органикалық заттар жанады.
Температура мен құрылым байланысы
700–800°C-та балшық төмен берікті, суға төзімділігі нашар, қуысты затқа айналады. Көптеген керамикалық материалдар 1000–1100°C-та күйдіріледі. Температураны одан әрі өсіру бұйымның тығыздығы мен беріктігін арттырады: пайда болған балқыма қуыстарды толтырып, құрылымды тығыздайды.
Күйдіру кезінде бұйым көлемі белгілі бір мөлшерде кішірейеді — бұл құбылыс оттық шөгу деп аталады.
Дисперстілік пен иілімділік бойынша жіктеу
Егер балшық бөлшектерінің диаметрі 0,005 мм-ден аз болса, балшық жоғары иілімділік қасиетке ие болады. Құрамы мен бөлшек өлшеміне қарай балшықты: жоғары иілімді, иілімді, төмен иілімді және иілімсіз деп бөледі.
| Түрі | Сазды минералдар | Иілімділік | Су сіңірімділігі | Ауалық шөгу |
|---|---|---|---|---|
| Жоғары иілімді | 80–90% | 25%-дан жоғары | 28%-дан жоғары | 10–15%-дан жоғары |
| Қалыпты иілімді | 30–60% | 15–25% | 20–25% | 7–10% |
| Аз иілімді | 5–30% | 7–15% | 20%-ға дейін | 5–7% |
| Иілімсіз | — | Қалыптауға келмейді | — | — |
Иілімді балшықтар едәуір шөгуге бейім болғандықтан, мұндай массаларға жүдеткіш қоспалар қосылады. Ал иілімсіз шикізатты иілімді саздармен араластырып түзетеді; мысалы, бентонитті саз қосылады.
Қолданылу салалары
Иілімді балшықтар негізіндегі бұйымдар
Өндірісте қаптағыш кірпіш, плитка, керамикалық тастар, черепица, канализациялық құбырлар, едендік плиткалар және басқа да бұйымдар шығарылады.
Құрылыстық керамикаға тән балшық құрамы
Құрылыстық керамикада қолданылатын балшықтардың құрамында каолинит, сулы слюда, монтмориллонит, аз мөлшерде кварц, карбонаттар және темір тотықтары болады. Осындай балшықтан қабырғалық тастар, кірпіш, шатырлық черепица, қаптағыш тақтайшалар, жеңіл керамикалық толтырғыштар (керамзит, аглопорит) дайындалады.
Кірпіштік балшықтың қосымша қолданылуы
- кірпіш қалайтын ерітінділер мен сылақ ерітінділерінде;
- шала күйдірілген кірпіш дайындауда;
- сабанды қабырғалық блоктар жасауда;
- нығыздалған балшықтан қабырға тұрғызуда;
- өзге де құрылыс мақсаттарында.
Бентонитті балшық
Бентонитті балшық — вулкандық күлдер, туфтар және лавалардың химиялық ыдырауы нәтижесінде түзілген, монтмориллонит тобы минералдарынан тұратын шөгінді тау жынысы.
Құрылыста бентонитті балшық: жапсарларды бекітетін материалдарға толықтырғыш ретінде, жер асты құрылыстарын бекітуде, аглопорит пен керамзит өндіруде, сондай-ақ керамикалық массаның иілімділігін арттыру үшін тиімді қолданылады.
Отқа төзімді балшықтар
Отқа төзімді балшықтар негізінен каолиннен түзіледі. Олардың құрамында аз мөлшерде кварц, дала шпаты, сулы слюда, карбонаттар және басқа қоспалар болуы мүмкін.
Мұндай шикізаттар көбіне отқа төзімді шамотты материалдар өндірісінде, отқа төзімді сылақтарда, сондай-ақ керамиканы күйдіретін пештерді тұрғызуда қолданылады.