Перші керамічні вироби з'явилися задовго до того, як люди навчилися виплавляти метал. Давні горщики і глеки, які археологи знаходять до цього дня, є підтвердженням цього. Варто зауважити, що керамічний матеріал має унікальні властивості, які роблять його у деяких сферах просто незамінним. Давайте розглянемо з вами особливості кераміки, поговоримо про її виробництво та характеристики.
Загальні відомості
Отримують керамічні вироби шляхом спікання глини та сумішей з органічними добавками. Іноді використовують оксиди неорганічних сполук. Перші такі вироби з'явилися ще 5000 років тому. За цей час технологія виробництва суттєво удосконалилася, і сьогодні нам доступні високоміцні керамічні вироби. Вони використовуються в будівництві для облицювання фасадів, підлог, зведення стін тощо.
Є керамічні вироби із щільним та пористим черепком. Ключова відмінність між ними полягає в тому, що щільний черепок є водонепроникним. Це фарфорові вироби, плитки для підлоги тощо. Пористий черепок – черепиця, дренажні труби та інше.
Історія виникнення
Слово "кераміка" у перекладі з грецької означає "глина". Природно, виготовлення будь-якого виробу використовувалася свого роду суміш. До неї додавалися необхідні матеріали в залежності від того, що потрібно було отримати зрештою. Спочатку вручну, а трохи пізніше і на спеціальному верстаті виробу з глини надавалась спеціальна форма. Надалі керамічні вироби обпікаються у печах за високої температури.
У багатьох країнах використовувалися власні Це стосується гончарних мас, розпису та глазурування. Першим державою, яке досягло суттєвого розвитку цієї галузі, вважається Єгипет. Саме виробництво кераміки там було налагоджено насамперед. Вироби були з грубої та погано перемішаної глини, але надалі технологія вдосконалилася. Сьогодні знаходять цеглини з жовтої глини, які нібито використовувалися при будівництві пірамід Мемфісу.
Поява порцеляни
Довгий час у Китаї використовували такий матеріал, як нефрит. Він був красивим, але досить тендітним та складним у обробці. Через довгі роки пошуків було знайдено рішення. Фарфор більш простий у виготовленні. Тим не менш, і тут були свої нюанси. Наприклад, слюду та цваоку, які знаходили у "порцеляновому камені", перетирали в дрібний порошок і зберігали понад 10 років. Робилося це для того, щоб матеріал став максимально пластичним. Першими порцеляновими виробами у Китаї були високі та витягнуті судини. Вони мали поліровану поверхню та блакитний або темно-зелений колір. Останні цінувалися найбільше.
Сьогодні вважається, що саме Китай є державою, де фарфор був поширений найширше. Це дійсно так, хоча він був популярним і в Європі, але з'явився там пізніше, і його виробництво розвивалося довше.
Основні види кераміки
Нині вироби з глини мають широку класифікацію. Так, гончарні предмети можна розділити на дві основні групи:
- неглазурована кераміка (теракота та гончарна);
- глазурована (майоліка, шамот).
Теракот - з італійського "обпалена земля". Вироби виготовляються із кольорової глини та мають пористу структуру. З теракоти роблять вази, посуд, а також іграшки та черепицю.
Гончарна ж кераміка складніша в обробці. Для того, щоб зробити її водонепроникною, необхідно лощення. Далі виріб піддається морінню. Для цього його залишають у гарячій печі в диму до повного остигання. Сьогодні багато видів кераміки, зокрема гончарні, вкрай популярні. Використовується вона у побуті для зберігання молока, сипких матеріалів або як декор.
Що ж до другого виду - глазурованої кераміки, то тут найбільшою популярністю користуються фарфор і фаянс. Перший дорожчий і трудомісткий у виробництві, другий - практичний і дешевий. Розрізняються вони між собою тим, що фарфорові вироби містять менше глини та більше спеціальних добавок. Крім того, фарфор просвічується на світлі, на відміну від фаянсу.
Про вогнетриви
Вироби із сумішей глини є вогнетривкими. Залежно від призначення вони можуть витримувати температуру від 1300 до 2000 градусів за Цельсієм, і навіть вище. Використовується спеціальна піч для випалу кераміки. у найбільшій кількості застосовуються у металургійному процесі. Там вони використовуються для конструювання доменних печей та агрегатів.
Цілком логічно говорити про те, що з підвищенням температури міцність вогнетриву не втрачається, а, навпаки, підвищується. Досягається за рахунок наявності у складі тугоплавких оксидів, силікатів і боридів. Вони використовуються практично скрізь, де мають місце високотемпературні процеси. Дуже часто вони зустрічаються формованими, тобто у вигляді конкретного виробу, скажімо, цегли. Рідше потрібне застосування неформованих вогнетривів у вигляді порошку.
Кераміка у будівництві
Це стосується і керамічної плитки, яка, незважаючи на появу полімерів, не здає позиції. Вона так само використовується для обладнання приміщень з підвищеною вологістю і температурою. Серед облицювальних матеріалів перше місце посідає керамзит.
За останні кілька років на 4% збільшилося виробництво пустотілого керамічного блоку та цегли. Для їх виготовлення необхідні мінімальні зміни на цегельних заводах і фабриках, витрати окупаються за перший рік продажів. За кордоном пустотіла кераміка вже давно зайняла лідируючу позицію і продається набагато краще за звичайну цеглу.
Спеціальні керамічні матеріали
До таких виробів можна віднести санітарно-технічні та каналізаційні труби. Перші поділяються на три великі групи:
- із твердого фаянсу (пористий черепок);
- санітарна порцеляна (спеклийся черепок);
- напівпорцеляна (напівспеклий черепок).
Основні вимоги до санітарно-технічних виробів - це стійкість до механічних пошкоджень, теплостійкість. Рецептура повинна дотримуватися в строгому порядку, це стосується й технології. Використовується тільки професійна та високоякісна сировина. До санітарно-технічних виробів варто віднести раковини, унітази, ванни, радіатори тощо. Вірний спосіб перевірки якості виробу - легке постукування по корпусу. Звук має бути чистим і без деренчання. Це вказує на випал при правильній температурі та відсутності тріщин.
Що стосується каналізаційних труб, то вони повинні мати щільний спеклий черепок. випускаються діаметром 150-600 мм. Зазвичай покриваються глазур'ю як зсередини, і зовні. Для таких виробів характерна висока стійкість до агресивного середовища та блукаючого електричного струму. Мають помірну вартість, що робить їх доступнішими.
Фізико-хімічні властивості кераміки
Як було зазначено вище, всі вироби можна розділити на дві великі групи: щільні і пористі. Щільні мають коефіцієнт водопоглинання менше 5%, пористі – 5% і більше. До останньої групи можна віднести такі вироби: глиняну цеглу (пористу та порожнисту), пустотну облицювальну плитку, черепицю для покрівлі. Щільні керамічні вироби - дорожня цегла та плитка для підлоги. У санітарно-технічній галузі зустрічається як пориста, і щільна кераміка.
Говорячи про фізико-хімічні властивості, не можна не відзначити ключовий недолік кераміки. Полягає він у підвищеній крихкості порівняно з іншими матеріалами. Проте висока доступність і універсальність роблять цей матеріал одним із найбільш затребуваних у багатьох галузях промисловості і навіть у повсякденному житті людини. Сучасні технологіїдозволяють отримувати гладку поверхню відразу після випалу. Якщо потрібно досягти певного кольору, то додають оксиди заліза чи кобальту.
Особливості мікроструктури
При нагріванні кераміка поступово перетворюється на рідкий стан. Воно відрізняється великою кількістю простих та складних сполук. При охолодженні відбувається кристалізація. Виявляється вона у випадінні чистих кристалів, які збільшуються у розмірах. Коли маса твердне, то у структурі утворюється мікроконгломерат. У ньому зерна мулліта зціментовані затверділою масою. Варто звернути увагу, що атоми кисню утворюють свого роду матрицю. У ній є маленькі атоми металів, які заміщаються в порожнинах між ними. Отже, в мікроструктурі переважають іонні та дещо менші ковалентні зв'язки. Хімічна стабільність та стійкість досягаються за рахунок наявності міцних та міцних хімічних сполук.
Як було зазначено вище, застосування керамічних матеріалів обмежене. Зумовлено це тим, що кристали є неідеальними. Кристалічні грати мають безліч дефектів: пори атомного розміру, деформації тощо. Усе це значно погіршує міцність. Проте є тут свої нюанси. Наприклад, при дотриманні технології під час виготовлення того чи іншого виду кераміки цілком можливо досягти хороших результатів по міцності. Для цього вкрай важливо дотримуватися температурний режимта тривалість випалу виробу.
Характеристика та властивості глини
Глина – осадова гірська порода, яка незалежно від складу та структури при змішуванні з водою утворює пластичний матеріал. Після випалу – каменеподібне тіло. Зазвичай суміш щільна, переважно складається з алюмосилікатів. Нерідко в глинах знаходять і такі породи, як кварц, шпат, а також гідроксиди та карбонати кальцію, магнію та сполуки титану.
Каоліни – найбільш чисті глини, які відомі на сьогоднішній день. Майже повністю складаються з каолініту. Після випалу набувають білого кольору. Необхідна для обробки пластичність досягається за рахунок наявності у структурі дрібних зерен глинистої речовини (0,005 мм). Звичайно, чим більше у складі такої речовини, тим пластичність вища, і навпаки.
До основних керамічних властивостей глин варто віднести:
- пластичність – деформування без порушення цілісності;
- зв'язність;
- повітряна та вогнева усадка;
- вогнетривкість.
Сьогодні використовуються різні збагачувальні та збагачувальні добавки, які дозволяють змінювати властивості матеріалу в той чи інший бік. Це призводить до того, що керамічні вироби стають ще більш затребуваними та доступними.
Технологічна схема виробництва
Характеристика керамічних матеріалів говорить про можливість використання глин у різних галузях промисловості. Це призвело до того, що виник великий попит, а отже, зросла пропозиція. Заводи з виробництва у більшості випадків працюють за тією самою схемою:
- видобуток сировини;
- підготовка;
- формування та сушіння;
- випал та випуск продукту.
Для мінімізації витрат зазвичай заводи зводять у безпосередній близькості від родовища глини. Видобуток здійснюється у відкритий спосіб, тобто екскаватором. На наступному етапі виконується підготовка маси. Сировина збагачується, дробиться та перемішується до однорідної маси. Формування майбутнього керамічного виробу здійснюється мокрим та сухим способами. У першому випадку масу зволожують до 25%, а у другому – не більше 12%.
Раніше часто використовувалося природне сушіння. Однак результат залежав здебільшого від погоди. Отже, у дощ чи холод завод стоїть. Тому використовують спеціальні сушарки (газові). Найбільш відповідальним етапом є випалення. Вкрай важливо дотримуватися технології, яка досить складна. Багато залежить і від охолодження кераміки. Не допускається різкого перепаду температур, який може призвести до викривлення площини. Лише після цього можна продавати керамічні матеріали. Технологія виробництва, як бачите, непроста, складається з кількох етапів. Кожен із них повинен дотримуватися. Якщо цього немає, то на полицях магазину ми можемо зустріти шлюб.
Трохи про недоліки кераміки
Як було зазначено, склад керамічних матеріалів неідеальний. Зокрема, це впливає на міцність виробу з глини. Будь-яке механічне пошкодження може проявитися як скол, тріщина тощо. Це є ключовим недоліком. Але є й інші фактори, які стримують повсюдне поширення матеріалу, що розглядається нами. Один із них – висока вартість. Наприклад, керамічна черепиця для покрівлі заміського будинку - прекрасне з естетичної точки зору рішення, але обійдеться таке задоволення дуже дорого.
При цьому її зовнішній вигляд зберігатиметься не більше 5 років при належному догляді. Надалі відбувається вицвітання, поява моху на поверхні і т. п. Поряд з цим крихкість і ламкість призводять до того, що будь-яке механічне пошкодження може спричинити перебіг покрівлі, а це вже мало кому сподобається. Звичайно, сучасний керамічний матеріал виглядає дуже ефектно, що досягається за рахунок широкої фактури кольорів та високої якості виготовлення. Але коштує він, як і раніше, дорого, що часто й змушує задуматися про доцільність такого вибору.
Підведемо підсумки
Ми розглянули основні характеристики керамічних матеріалів. Виходячи з усього вище сказаного, можна зробити висновок, що такі вироби мають деяку унікальність. Полягає вона в тому, що за відсутності механічних пошкоджень вони прослужать дуже довго. Крім того, керамічний матеріал для лиття рідкого металу на заводах також незамінний, адже витримує високі температури.
Що ж до повсякденного життя, то тут кераміка дуже доречна. Спеціальний посуд для приготування їжі в духовці, хоч і змінив свій зовнішній вигляд за багато років, але робиться так само з цього матеріалу. Порцеляна, незважаючи на свою велику вартість, має витончений вигляд і просто радує око. Це стосується і фаянсу, який при належному виконанні важко відрізнити від порцеляни.
У будь-якому випадку потрібно використовувати керамічний матеріал. Насамперед це зумовлено великими запасами природної глини. Її справді багато, і щороку розробляються нові й нові кар'єри з видобутку цього природного ресурсу. Другий важливий чинник – екологічна чистота. Раніше у людей взагалі не було можливості використовувати якісь шкідливі добавки для покращення характеристик міцності виробу. Сьогодні ситуація змінилася, хай і не надто критично. Керамічна плитка, на відміну синтетичних матеріалів, не шкодить здоров'ю. Це стосується і посуду з кераміки, який, порівняно з пластиком, особливо якщо останній нагрітий, не завдає шкоди взагалі.
ОБЖИГОВІ КАМ'ЯНІ МАТЕРІАЛИ
Запобігання кам'яним матеріалам від руйнування
Основні причини руйнування природних кам'яних матеріалів у спорудах: замерзання води в порах і тріщинах, що викликає внутрішні напруження; часте зміна температури та вологості, що викликає появу в матеріалі мікротріщин; розчинна дія води та зниження міцності при водонасиченні; хімічна корозія, що відбувається під дією газів, що містяться в атмосфері (SO 2 , СО 2 та ін), та речовин, розчинених у ґрунтовій або морській воді.
Конструктивний захиствідкритих частин споруд (цоколів, карнизів, пасків, стовпів, парапетів) зводять до надання їм такої форми, що полегшує відведення води. Цьому ж сприяє гладка полірована поверхня облицювання та профільованих деталей.
Для пористих кам'яних матеріалів, що не поліруються, використовують хімічний захист, наприклад, шляхом просочення поверхневого шару ущільнювальними складами і нанесення на лицьову поверхню гідрофобізуючих (водовідштовхувальних) складів. Кремнафторізацію(або флюатування) застосовують для підвищення стійкості зовнішнього облицювання та інших матеріалів, отриманих з карбонатних порід. При просочуванні вапняку розчином флюату (солі кремнефторістоводневої кислоти) відбувається хімічна реакція
2СаСО 3 + MgSiF6 = 2CaF 2 + MgF 2 + SiO 2 + 2CO 2
Отримані нерозчинні у воді речовини CaF 2 MgF 2 і SiО 2 відкладаються в порах і ущільнюють лицьовий шар каменю. Внаслідок цього зменшується його водопоглинання та зростає морозостійкість; облицювання з каменю менше забруднюється пилом.
Некарбонатні пористі кам'яні матеріали попередньо обробляють водними розчинами кальцієвих солей (наприклад Са2 2), а після цього просочують флюатами.
Гідрофобізація, тобто. просочування гідрофобними складами (наприклад, кремнійорганічних рідин), знижує проникнення вологи в пористий камінь, зокрема при капілярному підсмоктуванні. Для захисту каменю від корозії застосовують плівкоутворюючі полімерні матеріали – прозорі та забарвлені. Також просочують поверхню каменю мономером з подальшою полімеризацією.
Керамічними (від грецького «керамос» – глина) називають штучні кам'яні матеріали та вироби, які отримують високотемпературним випалом глин з мінеральними добавками.
Класифікація керамічних виробівЗа структурою черепка розрізняють: а) щільнівироби зі спеклимся черепком (матеріал, з якого складаються керамічні вироби після випалу, в технології кераміки називають керамічним черепком) та водопоглинанням менше 5 % (плитки для підлоги та облицювання фасадів, клінкерна цегла); б) пористівироби з водопоглинанням понад 5 % (стінові, плитки внутрішнього облицювання стін).
За призначенням розрізняють керамічні вироби: для стін (цегла та керамічні камені); облицювання фасадів (лицьова цегла та каміння); плитки для внутрішнього облицювання стін та підлог; покрівельні (черепиця); санітарно-технічне обладнання (вироби із фаянсу); доріг та підземних комунікацій (дорожня цегла, труби тощо); теплоізоляції (легка цегла, фасонні вироби); кислототривкі вироби (цегла, плитки, труби тощо); вогнетриви; заповнювачі для легких бетонів (керамзит, аглопорит).
Сировина для керамічних виробів.Основним сировинним матеріалом для виробництва будівельних керамічних виробів є глинисту сировину, що застосовується в чистому вигляді, а частіше у суміші з добавками – отощающими, пластифікуючими, пороутворюючими, плавнями та ін.
Основні властивості глин як сировини для виробництва кераміки: пластичність та зв'язковість глиняного тіста, здатність твердіти при висиханні та переходити в незворотний каменеподібний стан при випалюванні.
Пластичністьглин забезпечується вмістом глинистих частинок пластинчастої форми розміром 0,005 мм і менше. Наявність між цими частинками тонких шарів води за рахунок дії молекулярних і капілярних сил забезпечує складність частинок і здатність їх до ковзання відносно один одного без втрати зв'язності.
При сушінні глиняне тісто втрачає воду і зменшується в обсязі. Цей процес називається повітряною усадкою(2-12% за обсягом). При цьому глина твердне, але при додаванні води знову переходить у пластичний стан. При випаленні при температурі близько 1000 ° С керамічна маса безповоротно втрачає свої пластичні властивості і за рахунок утворення нових мінералів набуває каменеподібного стану, водостійкості та міцності. Одночасно з цим відбувається подальше ущільнення та усадка матеріалу, що називається вогневою усадкою(2-8%). Здатність глин ущільнюватися при випаленні та утворювати камнеподібний черепок називається спікання глин.Залежно від температури випалу отримують пористий (близько 1000 ° С) або спеклий (більше 1100 ° С) черепок.
Основні види керамічних виробів– це стінові вироби, облицювальні матеріали та вироби, керамічні матеріали та вироби спеціального призначення.
Стінові вироби.У групу стінових керамічних матеріалів входять цегла (одинарна, потовщена, модульних розмірів) і камені, що виготовляються способом напівсухого пресування або пластичного формування, а також великорозмірні блоки та панелі. Цегла керамічна одинарна має форму прямокутного паралелепіпеда з рівними гранями, прямими ребрами та кутами розмірами 250'120'65 мм; потовщений - розмірами 250 120 88 мм. Цегла може випускатися повнотілою (без порожнеч і з технологічними порожнечами в кількості не більше 13%) і порожнистою (з вертикальним або горизонтальним розташуванням порожнеч), а каміння – тільки порожнистими. Щільність цегли та каміння в залежності від наявності та кількості порожнеч знаходиться в межах від 1400 до
1900 кг/м 3 теплопровідність – від 0,4 до 0,8 Вт/(м × ºС). За цими показниками пустотіла цегла і каміння, а також пористо-пустотіла цегла (до складу керамічної маси вводять вигоряючі добавки) відносяться до групи ефективних стінових керамічних виробів. Причому ці види цегли та каміння поділяють на умовно-ефективні, що покращують теплотехнічні властивості стін, та ефективні, що дозволяють значно зменшити товщину стін.
Марку каміння по міцностівизначають залежно від значень межі міцності при стисканні, а цегли – і з урахуванням межі міцності при згині. Марки по міцності повнотілої цегли, а також порожнистих цегли і каменів з вертикальним розташуванням порожнин - 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250 і 300, а з горизонтально розташованими порожнечами - 25, 31, 35 каміння по морозостійкості – F 15, F 25, F 35, F 50. Водопоглинанняне повинно бути для повнотілої цегли менше 8%, для пустотілих виробів - менше 6%. Масацегли у висушеному стані не повинна бути більше 4,3 кг, каміння – не більше 16 кг.
Ці вироби застосовуються для кладки зовнішніх та внутрішніх стін, кладки фундаментів (з повнотілої цегли).
Облицювальні матеріали та вироби.Розрізняють: фасадні облицювальні вироби – цегла та каміння керамічні лицьові (вкладають у стіну будівлі у перев'язку зі звичайними, вони відрізняються від останніх підвищеними фізико-механічними показниками та покращеними показниками зовнішнього вигляду); керамічні вироби для внутрішнього облицювання – плитки для внутрішнього облицювання стін (застосовують у приміщеннях санвузлів, кухонь, лазень, пралень, станцій метро тощо); плитки для підлоги. Величина основного, крім розмірів та зовнішнього вигляду,нормованого показника для керамічних плиток – водопоглинання– має значення при виборі матеріалу для облицювання приміщень з вологим режимом та плиток для підлоги. За звичайних умов експлуатації (всередині приміщень) цей параметр не помітно впливає на споживчі властивості керамічної плитки. Зовсім інша ситуація складається при використанні плитки поза приміщенням: морозостійкістьКерамічні вироби безпосередньо залежить від водопоглинання. Вважається, що плитка з водопоглинанням менше 3% придатна для застосування на вулиці (ганок, балкон тощо) або в приміщеннях, що не опалюються. Керамічні плитки для покращення зовнішнього вигляду та створення додаткового захисту покривають глазур'ю.
Керамічний гранітналежить до того ж класу оздоблювальних матеріалів, що і керамічна плитка, але відрізняється від неї підвищеними механічними характеристиками(міцністю, твердістю та зносостійкістю), а також текстурою, що імітує природний камінь. Цей комплекс властивостей досягається в результаті застосування суміші глин та мінеральних добавок, подібної до складу з фарфоровою масою. Плитки, відформовані з цієї суміші під високим (до 50 МПа) тиском, піддаються високотемпературному випалюванню (більше 1200 °С), що призводить до спікання маси та забезпечує отримання надзвичайно твердого та щільного черепка, практично позбавленого пор та порожнеч. Це дозволяє обходитися без нанесення на поверхню плитки захисного шару глазурі.
Керамічні плитки та керамограніт виробляються розмірів: від 15'15 до 40'40 і 30'60 см. Товщина облицювальних плиток зазвичай 5; 6 мм; плиток для підлог та керамограніту – 8,5; 12; 15мм.
Керамічні матеріали та вироби спеціального призначення.Випускають цеглу та каміння керамічні для кладки та футерування промислових димових труб та печей; каміння трапецеїдальної форми для влаштування підземних колекторів; дорожня клінкерна цегла для мощення вулиць та доріг, підлог, облицювання набережних тощо; глиняну черепицю – найстаріший вид покрівельних матеріалів; керамічні труби: каналізаційні (з щільним черепком) та дренажні (з пористим черепком); теплоізоляційні керамічні вироби – пориста кераміка, керамзит; вогнетривкі матеріали (виготовляють у вигляді цегли, блоків, плит з різних сировинних компонентів за технологією, близькою до керамічної).
) та їх сумішей з мінеральними добавками, що виготовляються під впливом високої температури з подальшим охолодженням.
У вузькому значенні слово кераміка позначає глину, що пройшла випал. Однак сучасне використанняцього терміна розширює його значення до включення всіх неорганічних неметалевих матеріалів. Керамічні матеріали можуть мати прозору або частково прозору структуру, можуть походити зі скла (див. ситалі). Найраніша кераміка використовувалася як посуд з глини або сумішей її з іншими матеріалами. В даний час кераміка застосовується як індустріальний матеріал (машинобудування, приладобудування, авіаційної промисловості та ін), як будівельний матеріал, художній, як матеріал, що широко використовується в медицині, науці. У 20-му столітті нові керамічні матеріали були створені для використання в напівпровідниковій індустрії та ін.
Слово «керамічний» походить також від індоєвропейського Керрі, означаючи високу температуру. Звідки «Керамічний» може використовуватися як прикметник, що описує матеріал, продукт чи процес; або як іменник у множині «кераміка».
Історія
Історично керамічні вироби були твердими, пористими та крихкими. Вивчення кераміки призводить до розробки нових і нових методів для вирішення цих проблем, приділяючи особливу увагу сильним сторонам матеріалів, а також і незвичайному їх використанню.
Кераміка відома з давніх-давен і є, можливо, першим створеним людиною матеріалом. Час появи кераміки відносять до епохи мезоліту та неоліту. Різними видамиКераміки є теракота, майоліки, фаянс, кам'яна маса, порцеляна, ситали.
Виходячи з походження слова кераміка розуміються такі вироби, для яких глина (при нагоді каолін), змішана з польовим шпатом, кварцом або вапном, служить головною сировиною. Ці вихідні речовини перемішуються і переробляються в масу, яка від руки, або на поворотному колі формується і потім обпалюється.
Окремі види кераміки формувалися поступово в міру вдосконалення виробничих процесів, різнячись залежно від освітніх властивостей черепка та калільного жару. Більшість із них утримується й донині. Найдавніший вид - це звичайний горщиковий товар із землистим, пофарбованим та пористим черепком. Це типова побутова кераміка або вироби, які різними способами облагороджувалися - штампуванням та гравіюванням (наприклад, Bucchero nero), тонким облицювальним шаром (грецька кераміка та римські Terra - sigillata), кольоровою глазур'ю («Гафнеркераміка» Ренесансу). Спочатку кераміка формувалася від руки. Винахід гончарного кола в третьому тисячолітті до нашої ери був великим прогресом, що дозволило виготовляти посуд з більш тонкими стінками.
До кінця XVI століття кераміка переходить до Європи майоліка. Володіючи пористим черепком з залізо і вапно, але при цьому білої фаянсової маси або кахельної глини, вона покрита двома глазурами: непрозорою, з вмістом олова, і прозорою блискучою свинцевою глазур'ю. Майоліка родом із заальпійських країн називається фаянсом. Декор писали на майоліці по сирій глазурі, перш ніж обпалити виріб за температури близько 1000 °C. Фарби для розпису бралися того ж хімічного складу, Що й глазур, проте їх суттєвою частиною були оксиди металів, які витримували велику температуру (так звані вогнетривкі фарби - синя, зелена, жовта та фіолетова). Починаючи з XVIII століття, стали застосовувати так званими муфельними фарбами, які наносилися на вже обпалену глазур. З їх допомогою особливо на фарфорі досягають високих результатів.
У XVI столітті у Німеччині поширюється виробництво кам'яного посуду. Білий (наприклад, у Зігбурзі) або забарвлений (наприклад, у Ререні) дуже щільний черепок складається з глини, змішаної з польовим шпатом та іншими речовинами. Обпалюючись при температурі 1200-1280 ° С, кам'яний посуд дуже твердий і практично непористий. У Голландії, на зразок Китайської кераміки, її стали виробляти червоною, і ту ж особливість виявляє кам'яний посуд Бетгера.
Кам'яний посуд також виготовлявся Веджвудом в Англії. Тонкий фаянс як особливий сорт кераміки народжується в Англії в першій половині XVIII століття з білим пористим черепком, вкритим білою глазур'ю. Він залежно від міцності черепка ділиться на м'який тонкий фаянс з високим вмістом вапна, середній - з нижчим її вмістом і твердий - зовсім без вапна. Цей останній за складом та міцністю черепка часто нагадує кам'яний посуд або фарфор.
У будівництві широко застосовується цемент - один із видів кераміки, сировиною для якого служать глина та вапняк, змішаний з водою.
Історія появи кераміки на Русі
Кераміка в Росії
Кераміка відома з давнини і є, можливо, першою створеною людиною матеріалом. Росія в галузі кераміки гідно займає чільне місце у світі, незважаючи на те, що в міжнародній літературі питання про виникнення фарфорового та керамічного виробництва часто зменшується. Приклад появи чорної кераміки археологічно доведено, що у 3-му тисячолітті до зв. е. чорна лощена кераміка використовувалася в ритуальних та обрядових цілях. Значну шкоду розвитку кераміки в Росії завдало лише одна монголо-татарська навала, яка багато знищила досягнень російських гончарів IX-XII століть. Наприклад, зникли дворучні корчаги-амфори, вертикальні світильники, простішим став орнамент, мистецтво перегородчастої емалі, глазур (найпростіша - жовта, вціліла лише Новгороді).
Лише XV столітті тривало розвиток кераміки на Русі. У Росії і в даний час, особливо в сільскої місцевості, кожен керамічний посуд незамінний. Їжа в керамічних горщиках ароматна і довго зберігається.
Виготовлення керамічного посуду на гончарному колі становило особливий інтерес. Так звані квасники (судини для кислих щей, браги, пива, дріжджових або фруктових квасів) з'явилися в Москві в ХІХ столітті.
Прозора кераміка
Історично керамічні матеріали непрозорі через особливості їхньої структури. Однак спікання частинок нанометрових розмірів дозволило створити прозорі керамічні матеріали, що мають властивості (діапазон робочих довжин хвиль випромінювання, дисперсію, показник заломлення), що лежать за межами стандартного діапазону значень для оптичних стекол.
Див. також
- Обварна кераміка
Посилання
Wikimedia Foundation. 2010 .
Дивитись що таке "Керамічні матеріали" в інших словниках:
Неметалічні матеріали з тугоплавких неорганічних сполук, одержувані спіканням, хімічним плазмо та іншими методами. К. м. мають високу температуростійкість, жароміцність, твердість, електроізоляційні та інші цінні ... Енциклопедія техніки
керамічні матеріали Енциклопедія «Авіація»
керамічні матеріали- керамічні матеріали Неметалічні матеріали з тугоплавких неорганічних сполук, одержувані спіканням, плазмохімічним та іншими методами. До. м. володіють високою температуростійкістю, жароміцністю, твердістю, ... Енциклопедія «Авіація»
Основні статті: Оптичні матеріали Волновод на базі прозорої кераміки Прозорі керамічні матеріали матеріали, прозорі для електромагнітних … Вікіпедія
Абразивні керамічні матеріали- (абразиви) – речовини підвищеної твердості, що застосовуються у масивному чи подрібненому стані для механічної обробки (шліфування, різання, стирання, заточування, полірування тощо) інших матеріалів. Природні абразивні матеріали – …
Надтверді керамічні матеріали- – композиційні керамічні матеріали, одержувані введенням різних легуючих добавок та наповнювачів у вихідний нітрид бору. Структура таких матеріалів утворена міцно пов'язаними найдрібнішими кристаллітами і, отже, є… Енциклопедія термінів, визначень та пояснень будівельних матеріалів
Керамічні плитки та плити- – тонкостінні вироби, виготовлені з керамічної маси та/або інших неорганічних матеріалів. Примітка 1. Керамічні плитки та плити застосовують головним чином для настилання підлог та облицювання стін. Як правило, їх формують при… Енциклопедія термінів, визначень та пояснень будівельних матеріалів
Матеріали будівельні керамічні- – отримують у процесі технологічної переробки мінеральної сировини (в основному глинистої), здатної при замішуванні водою утворювати пластичне тісто, яке у висушеному стані має невелику міцність, а після випалу набуває… Енциклопедія термінів, визначень та пояснень будівельних матеріалів
Керамічні вироби для облицювання- – випускають глазурованими та неглазурованими. До них відноситься лицьова цегла та килимові облицювальні плитки. Цегла та каміння лицьові керамічні мають марки за міцністю 75,100,125,150; водопоглинання 6...14%. [Словник будівельних матеріалів та… … Енциклопедія термінів, визначень та пояснень будівельних матеріалів
За складом та властивостями керамічні вироби ділять на типи, види та різновиди.
Тип кераміки визначається
складом та співвідношенням окремих фаз
Їх обробкою, особливо тонкістю помелу,
складом глазурів,
температурою та тривалістю випалу.
До складу мас всіх типів кераміки входять пластичні глинисті речовини (глина, каолін), отощаючі матеріали (кварц, кварцовий пісок), плавні (польовий шпат, пегматит, перліт, кістяна зола та ін.). При випаленні відформованих виробів в результаті складних фізико-хімічних речовин перетворень та взаємодій компонентів мас та глазурів, формується їх структура.
За характером будови кераміку поділяють на грубу та тонку.
Вироби грубої кераміки (гончарні вироби, цегла, черепиця) мають пористий крупнозернистий черепок неоднорідної структури, пофарбований природними домішками жовтувато-коричневі кольори.
Тонкокерамічні вироби відрізняються тонкозернистим білим або світлозабарвленим, спеклимся або дрібнопористим черепком однорідної структури.
За ступенем спікання (щільності) черепка розрізняють керамічні вироби:
Щільні, що спеклися з водопоглинанням менше 5% - порцеляна, тонкокам'яні вироби, напівпорцеляна;
Пористі з водопоглинанням понад 5% - фаянс, майоліки, гончарні вироби.
Залежно від будови розрізняють:
Грубу мають пористий крупнозернистий у зламі черепок неоднорідної структури, пофарбований природними домішками в жовтувато-коричневі кольори (пористість 5-30%) – гончарна кераміка – гончарні вироби, цегла, черепиця. До грубої кераміки відносять багато будівельних керамічних матеріалів, наприклад лицьову цеглу
Тонку кераміку відрізняється тонкозернистим білим або світлозабарвленим, спеченим склоподібним або дрібнопористим черепком однорідної структури (пористість<5%) - фарфор, полуфарфор, фаянс, майолика, керметы.
В особливу групу виділяють так звану кераміку високопористу (пористість 30-90%), до якої зазвичай відносять теплоізоляційні керамічні матеріали.
Властивості керамічних виробів залежать як від складу мас, що застосовуються, так і від технологічних особливостей їх виробництва.
Кераміка потрібна там, де потрібна висока стійкість до зовнішнього впливу: висока температура, стирання, агресивні середовища і т.д.
Незмінність структури та властивостей забезпечують міцні хімічні зв'язки.
Завдяки унікальності своїх властивостей кераміки здобули заслужене визнання у різних галузях техніки.
Фізичні та механічні властивостіКерамік визначаються характером хімічного зв'язку та кристалічною структурою.
Залежно від призначення кераміки отримання заданих властивостей виробів досягається підбором сировинних матеріалів та добавок та особливостями технології.
До основних властивостей відносяться щільність, механічна міцність, твердість, пористість, термічна стійкість, хімічна стійкість, білизна, просвічуваність, швидкість розповсюдження звукових хвиль.
Кераміки характеризуються високою твердістю, жорсткістю, відносно високою межею міцності на стиск та недоліком пластичності.
Твердість. Навіть пориста гончарна глина дряпає скло, т.к. містить частинки кварцу (по Моосу 7). Технічна кераміка містить у своєму складі оксид алюмінію (по Моосу 9) - сапфір, рубін. Найбільш повно цю властивість використовують в абразивних керамічних матеріалах – карбід кремнію, окис алюмінію, нітрид бору та вуглецю – тверді та надтверді матеріали.
Механічна міцність- одна з найважливіших властивостей, від якої залежить довговічність виробу. Має досить високу міцність. Міцність залежить від пористості кераміки. глиняний горщик, порцелянова чашка з тонкими стінками... Питома механічна міцність, тобто відношення прикладеного зусилля до одиниці товщини дна, визначається методом вільного падіння сталевої кульки по дну виробу. У фаянсу вона вища, ніж у порцеляни. Міцність на удар методом маятника навпаки у фаянсових виробів нижче, ніж у фарфорових.
Добре витримує напруги стиснення, гірше вигину і дуже погано напруги розтягування (35-350 МПа, звичайна цегла 5 МПа, сталевий дріт рояльний 3100 МПа, шкіра 40 МПа, людське волосся 190 МПа). При конструюванні форми виробу розраховують форму так, щоб зусилля, що виникають в процесі експлуатації, приводили до напруг стиснення або вигину. (картинка).
Щільністьь залежить від складу та пористості порцеляни дорівнює 2,25-2,4 г/см³, а фаянсу - 1,92-1,96 г/см³.
Пористістьвизначають методом водопоглинання, яка у порцеляни становить 0,01-0,2%, а у фаянсу - 9-12%.
Вогнетривкість –Стійкість до дії високих температур. Затребувана в печах та агрегатах для виплавки металів. Т 1000–3000. При Т більше 1000 міцніше за будь-які сплави. Залежить від складу, тобто. від температури плавлення основних компонентів. Не всі керам матеріали є вогнетривкими, вся будівельна кераміка, господарсько-побутова – невисокі температури експлуатації. Пожежу витримають, але глазурне покриття вкриється цеком.
Вогнетривкістю називають властивість керамічних матеріалів та виробів протистояти впливу високих температур, не розплавляючись. Показником (кількісною мірою) вогнетривкості є температура, при якій зразок з даного матеріалу, що має форму тригранної усіченої піраміди (умовно називається «конусом»), деформується під впливом своєї тяжкості, торкаючись при цьому своєю вершиною керамічної підставки.
Термостійкістьхарактеризує здатність виробу витримувати різкі зміни температур. Для глазурованих плиток = 125-150 ° С, що означає можливість різкого перепаду від цієї температури до 20 ° С без утворення тріщин.
Термостійкі матеріали повинні мати низький температурний коефіцієнт. лін. розш., високу теплопровідність та хутро міцність.
Найбільш термостійкою є кварцова кераміка, кераміка на основі кордієриту, сподумену.
Найбільш термостійкі з художньої кераміки порцеляна та кам'яна кераміка – роблять чайники, чашки. Термічна стійкість фарфорових виробів вища, ніж у фаянсових. Так, відповідно до діючих ГОСТів 28390-89 і 28391-89 термостійкість фарфорових виробів повинна бути 185°С, фаянсових - від 125°С (для безбарвних глазурів) та 115°С (для кольорових глазурів).
Хімічні зв'язки у кераміках дуже міцні, тому кераміки характеризуються також високими температурами плавлення та хімічною стійкістю.
Кераміка tпл., ° С
Карбід титану TiC 3120
Борід титану TiB2 2980
Карбід вольфраму WC ~2850
Оксид алюмінію Al2O3 2050
Оксид хрому Cr2O3 1990
Торстерит 2MgO · SiO2 1830
Мулліт 3Al2O3·2SiO2 1810
Оксид кремнію (кристобаліт) 1715
Оксид титану TiO2 1605
Відсутність вільних електронів спричиняє те, що кераміки, як правило, погано проводять електрику і тепло. Тому кераміки широко використовують у електротехніці як діелектрики.
Потреби вакуумної техніки в кераміці пов'язані, в першу чергу, з їх високими діелектричними якостями, високою хімічною стійкістю (у тому числі при високих температурах) і високою температуростійкістю.
відсутність у більшості матеріалів гігроскопічності,
хороші електричні (п'єзоелектричні, сегнетоелектричні)
і магнітні характеристики при достатній механічній міцності, стабільності характеристик та надійності,
стійкість до впливу випромінювання високої енергії та використання досить дешевої та доступної сировини забезпечило їх широке застосування у різних галузях.
Гігроскопічність - кераміка є екологічно чистим продуктом і має капілярну структуру, що дозволяє стіні "дихати". Стіна з такого матеріалу виконує функцію природного кондиціонера: вбирає вологу при її надлишку та віддає за нестачі, підтримуючи здоровий температурно-вологісний баланс у житловому приміщенні. Поверхня стіни залишається сухою у будь-яку пору року, що, у свою чергу, запобігає утворенню грибка та плісняви.
У Європі керамічний блок добре знають та люблять. На сьогоднішній день більше половини будівель зводяться із цього матеріалу. Тепер цей матеріал прийшов і на російський ринок і впевнено продовжує його завоювання завдяки своїм незаперечним перевагам.
Естетичні властивостіКерам матеріалів складно охарактеризувати однозначно, тому що дуже різні склади, фактури поверхні та способи декорування.
Для гончарної кераміки та теракоти велику роль відіграє фактурність поверхні та теплі тони природних забарвлень. теракотовий колір.
Декоративність майоліки, фаянсу, порцеляни пов'язана в першу чергу з покриттям глазур'ю та розписом. Фаянс - відчутна товщина, грубість форми, порцеляна витончена холодність, просвічуваність.
Оцінюючи естетичні властивості керам виробів можна підкреслити їх пластичність і природність форм, різноманіття фактур та кольорів, тобто високі декоративні можливості.
Кераміка один із найбільш екологічно чистих матеріалів.
Білизна - здатність матеріалу відображати падаючий на нього світло. Особливо важлива білизна для фарфорових виробів. Білизна визначається візуально шляхом порівняння випробуваного зразка з еталоном або за допомогою електричного фотометра, а також на "Спеколі".
Швидкість розповсюдженнязвукових хвиль для фарфорових виробів у 3-4 рази вище, ніж у фаянсових, тому при ударі дерев'яною паличкою по краю фарфорові вироби видають високий звук, а фаянсові – глухий.
Просвічуваністьхарактерна для фарфору, який просвічує при великій товщині виробу, так як має спеклий черепок. Фаянсові вироби не просвічують через пористий черепок.
Твердість глазурного шару помінералогічний шкалою для фарфору становить 6,5-7,5, а для фаянсу - 5,5-6,5, мікротвердість визначається вдавлюванням алмазної пірамідки. Порцелянові глазурі вважаються твердими, майолікові - м'якими, а фаянсові відносяться до середніх.
Хімічна стійкість глазурів і керамічних фарб, що застосовуються для побутових фарфорових та фаянсових виробів, повинна бути високою, оскільки при обробці слабкими кислотами та лугами при звичайній температурі або при нагріванні до 60-65 ° С вони не повинні руйнуватися.
Колір живийглини” оманливий. Висохла на повітрі, вона, як правило, лише трохи світлішає. Але при випаленні більшість глин різко змінюють свій колір: зелена стає рожевою, бура – червоною, синя та чорна – білою. Наприклад, майстри з села Фнлимоново під Тулою ліплять свої знамениті іграшки з чорно-синьої глини, яка після випалу набуває білого, трохи кремуватого кольору. Тут у печі при випалюванні вигоряють усі органічні частинки, які надавали їй “живу” чорну забарвлення. Тільки біла глина і після випалення залишається білою.