Керамічны матэрыял: ўласцівасці, тэхналогія вытворчасці, прымяненне

Першыя керамічныя вырабы з'явіліся задоўга да таго, як людзі навучыліся выплаўляць метал. Старажытныя гаршкі і збаны, якія археолагі знаходзяць па гэты дзень, з'яўляюцца прыкладам гэтаму. Варта заўважыць, што керамічны матэрыял мае унікальныя ўласцівасці, якія робяць яго ў некаторых сферах проста незаменным. Давайце разгледзім з вамі асаблівасці керамікі, пагаворым пра яе вытворчасці і характарыстыках.

Агульныя звесткі

Атрымліваюць керамічныя вырабы шляхам спякання гліны і сумесяў з арганічнымі дадаткамі. Часам выкарыстоўваюць аксіды неарганічных злучэнняў. Першыя такія вырабы з'явіліся яшчэ 5 000 гадоў назад. За гэты час тэхналогія вытворчасці істотна ўдасканалілася, і сёння нам даступныя высокатрывалыя керамічныя вырабы. Яны выкарыстоўваюцца ў будаўніцтве для абліцоўвання фасадаў, падлог, ўзвядзення сцен і т. Д.

Ёсць керамічныя вырабы з шчыльным і сітаватым чарапком. Ключавое адрозненне паміж імі складаецца ў тым, што шчыльны чарапок з'яўляецца воданепранікальным. Гэта фарфоравыя вырабы, пліткі для падлогі і т. П. Кіпры чарапок - чарапіца, керамічны камень, дрэнажныя трубы і іншае.

Гісторыя ўзнікнення

Слова "кераміка" у перакладзе з грэцкага азначае "гліна". Натуральна, для вырабу любога вырабы выкарыстоўвалася свайго роду сумесь. У яе дадаваліся неабходныя матэрыялы ў залежнасці ад таго, што трэба было атрымаць у канчатковым выніку. Першы час ўручную, а некалькі пазней і на спецыяльным станку вырабу з гліны надавалася спецыяльная форма. У далейшым керамічныя вырабы апякаюцца ў печах пры высокай тэмпературы.

У многіх краінах выкарыстоўваліся ўласныя тэхналогіі вытворчасці. Гэта тычыцца ганчарных мас, роспісу і глазурования. Першай дзяржавай, якое дамаглося істотнага развіцця гэтай галіны, лічыцца Егіпет. Менавіта вытворчасць керамікі там было наладжана ў першую чаргу. Вырабы былі з грубай і дрэнна перамешанай гліны, але ў далейшым тэхналогія ўдасканалілася. Сёння знаходзяць цэглу з жоўтай гліны, якія нібыта выкарыстоўваліся пры будаўніцтве пірамід Мэмфіса.

з'яўленне фарфору

Доўгі час у Кітаі выкарыстоўвалі такі матэрыял, як нефрыт. Ён быў прыгожым, але даволі далікатным і складаным у апрацоўцы. Праз доўгія гады пошукаў было знойдзена рашэнне. Фарфор больш просты ў вырабе. Тым не менш і тут былі свае нюансы. Да прыкладу, лушчак і цваоку, якія знаходзілі ў "парцалянавых камянях", пераціраюць ў дробны парашок і захоўвалі больш за 10 гадоў. Рабілася гэта для таго, каб матэрыял стаў максімальна пластычным. Першымі парцалянавымі вырабамі ў Кітаі былі высокія і выцягнутыя посуд. Яны мелі паліраваную паверхню і блакітны ці цёмна-зялёны колер. Апошнія шанаваліся больш за ўсё.

Сёння лічыцца, што менавіта Кітай з'яўляецца дзяржавай, дзе фарфор быў распаўсюджаны найбольш шырока. Гэта сапраўды так, хоць ён быў папулярны і ў Еўропе, але з'явіўся там пазней, і яго вытворчасць развівалася даўжэй.

Асноўныя віды керамікі

У цяперашні час вырабы з гліны маюць шырокую класіфікацыю. Так, ганчарныя прадметы можна падзяліць на дзве асноўных групы:

• неглазированная кераміка (тэракота і ганчарная);
• глазураваны (маёліка, фаянс, фарфор, шамот).

Тэракота - з італьянскага "абпаленая зямля". Вырабы вырабляюцца з каляровай гліны і маюць кіпрую структуру. З тэракоты робяць вазы, посуд, а таксама цацкі і чарапіцу.

Ганчарная жа кераміка больш складаная ў апрацоўцы. Для таго каб зрабіць яе воданепранікальнай, неабходна глянцаванне. Далей выраб падвяргаецца Марэн. Для гэтага яго пакідаюць у гарачай печы ў дыме да поўнага астывання. Сёння многія віды керамікі, у прыватнасці ганчарная, вельмі папулярныя. Выкарыстоўваецца яна ў побыце для захоўвання малака, сыпкіх матэрыялаў або як дэкор.

Што ж датычыцца другога віду - глазураваныя керамікі, то тут найбольшай папулярнасцю карыстаюцца фарфор і фаянс. Першы больш дарагі і працаёмкі ў вытворчасці, другі - практычны і танны. Адрозніваюцца яны паміж сабой тым, што парцалянавыя вырабы ўтрымліваюць менш гліны і больш спецыяльных дадаткаў. Акрамя таго, фарфор прасвечваецца на святла, у адрозненне ад фаянса.

Пра вогнеўпораў

Вырабы з сумесяў гліны з'яўляюцца вогнетрывалымі. У залежнасці ад прызначэння яны могуць вытрымліваць тэмпературу ад за 1 300 да 2 000 градусаў па Цэльсіі, і нават вышэй. Выкарыстоўваецца спецыяльная печ для абпалу керамікі. Вогнетрывалыя матэрыялы ў найбольшым колькасці прымяняюцца ў металургічным працэсе. Там яны выкарыстоўваюцца для канструявання даменных печаў і агрэгатаў.

Цалкам лагічна казаць пра тое, што з павышэннем тэмпературы трываласць вогнеўпораў не губляецца, а, наадварот, павышаецца. Дасягаецца гэта за кошт наяўнасці ў складзе тугаплаўкіх аксідаў, сілікатаў і боридов. Яны выкарыстоўваюцца практычна ўсюды, дзе маюць месца высокатэмпературныя працэсы. Вельмі часта яны сустракаюцца формованные, гэта значыць у выглядзе канкрэтнага вырабы, дапусцім, цэглы. Радзей неабходна ўжыванне неформованных вогнеўпораў у выглядзе парашка.

Кераміка ў будаўніцтве

Перавагі керамічных матэрыялаў складаюцца ў тым, што іх запасы практычна не абмежаваныя. Нароўні з прастатой вытворчасці і высокай даўгавечнасцю такога вырабы, сёння яно з'яўляецца незаменным у будаўнічай сферы. Калі браць сценавыя матэрыялы, то лідзіруючую пазіцыю тут займае менавіта гліняны цэгла.

Гэта ж тычыцца і керамічнай пліткі, якая, нягледзячы на з'яўленне палімераў, не здае пазіцыі. Яна ўсё гэтак жа выкарыстоўваецца для абсталявання памяшканняў з падвышанай вільготнасцю і тэмпературай. Сярод абліцавальных матэрыялаў першае месца займае керамзіт.

За апошнія некалькі гадоў на 4% павялічылася вытворчасць пустотелого керамічнага блока і цэглы. Для іх вырабу неабходныя мінімальныя змены на цагляных заводах і фабрыках, пры гэтым выдаткі акупляюцца за першы год продажаў. За мяжой пустотелых кераміка ўжо даўно заняла лідзіруючую пазіцыю і прадаецца значна лепш звычайнага цэглы.

Спецыяльныя керамічныя матэрыялы

Да такіх вырабах можна аднесці санітарна-тэхнічныя і каналізацыйныя трубы. Матэрыяльныя падзяляюцца на тры вялікія групы:

• з цвёрдага фаянса (кіпры чарапок);
• санітарны фарфор (запечаны чарапок);
• полуфарфор (полуспекшийся чарапок).

Асноўныя патрабаванні, якія высоўваюцца да санітарна-тэхнічным вырабах - гэта ўстойлівасць да механічных пашкоджанняў, цеплаўстойлівасць. Рэцэптура павінна выконвацца ў строгай парадку, гэта ж тычыцца і тэхналогіі. Выкарыстоўваецца толькі прафесійная печ для абпалу керамікі і высакаякасная сыравіна. Да санітарна-тэхнічным вырабам варта аднесці ракавіны, унітазы, ванны, радыятары і т. П. Дакладны спосаб праверкі якасці вырабы - лёгкае паляпванне па корпусе. Гук павінен быць чыстым і без бразджанні. Гэта паказвае на абпал пры правільнай тэмпературы і адсутнасці расколін.

Што тычыцца каналізацыйных труб, то яны павінны мець шчыльны запечаны чарапок. Керамічныя трубы выпускаюцца дыяметрам 150-600 мм. Звычайна пакрываюцца глазурай як знутры, так і звонку. Для такіх вырабаў характэрная высокая ўстойлівасць да агрэсіўнай асяроддзі і блукаючы электрычнаму току. Маюць ўмераны кошт, што робіць іх больш даступнымі.

Фізіка-хімічныя ўласцівасці керамікі

Як ужо было адзначана вышэй, усе вырабы можна падзяліць на дзве шырокія групы: шчыльныя і кіпрыя. Шчыльныя маюць каэфіцыент водапаглынання менш за 5%, кіпрыя - 5% і больш. Да апошняй групы можна аднесці наступныя вырабы: гліняны цэгла (кіпры і пустотелый), пустотные сценавыя камяні, абліцавальную плітку, чарапіцу для даху. Шчыльныя керамічныя вырабы - дарожны цэгла і падлогавая плітка. У санітарна-тэхнічнай галіны сустракаецца як сітаватая, так і шчыльная кераміка.

Гаворачы аб фізіка-хімічных уласцівасцях, нельга не адзначыць ключавой недахоп керамікі. Складаецца ён у падвышанай далікатнасці у параўнанні з іншымі матэрыяламі. Тым не менш высокая даступнасць і ўніверсальнасць робяць дадзены матэрыял адным з самых запатрабаваных у многіх галінах прамысловасці і нават у паўсядзённым жыцці чалавека. Сучасныя тэхналогіі дазваляюць атрымліваць гладкую паверхню адразу пасля абпалу. Калі патрабуецца дасягнуць пэўнага колеру, то дадаюць вокіслы жалеза або кобальту.

асаблівасці мікраструктуру

Пры награванні кераміка паступова пераходзіць у вадкі стан. Яно адрозніваецца вялікай колькасцю простых і складаных злучэнняў. Пры астыванні адбываецца крышталізацыя. Выяўляецца яна ў выпадзенні чыстых крышталяў, якія павялічваюцца ў памерах. Калі маса цвярдзее, то ў структуры утворыцца микроконгломерат. У ім збожжа муллита сцэментаваны зацвярдзелай масай. Варта звярнуць вашу ўвагу, што атамы кіслароду ўтвараюць свайго роду матрыцу. У ёй прысутнічаюць маленькія атамы металаў, якія замяшчаюцца у пустэчах паміж імі. Такім чынам, у мікраструктуру пераважаюць іённыя і некалькі менш кавалентным сувязі. Хімічная стабільнасць і ўстойлівасць дасягаюцца за кошт наяўнасці моцных і трывалых хімічных злучэнняў.

Як было адзначана вышэй, прымяненне керамічных матэрыялаў абмежавана. Абумоўлена гэта тым, што крышталі неідэальныя. Крышталічныя рашоткі маюць мноства дэфектаў: поры атамнага памеру, дэфармацыі і т. П. Усё гэта істотна пагаршае трываласць. Аднак ёсць тут і свае нюансы. Да прыкладу, пры захаванні тэхналогіі падчас вырабу таго ці іншага віду керамікі цалкам магчыма дамагчыся добрых вынікаў па трываласці. Для гэтага вельмі важна выконваць тэмпературны рэжым і працягласць абпалу вырабы.

Характарыстыка і ўласцівасці гліны

Гліна - ападкавая горная парода, якая незалежна ад складу і структуры пры змешванні з вадой ўтварае пластычны матэрыял. Пасля абпалу - камневидное цела. Звычайна сумесь шчыльная, у большай ступені складаецца з алюмасілікаты. Нярэдка ў глінах знаходзяць і такія пароды, як кварц, шпат, серны колчедан, а таксама гідраксіды і карбанаты кальцыя, магнію і злучэнні тытана.

Кааліну - найбольш чыстыя гліны, якія вядомыя на сённяшні дзень. Практычна цалкам складаюцца з каолинита. Пасля абпалу набываюць белы колер. Неабходная для апрацоўкі пластычнасць дасягаецца за кошт наяўнасці ў структуры дробных зерняў гліністага рэчыва (0,005 мм). Натуральна, чым больш у складзе такога рэчыва, тым пластычнасць вышэй, і наадварот.

Да асноўных керамічным уласцівасцях глін варта аднесці:

• пластычнасць - дэфармаванне без парушэння цэласнасці;
• звязнасць;
• паветраная і агнявая ўсаджванне;
• вогнетрываласць.

Сёння выкарыстоўваюцца розныя выпятраў і ўзбагачаюць дадаткі, якія дазваляюць змяняць ўласцівасці матэрыялу ў той ці іншы бок. Гэта прыводзіць да таго, што керамічныя вырабы становяцца яшчэ больш запатрабаванымі і даступнымі.

Тэхналагічная схема вытворчасці

Характарыстыка керамічных матэрыялаў кажа аб магчымасці выкарыстання глін у розных галінах прамысловасці. Гэта прывяло да таго, што з'явіўся вялікі попыт, а такім чынам, вырасла прапанова. Заводы па вытворчасці ў большасці выпадкаў працуюць па адной і той жа схеме:

• здабыча сыравіны;
• падрыхтоўка;
• фарміраванне і сушка;
• абпал і выпуск прадукту.

Для мінімізацыі выдаткаў звычайна фабрыкі ўзводзяць у непасрэднай блізкасці ад радовішча гліны. Здабыча ажыццяўляецца адкрытым спосабам, гэта значыць экскаватарам. На наступным этапе выконваецца падрыхтоўка масы. Сыравіна ўзбагачаецца, драбніцца і змешваецца да аднастайнай масы. Фарміраванне будучыні керамічнага вырабы ажыццяўляецца мокрым і сухім спосабамі. У першым выпадку масу ўвільгатняюць да 25%, а ў другім - не больш за 12%.

Раней часта выкарыстоўвалася натуральная сушка. Аднак вынік залежаў па большай частцы ад надвор'я. Такім чынам, у дождж або холад завод варта. Таму выкарыстоўваюць адмысловыя сушылкі (газавыя). Найбольш адказным этапам з'яўляецца абпал. Вельмі важна выконваць тэхналогію, якая даволі складаная. Шмат што залежыць і ад астуджэння керамікі. Не дапускаецца рэзкі перапад тэмператур, які можа прывесці да скрыўлення плоскасці. Толькі пасля гэтага можна прадаваць керамічныя матэрыялы. Тэхналогія вытворчасці, як вы бачыце, няпростая, складаецца з некалькіх этапаў. Кожны з іх павінен выконвацца. Калі гэтага не адбываецца, то на паліцах крамы мы можам сустрэць шлюб.

Трохі пра недахопы керамікі

Як ужо было сказана, склад керамічных матэрыялаў неидеален. У прыватнасці, гэта адбіваецца на трываласці вырабы з гліны. Любое механічнае пашкоджанне можа праявіцца як скол, трэшчына і т. П. Гэта і з'яўляецца ключавым недахопам. Але ёсць і іншыя фактары, якія стрымліваюць паўсюднае распаўсюджванне разгляданага намі матэрыялу. Адзін з іх - высокі кошт. Да прыкладу, чарапіца керамічная для даху загараднага дома - выдатны з эстэтычнага пункту гледжання вырашэння, але абыйдзецца такое задавальненне вельмі дорага.

Пры гэтым яе знешні выгляд будзе захоўвацца не больш за 5 гадоў пры належным сыходзе. У далейшым адбываецца выцвітанне, з'яўленне моху на паверхні і т. П. Разам з гэтым далікатнасць і ломкасць прыводзяць да таго, што любое механічнае пашкоджанне можа пацягнуць за сабой праходжанне даху, а гэта ўжо мала каму спадабаецца. Вядома, сучасны керамічны матэрыял глядзіцца вельмі эфектна, што дасягаецца за кошт шырокай фактуры кветак і высокай якасці вырабу. Але варта ён па-ранейшаму дорага, што часцяком і прымушае задумацца аб мэтазгоднасці такога выбару.

Падвядзем вынікі

Мы разгледзелі асноўныя ўласцівасці керамічных матэрыялаў. Зыходзячы з усяго вышэй сказанага, можна зрабіць выснову, што такія вырабы валодаюць некаторай унікальнасцю. Заключаецца яна ў тым, што пры адсутнасці механічных пашкоджанняў яны праслужаць вельмі і вельмі доўга. Акрамя таго, керамічны матэрыял для ліцця вадкага металу на заводах таксама з'яўляецца незаменным, бо вытрымлівае высокія тэмпературы.

Што ж тычыцца паўсядзённым жыцці, то тут кераміка вельмі дарэчы. Спецыяльная посуд для прыгатавання ежы ў духоўцы, хоць і змяніла свой знешні выгляд за многія гады, але робіцца ўсё гэтак жа з гэтага матэрыялу. Фарфор, нягледзячы на сваю вялікую кошт, валодае вытанчаным выглядам і проста цешыць вока. Гэта датычыцца і фаянса, які пры належным выкананні складана адрозніць ад фарфору.

У любым выпадку неабходна выкарыстоўваць керамічны матэрыял. У першую чаргу гэта абумоўлена вялікімі запасамі прыроднага гліны. Яе сапраўды шмат, і кожны год распрацоўваюцца ўсе новыя і новыя кар'еры па здабычы гэтага прыроднага рэсурсу. Другі немалаважны фактар - экалагічная чысціня. Раней у людзей наогул не было магчымасці выкарыстоўваць якія-небудзь шкодныя дабаўкі для паляпшэння трывальных характарыстык вырабы. Сёння сітуацыя змянілася, хай і не занадта крытычна. Керамічная плітка, у адрозненне ад сінтэтычных матэрыялаў, не шкодзіць здароўю. Гэта датычыцца і посуду з керамікі, якая, у параўнанні з пластыкам, асабліва калі апошні нагрэць, не наносіць шкоды наогул.