Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Физико-химические процессы при обжиге керамических масс

Обжиг – конечная и важная стадия любого керамического производства. При обжиге керамических изделий происходят сложнейшие физико-химические процессы, в результате которых керамическая масса – механическая смесь минеральных частиц – становится камнеподобным материалом – прочным, твердым, химически стойким, с присущими только ему эстетическими свойствами.

Периоды обжига:

- подъем температуры, нагревание (наиболее ответственный);

- выдержка при постоянной температуре;

- снижение температуры, охлаждение.

Составляющие режима обжига:

- скорость нагрева и охлаждения,

- время выдержки при постоянной температуре,

- температура обжига,

- среда обжига (окислительная, в условиях свободного доступа воздуха; восстановительная, в условиях прекращения доступа воздуха и избытка угарного газа; нейтральная).

Физико-химические процессы, происходящие при обжиге:

1. Удаление свободной (гигроскопической) влаги – 100–250 ˚С.

После сушки изделия имеют остаточную влажность около 2–4 %, и эта влага удаляется в начальный период обжига в интервале температур 100–250 ˚С. Подъем температуры в этом периоде обжига следует вести осторожно со скоростью 30–50 ˚С в час.

2. Окисление (выгорание) органических примесей – 300–800 ˚С.

При быстром подъеме температуры и недостаточном притоке кислорода воздуха часть этих примесей может не выгореть, что обнаруживается по темной сердцевине черепка.

3. Дегидратация глинистых материалов – удаление химически связанной воды – 450–850 ˚С.

Особенно активно этот процесс происходит в интервале температур 580–600 ˚С. Al2О3 ∙ 2SiO2 ∙ 2Н2О = Al2О3 ∙ 2SiO2 + 2Н2О Удаление химически связанной, или конституционной, воды в составе основного глинообразующего минерала – каолинита – сопровождается разложением молекулы этого минерала и переходом его в метакаолинит Al2О3 ∙ 2SiO2, имеющий скрытокристаллическое строение. В интервале температур 550–830 ˚С метакаолинит распадается на первичные оксиды Al2О3 ∙ 2SiO2 = Al2О3+2SiO2, а при температуре свыше 920 ˚С начинает образовываться муллит 3Al2О3 ∙ 2SiO2, содержание которого во многом определяет высокую механическую прочность, термостойкость и химическую стойкость керамических изделий. С повышением температуры кристаллизация муллита ускоряется и достигает своего максимума при 1200–1300 ˚С.

4. Полиморфные превращения кварца – 575 ˚С.

Данный процесс сопровождается увеличением объема кварца почти на 2%, однако большая пористость керамики при этой температуре не препятствует росту кварцевых зерен и в черепке не возникает значительных напряжений. При охлаждении печи при той же температуре происходит обратный процесс, сопровождаемый сокращением объема черепка на приблизительно 5 %.

5. Выделение оксидов железа – от 500 ˚С.

В составе керамических масс железо может находиться в виде оксидов, карбонатов, сульфатов и силикатов. При температуре обжига выше 500 ˚С оксид железа Fe2O3, частично замещающий Al2О3 в глинистых минералах, выделяется в свободном виде и окрашивает керамику в красный цвет, интенсивность которого зависит от содержания Fe2O3 в керамической массе. Углекислое железо – сидерит – Fe2СO3 разлагается в интервале температур 400–500 ˚С. Разложение сульфата железа FeSO4 происходит при температуре 560–780 ˚С.

6. Декарбонизация – 500–1000 ˚С.

Данный процесс происходит в фаянсовых и майоликовых массах, в состав которых входят карбонатные породы: мел, известняк, доломит: СаСО3 = СаО+СО2 . Выделяющийся СО2 не дает каких-либо дефектов на изделиях, если керамические массы в этот период еще не отфлюсовались. В противном случае на поверхности изделий могут появиться характерные вздутия – «пузыри».

7. Образование стеклофазы – от 1000 ˚С.

Глинистые минералы при нагреве до 1000 ˚С не плавятся, но ввод в состав керамических масс силикатов с высоким содержанием щелочных металлов способствует образованию смесей с температурой плавления от 950 ˚С. Жидкая фаза, даже в небольшом количестве, играет очень важную роль в повышении спекания черепка, как бы «склеивая» минеральные частицы керамической массы в единое целое.

8. Восстановительный обжиг (для фарфора – 1000–1250 ˚С, для гончарной керамики и майолики – 500–950 ˚С).

Восстановительная среда создается путем увеличения концентрации окиси углерода в печных газах и способствует изменению цвета керамических масс и декоративных покрытий за счет стремления СО «отнять» кислород у химических элементов, входящих в состав керамических изделий. Цель создания восстановительной среды при производстве фарфора – перевод оксида железа, содержащегося в фарфоровой массе и придающего нежелательную желтую или желто-серую окраску фарфору, в силикат-фаялит FeO ∙ SiO2 – слабоокрашенное соединение голубовато-белого цвета, в результате чего значительно повышается белизна фарфора. Превращение в результате восстановительного обжига окиси железа в его закись придает черепку в зависимости от содержания в нем Fe2O3 и в зависимости от температурного режима обжига оттенок от зеленовато-голубого до иссиня-черного.

9. Расплавление полевошпатных материалов – 1100–1360 ˚С.

В расплавленном полевошпатном стекле растворяются метакаолинит Al2О3 ∙ 2SiO2 и мелкие зерна кварца. В этом температурном интервале происходит образование (кристаллизация) муллита 3Al2О3 ∙ 2SiO2, который вместе с нерастворившимися частицами кварца образует каркас керамического черепка.




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.