Ceramiką nazywamy wyroby uformowane , a następnie wypale lub spieczone z gliny lub
mas ceramicznych .Historia rozwoju ceramiki – od greckiego „ceramos” wyroby z gliny
otrzymywano przez wypalanie . Ceramika należy do najstarszych materiałów w Europie .
Najstarsze wyroby glinowe pochodzą z okresu paleolitu . Klasyfikacja materiałów
ceramicznych-ze względu na strukturę wyroby ceramiczne dzielimy :wyroby o strukturze
porowatej i nasiąkliwości wagowej do 22% należą do tej grupy wyroby ceglarskie ,
ogniotrwałe, Ceglarskie – cegły pełne , pustaki ceramiczne, pustaki wentylacyjne,
akermany,Szkliwione – płytki ścienne i kafle,Ogniotrwałe – kształtki i cegły szamotowe,
kształtki krzemionkowe i termalitowe -wyroby o strukturze spieczonej i nasiąkliwości
wagowej dochodzącej do 12%. Są to: cegły budowlane, klinkierowe, cegły kanalizacyjne,
cegły z krzemionki , klinkier drogowy, płytki klinkierowe, kształtki, płytki podłogowe
terakotowe, płytki kształtki kamionkowe ścienne i szkliwione, płytki krzemionkowe
kwasoodporne , kamionkowe rury, kształtki kanalizacyjne -ceramika są to : płyty ścienne
szkliwowe , wyroby fajansowe, wyroby sanitarne (umywalki , miski),Fizyko chemiczne
procesy otrzymywania tworzyw ceramicznych.
Otrzymywanie tworzywa ceramicznego związane jest z działaniem wysokiej temp. na
tworzywo surowców ilastych . Podstawowymi surowcami do otrzymywania wyrobów
ceramicznych są materiały mineralne, różnego rodzaju gliny ceramiczne których głównym
składnikiem są minerały ilaste nadające tym surowcą właściwości plastyczne.Surowce te po
odpowiednim przygotowaniu , a następnie uformowaniu wyrobów poddawane są obróbce
termicznej.
Główne etapy wyprodukowania surowców mechanicznych:
przygotowanie surowców ilastych ,uformowanie wyrobów,obróbka termiczna
W czasie obróbki termicznej w której w przypadku wyrobów ceramicznych jest
najważniejszym procesem, zachodzą zmiany fizyko – chemiczne w wyniku których powstaje
tworzywo ceramiczne odporne na wodę , agresję termiczną, oraz posiadające wysoką lub
bardzo wysoką wytrzymałość termiczną .
Właściwości glin ceglanych plastyczność jest to zdolność wilgotnej gliny do zmiany
kształtów pod działaniem sił zewnętrznych bez tworzenia się pęknięć i szczelin oraz o
zachowanie przyjętego kształtu po zdjęciu obciążenia.Plastyczność zależy od :rodzaju, ilości
struktury minerałów ilastych oraz od uziarnienia pozostałych składników surowca. Uważa się
że plastyczność uwarunkowania jest zdolnością minerałów do wymiany jonowej.Najwyższą
plastyczność wykazują minerały z grupy montmorylonitu a nastepnie minerały z grupy ilitu.
Najmniejszą plastyczność posiadają minerały z grupy kaolinitu. Temperatura
topnienia,Zależnie od temp wszystkie gliny ceramiczne są :ogniotrwałe pow. 1850 K
(1570C),trudnotopliwe 1620 – 1850 K,łatwo topliwe < 1620 K
Ważną cechą charakteryzującą gliny i mającą znaczenie technologiczne jest różnica
pomiędzy temp. spiekania i temp. topnienia . Im szerszy jest podział temp. tym łatwiejszy
jest proces wypalania wyrobu . Ze względów technologicznych podział nie powinien być
mniejszy niż 50C.
Produkcja wyrobów ceramicznych Przygotowanie surowca – jest to nadanie masie
ceramicznej odpowiednich właściwości. W czasie przerobów tych surowców następuje
zniszczenie tekstury , gliny , zniszczenie zanieczyszczeń , odpowiednie nawilżenie ,
otrzymuje się jednorodną masę w której formuje się metodę plastyczną kształtki
ceramiczne.Z uwagi na nadmierną plastyczność glin stosuje się dodatek surowców tzw
schutniających ( piasek) . Wszystkie składniki masy powinny być starannie wymieszane i
ujednorodnione . We współczesnych cegielniach stosuje się następujące sposoby
formowania:z mas ceramicznych o wilgotności mniej niż 10% możliwość przerobu według
technologii suchej,z masy o 10% - 15% technologia półsuchaz masy o wilgotności > 15%
technologii plastycznej.Po wypaleniu surowców ceramicznych nowe powstałe tworzywo
większości zawiera nowe minerały o podobnych właściwościach mechanicznych dzięki
czemu wyroby ceramiczne posiadają dużą wytrzymałość mechaniczną i małą wrażliwość na
działanie czynników atmosferycznych i chemicznych. Struktury ceramiczne w strukturach
krystalicznych są bardziej złożone niż w metalach, ale ilość fazy krystalicznej w wyrobach
ceramicznych zależy od wyrobu lub technologii wyprodukowania. Inne wyroby ceramiczne
klinkier, porcelana zawierają fazę amorficzną i pewną ilość fazy krystalicznej na bazie
związków mineralnych.
Nomenklatura tworzyw ceramicznych
Wyroby krystaliczne o strukturze porowatej nasiąkliwość < 22% . Zalicza się cegły zwykłe ,
dziurawki , pustaki ścienne i inne wyroby formowane na prasach pasmowych.Prasy te
formują wyroby z mas plastycznych o wilgotności ~ 20% . Ciśnienie 0,2 – 0,5 MPa .
Wypalanie odbywa się w temperaturach 900 – 1100C . Kolor żółtawy do czerwonego ,
powierzchnia szorstka.
Cegła zwykła budowlana . Zależnie od wytrzymałości na ściskanie 5 klas . Gęstość od 1,7 –
1,9 . Współczynnik przewodnika cieplnego wynosi 0,7. Nasiąkliwość masowa zależy od
stopnia wypełnienia i waha się od 4 –24 . Masa 1 cegły od 3 – 4 kg. Wymiary 25 x 10 x 2,5
cm. Stosuje się do budowy ścian, stropów , sklepień , słupów , kominów.
Cegła dziurawka .Posiada otwory podłużne lub poprzeczne przechodzące przez całą długość
cegły. Wytrzymałość mechaniczna – mała ale polepsza właściwości izolacyjne i zmniejsza
masę. Zależnie od wytrzymałości na ściskanie rozróżnia się klasę 5 i 3,5 . Ilość cykli na
zamarzanie 50. Współczynnik przewodności cieplnej 0,6 w/ mxk stosowany do budowy
ścianek działowych, a dziurawki klasy 5 można wykorzystać do budowy ścian
wewnętrznych i stropów.
Cegła kratówka - posiada otwory w kształcie rombu. Powierzchnia przekroju jednego rombu
wynosi ok. 3 cm2, objętość łączna wolnych przestrzeni 30 – 40% . Produkowane są w
dwóch typach:K-1 25 x 12 x 6,5 cm,K-2 25 x 12 x 14 cm
Zależnie od wytrzymałości na ściskanie w kierunku równoległym od otworów rozróżnia się
klasy 150 , 100 , 75 , którym odpowiada wytrzymałość 15 , 10 i 7,5 Mpa na ściskanie ; gp =
1,4 ;
λ
= 0,5 w/mx k ; nasiąkliwość masowa dla klas 150,100 poniżej 20%, a dla klasy 75 do
22%. Stosowana jest do wznoszenia ścian w budynkach mieszkalnych i przemysłowych.
Pustaki ceramiczne ścienne pionowo – drążone – są to wielocegłowe elementy ścienne
posiadające pionowo przechodzące szczeliny. W zależności od kształtu rozróżnia się
następujące typy Sz,V,MAX,UNIMAX,U2. Pustaki produkowane są w klasach 150,100,75,50
i odpowiada wytrzymałości na ściskanie 15, 10,7,5 , 5 Mpa ; gp = od 1,1 do 1,4 g/cm3,
nasiąkliwość waha się 6 – 22%. Pustaki ceramiczne ścienne typu UM , pustaki ceramiczne
do ścina działowych , cegły kanalizacyjne , pustaki wentylacyjne pustaki akermana, pustaki
stropowe, dachówki ceramiczne , dachówka holenderska , dachówka zakładowa.
CERAMIKA PÓŁSZLACHETNA
Kafle – używane są na okładziny pieców mieszkalnych, tworzywo jest porowate , ale
pokryte szkliwem , który nadaje tym wyrobom korzystny estetyczny wygląd , a także
umożliwia utrzymanie w czystości. Kafle produkowane są z dwóch zasadniczych rodzajów
surowców :wapiennych ( gliny zawierające 15% CaC03) oraz szamotowe tj. gliny
ogniotrwałe, kamionkowe lub fajansowe. Kafle wypalane są dwukrotnie: pierwszy raz w
temp. 800-900 C ( kafle wapienne) i w temp. 1000C ( kafle szamotowe). Wypał przy wyższej
temp. nadaje wymaganą wytrzymałość danego materiału i inne potrzebne cechy. Wypalane
pierwszy raz kafle pokrywa się nisko topliwym szkliwem : cynowym, ołowiowym lub
barowo- ołowiowym , wypalane drugi raz w temp. kilka stopni niższej od pierwszego. Dla
kafli wapiennych 800 – 700 C , a dla kafli szamotowych 800 – 900 C. Siła łamiąca kafel
przy 180 mm powinna wynosić co najmniej P= 1,2 kN, kiedy kafle mają kształt
kwadratowy i P=0,8 kN dla kształtu prostokątnego . Kafle powinny znieść bez uszkodzeń
ogrzewanie do temp. 200C a następnie chłodzenie strumieniem powietrza. Zależnie od
wymiaru i kształtu rozróżnia się kafle:kwadratowe i prostokątne.
Sanitarne wyroby fajansowe – są to wyroby formowane przez odlewanie z masy lejnej lub
ciekłej w formach gipsowych ( gips jest jednym z najlepszych materiałów zdolnych do
pochłaniania wody). Jak wyroby poprzednie , wyroby fajansowe są dwukrotnie wypalamy ,
raz w temp. 1270C , a drugi raz po pokryciu szkliwem w temp. 1100C . Do wyrobów tych
należy : zlewy , umywalki, i inne wyroby używane w budownictwie mieszkalnym i
szpitalnym.
Materiały ogniotrwałe – są tworzywami ceramicznymi , których ogniotrwałość jest równa lub
wyższa niż 1570 C. Odznaczają się następującymi właściwościami,wytrzymałość na
działanie wysokiej temp. ( wysokie temp. topnienia powyżej 1500C),dużą odpornością na
nagłe zmiany temp.odpornością na chemiczne działanie żużla i stopionych metali niskim
współczynnikiem przewodnictwa cieplnego
dostatecznie dobra wytrzymałość mechaniczna również w wysokich temp.Wyroby
ogniotrwałe krzemiankowe – do produkcji wyrobów krzemiankowych stosuje się czysty
kwarc krystaliczny Si02, kwarcyty krystaliczne i skrytokrystaliczne oraz piaski kwarcowe .
Rozdrobniony surowiec ( kwarcyt) jest spoiwem mineralnym ( np. wapiennym),
formowanym w odpowiednie kryształki a następnie wypalany w temp. 1450C. Podczas
wypalania w wyniku reakcji chemicznej uzyskuje się wymaganą wytrzymałość
mechaniczną. Ogniotrwałość dla tych wyrobów wynosi 1700-1750 C dla zwykłych , a pod
obciążeniem 1600 – 1700C. Wyroby krzemiankowe charakteryzują się niską
rozszerzalnością termiczną , niską gęstością , a wytrzymałość na ściskanie wynosi 15-35
MPa . Wyroby tego rodzaju stosowane są do wykonywania sklepień pieców Marterowskich,
ścian komór koksowniczych i pieców szklarskich.
Wyroby szamotowe – wytwarza się je z surowców plastycznych , a mianowicie gliny , oraz
materiałów schudzających np. ( przypalone kaoliny w temp. 700 C , łupki i gliny
ogniotrwałe). Wyroby szamotowe formowane ręcznie lub maszynowo są suszone, a
następnie wypalane w temp. 1400 C. Wyroby te charakteryzują się wysoką ogniotrwałością ,
odpornością na nagłe zmiany temp. i działanie żużla. Materiały szamotowe są chemicznie
obojętne. Wyroby te stosuje się do budowy wielkich pieców, palenisk kotłowych , pieców
ceramicznych i szklarskich( budowy specjalne).
Wyroby magnezowe – otrzymywane są ze spieczonego magnezytu. Rozdrobniony do
2 mm magnezyt jest z 1% substancji wiążących ( spoiwo organiczne) , a z otrzymanej masy
formuje się kryształki, które wypalone są w temp. 1400 –1600 C. Ogniotrwałość zwykła dla
wyrobów tego rodzaju przekracza 2000C i może być 2200 –2400 C. Wytrzymałość na
ściskanie wynosi 30 – 60 MPa. Wykazują dużą odporność na działanie żużli zasadowych ale
są wrażliwe na nagłe zmiany temp. Stosowane są do wykonywania ścian pieców
Martenowskich i elektrycznych.
Wyroby Dolmitowe – produkowane są z wypalonego dolomitu. Stabilizowana jest
specjalnymi dodatkami oraz wiazana smołą ( albo spoiwem organicznym). Po uformowaniu
w temp. Ok. 1550C ogniotrwałość zwykła dla wyrobów dolmitowych przekracza 2000C
Stosowane są do wykładania pieców obrotowych.
Wyroby chromitowe – zawierają 30% tlenku chloru Ch2O, a wykonywane są z mieszaniny
chromitu, magnezytu oraz dodatku spoiwa organicznego. Wyroby te posiadają wysoką
ogniotrwałość 1800 – 1900 C. Stosowane są do rozdzielania wymurówki kwaśnej od
zasadowej. Wykazują dużą odporność na nagłe zmiany temp. i na działanie żużli kwaśnych i
zasadowych. Stosowane w piecach ceramicznych i cementowych.
Wyroby węglowe – należą do nich wyroby grafitowe i węglowe. Otrzymuje się je z węglika
krzemu SiC – jest odporny na działanie wysokich temp. oraz na działanie czynników
chemicznych.
Wyroby grafitowo – krzemowe – otrzymuje się z mieszaniny gliny ogniotrwałej z grafitem.
Stosowane są jako tygle grafitowe do wytapiania stali i metali kolorowych. Stosowane są do
wykładania dolnych części wielkich pieców.
NOWA CERAMIKA
Nowa to oznacza wyroby z nowych tworzyw ceramicznych opracowanych wg specjalnych
wymagań przemysłu atomowego , kosmicznego , elektrycznego.
Zaliczamy ją z uwagi na nowe tworzywa używane do produkcji :
tlenki, węgliki, azotki, które udoskonalona technika pozwala otrzymywać bez fazy szklistej o
prawie teoretycznej gęstości
cermentale – są to różnego rodzaju tlenki , węgliki , borki i inne twarde materiały osadzone
w metalu. Takie połączenie materiałów pozwala uzyskać bardzo twarde tworzywo albo
kompozyt , któremu węgliki i inne materiały nadają wyjątkowo wysoką twardość , a osnowa
metalu odporność na kruche pękania . Jako metal stosuje się żelazo, chrom, nikiel, kobalt,
http://notatek.pl/ceramika-cwiczenia?notatka