Непластичные материалы и добавки

Добавки к глинам вводятся для регулирования свойств керамики и снижения расхода дефицитных глин. По влиянию на свойства они делятся на: отощающие, выгорающие, флюсующие, химические и специального назначения.

Отощающие добавки

Отощающие добавки – это материалы, снижающие пластичность и усадку глин в сушке и обжиге. К ним относятся: кварц, шамот, золы, шлаки и др.

1. Кварцевые материалы – наиболее распространенные природные отощающие добавки. К ним относятся жильный кварц, кварцевые пески и кремень. Они состоят из кремнезема и являются отощителями из-за способности не давать усадку при сушке и обжиге. Кварц и его кристаллические разновидности устойчивы к действию кислот (за исключением плавиковой) и менее стойки к щелочам. Степень воздействия щелочей на кварц тем выше, чем мельче его зерна. При нагревании кварц претерпевает модификационные превращения в твердой фазе: при 575°С он перекристаллизуется из β-кварца в α-кварц с увеличением объема, что может привести к растрескиванию изделий. При 870°С он превращается в тридимит, а при 1410°С – в кристобалит. При 1710°С кварц плавится и при резком охлаждении дает кварцевое стекло. Эти особенности кварца в технологии керамики известны и учитываются при разработке режимов обжига: при температурах указанных превращений скорость подъема и охлаждения замедляют. Заменителями жильного кварца могут быть чистые кварцевые пески, а также пески, получаемые при отмучивании каолинов.

2. Пылевидный кварц (маршаллит) – это природное вещество от серовато-белого до чисто белого цвета, с высокой дисперсностью. Он не является чистым кремнеземом, так как содержит значительное количество щелочных оксидов. Маршаллит применяется в производстве изделий тонкой керамики.

3. Кременьпредставляет собой кристаллическую разновидность кремнезема и встречается в природе в виде кусков различной формы. После предварительного обжига лучшие сорта кремня без примесей железа используют в производстве тонкой керамики. Кремневую гальку применяют в качестве мелющих тел в шаровых мельницах для измельчения керамических масс и глазурей.

При оценке кварцевого сырья существенное значение имеет его чистота. Вредны примеси, снижающие качество кварцевых материалов, а в случае высокого их содержания исключающие возможность его применения. Сюда относятся окрашивающие примеси: Fe₂O₃, TiO₂, слюда и железистые силикаты.

4. Шамотизготовляют обжигом огнеупорных или тугоплавких глин при температурах 1000…1400°С. Его применяют как отощитель керамических масс, при производстве облицовочных плиток, фарфора и фаянса, шамотных огнеупоров. Шамот в отличие от других отощителей не понижает огнеупорности масс. Зерновой состав и количество шамота определяются рецептурой массы для разных видов изделий. Лучше применять его тонкозернистым и при совместном помоле с глинистыми минералами для равномерного распределения в массе.

На многих керамических заводах вместо шамота применяют измельченный бой готовых изделий или утильного обжига, а также бой огнеупоров, который предварительно сортируют и очищают от загрязнений. На кирпичных заводах вместо шамота используют молотый обожженный кирпич. Но количество этих отходов невелико, поэтому они не оказывают заметного влияния на свойства масс. Применение боя и отходов кирпича важнее с точки зрения их утилизации, создания безотходных технологий и охраны окружающей среды.

5. Дегидратированная глина применяется при недостатке отощителей. Она получается нагреванием обычной глины до 600…700°С, когда та теряет пластичность при удалении химически связанной воды. Ее применяют чаще в производстве грубой строительной керамики. Это позволяет снизить сроки сушки без появления трещин на изделиях, расширить базу отощителей.

6. Известняк является отощающей и разрыхляющей добавкой. При нагревании до 910°С карбонаты разлагаются на СО₂ и СаО, поэтому нельзя применять известняк размером более 0,63 мм, чтобы исключить растрескивание керамики. Его надо применять тонкозернистым и в небольших количествах. При 1000°С СаО вступает в реакцию с другими оксидами массы, особенно с щелочными. С кварцем он образует волластонит (Са₃[Si₃O₉]), упрочняющий керамику. Скорость реакции возрастает с повышением температуры обжига и ростом количества легкоплавких соединений, содержащих СаО. Присутствие извести в глинистых массах понижает температуру спекания, но уменьшает интервал спекания, затрудняя обжиг и создавая опасность деформации изделий. Из карбонатов кальция в состав керамических масс обычно вводят мел, так как он состоит из более тонких частиц, легче размалывается и дешевле мрамора. Однако после обжига мел дает более темную, чем мрамор, окраску керамики. Добавка мела в массы, обжигаемые не до спекания и покрываемые глухими свинцово-оловянными глазурями, полезна, так как при этом повышается пористость изделий, в результате чего лучше закрепляется глазурь на керамике.