вопросы материаловедение. 1. Классификация керамических изделий по свойствам (перечислить, знать основные отличия) (билет 1, 11, 15, 23)
 Скачать 0.82 Mb.
|
|
1. Классификация керамических изделий по свойствам (перечислить, знать основные отличия) (билет 1, 11, 15, 23) Все изделия объединяют по производственно-отраслевому признаку, свойствам и по технологическим особенностям. По свойствам керамику можно разделить по степени спекаемости и пористости: 1. Терракота (красные цветочные горшки) - керамические изделия, не покрытые глазурью, имеющие пористую структуру черепка. Цвет от бледно-бежевого до насыщенного красно-кирпичного оттенка. Цвет зависит от примесей железа. t обжига 950-1100 градусов С. Лучшими исходными материалами для терракоты являются окрашенные тугоплавкие глины, свободные от растворимых солей, дающие после обжига пористый материал. Небольшая усадка. Также, при обжиге большую роль играет газовая среда печи (при слабо- восстановительной среде материал приобретает серый цвет, черный цвет можно получить при наличии окислительной газовой среды). Терракота имеет широкое применение в керамике бытового, художественного назначения. 2. Майолика - изделия из гончарной глины, порытые глазурями или эмалями. Для изготовления используются легкоплавкие глины в чистом виде, либо с отощающими или флюсующими добавками. Отощающие добавки уменьшают пластичность массы - следовательно уменьшается усадка при сушке и обжиге. К таким добавкам относятся: кварцевый песок, мел, известняк, которые способствуют крепкой связи между глазурью и черепком изделия. Снижают усадку. Часто майоликовые изделия покрывают слоем белой глины. Майолика обжигается дважды: 1. Без глазури при t 800-850 градусов и 2. С глазурью при t 950-1050 градусов. Невысокая температура обжига с глазурью расширяет цветовую палитру изделий, так как не все глазури выдерживают высокие температуры. 3. Фаянс - тонко-керамические изделия из беложгущихся глин. Имеет пористую мелкозернистую структуру, практически не просвечивает. В неглазурованном виде впитывает и пропускает воду. Двухкратный обжиг: 1 обжиг без глазури t 1250-1280 градусов; 2 обжиг с глазурью t 1100-1140 градусов. В зависимости от состава и температуры обжига фаянс может быть: мягким, твердым, глинистым, шамотным и известняковым. 4. Тонкокаменные изделия - керамические изделия с белым или цветным спекшимся черепком с однородным раковистым изломом из белокаменной глины. Производство осуществляется по фарфоровой или фаянсовой технологии. Однократный обжиг. Отличают тонкокаменные изделия низкотемпературного и высокотемпературного спекания. В зависимости от применяемого сырья, степени спекания и цвета черепка, особенностей технологии тонкокаменные изделия носят различные названия: полуфарфор, низкотемпературный фарфор, «каменный товар» и др. Тонкокаменные изделия отличаются низким водопоглощением (0,5…5,0%). Область их применения: изготовление посуды, декоративной и интерьерной керамики. В составе этих изделий 50% пластичных материалов и 50% кварцевого песка. 5. Фарфор - разновидность керамики, изделий из тонкой белой глины (каолина) со спёкшимся «остеклованным» (из-за присутствия в шихте полевого шпата и кварца) после обжига около 900—1000° С, звонким и полупрозрачным в тонких слоях (в отличие от фаянса и полуфаянса) «черепком»: профессиональный термин, обозначающий неглазурованную обожжённую массу: бисквит, либо массу, покрытую прозрачной свинцовой глазурью [2] В сравнении с керамическими изделиями из обожженной глины и фаянса фарфор обладает отличительными свойствами: ● имеет стекловидную фактуру на изломе черепка; ● Белизна, механическая твердость, плотность; ● полупрозрачен — при визуальном исследовании хорошо видны утолщения и рисунки со стороны, обращенной к свету; ● имеет прочность и упругость в пустотелых изделиях бо́льшую, чем предметы из других видов керамики; ● при необходимости позволяет изготавливать изделия с чрезвычайно тонкими стенками без потери прочности и упругости; ● тонкостенные изделия из фарфора обладают выдающимися акустическими свойствами: при ударе извне фарфоровое изделие издает тонкий мелодичный звук Состав и разновидности: Состав: каолин, кварц, полевой шпат. Фарфор получают путём обжига крупнодисперсной смеси каолина (Al 2 O 3 *2SiO 2 *2H 2 O), кварца (SiO 2 ), полевого шпата (ряд К[AlSi 3 O 8 ] — Na[AlSi 3 O 8 ] — Са[Al 2 Si 2 O 8 ]) и пластичной глины (в основном каолин, с включениями ионов-хромофоров). В зависимости от состава фарфоровой массы фарфор также делится на мягкий и твёрдый. Мягкий фарфор отличается от твёрдого не только химическим составом, но и более низкой температурой обжига, а также повышенной хрупкостью и чувствительностью к колебаниям температуры. Твердый фарфор (47—66 % каолина, 25 % кварца и 25 % полевого шпата) - используется для производства высококачественной посуды, обладает высокой белизной, твердостью и хим. стойкостью. Обжиг от 1320-1450 градусов С. Твёрдый фарфор используется обычно в технике (электроизоляторы) и в повседневном обиходе (посуда). Мягкий фарфор (более разнообразен по химическому составу и состоит из 25—40 % каолина, 45 % кварца и 30 % полевого шпата) - имеет высокую просвечиваемость, высокую белизну, блеск, широкую палитру красок. Используется для изготовления художественных изделий. Термическая и химическая стойкость ниже, чем у твердого, так как в нем находится большое количество флюса (полевой шпат), из-за чего т.о. ниже, чем у твердого - t обжига 1250-1280 градусов С. Одним из видов мягкого фарфора является костяной фарфор. Костяной фарфор внешне отличается особой тонкостью стенок, которые слегка просвечиваются, если сквозь них смотреть на источник света. Посуда из костяного фарфора не только тоньше, но и заметно легче, чем аналогичные изделия из обычного фарфора. Состав: каолин, глина (10%), полевой шпат, костяная зола (50%). Обжиг: 1 обжиг - 1280 градусов С; 2 обжиг - 1160 градусов С. У такого фарфора очень низкие эксплуатационные свойства: не термостоек, низкая механическая прочность. Зато больше эстетических качеств: просвечиваемость, бежевый цвет. Костяной фарфор впервые был разработан в Китае, где был известен под названием «яичная скорлупа». Для получения тонкостенного фарфора там могла использоваться не только костяная зола, но и собственно перетёртая яичная скорлупа, которая и дала общее название этому типу фарфора, и рыбья чешуя. Затем в англии в 18 веке. Фарфор, как правило, покрывают глазурью. Белый, матовый, не покрытый глазурью фарфор называется бисквитом. 2. Сушка керамических изделий (описание, виды, процессы, происходящие при сушке) (билет 1, 14, 21) Сушка керамических изделий может проходить как в естественных условиях - на стеллажах в мастерской, так и в принудительных - в сушильных шкафах и сушилах. Скорость сушки - скорость удаления влаги из отформованного изделия, зависит от температуры, влажности окружающей среды и воздухообмена. Кроме того, скорость сушки зависит от формы и габаритов высушиваемого изделия. В процессе сушки механически и физически связанная вода, равномерно распределенная в изделии, перемещается по тонким каналам - капиллярам, образуемым свободным пространством между частицами пластичных материалов - глин и каолинов. Перемещаясь из глубины изделия к поверхности, вода освобождает занятые ранее полости, в результате чего частицы материала сближаются друг с другом. Такое изменение размеров изделия делает его меньше и называется усадкой. Так как вода начинает испаряться с поверхности, то первыми усадку испытывают внешние слои материала. Поверхность изделия, отформованного из массы, имеющей большую усадку, т. е. высокочувствительной к сушке, может покрыться трещинами уже на первых стадиях сушки. Если скорость сушки велика, то даже малочувствительные к сушке массы в толстостенных изделиях могут образовывать трещины из-за того, что внутренние, еще сырые слои материала не дадут возможность усесть внешним слоям без разрыва поверхности, т. е. без трещин. Следовательно, для успешной бездефектной сушки необходимо ограничивать скорость сушки и тем более чем сложнее и массивнее изделие. Ограничивать скорость сушки можно не только снижая температуру окружающего воздуха, но и увлажняя его (при этом замедлиться влагоудаление).Наконец, массивные изделия можно сушить продолжительное время под тканью, задерживающей влагу. При сушке керамических изделий недопустимо резкое повышение температуры, особенно в первый период, до температур 70-80°С. Необходимо прогреть изделие по всей глубине и уже затем, поднимая температуру до 100-120°С, окончательно высушить его. В заводских условиях при отлаженной технологии сушку ведут в сушилах различного типа до температур 300°С. Окончательная влажность изделия после сушки, т. е. перед обжигом, не должна превышать 5% (для крупногабаритных изделий - не более 2%). Усадка при сушке называется воздушной усадкой и является серьезной проблемой на пути получения бездефектного изделия. Чтобы уменьшить трещинообразование, помимо регулирования скорости сушки можно регулировать состав массы, вводя в нее непластичные - отощающие компоненты. Однако следует учесть, что при этом нельзя выходить за пределы пластического состояния массы, необходимого для ее формования. Введенные отощающие компоненты снизят усадку всей массы вследствие того, что сами не теряют воду и не испытывают усадки. Помимо этого их введение в массу приводит к образованию при сушке изделия более крупных пор, облегчающих удаление влаги. Исключить неравномерную усадку изделия, являющуюся причиной образования трещин, можно, предъявляя к его форме определенные требования. Форма керамического изделия не должна содержать мест, которые могут служить концентраторами напряжений при сушке. Такими местами могут быть резкие переходы толщины изделия, острые края, углы, отверстия с острыми краями. Добиваться нужной формы можно, слегка закругляя кромки углов, краев, отверстий и сглаживая переходы, а также увеличивая толщину изделия в опасных местах, выравнивая таким образом скорость усадки в разных местах изделия и упрочняя их. Необходимо помнить, что при сушке отформованное изделие ведет себя как единое целое и нельзя допустить, чтобы подставка, на которой находится изделие во время сушки, прилипала к изделию и мешала его усадке. Для этого иногда изделия сушат на бомзах - специальных подставках, изготовленных в то же время из того же материала и, соответственно, имеющих такую же усадку. После сушки изделия подвергают оправке, зачищая края, заглаживая поверхности и устраняя мелкие дефекты. 3. Пластическое формование керамических изделий (виды (лепка, набивка, раскатка, выдавливание), описание методов пластического формования, преимущества и недостатки, оборудование) (билет 1, 7, 11, 19) Наиболее древний и универсальный способ формования - это пластическое формование, названное так по пластичному состоянию массы. Так как глины различаются по своей пластичности, разным глинам необходимо разное количество воды для приобретения необходимых формовочных свойств. Влажность керамических масс, формуемых способами пластического формования, колеблется от 18 до 25%. Минимальную требуемую формовочную влажность можно определить, раскатывая в руках жгуты диаметром примерно 2-3 см: если масса не прилипает к пальцам, легко мнется, но при этом на формуемых жгутах не появляются поперечные трещины, то ее влажность соответствует формовочной. Пластическое формование осуществляют различными способами, из которых можно выделить как наиболее применяемые - лепку, набивку, раскатку и выдавливание. 1.Лепку осуществляют руками, заранее подготовив и промяв массу. Хотя керамисты до сих пор используют формование сосудов жгутами - формуя стенки сосудов из наложенных друг на друга жгутов массы, формование лепкой лучше вести из единого куска массы. При соединении различных кусков существует вероятность появления трещин в местах соединения по причине даже небольших различий влажности кусков. Таким приемом можно пользоваться, если масса обладает широким диапазоном пластического состояния, т. е. остается пластичной довольно долгое время, несмотря на частичное высыхание. Отформованная из пластической массы заготовка может быть обработана с помощью металлического, пластмассового или деревянного инструмента - стека, на заготовке может быть выполнен рельеф, оттиснута печать, вырезан орнамент или сделаны отверстия. Для удобства работы с заготовкой необходимо, чтобы она набрала определенную прочность, для чего ее подсушивают - подвяливают до кожетвердого состояния. 2.Формование набивкой заключается в приготовлении пластической массы, набивки, затирки или просто плотного заполнения массой гипсовой или деревянной формы. Таким образом формуют простые по форме изделия с неглубоким рельефом - плитки, изразцы, плакетки и т. п. Для лучшего заполнения рельефа рекомендуется втирать куски массы в рельеф формы, постепенно заполняя ее всю. После заполнения формы и образования некоторого излишка допускается уплотнение всего пласта массы легкими ударами киянки. Избыток массы срезают ножом или проволокой. Формовочная влажность массы для данного способа формования может быть ниже, чем для формования способом лепки, и формовочные усилия значительны. Формование набивкой позволяет тиражировать изделия. В свое время это привело к своеобразной революции в строительстве - с возникновением массового производства кирпича и черепицы повсеместно стали распространяться кирпичные кладки и черепичные крыши. 3.Формование раскаткой осуществляют на гончарном круге - вращающемся с регулируемой скоростью металлическом диске. На диск помещают кусок приготовленной пластичной массы, руками центруют его при вращении и придают форму сосуда, формуют внешнюю и внутреннюю поверхности с помощью пальцев и ладоней. Отформованное изделие заглаживают, смачивая поверхность влажной губкой, и после небольшой подсушки отрезают проволокой от основания куска - ножки. Раскатка - один из наиболее древних способов формования, требующих большого опыта. На заводах раскатку осуществляют на специальных формовочных станках-полуавтоматах или на автоматических линиях. 4. Выдавливание - техника выдавливания также относится к способам пластического формования. Для того чтобы лепить изделие в этой технике нужно вручную сформировать шар из глины, и затем постепенно выдавливать пальцами полость в этом шаре, аккуратно и точно, следя за равномерной толщиной стенок будущего изделия. На заводах: Выдавливаемая из пресса масса через формующий мундштук, приобретает заданные очертания. Так формуют прямоугольные брусья, трубы и т.п. Осуществляется на шнековых и поршневых прессах. Наиболее распространено ленточное формование на горизонтальных шнековых прессах, в которых материал не только транспортируется и уплотняется, но также интенсивно переминается и гомогенизируется. 4. Классификация керамических изделий по производственно- отраслевому признаку (билет 2, 14) Все керамические изделия объединяют по производственно-отраслевому признаку, свойствам и по технологическим особенностям. По производственно-отраслевому признаку: 1. Архитектурно-строительная: кровельные материалы, кирпичи, плитки, черепица. 2. Электро-техническая керамика: фарфоровая аппаратура, электро- аппаратура. 3. Химически-стойкая: каменные массы, керамика для футеровки печей (Футеро́вка — облицовка огнеупорными, химически стойкими, износостойкими, а также теплоизоляционными материалами, которым покрывается внутренняя поверхность металлургических печей, ковшей, топок котлов и прочего оборудования) 4. Бытовая керамика: хозяйственная посуда, фарфор, фаянс, скульптура малых форм. 5. Архитектурно-художественная: камины, садовая и парковая скульптура, крупные вазы, панно, объемные композиции, декор фонтанов. 6. Огнеупорная керамика: для футеровки печей (Капсель- защищает печь от термических повреждений) 5. Обжиг керамических изделий (виды обжига, этапы обжига) (билет 2, 4, 13, 15, 20, 22) Обжиг изделий проводят в печах различной конструкции: в муфелях с рабочим пространством, защищенным от нагревателей огнеупорным коробом, в горнах - печах с рабочим пространством в виде шахты, в туннельных печах с рабочим пространством в виде туннеля и других. Печи различаются также по виду топлива. Широко распространены печи электросопротивления со спиральными нагревателями из металлических сплавов или с нагревателями из керамических стержней различной формы (карбидкремниевых, хромитлантановых и других), а также печи с газовыми горелками. Изделия, помещаемые в печь, ставят на особые подставки - лещадки, плиты. Их изготавливают из огнеупорных и термостойких материалов, выдерживающих высокие температуры и их резкие перепады. В качестве таких материалов используют смеси огнеупорных глин с шамотом - порошком обожженной глины, порошками карбида кремния (SiC), оксида алюминия (Al2O3) и других тугоплавких материалов, а также кордиерит (2MgO х 2Al2O3 х 5SiO2) или карбид кремния. Для выравнивания температур в разных концах обжигаемого изделия, особенно если есть вероятность местного перегрева частей или одного из изделий из-за близости нагревателя (факела горелки), изделия помещают в огнеупорные короба - капсели прямоугольного или круглого сечения. Обжиг разделяют на 3 периода: подъема температуры - нагревания, выдержки при постоянной температуре и снижения температуры - охлаждения. В зависимости от материала, особенностей печи и садки, обжиг проводят по определенному режиму, под которым понимают скорость подъема и снижения температуры, температуру и время выдержки. Большую роль для некоторых керамических материалов играет |