Введення
Кераміка (грец.. Κέραμος - глина) - вироби з неорганічних, неметалічних матеріалів (наприклад, глини) та їх сумішей з мінеральними добавками, виготовлені під впливом високої температури з наступним охолодженням.
У вузькому значенні слово кераміка позначає глину, що пройшла випалення. Проте сучасне використання цього терміна розширює його значення до включення всіх неорганічних неметалевих матеріалів. Керамічні матеріали можуть мати прозору або частково прозору структуру, можуть відбуватися зі скла. Сама рання кераміка використовувалася як посуд з глини або із сумішей її з іншими матеріалами. В даний час кераміка застосовується як індустріальний матеріал (машинобудування, приладобудування, авіаційна промисловість тощо), як будівельний матеріал, художній, як матеріал, широко використовується в медицині, науці. У XX столітті нові керамічні матеріали були створені для використання в напівпровідниковій індустрії та інших областях.
Перші глинисті вироби - керамічна мала пластика - виявлені археологами в різних районах Землі, відносяться до епохи палеоліту. Безпосередньо з цим періодом пов'язана і поява глиняного посуду, черепки якої часто зустрічаються з кам'яними знаряддями праці і зброєю первісних мисливців і хліборобів. Трохи пізніше наші далекі предки незалежно від місць свого проживання почали застосовувати примітивний костровий випал глиняних предметів домашнього вжитку, надаючи їм тим самим водостійкість і міцність.
Тоді ж було покладено початок використанню кераміки в будівництві, яке послідовно пройшло етапи від обмазки глиною первісних жител, що споруджуються з каменів, очерету або гілок дерев, до хатин, складених з висушених на сонце глиняних валиків і цегли-сирцю, заміненого згодом обпаленим. Поряд з обпаленої, барвисто розписаної глиняним посудом, керамічними іграшками, фігурками людей і тварин, мініатюрними макетами власних осель люди пізньотрипільської культури володіли і мистецтвом виготовлення будівельної цегли, який обпалювали тепер вже не на вогнищах, а в спеціальних печах-горнах.
Подальшого, причому досить високого, розвитку досягла кераміка в давньосхідних державах, де в зв'язку з майже повною відсутністю деревини глина служила основним природним сировиною для виробництва як обпалених, так і сирцевих виробів, інтенсивному висушування яких сприяв властивий цим країнам жаркий і сухий клімат.
У Стародавньому Єгипті повсюдне використання кераміки в масовому, монументальному будівництві призвело до виникнення великої самостійної галузі промисловості, що виробляє спочатку сирцовий, а пізніше - обпалена цегла розміром 14 x 38 см і товщиною не менше 11 см.
Величезне значення в становленні художньо-технічного будівництва набула кераміка в період розквіту найдавнішої цивілізації, в нижній частині Месопотамії на території нинішнього Іраку. Монументальні культові та палацові комплекси. Потужні кріпосні споруди, житлові будинки міст заснованого в цьому регіоні могутнього об'єднаного Шумеро-Аккадського держави зводилися головним чином з плітообразного цегли-сирцю розміром 20 x 30 x 10 або 31 x 34 x 10 см. Для облицювання стін палаців і храмів-зіккуратів використовувалися обпалений кольоровий глазурований цегла і плитки, з яких складалися чудові художні панно, що перетворюють ці будови в унікальні пам'ятки древньої архітектури і монументального мистецтва. Кладка зазвичай проводилася на змішаному розчині, що складається з глини, попелу та природного бітуму. Для зміцнення стін і захисту їх від зволоження та руйнування грунтовими водами певну кількість рядів сирцю чергувалося з прокладкою з очеретяних тинів або циновок, просочених бітумом.
Велика роль відводилася керамік в Стародавній Індії, Китаї, Японії та інших країнах Азії, про що свідчить збереглися руїни древніх індійських міст з багатоповерховими цегляними будинками, облицьована цеглою Велика Китайська стіна і інші спорудження цих далеких епох.
Будівельники та архітектори отримали в своє розпорядження найрізноманітніші за розмірами, формою, фактурою та забарвленням ангобірованний, глазуровані, мозаїчні декоративніше плитки для облицювання стін і ролів, санітарно-технічні вироби, нові види черепиці, профільні архітектурні вставки, об'ємно-скульптурну художню кераміку і пр .
У сучасній керамічної технології використовуються наступні способи декорування різних оп призначенням, формою і розмірами виробів: а) глазурование, б) ангобірованієм, в) розфарбовування керамічними фарбами, г) нанесення на поверхню попередньо виконаних декоративних зображень, д) фарбування природними мінеральними барвниками, е) двошарове формування, ж) офактурювати поверхні.
1. Загальна частина
1.1 Опис продукції та область її застосування
Керамічна плитка - виготовлений з керамічної маси плоске, як правило, тонкостінний полив'яна чи неполив'яна виріб, який застосовується для зовнішньої або внутрішньої облицювання стін і стінових панелей, а також для настилання підлог.
Керамічні облицювальні глазуровані плитки призначені для облицювання внутрішніх поверхонь стін і перегородок лікувальних і торговельних приміщень, їдалень і кухонь, санітарних вузлів, побутових приміщень і т.д.
Для виготовлення облицювальних плиток застосовують беложгущиеся глини та каолін, кварцовий пісок, польовий шпат, пегматит, мармур і деякі інші компоненти. Виробництво цих виробів здійснюється за способом напівсухого пресування мас, підготовлених шлікерної способом. технологічний процес складається з наступних операцій: підготовки сирих матеріалів, приготування та зневоднення шлікера, приготування прес-порошку, пресування плиток, їх сушіння, глазурования і випалення.
Такі плитки класифікують за характером поверхні - на плоскі, рельєфно-орнаментовані, фактурні; по виду глазурного покриття - прозорі або глухі, блискучі або матове, одноколірні або декоровані кольоровими малюнками; за формою - на квадратні, прямокутні і фасонні; за характером крайок - з прямими і закругленими з однієї або з декількох суміжних сторін (із завалом).
1.2 Класифікація
Відповідно до ГОСТ 6141-91 плитки розрізняють за такими ознаками.
За формою плитки підрозділяють на квадратні, прямокутні та фігурні.
Бічні грані плиток можуть бути без завалу або із завалом.
Величина радіусу завалу не є бракувальною ознакою.
Також вироби тонкої будівельної кераміки можуть бути фаянсові, порцелянові і напівфарфорові. Вони відрізняються один від одного ступенем спікання черепка, міцністю, водопоглинанням.
Лицьова поверхня плиток і фасонних деталей може бути гладкою або рельєфною, одноколірною або багатобарвної (декорованою різними методами).
Декорування плиток може здійснюватися методом серіограф, набризкування, нанесення глазурі з різним поверхневий натяг і ін
Глазур може бути блискучою або матовою, прозорою або заглушеною.
Умовне позначення плиток в технічній документації при замовленні повинне складатися із зазначенням їх типу, кольору та позначення цього стандарту.
Приклад умовного позначення:
білих квадратних плиток без завалу, типу 2:
Тип 2 білі ГОСТ 6141-91
кольорових прямокутних плиток з завалом чотирьох граней, типу 33:
Тип 33 кольорові ГОСТ 6141-91
кольорових фасонних кутових деталей, типу 38:
Тип 38 кольорові ГОСТ 6141-91
білих фігурних плиток, типу 50:
Тип 50 білі ГОСТ 6141-91
2. Сировинні матеріали
2.1 Сировина, яка використовується для виробництва кольорових квадратних плиток для внутрішнього облицювання (тип 2)
В якості сировини для виробництва керамічної плитки використовуються суміші різних матеріалів, зокрема:
1. глини і каолін, які забезпечують пластичність вологої маси, необхідну для формування заготовок плитки, забезпечення достатньої міцності напівфабрикату у висушеному стані. Але із збільшенням їх вмісту в масі збільшується повітряна і загальна усадка, отже, збільшується кількість браку у виробництві.
2. кварцовий пісок, який утворює «скелет» керамічного виробу, тобто виконує структурну функцію, необхідну для того, щоб обмежити і контролювати зміну розмірів виробу, неминуче при сушінні та випалюванні;
3. карбонатні матеріали, залежно від характеру дії поділені на плавні (польові шпати-алюмосилікати натрію, калію, кальцію; пегматит; доломіт та ін) і отощающие (шамот, кварцовий пісок, і т.д.), завдяки яким при випалюванні досягається потрібна в'язкість, яка забезпечує склоподібну і щільну структуру готового виробу.
Крім основних сировинних матеріалів, у виробництві використовуються додаткові, що вводяться в масу як електролітів - розчинне скло, каустична сода, ПАР органічного походження (сульфітно-спиртова барда та ін); відбілюючі матеріали - сірчанокислий кобальт і ін
Глазур являє собою суміш різних мінералів і сполук (фритти, каолін, пісок, різні оксиди, фарбувальні пігменти), яка наносяться на поверхню виробу і розплавляється. По температурі спікання глазур підрозділяють на тугоплавкі (1100-1350 ° С) і легкоплавкі (900-1100 ° С). Плавкість глазурі залежить від входять до її складу матеріалів.
Тугоплавкі глазурі наносяться на виріб в сирому вигляді, тобто без попереднього сплаву. До їх складу входять: кварц, каолін, глина, природні карбонати двовалентних металів (доломіт, мармур, і ін)
Легкоплавкі глазурі попередньо сплавляють. Матеріали для сплаву таких глазурей: кварц, польовий шпат, бура або борна кислота, карбонат стронцію, магнезит, доломіт, та ін
При подальшому охолодженні розплавлена маса твердне, утворюючи скло, яке надає верхньому шару плитки особливі властивості.
2.2 Вимоги до сировинних матеріалів
За ГОСТ 9169-75 глинисту сировину класифікують:
по вогнетривкості;
за змістом Аl 2 O 3;
за змістом фарбувальних оксидів (Fe 2 O 3 та TiO 2);
за змістом водорозчинних солей;
за мінеральним складом;
за вмістом тонкодисперсних фракцій;
за вмістом крупнозернистих включень;
за пластичністю;
з механічної міцності на вигин у сухому стані;
по спікливості;
по змісту вільного кремнезему.
Для керамічних плиток для внутрішнього облицювання стін застосовують:
Глини вогнетривкі, тугоплавкі, рідше легкоплавкі, середньо-або умереннопластічние, з низьким вмістом великих і середніх включень залізистих мінералів, гіпсу та органічних залишків (Додаток до ГОСТ 9169-75).
У залежності від вогнетривкості глинисту сировину подiляють на групи, зазначені в табл. 2.
Табл. 2
Найменування групи | Показник вогнетривкості, ° С |
Вогнетривкі Тугоплавкі Легкоплавкі | 1580 і вище Від 1350 до 1580 Менше 1350 |
За кількістю, розміром і видом крупнозернистих включень глинисту сировину подiляють на групи, зазначені відповідно в табл. 3,4,5.
Табл. 3
Найменування груп | Кількість включень розміром більше 0,5 мм,% |
З низьким вмістом З середнім вмістом З високим вмістом | Менше 1 Від 1 до 5 Св. 5 |
Табл. 4
Найменування груп | Розмiр переважаючих включень (св. 50%), мм |
З дрібними включеннями Із середніми включеннями З крупними включеннями | Менше 1 Від 1 до 5 Св. 5 |
Табл. 5
Найменування груп | Вид переважаючих включень (св. 50%) |
З включеннями уламків гірських порід З включеннями кварцу |
З включеннями залізистих мінералів З включеннями гіпсу З карбонатними включеннями З включеннями органічних залишків | Граніти, сланці, кварцити та ін Кварц Пірит, марказит, сидерит, оксиди і гідроксиди заліза Гіпс Кальцит, доломіт та ін Рослинні залишки, торф, вугілля та ін |
У залежності від пластичності глинисту сировину подiляють на групи, зазначені в табл. 6
Табл. 6
Найменування груп | Число пластичності |
Високопластичних Среднепластічние Умереннопластічние Малопластичні Непластичні | Св. 25 від 15 до 25 від 7 до 15 від 3 до 7 Не дають пластичного тіста |
У залежності від температури спікання глинисту сировину подiляють на групи, зазначені в табл. 7
Табл. 7
Найменування груп | Температура спікання, ° С |
Низькотемпературного спікання Среднетемпературного спікання Високотемпературного спікання | До 1100 Св. 1100 до 1300 Св. 1300 |
За ГОСТ 7031-75 визначені технічні вимоги до кварцовим піску.
Кварцовий пісок за фізико-хімічними показниками повинен відповідати нормам, зазначеним у таблиці.
Найменування показників | Норми для марок ПК-95 ПК-93 | Методи випробувань | |
1. Вміст двоокису кремнію (SiO 2),%, не менше | 95 | 93 | За ГОСТ 2642.1-71 |
2. Зміст суми окисів заліза і двоокису титану (Fe 2 O 3 + TiO 2),%, не більше | 0,2 | 0,2 | За ГОСТ 2642.1-71 |
3. Зміст окису кальцію (СаО),%, не більше | 1 | 2 | За ГОСТ 2642.1-71 |
4. Втрати маси при прожарюванні,%, не більше | 1 | 2 | За ГОСТ 1960913-74 |
5. Наявність каоліну,%, не більше | 1 | 2 | За ГОСТ 7031-75 |
6. Залишок на ситі № 4,%, не більше | 2 | 5 | За ГОСТ 20545-75 |
7. Зміст суми оксидів калію і натрію (К 2 О + Na 2 O),%, не більше | Не нормується | За ГОСТ 19609.5-74 | |
8. Вміст вологи,%, не більше | 5 | 5 | За ГОСТ 19609.14-74 |
Примітка! У кварцовому піску, призначеному для підприємств фарфоро-фаянсової промисловості, визначення суми оксидів калію і натрію (К 2 О + Na 2 O) обов'язково. За погодженням із споживачем допускається постачання піску з вмістом вологи не більше 8% в обсязі не більше 15% від річної поставки. У кварцовому піску не допускається наявність сторонніх домішок, які видно неозброєним оком, за винятком домішок польового шпату.
У залежності від повітряної усадки глинисту сировину подiляють на групи:
Найменування груп | Коефіцієнт лінійної усадки α,% |
Високопластичних | 10-15 |
Среднепластічние | 7-10 |
умереннопластічние | 5-7 |
По температурі спікання глазур поділяють на дві групи:
Найменування груп | Температура спікання, ° С |
тугоплавкі | 1100-1350 |
легкоплавкі | 900-1100 |
Плавкість глазурі залежить від входять до її складу матеріалів.
2.3 Методи контролю якості сировини
Пластичність глин (ГОСТ 21216.1) визначається за формулою:
П = W T - W P де W T - Вологість на границі текучості,
W P - вологість на межі розкочування;
W T = * 100%, де m 1 - маса вологої глини,
m 2 - маса сухої глини
W P визначається шляхом розкочування глини в руках до тих пір, поки вона не почне ділитися на джгути діаметром 3 мм і довжиною 5-10 мм.
Повітряна усадка. Для визначення повітряної усадки з розкотити качалкою пластичної маси вирізують металевої квадратної формочкою 5 плиток розмірами 50 х 50 х 8 мм і розкладають їх на тонкому склі покритому папером. Потім на зразки вимірюють штангенциркулем і наносять позначки. Після висушування зразки знову вимірюють і обчислюють середнє. Повітряну усадку визначають за формулою:
α = * 100%, де l - довжина свежеотформованного зразка, мм
l 1 - довжина висушеного зразка, мм
Вогнева усадка. Визначення вогневої усадки проводиться на тих же зразках, на яких визначалася повітряна усадка. Формула для визначення вогневої усадки:
α 1 = * 100%, де l 1 - довжин висушеного зразка, мм
l 2 - довжина випаленого зразка, мм
вогнева усадка може бути 2 ... 6%
Спекаемость (ГОСТ 21216.9) - здатність при випалюванні ущільнюватися з утворенням твердого каменеподібний черепка. Результатом є ущільнення матеріалу і зменшення його пористості. Ступінь спікання контролюють водопоглинанням керамічного черепка. Черепок вважається спеклися якщо він не має ознак перепалив і його водопоглинання не менше 5%.
Вогнетривкість. (ГОСТ 4069) Визначається керамічними піроскопамі мають форму тригранної піраміди висотою 30 мм, стороною у підстави 8 мм, у вершини 2 мм. Зразок з випробуваної глини ставлять у піч разом з конусами мають різні температури вогнетривкості і конуси нагрівають. Вогнетривкість випробуваної глини відповідає вогнетривкості того конуса, який торкнувся своєї вершиною підставки одночасно з випробуваним зразком.
Тепловий коефіцієнт лінійного розширення. (ГОСТ 6141-91) Виготовляють два зразки довжиною 50 мм, перерізом 5х5 мм. Зразок висушують протягом 1 год при температурі 250 ° С, після чого поміщають в ексикатор для охолодження до температури приміщення. Штангенциркулем вимірюють довжину зразка з точністю до 0,01 мм, розміщують зразок у дилатометр, нагрівають зі швидкістю підйому температури (5 ± 1) ° С за хвилину до 600 ° С і реєструють зміну довжини зразка.
Температурний коефіцієнт лінійного розширення a, ° С, обчислюють за формулою
, Де
- Вихідна довжина зразка, мм;
- Зміна довжини зразка, мм;
- Інтервал температур, о С;
- Поправка на розширення кварцового скла трубки дилатометра в інтервалі від кімнатної температури до 600 ° С.
Вміст крупнозернистих включень. (ГОСТ 21216.4) Суспензію глини пропускають через сито 0,5 мм, замем залишок промивають під струменем води до тих пір поки вода не буде прозорою. Залишок на ситі змивають у чашку і сушать до постійної маси у сушильній шафі, охолоджують, зважують. У висушеному залишку визначають загальну кількість включень та їх речовинний склад. Залишок на ситі масою більше 5% від навішування розсіюють на ситах 5,3,2 і 1 мм, залишки на кожному ситі зважують, визначають кількість включень та їх речовинний склад.
До глазурями пред'являється основна вимога - узгодженість коефіцієнта термічного розширення глазурі та керамічного черепка. В іншому випадку утворюється цек - волосяні тріщини в глазурі. На коефіцієнт лінійного розширення впливають різні оксиди у складі глазурі.
Ще одна важлива властивість глазурі - пружність. Ступінь пружності визначається модулем пружності, тобто силою, яка здатна викликати подовження на 1 мм в стрижні довжиною 1 м і площею поперечного перерізу 1 мм 2. Модуль пружності у різних поливи коливається від 5800 до 6000 кг.
3. Технологія виробництва
3.1 Технологічна схема виробничого процесу
Для виготовлення облицювальних плиток застосовують беложгущиеся глини та каолін, кварцовий пісок, польовий шпат, пегматит, мармур і деякі інші компоненти. Виробництво цих виробів здійснюється за способом напівсухого пресування мас, підготовлених шлікерної способом.
Шлікером в технології кераміки називають суспензію, що складається з керамічних матеріалів, тобто масу з малою концентрацією дисперсної фази, частинки якої можуть необмежено переміщатися відносно один одного. Т.ч., шлікери є рідкотекучі керамічні маси.
Транспортування глини з кар'єру на виробництво здійснюється автосамоскидами.
Після доставки глини її складують на території заводу в безпосередній близькості від формувального цеху. Попередню заготівлю і зберігання глини застосовують для забезпечення безперервної роботи заводів, особливо в зимовий час. Дуже важливим у проміжному складуванні є те, що при декількох перевалка глини усереднюється її речовинний склад, відбувається перерозподіл вологи і руйнування природної структури. Це сприяє поліпшенню формувальних і сушильних властивостей глиняної сировини.
Потім глинисту сировину піддають грубому помелу в вальцях грубого помелу до розміру кусків 30-50 мм.
Приготування шлікера для отримання прес-порошків здійснюється з пластичних і непластичні матеріалів. Пластичні матеріали після грубого подрібнення розпускаються в теплій воді в горизонтальних, вертикальних або пропелерних мішалках. Непластичні матеріали піддають подрібненню і просіву, після чого подають в пропелерні мішалки до глинистої сировини. З мішалок глиняну суспензію пропускають через латунне сито з 400 відп. / см 2. Введення в шликер поверхнево-активних добавок (сульфітно-спиртової барди) підвищує продуктивність млинів на 10-20% за рахунок розклинюючого дії ПАР при їх попаданні в мікротріщини частинок матеріалу.
Приготований шликер, вологість якого складає 40-50%, обезводнюють. На сучасних керамічних підприємствах широке поширення знайшли баштові розпилювальні сушарки різних типів. У них відбувається поєднання операції зневоднення шлікера і помелу матеріалу, виключаючи необхідність його просіювання.
Шликер по шлікеропроводу подається насосом на механічні форсунки для його розпилення під тиском 25-29 атм. в нижній частині сушильної камери - циліндричної вежі з конусом у нижньому підставі. У робочу камеру вбудовані пальника, з яких знизу вгору надходять гарячі гази. Взаємодіючи з краплями розпорошеного шлікера, теплоносій висушує його і забезпечує грануляцію.
Висушений порошок осідає в конічній частині сушила, звідки через живильник поступає на транспортний пристрій. Відпрацьовані гази по трубопроводу проходять очистку у бата циклоні і викидаються атмосферу димососом. Пилоподібні частки, що збираються в циклоні, повертаються у верхню зону сушильної камери. Падаючи, вони соударяются з невисохлий частками шлікера і прилипають до них, утворюючи укрупнені злиплі агрегати.
Після цього гранули через секторний затвор і вібросито висипаються на стрічковий конвеєр. Готовий прес-порошок по транспортерах надходить у бункери зберігання, з яких подається в пристрій для подачі порошку на прес. Напівсухе пресування відбувається у дві стадії: первинне тиск, витримка (для виходу повітря), вторинне тиск. Питомий тиск пресування складає 180-200 кгс/см2. Максимальний тиск пресування - 1000 тонн. Відпресовані плитки направляють на сушку в тунельні і конвеєрні сушила. При цьому вологість подаються на сушку виробів повинна бути не більше 8%, а виходять з сушила - не більше 1%.
При виробництві керамічної плитки застосовується дворазовий випал: спочатку в печі утельного випалу, потім, після глазурування - в печі политого випалу.
Подвійний випал (bicottura (іт.) - бікоттура) - найдавніший спосіб виробництва глазурованої плитки. Відповідно до цієї технології глиняну суміш у вигляді порошку пресують, обпалюють, після чого на поверхню черепка наносять глазур, декорують і обпалюють плитку повторно.
У процесі утельного випалення відбувається сушка і випалення плитки при температурі 1080-1100 ° С. Цикл сушіння і випалу становить 44-50 хвилин. При випаленні відбувається повне спікання продукту і придбання ним усіх фізико-механічних властивостей.
Приготування глазурі полягає в дозуванні різних матеріалів і їх подрібненні у воді. При цьому виходить суспензія з вмістом води 40-50% готова до застосування. Глазур може наноситися або на обпечену поверхню (при подвійному випалюванні) або на висушену поверхню як при одинарному випаленні. Для нанесення глазурі застосовуються різні види обладнання (конусні або фільєрним автомати, ковшові або трубчасті дозатори, дискові розпилювачі, аерографи). Температура плиток не повинна перевищувати 70 0. Найкращою пористістю для закріплення глазурі є пористість 12-14%. Потім плитка надходить у піч политого випалу з температурою 1030-1050 ° С.
Випал завершує технологічний цикл виготовлення керамічної плитки. На виході з печі ми отримуємо готовий виріб, але перш ніж вступити на ділянку упаковки і далі на склад, плитка ретельно сортується. Цей процес покликаний: відбракувати дефектні вироби, відокремити плитки першого сорту від плиток більш низьких сортів, згрупувати плитки кожного сорту в торгові партії з точки зору розмірності («калібру») і кольоровості («тон»).
3.2 Операційний контроль якості
Операція, подлежащ я контролю | Склад контролю | Місце контролю | Періодично ость контролю | Метод і засіб контролю | Значення контролю | Особа, здійснює контроль |
Грубе подрібнення | Розмір шматків | Вальці грубого помелу | 2 р. за зміну | Набір сит | 30-50 мм | Лаборант |
Подрібнення | Розмір частинок | Пропелерна мішалка | 2 р. за зміну | Розсівання на ситах | Не> 3 мм | Лаборант |
Просівши | Залишок на ситі | латунне сито | 2 рази на зміну | Зважування на вагах | Не> 2% від вихідної маси | Лаборант |
Сушіння глини | 1) Вологість глинистого сировини 2) Тривалість сушіння 3) Температура 4) Тиск розпилення |