Что будет с глиной при высокой температуре
Отношение глин к повышенным температурам
При нагревании до 110° глина отдает всю механически примешанную воду, все же остальные ее свойства остаются неизмененными.
Дальнейшее нагревание до 250° также никаких заметных изменений в глине не вызывает. При 250° начинается очень медленное, постепенное удаление конституционной воды из глинистого вещества. При 425—450° из глинистого вещества выделяется большая часть химически связанной воды, причем молекулы глинистого вещества распадаются. Остатки конституционной воды удаляются около 900°.
После обжига при 450° глина легко растворяется даже в слабо разбавленных кислотах и щелочах, что объясняется распадением молекул глинистого вещества и потерей химической связи между окисью алюминия и окисью кремния.
Нагрев до 900° делает окись алюминия и окись кремния снова нерастворимыми в слабых кислотах и щелочах. По этой причине обжиг керамических изделий производят при температурах не ниже 900°, в противном случае они будут недостаточно устойчивы как в отношении выветривания, так и в отношении действия воды, разбавленных кислот и щелочей.
Дальнейшее повышение температуры у некоторых глин вызывает уже спекание.
Высокие температуры, создают в глинах огневую усадку (усадка при обжиге). Пористость тела при этом уменьшается. Высоко-обожженный плотный черепок называют спекшимся.
В практике спекшимся считают изделие с водопоглощением менее 5% от веса сухого обожженного черепка.
Спекание у некоторых глин наблюдается уже при 900°. Наивысшая возможная температура спекания у глин — 1400°.
При температурах, близких к 900°, говорить о плавлении составных частей глины в заметных количествах не приходится. Поэтому явление спекания здесь необходимо отнести в основном за счет увеличения сил притяжения между частицами.
Как раз в этой области температур глиняные изделия показывают и наибольшую механическую прочность под нагрузкой в момент обжига. Это подтверждает предположение об увеличении взаимного притяжения частичек глины при обжиге в пределах 900° и немного выше.
Ясно, что более пластичные глины показывают и более низкие температуры спекания, вследствие меньших величин частичек и больших величин сил притяжения.
Менее пластичные и более тощие глины показывают спекание при более высоких температурах, — до 1400°. Затрудненное спекание объясняется при этом относительно крупной величиной частичек и меньшими величинами сил взаимного притяжения.
Дальнейшее повышение температуры приводит глины к плавлению.
Глина, плавясь, превращается в однородное вещество. Отдельные частицы в расплавленной массе исчезают, все сливается в мутное, непрозрачное стекло. Переход в такое однородное состояние связан с постепенным размягчением глины, которая, плавясь, делается мягкой, как тесто.
Все примеси к глинистому веществу (за исключением окиси алюминия) понижают температуру его плавления, причем это понижение может быть довольно значительным. Наиболее энергично понижают температуру плавления щелочи (окиси натрия и калия), затем окись железа, известь (окись кальция) и, наконец, окись магния.
Самые легкоплавкие глины плавятся уже около 950°. Весьма большое значение имеет величина пористости глиняного черепка после обжига. Чем выше температура обжига глины, тем пористость меньше. Величина пористости определяется способностью обожженного изделия поглощать воду до полного насыщения.
Уменьшение пористости связано с увеличением усадки и механической прочности.
Глины повышенной пластичности показывают меньшую пористость при одной и той же температуре обжига, нежели глины малопластичные. Малопластичные глины, с примесью большого количества песка, после обжига дают черепок недостаточной прочности. Черепок от легкого удара молотком издает звук неясный, дребезжащий.
В производстве кирпича и черепицы применяют глины, которые после обжига до 900—1100° С показывают водопоглощение от 8 до 20% к весу абсолютно сухого черепка. Глины, показывающие водопоглощение после обжига ниже 8%, негодны: кирпич плохо связывается раствором в кладке, обладает высокой теплопроводностью. Здание, построенное из такого кирпича, зимой будет отдавать много тепла наружу. Глины, дающие черепок с очень большим водопоглощением после обжига, также непригодны: такой кирпич или черепица будет легко разрушаться зимой от замерзания в состоянии насыщения водой, т. е. не будет морозостойким.
В кирпично-черепичном производстве отформованный из глины сырец обжигают до полного удаления химически связанной (конституционной) воды из глинистого вещества, т. е. до 900—1100°С. Эти температуры совпадают с началом плавления составных частей глины. После обжига до этих температур сырец из пригодных глин приобретает достаточную прочность, стойкость против воды, слабых кислот и морозоустойчивость.
В керамических производствах очень большую роль играет промежуток (интервал) между температурами спекания и плавления. Большой температурный промежуток дает возможность обжечь изделие до спекания, если это необходимо, не опасаясь повреждения его формы. В производственных печах колебание температуры в различных местах доходит до 100°. Поэтому такой температурный промежуток для глин, обжигаемых до спекания, должен быть также не менее 100°. Чем этот промежуток больше, тем глину легче обжигать в производственных печах.
В зависимости от температуры плавления, глины делятся на огнеупорные и неогнеупорные. Огнеупорными считаются глины, плавящиеся выше 1580°.
Среди глин, по их отношению к высоким температурам, различают еще тугоплавкие и легкоплавкие.
Тугоплавкие глины показывают температуры плавления в пределах 1350—1580° и применяются для неответственного огнеупорного припаса и для изделий, имеющих спекшийся черепок: клинкер, канализационные трубы, метлахские плитки. Условия работы этих изделий (напр, малоогнеупорного припаса) требуют устойчивости массы при температурах 1350° и выше.
Легкоплавкие глины имеют температуру плавления ниже 1350° и применяются при производстве кирпича, черепицы, дренажных труб, кафель.
Новости компаний
Глина – податливый материал, благодатная почва для экспериментов и создания различных украшений и творений. Для того, чтобы получившиеся изделия служили как можно дольше и не теряли форму, после сушки необходимо произвести обжиг. Процесс не из лёгких, он предусматривает следование определённым правилам, учёт множества деталей. Но результат того стоит: изделие будет радовать долгим сроком службы, не деформируется и не разрушится. Данная статья посвящена обжигу изделий из глины. Об особенностях технологии, её видах, правилах и температурном режиме читайте далее.
Состав сырья
Глина неоднородна, количество примесей в ней варьирует. В зависимости от их процентного содержания, выбирается определённый вид обжига и температурный режим. В природном сырье содержится песок, причём чем его меньше, тем ниже должна быть температура.
В составе не должно быть посторонних камней или воздуха. Ввиду того, что плотность этих элементов отличается от плотности основного материала, температуру они будут переносить по-другому: изменять свои свойства и расширяться с разной скоростью. В некоторых случаях это может быть чревато взрывом изделия. На цвет натуральной глины влияет наличие в составе определённых элементов. Так, красной она становится из-за высокого содержания меди. Время обжига глины варьируется в зависимости от состава.
Подготовка
Перед началом процедуры изделие необходимо тщательно высушить. Предварительную сушку проводят без участия нагревательных приборов и без попадания на поверхность прямых солнечных лучей. Лучший вариант – тёмное сухое место, в котором поддерживается средняя комнатная температура. Важно, чтобы просушка прошла равномерно. В противном случае, на поверхности появятся трещины и сколы. Процесс занимает до недели: в зависимости от объёма получившегося изделия. Если его не досушить, после обжига возможно образование дефектов.
Такого понятия как «пересушка» глины не существует.
После подготовки необходимо проверить, не образовались ли на поверхности трещины. Их можно устранить с помощью жидкой глины, однако это не избавит от риска, что в печи изделие деформируется.
Последним этапом подготовки является шлифовка, она доводит изделие до идеального состояния. Основной инструмент – наждачная бумага. С ее помощью устраняются различные неровности, бугорки, отпечатки пальцев.
Важно:
Технология обжига глины
Процесс проходит в один или несколько этапов. Наиболее популярная схема – двухэтапная. Она подразумевает два последовательных процесса обжига.
Промежуточный (утильный) этап.В печь попадает изделие без глазури и декора (за исключением ангоба и узоров, выполненных с помощью цветной глины). После процедуры получается так называемый полуфабрикат, утиль. Выбор температурного режима должен быть осуществлён таким образом, чтобы получился баланс двух факторов:
Политой обжиг(второй этап) проводится после того, как на изделие наносится глазурь и создаётся декор. Температурный режим диктуется требованиями использованных материалов: краски, глазури и других.
Виды двухэтапного обжига
Последующие этапы проводятся в тех случаях, когда необходимо закрепить декор. Они менее продолжительные, в отличие от двух предыдущих этапов и проводятся при более низких температурах.
Обжигание в один этап
Такой метод подходит в тех случаях, когда:
Процесс обжига происходит в несколько этапов:
Способы обжига
Если вам необхлодимо гончарное оборудование предлагаем обратиться в интернет-магазин Колокол Мануфактура.
Глина огнеупорная
Глина представляет собой осадочную, повсеместно распространенную горную породу. Физические и технологические свойства глины зависят от минералов, входящих в ее состав и условий ее образования.
Наиболее ценными качествами обладают огнеупорные глины.
Глина огнеупорная, или шамотная глина, – землистая обломочная горная порода осадочного происхождения, которая состоит в основном из высокодисперсных гидроалюмосиликатов, при смешивании с водой дает пластичное тесто, сохраняющее при высыхании форму, и приобретает после обжига прочность камня.
Важнейшими физико-керамическими свойствами огнеупорных глин являются пластичность и связность, воздушная и огневая усадка, спекае-мость и огнеупорность.
Наиболее характерным свойством огнеупорных глин является пластичность. Этим свойством называют способность увлажненных глин под действием незначительных внешних усилий изменять свою форму без появления трещин и сохранять ее в статическом состоянии.
Пластические свойства глин проявляются лишь в смеси с водой и с некоторыми другими жидкостями. Эти свойства зависят от ряда факторов: минерального состава, степени дисперсности и формы частиц глины, присутствия в ней электролитов и гумусовых веществ, взаимоотношений дисперсной фазы (глинистых частиц) и дисперсионной среды (воды или другой жидкости). Пластичность является обратимым свойством глин при нагревании их до 110—150 °С; повышение температуры нагревания постепенно ухудшает это свойство, после завершения процесса дегидратации глины (450—600 °С) пластичность может совсем исчезнуть. Пластические свойства глины легко снизить введением отощителей (кварца, шамота и др.), повышается же пластичность глин только после длительного их вылеживания или тонкого измельчения или же при добавлении электролитов.
Излишняя пластичность глин может быть устранена путем введения в них непластичных (отощающих) добавок или добавлением малопластичных глин. При недостаточной пластичности глину отмучивают, освобождая ее от песка, подвергают вылеживанию на открытом воздухе, измельчают на специальных машинах, обрабатывают паром, вакуумнруют, а также добавляют пластичную глину. В результате повышается дисперсность глин, улучшается нх набухаемость и повышаются пластичность и формовочная способность.
Связующая способность глины, выражается в том, что глина может связывать частицы непластичных материалов (песка, шамота и др.) и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие — сырец. Связность — усилие, необходимое для разъединения частиц глины. Связность глин обусловлена малой величиной и пластинчатой формой частиц глинистого вещества. Высокой связностью обладают глины, содержащие повышенное количество глинистых фракций.
По количеству связываемого песка каждая огнеупорная глина относится к одной из четырех групп:
• связующая – 50% песка,
• пластичная – 20-50% песка,
• тощая – 20% песка,
• камнеподобная (сухари и сланцы) – не образует теста и не связывает.
Огневая усадка глин — изменение размеров и объема при обжиге изделия. При обжиге наиболее легкоплавкие соединения глины переходят в состояние жидкости, которая обволакивает нерасплавившиеся частицы и частично заполняет промежутки между ними. Частичное плавление глины и действие сил поверхностного натяжения жидкой фазы вызывают сближение твердых частиц обжигаемой глины и объем ее уменьшается, т.е. происходит огневая усадка. При большом содержании в глине кварцевого песка может не быть усадки или даже произойдет расширение материала, что связано с переходом кварца при нагревании в другую кристаллическую форму с увеличением объема. Огневая усадка глин может быть 2-6%. Полной усадкой глин называют сумму воздушной и огневой усадок. Полная усадка обычно составляет 5-18%. Для получения изделий с заданными размерами полную усадку учитывают при формовании, соответственно увеличивая размеры сырца.
У большинства огнеупорных глин огневая усадка начинается при 600—650°С и протекает медленно и равномерно до 900—1000° С. Выше этой температуры усадка идет интенсивно и заканчивается при 1250—1400° С. Присутствие кремнезема вследствие его роста при обжиге в значительной степени компенсирует усадку глин.
Температура спекания — температура, при которой глина полностью спекается, т. е. теряет после охлаждения способность впитывать воду. Интервал спекания огнеупорных глин – 400ºС. Огнеупорные глины (и изделия из них) противостоят действию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь.
Огнеупорность — свойство противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Шамотная глина имеет показатель огнеупорности выше 1580°.
Указанная способность достигается за счет малого содержания примесей в глине. Такие глины используют для производства фарфора, фаянса и огнеупорных изделий.
Огнеупорная глина обычно имеет белый или серо-белый цвет. В её состав входят каолинит и гидрослюды. Такие глины используют для производства огнеупорного кирпича и других жаропрочных изделий. Огнеупорные глины должны выдерживать при обжиге температуру не менее 1580 градусов. После обжига изделия из данной глины становятся непроницаемыми для воды.
Благодаря таким свойствам шамотная глина широко используется для кладки печей. Из нее изготавливают специальный огнеупорный кирпич, которым выкладывается внутренняя часть печки – топка. Причем в качестве связующего раствора используется все та же глина для печи.
Для изготовления шамотных или полукислых огнеупоров глину, предварительно отсортированную от загрязненных кусков, обжигают в печках, после чего размалывают первоначально на щековой дробилке, а затем на бегунах и просеивают. Подготовленный порошок обязательно подвергают очистке для удаления примесей аппаратурного железа, которое вызывает образование пузырей в стекломассе и закраску стекла. Хранить глину необходимо в условиях, исключающих ее размывание и загрязнение.
Помимо кладки печей, огнеупорная глина может быть использована для изготовления мертелей, огнеупорных масс и обмазок. Для этих целей используется огнеупорная глина марок ПГА, ПГБ. Кроме того, из шамотной огнеупорной глины делают декоративную плитку, малые архитектурные формы, керамические изделия и фарфорово-фаянсовые изделия, а также изготавливают тигли для плавки золотых и серебряных сплавов.
Шамотная глина в керамике и ее свойства
Одной из разновидностей глины является шамот. Его используют в кладке печей, облицовке каминов, при изготовлении огнеупорных кирпичей, в качестве скрепляющего материала и для декоративного назначения. В состав шамотной глины входит белый каолин, который после обжига приобретает прочность и огнестойкость.
Высокотемпературная обработка превращает глину в материал, свойства прочности которого сравнивают с прочностью горных пород.
Шамотная глина или шамот – это обожженная глина из белого каолина, причем обжиг является обязательным условием изготовления материала, так как при высокой температуре происходит удаление химически связанной воды и материал теряет свою пластичность. Различают цирконовый, корундовый и высокоглиноземистый шамот. Керамисты шамотом называют смесь пластичных глин разного сорта с добавлением зернистой шамотной крошки.
Общие сведения о шамотной глине
Шамот в своем составе содержит гидроалюмосиликаты высокой дисперсии, это группа природных силикатов с наличием кремния и алюминия. Образуется шамот только естественным путем, поэтому он считается природным ископаемым.
Различают морские шамотные глины и материковые глины. Морская глина, как уже понятно по названию, добывается с морского дна. Материковые глины залегают на дне рек и озер. В России есть три крупнейших месторождения шамотной глины: Кыштымское, Астафьевское и Палевское. Локальные месторождения повлекли за собой строительство комбинатов по изготовлению огнеупорных материалов.
Например, Боровичский комбинат огнеупоров Новгородской области использует шамотную глину с собственных карьеров.
Цвет готовой шамотной глины зависит от температуры ее обработки, а цвет начального сырья – от органических примесей и прочих компонентов. Глина без примесей имеет светло-серый оттенок. Встречаются красные, желтые и даже синие цвета. В состав шамота входят следующие элементы:
Именно устойчивость к высоким температурам и сделала шамотную глину популярной и востребованной. В керамическом искусстве шамот тоже имеет ряд преимуществ, среди которых такие качества, как экологическая чистота и натуральность, а также прочность.
Для керамиста важным качеством шамота является то, что он не дает усадки при высыхании, а это означает отсутствие трещин, свойственных обычной глине. Срок сушки изделия может продлиться от 10 до 12 суток. На продолжительность данного процесса влияет не только толщина слоя глины, но и влажность окружающего воздуха, а также его температура.
Белая каолиновая глина образуется, благодаря процессу оседания горных пород. Сначала ее обжигают при температуре 1300-1500 градусов, в результате чего она спекается и теряет всю влагу. Каолин становится бурым. Затем его измельчают, а образовавшийся порошок (шамот) добавляют в основную массу для формирования изделий, как отощающую добавку, уменьшающую пластичность и усадку. Чем выше температура обработки, тем больше влаги потеряет материал. По способности поглощать влагу готовый шамот подразделяют на два типа:
Низкожженные шамоты обладают более высоким водопоглощением, то есть они способны впитывать в свои поры большее количество влаги. Водопоглащение выражается в процентах и показывает отношение разности масс сухого и влажного материала к массе сухого материала.
Шамотные глины способны выдерживать температуру до 1800 градусов, при этом сохраняя свои свойства и не разрушаясь. Температура указана условно. Ее более точное значение зависит от концентрации шамота и прочих компонентов. Обычно производители указывают состав глины и приводят детальную инструкцию по замешиванию. Благодаря тому, что у готовых кирпичей и шамотной глины одинаковый коэффициент линейного расширения, рекомендуется использовать эти материалы для кладки.
Такая величина, как влажность, тоже является характеристикой шамотной глины. Необходимо понимать, что более высокая влажность является причиной повышенной пластичности материала, следовательно, повышенной чувствительности к температурным перепадам. Влажность тоже указывает производитель, хотя в его обязанности это и не входит. Отличается глина и зернистостью. При изготовлении кирпичей пользуются мелкозернистым шамотом, а в декоративном искусстве – крупнозернистый.
Технические параметры
Все характеристики шамотной глины нормированы ГОСТ 6137-8. Согласно данным стандартам, к шамоту предъявляются определенные требования:
Соответствующие указанным требованиям материалы имеют срок годности до 3 лет. Хранить шамот следует в сухой герметичной упаковке.
Получить качественный огнеупорный материал позволяют уникальные свойства белого каолина. Он устойчив к высоким температурам, поэтому может входить в состав любого строительного материала. Шамотная глина может быть использована в качестве основного материала для штукатурки в жилых помещениях. Она пропускает влагу сквозь поры, поэтому отлично сохраняет необходимый для человека микроклимат. Глина с добавлением шамота обладает высокой адгезией, что очень удобно при проведении кладки кирпича.
Изделия из шамотной глины отличаются долговечностью, а сам материал не теряет своих свойств в процессе эксплуатации. К сожалению, как и любой другой материал, шамотная глина обладает и определенными недостатками. Например, ее нельзя назвать доступной, поэтому продукт имеет относительно высокую стоимость. Кроме того, шамотная пыль, попадая в легкие, вызывает такое заболевание, как силикоз. Это профессиональная болезнь сотрудников комбинатов, где производят огнеупорные материалы.
Пластичность
К основным свойствам шамотной глины относят пластичность, огнеупорность, способность к огневой усадке, связующую способность. Некоторые термины требуют дополнительного определения. Под пластичностью подразумевается способность материала изменять свою форму при относительно небольшом воздействии. Это касается лишь увлажненных глин, так как шамотные глины, из которых была удалена влага, практически не подвержены деформации.
Пластичность возникает только когда глина контактирует с водой. Разные сорта глины обладают различными показателями пластичности, так как они зависят от состава минералов и зернистости шамота. При нагревании глины до температуры 150 градусов ее пластичность обратима. Но после дегидратационного процесса нагревание до более высоких температур делает пластичность необратимой. Снизить пластичность можно при помощи специальных добавок – отощителей, содержащих кварц и сухой шамотный песок.
Связующая способность
Связующая способность шамотной глины – показатель, который интересует не только строителей, но и декораторов. Глина способна связывать между собой мелкодисперсионные частицы шамота, которые сами по себе не являются пластичными. Под связностью подразумевается, что для разделения материала на части необходимо прикладывать определенное усилие.
Разведенный глиняный порошок после высыхания образует «сырец». Связующая способность сырца обусловлена пластинчатым строением частиц некоторых компонентов шамотной глины. Если такие компоненты будут присутствовать в других сортах глины, то их связность тоже будет высокой.
Воздушная усадка
Воздушная усадка показывает степень уменьшения объема заготовки после просушки. Она выражена в процентном соотношении к первоначальному объему. Для шамотных глин показатель воздушной усадки варьируется от 5 до 11%. Высокий показатель соответствует пластичным сортам глины. Их также называют «жирными» глинами.
Работать с пластичными сортами глины проще, однако в процессе обжига изделие начинает ужиматься, что приводит к образованию трещин. Сохранить первоначальные параметры без специальных примесей практически невозможно. В глину необходимо добавлять связующие компоненты.
Огневая усадка
Усадка происходит не только в процессе сушки, но и в процессе обжига, поэтому следует обратить внимание еще и на такую характеристику, как огневая усадка. Данный вид усадки объясняется, отнюдь, не испарением влаги, а плавлением глины, то есть некоторые ее соединения при высоких температурах могут плавиться. Жидкая субстанция проникает в поры и пространства между частицами, которые не расплавились. Плотность материала увеличивается, а объем, соответственно, уменьшается.
Весь описанный процесс называют огневой усадкой или усадкой огневого типа. Большое содержание кварцевого шамота позволяет избежать усадки. Дело в том, что кварцевые частица при высокой температуре образуют новые структуры кристаллический решетки увеличенного объема. Усадка и преобразование кристаллов компенсируют друг друга, поэтому объем заготовки практически не изменяется. Логично говорить о полной усадке, обусловленной процессом воздушной и огневой усадки. Для шамотной глины этот показатель не превышает 18%.
Для достижения заданных параметров необходимо рассчитать полную усадку и увеличить размеры заготовки. Усадка глины начинается при температуре 600 градусов и длится достаточно продолжительное время. Завершается монотонная усадка при достижении температуры в 1000 градусов. После этого интенсивность усадки увеличивается, а заготовка перестает изменяться в объеме только при температуре в 1400 градусов.
Температура спекания
Глина спекается в тот момент, когда она перестает впитывать влагу. Температура, при котором происходит указанный процесс, называется температурой спекания и служит одной из характеристик материала. Изделия из шамотной глины спекаются, не деформируясь, при этом сохраняются все огнеупорные свойства.
Огнеупорность
Под огнеупорностью понимают способность глины оставаться в твердом состоянии, то есть, не плавиться, при высоких температурах. Хорошая глина способна выдержать температуру до 1580 градусов. Высокая огнеупорность достигается очищением глины от посторонних примесей. Огнеупорность востребована при кладке печей и каминов.
Шамотная глина используется в качестве связующего материала, но из нее также изготавливаются кирпичи, которыми выкладывается внутренняя поверхность печи. Но такая глина нашла применение и в других отраслях. Она используется для изготовления изразцовых плиток, тигелей, в которых плавят драгоценные металлы, фарфора и фаянса, а также при лепке статуэток и декоративных поделок.
Шамотная глина в керамике
Фактурность глины, ее прочность и эстетичность нашла применение в качестве материала среди дизайнеров. Шамот используют в производстве изразцов, посуды, статуэток и прочих декоративных элементов интерьера. Мастер знает все о свойствах данного материала, поэтому использует примеси, регулируя его пластичность.
В керамике используется самая обычная глина, в которую добавляется сухой шамотный порошок. Доля этого порошка может достигать до 50% от всей массы материала.
Перед созданием изделия мастер подготавливает эскиз, по которому создаются необходимые формы и молды. Для изготовления раствора пользуются следующей схемой:
Некоторые мастера для ускорения застывания добавляют в раствор клей ПВА. Скульптуры и статуэтки изготавливают, нанося материал на проволочный каркас, поэтому глину делают более пластичной. В некоторых случаях добавляется стекловолокно, как скрепляющий наполнитель. Через 3-4 дня после окончания работ начинается этап обжига. До этого момента глина сохла на воздухе.
Готовое изделие из шамота — керамическая плакетка
Предварительная сушка является обязательным этапом, чтобы при обжиге не появлялось на поверхности трещин. Шамот плавно превращается в керамику при температуре 1300 градусов. Важно соблюдать технологию, чтобы получился качественный и экологически чистый продукт.