Обжиг керамических изделий

Обжиг является завершающим и ответственным этапом технологического процесса производства керамических изделий. В результате обжига они приобретают наиболее важные для керамического материала свойства: плотность, прочность, морозостойкость и др.

При обжиге керамических изделий протекают сложные физико-химические процессы. В начальный период обжига при нагреве сырца из него удаляется свободная вода, подъем температуры в этот период до 200 ° С осуществляется медленно и плавно, так как при интенсивном парообразовании сырец может разрушиться.

С повышением температуры до 450 ... 700 ° С выгорают органические примеси и удаляется химически связанная вода, находящаяся в глинистых минералах и других соединениях керамической массы, а керамическая масса безвозвратно теряет свои пластические свойства. Затем происходит разложение глинистых минералов вплоть до полного распада кристаллической решетки и образования аморфной смеси глинозема А1203 и кремнезема Si02.

При дальнейшем нагревании интенсивно развиваются процессы спекания керамической массы за счет реакции в твердом состоянии. Спекание ускоряется с появлением при температуре свыше 700 С в обжигаемой массе жидкой фазы (расплава) за счет плавления легкоплавких соединений керамической массы и минералов-плавней.

Расплав обволакивает нерасплавившиеся частицы, заполняя поры между ними, стягивает их, вызывая их сближение и уплотнение. Вместе с тем расплав яляется химически активным. Он растворяет твердые составляющие керамической массы, и в расплаве происходит непрерывно образование новых соединений, более устойчивых в данных условиях. Их кристаллизация из расплава обеспечивает превращение исходного материала после остывания в прочный монолит.

При рассмотрении процесса спекания необходимо учитывать величину температурного интервала между онегупорностью и началом спекания, называемым интервалом спекания глин. Интервал спекания зависит от состава глин: чем он шире, тем меньше опасность деформации изделия при обжиге. Большинство легкоплавких глин имеют узкий интервал спекания (около 50). Обжиг изделий из них обычно ведут при температуре 850 . . . 950 ° С. Огнеупорные и тугоплавкие глины имеют большой интервал спекания (более 100 ° С) и применяются для получения изделий с плотным спекшимся черепком, обжигают их при 1150 .. . 1400 0 С.

Выдержка при конечной температуре обжига обеспечивает выравнивание температуры по сечению садки и в теле изделий и необходима для завершения идущего процесса спекания. В этот период опасны местные перегревы, которые могут вызвать размягчение и деформации изделий, а недостаточный прогрев - недожог отдельных участков керамических изделий.
Охлаждение обожженных керамических изделий также является ответственной операцией. При переходе из пиропластического состояния в твердое необходимо задержать охлаждение во избежание появления местных напряжений и в связи с этим разрыв массы.

Процесс обжига условно разделяют на три периода: нагрев до заданной температуры, выдержка при этой температуре и охлаждение. Для каждого из этих периодов устанавливают опытным путем оптимальный температурный и газовый режимы.
Под температурным режимом обжига подразумевают зависимость между температурой и временем обжига, которую выражают температурной кривой обжига (рис. 3.4) . Температуры, нанесенные на кривую, относят к определенной точке температурного поля печи. Температурный режим печи характеризуют скоростью подъема или падения температуры в отдельных зонах печи.
Газовый режим обжига характеризует зависимости изменения химического состава газовой среды в печи во времени.

Обжиг облицовочных керамических изделий совмещается с важным технологическим процессом - глазурованием, которое включает нанесение на керамическое изделие тонкой пленки толщиной 0,1 .. . 0,3 мм глазури, последняя после обжига дает стекловидный слой, повышающий декоративные качества и улучшающий технические и эксплуатационные свойства изделий.

Глазури различают по окраске на бесцветные, одноцветные и многоцветные, а также по прозрачности — на прозрачные и глухие. При подборе глазури по составу обращают внимание на то, чтобы коэффициенты термического расширения глазурного покрытия и самого изделия были бы близкими по значению.

В состав глазурей входят кварц, полевой шпат, мрамор или мел, доломит, каолин, глина, углекислый барий, селитра, соединения стронция, свинца, лития, бора и др.