Основы технологии производства керамических изделий.
Технологическая схема изготовления керамических изделии (включает следующие операции):
* подготовка - очистка и измельчение - исходных компонентов; (сортировка, дробление, размол, сепарация);
* приготовление керамической массы (в виде порошка или шликера) смешиванием исходных компонентов с пластификатором - водой, водоэмульсионным или органическим связующим (шихтовка);
* формирование из керамической массы заготовок объемных изделий (экструзией, прессованием, шликерным литьем) или покрытий (термическим напылением, электрофоретическим осаждением, химическим осаждением на нагретую поверхность);
* сушка и спекание (высокотемпературный обжиг, как правило, свыше 1000'С) заготовок;
* механическая обработка, декорирование, глазурирование, металлизация (и др. виды обработки) поверхностей готового изделия.
Исходное сырье:
♦ каолин - Al2O3 – 2*SiO2 – 2*H2O
♦ песок- SiO2
♦ попев ой шпат - K2O*Al2O3 – 6*SiO2
• глинозем — Al2O3
* двуокись титана (рутил) — TiO2
♦ тальк – 3*MgO – 4*SiO2 - H2O
♦ углекислый барий — BaCO3
• доломит - CaCO3*MgCO3 и д.р.
В составе керамической массы:
• плавни (минерализаторы): попев ой шпат, мел, доломит; (понижают температуру обжига);
• пластичные материалы: различные глины;
• отощающие материалы (устраняют трещины при высыхании).
Приготовление керамических масс (шликера)
* тщательная очистка от примесей: вручную, просеиванием, промывкой;
* измельчение: сначала на дробилках, затем - в бегунах, далее - в шаровых мельницах;
* шаровая мельница: стальной сварной барабан, выложен изнутри гранитными кирпичами; шарики — фарфоровые диаметром 10.. .30 мм (или стальные закаленные, или твердосплавные); барабан вращается — происходит измельчение и смешивание; затем загружают плавни, далее — отощающий материал;
• должны быть выдержаны объемные соотношения компонентов: - шаров =1,3; воды =1,5; материалов = 1;
• измельчение считают законченным, когда масса, процеживаемая через сито №100, дает остаток не более 2%;
* далее — в шаровую мельницу загружают пластичные (пластические) материалы (материал / вода = 3 / 2) и вновь измельчают, перемешивают и поцеживают через сито;
* получаемая в результате этого масса называется шликером;
* время помола в шаровой мельнице — около 7... 10 час ОБ ;
* полученный шликер пропускают через магнитный сепаратор для удаления примесей, содержащих железо;
* более тщательно готовится керамичеекая масса для мундштучной протяжки: для достижения однородности и удаления воздушных включений масса тщательно проминается и пропускается через вакуум-мялку; на выходе из вакуум-мялки масса режется проволокой и далее — подается в формовочный цех.
Формование изделий
* протягивание через мундштук (чаще вертикапьно):
* получают болванки, трубы, стержни фасонного сечения;
* влажность массы 20... 25%;
* для крупных изделий используют вакуум-прессы; на выходе вакуум-пресса устанавливают мундштук с сечением требуемого профиля;
* на выходе - изделия подхватывается специальными подставками, режутся проволокой и подсушиваются при комнатной температуре (20... 25 °С);
♦ прессование (сухое):
* применяется для изготовления плоских изделий с небольшими выступами и/или углублениями;
* масса, получаемая в вакуум-мялке высушивается, размалывается и формуется в металлических пресс-формах на гидравлических или пневматических пресса
(давление - 30... 150 МПа);
* масса дозируется;
* усилие прессования стараются создать всестороннее —только тогда достигается хорошая требуемая плотность изделия и точность размеров;
* процесс очень дорогой;
• штамповка (пластичное пресование):
* применяется для изготовления мелких изделий сложной конфигурации (формы) в массовом производстве;
* массу готовят аналогично сухому прессованию, с увлажнением — 20... 25%; т.е. масса должна быть полупластичная, рассыпчатая, должна обладать хорошей
податливостью (среднее удельное давление = 8 МПа);
* загрузку массы осуществляют с некоторым избытком, а не дозировано (излишек выдавливается опускающимся пуансоном —конструктивно);
* недостатками изделий штамповки являются: - недостаточно плотная структура (следовательно, невелики механические и электрические свойства); имеет место
большая усадка вследствие неравномерной плотности; затруднено выполнение острых кромок (конструкции изделий);
* горячее литье (под давлением):
* применяется в массовом и крупно серийном производстве изделий из непластичных керамических масс;
* используют специально приготовленный литейный шликер;
* получение литейного шликера:
* высушенный шликер после шаровой мельницы обжигают до полного спекания, дробят на бегунах, размалывают в шаровых мельницах до дисперсности, определяемой заданным составом на контрольных ситах с числом отверстий 10000... 14000 [ отв/см-2 ]— получают размолотый пек;
* в размолотый пек добавляют связку: парафин (12... 13%), олеиновая кислота (0,5%), воск (0,2%); все это перемешивают в шаровых мельницах при Т = 80.. .90° С;
* полученную жидкую массу вакуумируют и разливают в формы для получения плит толщиной 40.. .50 мм;
* эти плит перед дальнейшим использованием разбивают на куски (дробят);
* техпроцесс горячего литья под давлением (включает):
* запопнение формы под давление при определенной температуре;
* охлаждение;
* обжиг и удаление связки.
Сушка
1)Естественная сушка на воздухе 8-12 дней Ткомнатная
2) В сушильных шкафах: температуру медленно повышают до 80..110С, время 2суток.
3)ТВЧ: наиболее эффективный способ
Обжиг
В печах периодического действия: электрических или пламенных.
Условно можно выделить:
1)удаление влаги: продолжительность — 5... 12 час ОБ, темпер атуру медленно повь плают до 300... 400 °С;
2)удаление хим связанной воды + др. химические процессы: Т повышают до 1000 °С, скорость натрева — 45... 90 °С/час;
3)восстановительный период: 4... 5 часов, 20... 30 °С/час;
4)выдержка в течение 12... 14 часов при Т = 1350... 1400°С;
конкретная температура обжига и выдержка зависят от физико-химических свойств массы, конфигурации и назначения изделий);
5)медленное охлаждение (вместе с печью, после выдержки).
Полное время обжига — 30... 70 часов. Усадка во время обжига— около 15%.
Механическая обработка
* чаще всего производится шлифование (плоское, бесцентровое) с обильным охлаждением; полирование;
* сверление — на обычных станках режущим инструментом (чаще абразивным) и на ультразвуковых установках.
Глазурирование керамических изделий
Глазурирование производят для повышения газонепроницаемости и водонепроницаемости, а также для придания товарного вида изделиям.