4.3.2. Определение коэффициента чувствительности глин к сушке

Получение бездефектных малых образцов при естественной сушке еще не означает, что сушильные свойства данной глины являются удовлетворительными. В реальных промышленных условиях, т. е. при увеличении размеров образцов, усложнении их формы и применении более интенсивных режимов сушки, та же глина может оказаться весьма «чувствительной к сушке».

На чувствительность глин к сушке влияют минералогический состав, дисперсность, запесоченность и другие факторы.

Практический опыт показывает также отсутствие прямой связи между воздушной усадкой, и чувствительностью к сушке: нередко «поведение» глины с линейной воздушной усадкой 6-7 % оказывается значительно хуже, чем глины с усадкой 8-10 %.

Ряд исследователей (3. А. Носова, и др.) установили, что кроме вышеперечисленных факторов на чувствительность глин к сушке существенно влияет пористость высушенного образца (или объемное содержание воды в порах в момент окончания усадки). С увеличением объема пор сушка глины, как правило, улучшается, что связано с облегчением процесса удаления влаги (повышением влагопроводности).

Д ля ориентировочной оценки чувствительности глины к сушке можно принять отношение объемной воздушной усадки к истинной пористости образца в воздушно-сухом состоянии. На основании этого З.А. Носовой для определения коэффициента чувствительности к сушке предложена формула

где V - объем образца, высушенного при температуре 20 ºС, см³;

V₀ - объем образца после формования, см³;

m₀ - масса влажного образца, г;

m - масса образца, высушенного при температуре 20 ºС, г.

В зависимости от значения К глины согласно требованиям ГОСТ 5499-59 разделяются на следующие группы:

малочувствительные к сушке: К_ч < 1;

среднечувствительные - " -: 1 < К_ч< 1.5;

высокочувствительные - " -: К_ч ≥ 1.5.

Чем выше пластичность глин, тем больше усадка, и тем чувствительнее глины к сушке (у монтмориллонита К> 4).

Глины с плохой связующей способностью при К< 1 также могут растрескиваться при сушке, но уже за счет недостаточной связности частиц.

4.4. Исследование обжиговых свойств Общие сведения

В технологии керамических изделий обжиг является завершающей и наиболее ответственной стадией их изготовления. Обжиг осуществляется в основном в окислительной или нейтральной среде обычно при температуре 900-1000 ºС для легкоплавких и 1000-1250 ºС для тугоплавких и огнеупорных глин. В процессе обжига формируются наиболее важные свойства керамического материала: прочность, плотность, водостойкость, морозостойкость и др.

При обжиге происходят сложные химические, физические, физико-химические изменения. Изменения наблюдаются в самих глинообразующих минералах, в примесях и в добавках, вводимых в керамическую массу. Кроме того, при обжиге происходит взаимодействие продуктов распада глинообразующих минералов с остальными компонентами шихты.

В состав глин могут входить глинообразующие минералы типа Al₂O₃ּnSiO₂ּmH₂O, зерна кварца, иногда полевого шпата, железорудные минералы, карбонаты и сульфаты щелочноземельных металлов, а также оксиды щелочных металлов, которые в глинах либо абсорбированы глинообразующими минералами и другими поверхностно-активными зернами, в частности, кремнеземистыми частицами, либо находятся в составе полевошпатовых зерен. Органика присутствует в глине в виде гумусовых веществ и разного рода растительных остатков.

На начальной стадии обжига до температуры 200 ºС удаляется диффузионная и прочно связанная (адсорбированная) вода. В этот период быстрый перегрев поверхности сырца вызывает одновременный перегрев паров воды, находящихся внутри изделия, и повышение давления этих паров. Последнее может явиться причиной образования трещин и посечек, поэтому температура от 100 до 200 ºС должна подниматься очень медленно, в этом случае большое значение имеют остаточная влажность сырца и толщина изделия.

При температуре 200-400 ºС органические вещества обугливаются, глинообразующие минералы дегидратируются и аморфизируются в интервале температур от 500-800 ºС и керамическая масса теряет свои пластические свойства. В этот температурный период происходят модификационные превращения кристаллического кварца (при 573 ºС происходит превращение -кварца в -кварц) и диссоциация железосодержащих минералов, например, сидерита Fe₂CО₃ и группы карбонатов СаСО₃ и MgCO₃ с выделением СО₂. Модификационные превращения кварца сопровождаются увеличением объема. В восстановительной среде наблюдаются переход окиси железа в закись и диссоциация сульфидов и сульфатов с выделением SО₃. Адсорбированные катионы щелочных металлов (Na₂О, К₂О) взаимодействуют с аморфным кремнеземом и глиноземом, начиная с температуры 700 ºС, и образуют легкоплавкий расплав, количество которого возрастает с повышением температуры.

В рассматриваемом периоде обжига керамических изделий кристаллическая решетка глинообразующих минералов не разрушается, поэтому такие физико-химические показатели как усадка, прочность, пластические деформации, модуль упругости изменяются незначительно.