Пластичные материалы. 
Технология обработки материалов

Основным сырьем для производства керамических изделий являются пластичные глинистые материалы. К ним относятся глины, каолины и бентониты.

Глины и каолины — природные материалы полиминералыюго состава, образовавшегося в результате разрушения (выветривания) алюмосиликатных горных пород (полевые шпаты, пегматиты, граниты). Эти материалы в соединении с определенным количеством воды образуют пластичную массу, а после обжига приобретают прочность камня. Глину вводят в керамические смеси преимущественно в сыром виде, но ее могут также вводить в предварительно обожженном и измельченном состояниях.

Глинистые минералы представляют собой водные алюмосиликаты (xAl₂0₃-z/Si0₂-2H₂0), где х, у, г являются коэффициентами, имеющими различные значения.

Каолин отличается от глин высоким содержанием глинозема (А1₂0₃), большей мелкозернистостью, меньшей пластичностью и обладает свойством придавать повышенную белизну обожженному материалу.

Важнейшими технологическими свойствами пластичных материалов являются пластичность, связующая способность, набухание, разжижаемость, зыбкость, спекаемость, огнеупорность, усадка и цвет.

Пластичность — способность глинистых материалов образовывать с водой тестообразные массы и принимать под давлением любую форму и сохранять ее после высыхания.

Связующая способность — способность глин при введении в них ненластичных материалов (песок, шамот) сохранять пластичность и обеспечивать достаточную механическую прочность отформованных изделий после сушки.

Набухание — способность глинистых материалов увеличиваться в объеме при смешении с водой. Это свойство зависит от зернового и минерального состава.

Разжижаемость — важное свойство глинистых материалов, определяющее пригодность их для изготовления изделий способом отливки в гипсовых формах. Технологически и экономически выгоднее, если в шликере меньше воды. В то же время должны сохраняться необходимая текучесть и большая влагоотдача шликера при достижении достаточной связанности и прочности набранного слоя керамической массы. Разжижение глинистых материалов без повышения влажности шликера достигается добавлением в него электролитов — соды и жидкого стекла (силикат натрия) в количестве до 0,01%.

Зыбкость каолинов проявляется в том, что нормальная на вид пластичная масса может растекаться при незначительном встряхивании. Снижение зыбкости каолинов достигается введением в каолиновую суспензию коагуляторов (известняковое молоко, хлористый кальций, сульфат кальция). Зыбкость каолинов вызывает зыбкость керамических масс и затрудняет формование изделий, так как в состав керамических масс входит большое количество каолина.

Прочность в высушенном состоянии определяется величиной временного сопротивления (предела прочности) при изгибе высушенных образцов. Повышению прочности изделий в высушенном состоянии способствует снижение содержания в массе отощающих материалов, введение пластифицирующих (бентонита) или поверхностно-активных добавок.

Спекаемость — способность глин при обжиге превращаться в камнеподобный материал с высокой механической и химической стойкостью и водопоглощением менее 5%. Количественно степень спекаемости глин характеризует температурный интервал спекания. Это разность между температурой, при которой отмечаются признаки пережога (плавление или вспучивание), и температурой начала спекания глин, при которой начинается интенсивное уплотнение обжигаемого материала.

Огнеупорность — способность глинистых материалов противостоять воздействию высоких температур, не расплавляясь. Огнеупорность зависит от наличия примесей, химического состава и дисперсности.

Воздушная усадка — уменьшение линейных размеров и объемов изделий при сушке вследствие удаления из массы воды.

Огневая усадка — уменьшение линейных размеров изделия и его объема в обжиге. Она тем выше, чем больше плавней и чем меньше размеры твердых частиц. Добавление в керамическую массу отощающих материалов уменьшает усадку при обжиге.

Полная усадка — уменьшение размеров отформованного изделия после сушки и обжига.

Цвет глин в природном состоянии разнообразен. Глины бывают белого, серого, от кремового до темно-красного, а также темно-серого, зеленоватого и даже черного цветов. Каолины чаще всего бывают белыми и светлых тонов. Цвет глинистых материалов зависит от количества присутствующих в них органических (водоросли, включения угля, торфа) и неорганических примесей. При обжиге органические примеси сгорают. Цвет глин после обжига зависит от количества содержащихся в них неорганических красителей, а также от температуры обжига и газовой среды обжига (окислительная или восстановительная).

По цвету обожженного черенка различают беложгущиеся глины (белый черенок), светложгущиеся (светло-желтый, светло-серый черенок), темножгущиеся (красный, коричневый оттенок черепка).

По содержанию красящих оксидов (Fe₂0₃ + ТЮ₂), от которого зависит цвет глиняного черепка, глины подразделяют на четыре группы:

• 1) с очень низким содержанием (до 1%) красящих оксидов;
• 2) с низким содержанием красящих оксидов (Fe₂0₃ — менее 1,5%, ТЮ₂ — менее 1%);
• 3) со средним содержанием красящих оксидов (Fe₂0₃ — 1,5—3%, ТЮ₂ — 1−2%);
• 4) с высоким содержанием красящих оксидов (Fe₂O_s — более 3%; ТЮ₂ — более 2%).

Отощающие материалы снижают пластичность масс и, следовательно, уменьшают усадку и препятствуют деформации изделий при сушке и обжиге.

В качестве природных отощающих материалов используют кремнеземистые материалы (кварцевые пески, жильный кварц, кварцевые отходы), а искусственных — шамот, дегидратированную глину, череп (бой) неглазурованных и глазурованных керамических изделий.

Шамот — это глина, обожженная при температуре свыше 400 °C. Дегидратированная глина — это глина, обожженная при температуре 700—750°С, при которой теряется химически связанная вода.