Курсовая работа: Технологические схемы производства различных видов керамики

Курсовая работа: Технологические схемы производства различных видов керамики

Содержание

1.   Исторические сведения о возникновении керамических материалов

Изготовление фарфора в Китае и Европе. Начало производства огнеупорных изделий, развитие технологии огнеупоров.

2    Область применения

3 Техническая керамика

4    Современное состояние технологии керамических материалов.

5    Производство керамических материалов и изделий в Казахстане,

СНГ и за рубежом

6    Классификация керамических материалов

7    Основные физико-химические свойства керамических материалов.

8    Микроструктура керамики

9    Сырьевые материалы, применяемые в технологии керамики:

глины и глинистые породы, полевые шпаты, каолин, отощающие добавки и плавни.

10 Керамические материалы. Добавки. Их характеристика. Общая схема технологических этапов производства керамических материалов и ее характеристика. Основные технологические схемы производства различных видов керамики: керамического кирпича, камней, искусственных пористых заполнителей, керамической облицовочной плитки, огнеупорных материалов и изделий, технической керамики. Добавки. Их характеристика.

11 Общая схема технологических этапов производства керамических материалов и ее характеристика.

12 Основные технологические схемы производства различных видов керамики: керамического кирпича, камней, искусственных пористых заполнителей, керамической облицовочной плитки, огнеупорных материалов и изделий, технической керамики.

13  Производство и применение стеновых изделий

14 Производство и применение облицовочных изделий

15 Огнеупоры. Классификация. Сырьевые материалы для производства огнеупоров. Основы технологии.

16 Искусственные пористые заполнители, основы технологии производства, основные виды и свойства легких заполнителей.

17  Сухой, пластический и шликерный способы производства

керамзита.

18 Основы технологии аглопорита.

19 Свойства аглопорита.

20  Керамическая фасадная плитка и ее классификация

21 Основы технологии производства керамической плитки

керамический материал технология

1 Исторические сведения о возникновении

Слово «керамика» произошло от греческого «Keramos», что означает «глина». «Керамика» обозначает изделия из смесей глин, песка и других природных материалов. После приготовления смеси придается нужная форма, после чего заготовки обжигаются при высокой температуре. Керамика - это и один из самых современных и передовых материалов, специальные керамические материалы получают все более широкое распространение в строительстве, электронной промышленности, машиностроении, ядерной энергетике. Керамика также один из самых древних отделочных материалов.

В каждой стране, в каждой культуре существовали свои особые гончарные массы, техники глазурования и росписи. Производство керамических изделий из обожженной цветной глины с крупнопористым черепком, покрытых глазурью, существовало уже несколько тысячелетий назад в Египте, Вавилоне и других странах Древнего Востока. В средневековье данная техника проникла из стран Средней, Центральной и Передней Азии в Европу.

Египтяне раньше других народов средиземного бассейна развили свою керамику. Одним из древнейших производств в Египте было гончарное: глиняные горшки из грубой, плохо перемешенной глины.

Древнейшие египетские кирпичи, желтого цвета, найдены в пирамидах Мемфиса; они высушены на солнце, но все-таки хорошо сохранились. Кроме них, были черные кирпичи из смеси глины с рубленой соломой. Обоженые кирпичи появились около 2800 лет до нашей эры. Позднее на кирпичах для пирамид выдавливалось рельефом имя фараона посредством деревянного штампа. Цвет керамики зависел от сорта глины, облицовки (ангоба) и обжига. Для ее изготовления употребляли глину в основном двух сортов: коричнево-серого цвета с довольно большим количеством примесей (органических, железистых и песка), которая при обжиге приобретала коричнево-красный цвет, и серую известковую почти без органических примесей, приобретающую после обжига разные оттенки серого цвета, бурую и желтоватую окраску. Первый сорт глины встречается повсюду в долине и Дельте Нила, второй - лишь в немногих местах, прежде всего в современных центрах гончарного производства - в Кенне и Белласе.

Изготовление фарфора в Китае и Европе

Фарфор изобрели китайцы. Для англоязычного населения земли фарфор и Китай – близнецы братья. Можно сказать, что фарфор является вершиной традиционного прикладного искусства Китая.

Более тысячи лет назад в Китае пили из нефритовых чашек. Они были очень дороги. После долгих лет поисков и многих неудач китайские гончары сделали материал, который превзошел нефрит своими качествами, оказался доступнее и легче в обработке. Это был фарфор. Еще долго его называли «подражание нефриту». «Китайский секрет», во многом, был секретом сырья. В провинции Цзянси оказались огромные запасы «фарфорового камня» , горной породы, состоящей из кваоца и слюды. Фарфоровую массу делали из брикетированного порошка «фарфорового камня» и каолина, придававшего изделию белизну. Массу «вылеживали» не один десяток лет, чтобы она приобрела пластичность.

Первыми известными изделиями из китайского фарфора были стройные вытянутые сосуды с полированной поверхностью, голубые и особенно ценные бледно-зеленые вазы с рельефным орнаментом, которые в Европе получили название селадон.

Начало производства огнеупорных изделий, развитие технологии огнеупоров

Огнеупорные материалы –это материалы применяемые для проведения металлургических процессов (плавка, отжиг, обжиг, испарение и дистилляция), конструирования печей, высокотемпературных агрегатов (реакторы, двигатели, конструкционные элементы и др).

Огнеупорные материалы отличаются повышенной прочностью при высоких температурах, химической инертностью. По составу огнеупорные материалы это керамические смеси тугоплавких оксидов, силикатов, карбидов, нитридов, боридов. В качестве огнеупорного материала применяется углерод (кокс, графит). В основном это неметаллические материалы, обладающие огнеупорностью не ниже 1580°C, применяются практически везде где требуется ведение какого-либо процесса при высоких температурах.

Огнеупоры подразделяются на формованные (изделия) и неформованные (порошки, мертели и т. д.), также их классифицируют по следующим признакам:

– огнеупорность

– пористость

– химико-минеральный состав

– область применения

Классификация по огнеупорности

– огнеупорные (огнеупорность от 1580 до 1770 ° С)

– высокоогнеупорные (от 1770 до 2000 ° С)

– высшей огнеупорности (более 2000 ° С)

Классификация по пористости

– особоплотные (открытая пористость до 3 %)

– высокоплотные (открытая пористость от 3 до 10 %)

– плотные (открытая пористость от 10 до 16 %)

– уплотненные (открытая пористость от 16 до 20 %)

– среднеплотные (открытая пористость от 20 до 30 %)

– низкоплотные (пористость от 30 % до 45 %)

– высокопористые (общая пористость от 45 до 75 %)

– ультрапористые (общая пористость более 75 %)

2 Область применения

Огнеупоры имеют очень много областей применения, но всех их можно разбить на две основные группы, это огнеупоры (огнеупорные изделия, например, кирпич) общего назначения, и огнеупоры, спроектированные специально для какого-либо теплового агрегата.

3 Техническая керамика

Техническая керамика отличается от других видов керамики довольно существенно. При общности процесса производства, отличается состав компонентов, условия производства и применение. Техническая керамика имеет специальное применение, наиболее часто — техническое и промышленное. Обычно к ней не относятся строительные материалы, эмаль, стекло, цемент и керамические изделия декоративного и бытового назначения.

4 Современное состояние технологии керамических материалов

Керамические изделия находят большое применение в строительстве. Неограниченные запасы широко распространенного сырья (глин), простота технологии и многовековый опыт производства, а также высокая долговечность их способствовали многообразному применению.

Некоторые виды керамических материалов досего времени являются незаменимыми и наиболее распространенными в строительстве. Так, несмотря на гигантское развитие в последний период стеновых материалов, особенно железобетонных, выпуск глиняного кирпича составляет очень большую долю в производстве всех стеновых материалов. Керамические облицовочные плитки, несмотря на развитие производства облицовочных плиток на основе полимеров, все еще остаются основным материалом для отделки санитарных узлов и других помещений с режимом повышенной влажности, химической агрессивности и высоких гигиенических требований. Для облицовки зданий керамические материалы также не потеряли своего значения, хотя появилось много новых видов облицовочных материалов. Особенно велик рост выпуска таких керамических материалов, как керамзит. Штучный не индустриальный кирпич пока остается основным стеновым материалом, составляя половину всех стеновых материалов, применяемых в настоящее время.

Представляется целесообразным резко увеличивать производство пустотелой стеновой керамики (пустотелый кирпич, камни и блоки из них). Производство этих материалов можно легко организовать на действующих кирпичных заводах при небольших капитальных затратах в основном на перестройку и переоборудование массозаготовительных и формовочных участков производства. Уже за последние годы производство пустотелой керамики составило около 4% общего объема выпуска кирпича и достигло 1 млрд. шт. условного кирпича. В зарубежных странах пустотелая керамика по сравнению с обыкновенным кирпичом заняла ведущее положение.

В настоящее время развитие нашей машиностроительной промышленности дает возможность непрерывно совершенствовать механическое оборудование заводов строительной керамики. Широко применяются новые виды дробильно-помольных, смесительных и формовочных машин. Предприятия оснащаются новейшим подъемно-транспортным оборудованием, особенно важным для керамического производства, нуждающегося в заготовке и перемещении больших масс сырья и тяжеловесной продукции. Перевод керамических предприятий на природный газ в качестве топлива не только повышает производительность труда и снижает себестоимость изделий, но и повышает качество вырабатываемой продукции. В ближайшее время помимо мероприятий общего технического прогресса — механизации и автоматизации, совершенствования технологии и улучшения организации труда — необходимо добиваться снижения себестоимости изделий и обратить особое внимание на организацию выпуска новых, высокоэффективных керамических строительных материалов и изделий.

5 Производство керамических материалов и изделий в Казахстане, СНГ и за рубежом

В настоящее время в Европе объем рынка керамических изделий оценивается в 9,3 млрд. евро. Рынок керамических санитарно-технических и некоторых других изделий оценивается в 4,6 млрд. евро, рынок огнеупоров и технической керамики - 3,1-2,5 млрд. евро. Одним из лидеров в Европе по производству керамических изделий является Италия. В Италии объем производства прессованных керамических плиток составляет в настоящее время 630 млн. м2 в год. По объему производства этих изделий она занимает второе место в мире, уступая Китаю, где ежегодный выпуск керамических плиток достигает 1600 млн. м2. Третье место занимает Испания с ежегодным объемом производства керамических плиток 620 млн. м2. В Германии ежегодный объем производства керамических плиток составляет всего около 10 % объема производства этих изделий в Италии.

Предприятия керамической промышленности Италии сконцентрированы в области Сассуоло. В стране насчитывается примерно 250 фирм, охватывающих 335 предприятий, выпускающих керамические плитки. Интенсивное развитие керамической промышленности Италии происходило в последние десятилетия, в то время как еще в 50-60-х гг. прошлого века в страну импортировалось сырье и оборудование для производства керамических плиток. Примерно 70 % фирм в керамической промышленности Италии созданы менее 35 лет назад. В общем обороте денежных средств, затрачиваемых в Италии на производство оборудования для керамической промышленности, на долю оборудования, предназначенного для изготовления керамических плиток, приходится более 80 %, оборудования для производства кирпича - 10 %, оборудования для изготовления санитарно-технических изделий - 7 %, оборудования для производства огнеупоров и технической керамики - по 0,5 %.

Оборудование для производства керамических изделий экспортируется в страны Евросоюза, а также в другие страны. Выпускаемые в Италии керамические изделия отличаются высоким качеством и производятся на современном эффективном оборудовании. В частности, при производстве керамических плиток находят применение прессы повышенной мощности, что дает возможность изготовлять изделия с высокими геометрическими, механическими и декоративными свойствами. С применением наиболее мощного пресса при усилии прессования 4000 Н/см2 производятся керамические плиты размерами 1800х1200 мм. Печи с камерами двойного обжига пригодны для производства крупноразмерных изделий, причем в процессе предварительного нагрева и охлаждения в них не развиваются значительные напряжения. В двухканальных роликовых печах возможно одновременное изготовление двух различных изделий с различным циклом времени.

В целом керамическая промышленность Италии занимает твердые позиции не только на отечественном, но и на международном рынке. Ассортимент выпускаемых керамических изделий характеризуется значительным разнообразием и непрерывно расширяется. Полагают, что ближайшем будущем технология производства изделий усовершенствуется и получит дальнейшее развитие.

6 Классификация керамических материалов

Большой ассортимент керамических изделий, выпускаемых промышленностью для использования в строительстве, можно классифицировать на следующие группы в зависимости от их назначения: стеновые, облицовочные, кровельные, для полов, дорожные, теплоизоляционные, огнеупорные, кислотоупорные и санитарно-технические.

Стеновые материалы

Основными в этой группе являются: кирпич глиняный обыкновенный и так называемый эффективный кирпич – глиняный пустотелый и пористый пластического формования, глиняный пустотелый полусухого прессования и строительный легкий. Камни керамические пустотелые пластического формования также применяются в качестве стенового материала.

.Находят применение в качестве стенового материала крупноразмерные виброкирпичные панели заводского изготовления.

Облицовочные изделия

Керамические изделия, применяемые для облицовки зданий, делятся на две группы – для облицовки фасадов зданий и для внутренней облицовки помещений.

В настоящее время основными видами облицовочных керамических материалов для фасадов зданий являются лицевые кирпич, камни, плиты и плитки. Кирпич и камни делают сплошными и пустотелыми. Плиты в зависимости от конструкции, способов изготовления и крепления подразделяют на закладные, устанавливаемые одновременно с кладкой стен, и прислонные, устанавливаемые на растворе после возведения и осадки стен. Фасадные плиты изготовляют различной формы: плоские – для облицовки плоскости стен, угловые – для облицовки наружных углов, откосов и проемов и перемычные – для облицовки перемычек над оконными и дверными проемами. Плитки фасадные малогабаритные выпускают с наружной гладкой и фактурной поверхностью, а на тыльной стороне делают углубления для лучшего сцепления с цементным раствором. Для ускорения отделочных работ тонкие фасадные плитки наклеивают на бумажную основу в виде ковров с различным рисунком. Такие плитки носят название ковровой керамики.

Керамические материалы для внутренней облицовки помещений не подвергаются действию отрицательных температур и резких перемен погоды, поэтому они не должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к материалам для внешней облицовки зданий. Однако точность размеров, правильность формы и одинаковая окраска приобретают особо важное значение. Вследствие этого для материалов внутренней облицовки поставлены более жесткие требования по внешнему виду, чем к материалам для наружных работ.

Керамическими плитками для полов настилают полы в вестибюлях общественных зданий, банях, прачечных, санитарных узлах, лечебных помещениях и на предприятиях химической промышленности. Эти плитки практически водонепроницаемы, т. е. надежно защищают несущие конструкции перекрытий от увлажнения, стойко сопротивляются истирающим воздействиям, не дают пыли, легко моются, не впитывают жидкостей и хорошо противостоят действию кислот и щелочей.

Санитарно-технические изделия и канализационные трубы

Различают три группы санитарно-технических изделий: из твердого фаянса, отличающиеся пористым черепком, из санитарного фарфора, обладающие спекшимся черепком, и из полуфарфора, имеющие полуспекшийся черепок.

Санитарно-технические изделия должны обладать высокой механической прочностью и теплостойкостью. Для их изготовления необходимо высококачественное сырье, строгое соответствие массы установленной рецептуре и точное соблюдение технологического режима производства.

К санитарно-техническим изделиям относится оборудование санитарных узлов и кухонь жилых, общественных и промышленных зданий. Ассортимент изделий этой группы весьма разнообразен – ванны, умывальники, унитазы, радиаторы и др. Изделия должны иметь правильную форму, без прогибов, искривлений и трещин, равномерный покров блестящей глазури (белой или цветной), устойчивой против образования мелких трещин (цека); при простукивании изделия должны издавать чистый (не дребезжащий) звук, указывающий на обжиг их до соответствующей температуры и отсутствие трещин.

Канализационные трубы, изготовляемые диаметром от 150 до 600 м,м, имеют плотный спекшийся черепок. Они покрываются глазурью изнутри и снаружи и отличаются большой устойчивостью к действию агрессивных вод и блуждающих электрических токов. Изготовляемые на основе местных материалов, они имеют невысокую стоимость сравнительно с трубами других видов.

Прочие керамические изделия

Здесь следует сказать о глиняной черепице, представляющей собой спекшееся изделие в виде прямоугольных плиток или желобов и широко (особенно на юге и западе страны) используемой как кровельный материал. Выпускается черепица четырех видов: штампованная пазовая и ленточная, плоская ленточная и коньковая.

В качестве теплоизоляционных материалов известны диатомовые (трепельные), пенотрепельные изделия и керамзитовый гравий. Из специальных керамических изделий, находящих применение при строительстве и оборудовании химических и других заводов, применяются огнеупорные и кислотоупорные изделия. Следует упомянуть и различные виды специального кирпича — дорожный повышенной прочности, получаемый обжигом глины до полного спекания, но без остеклования поверхности; лекальный, огнеупорный, футеровочный, кислотоупорный и др.

7 Основные физико-химические свойства керамических материалов

Керамические изделия делят на две группы — пористые и плотные. Первые характеризуются водопоглощением 5% и более, вторые — менее 5%. К пористым изделиям относят кирпич глиняный обыкновенный, пористый и пустотелый, пустотные стеновые камни, черепицу кровельную, облицовочные плитки и трубы; к плотным изделиям — плитки для полов и дорожный кирпич. Санитарно-техническая керамика включает как пористые (фаянс), так и плотные (санитарный фарфор) изделия.

Высокая прочность, долговечность и большой ассортимент изделий дают возможность широко использовать их при строительстве во всех частях зданий — от фундамента до кровли, в результате чего требования к керамической промышленности со стороны народного хозяйства страны непрерывно возрастают. Керамические изделия, обладая рядом положительных качеств, имеют один существенный недостаток— повышенную по сравнению с другими строительными материалами хрупкость.

После обжига керамические изделия сразу получают требуемую поверхность как по цвету, так и по фактуре, которую можно сделать матовой (ангобированные изделия) или блестящей стекловидной (глазурованные изделия). Цветные керамические изделия можно получить добавлением в беложгущуюся глиняную массу окислов различных металлов, например железа, кобальта и др. При изготовлении облегченных керамических изделий с повышенной пористостью в сырую массу вводят порообразующие добавки (вещества, выделяющие при обжиге газ — углекислоту), а также вещества, выгорающие при обжиге.

8 Микроструктура керамики

При нагревании керамическая масса постепенно переходит в жидкое состояние. Керамический расплав состоит из большого количества простых и сложных соединений.

При охлаждении керамического расплава наиболее характерным процессом является кристаллизация, которая проявляется в выпадении первых сравнительно чистых от примесей кристаллов и их последующем росте.

В результате отвердевания расплава образуется микроконгломерат, в котором кристаллические зерна муллита, кремнезема разных модификаций, других видов веществ, кристаллизующихся при остывании (в основном алюмосиликатов), сцементированы аморфной массой отвердевшего расплава. Поскольку на более ранней технологической стадии расплав был или мог быть объединен с огнеупорным заполнителем, образовавшийся микроконгломерат — вяжущее вещество — окаймляет отдельные зерна заполнителя и размещается в межзерновых пустотах.

Сформировавшиеся микроструктуры керамического вяжущего вещества, подобно вяжущему безобжиговых конгломератов, представлены стекломассой и кристаллическими фазами, которые цементируют остальную массу частиц изделия. При обжиге под вакуумом электротехнического фарфора была установлена изотропная кайма толщиной 0,5—1 мкм, окружавшая все зерна кварца. Кристаллическая фаза представлена муллитом и другими новообразованиями, а также свободными кремнеземом в различных его аллотропических видоизменениях, некоторыми оксидами в кристаллическом состоянии, не вступившими в химическое взаимодействие во время термической обработки сырья. Стекловатая, аморфная фаза (переохлажденная жидкость) вяжущей части представлена в микроструктуре легкоплавкими компонентами, которые не успели выкристаллизоваться при заданной скорости остывания расплава. Если микроструктуру керамики рассматривать на атомно-молекулярном уровне, то ее можно охарактеризовать как комбинацию атомов металла с атомами неметалла, чаще всего с кислородом. Как отмечает Д. Гальман, относительно большие атомы кислорода образуют матрицу, в которой маленькие атомы металлов (А1, Mg, Si и др.) помещаются в промежутках между ними, причем в кристаллах керамики превалируют ионные и в несколько меньшей мере — ковалентные связи. Эти прочные связи предопределяют прочность и стабильность, химическую стойкость и долговечность керамических материалов, что обусловлено, в частности, их высокоокисленным составом, т. е. большим содержанием кислорода.

Микроструктура керамики далека от совершенства, так как в кристаллических решетках имеются дефекты в виде вакансий или пор атомного размера, дефекты по границам контакта между кристаллами, деформации и поры, поэтому прочность керамики значительно уступает прочности идеальных кристаллов. Однако в целом керамика обладает комплексом высоких качественных показателей, который согласуется с определенным фазовым соотношением стекла и кристаллов, особенно при оптимальной структуре.

9 Сырьевые материалы, применяемые в технологии керамики: глины и глинистые породы, полевые шпаты, каолин, отощающие добавки и плавни

Сырьевую массу для изготовления керамических изделий обычно составляют из пластичных материалов (глины, каолины) и непластичных материалов (отощающих и выгорающих добавок/плавней). Глины и каолины объединяют общим названием — глинистые материалы. В производстве некоторых искусственных обжиговых материалов используют диатомиты, трепелы, а также шлаки, золы, сланцы в чистом виде или с добавкой глин, порообразующих и других добавок.

 Глинистые материалы и их керамические свойства. Глины представляют собой осадочные горные породы тонкоземлистого' строения, которые независимо от их минерального и химического состава способны при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, переходящее после обжига в водостойкое и прочное камневидное тело. Образовавшись в результате выветривания главным образом полевошпатовых пород, глины состоят из плотной смеси различных глинистых минералов, представляющих собой водные алюмосиликаты со слоистой кристаллической структурой. Наиболее распространенными из них являются каолинитовые, монтмориллонитовые, бейделлит и гидрослюдистые (в основном продукты разной степени гидратации слюд).

Страницы: 1, 2, 3, 4