Модификационные превращения кварца при обжиге керамических изделии.

Обжиг изделий является конечной и очень важной стадией изготовления кирпича. Его основные отличия от сушки – это наличие более высокой температуры и более жестких, условий выдержки кирпича. К основным деструктивным явлениям в период обжига можно отнести:

- удаление остаточной (после сушки) влаги;

- дегидратацию глинистых минералов;

- выделение летучих газообразных веществ;

- модифицированные превращения кварца;

- термические напряжения на границах раздела отдельных фаз;

- термические напряжения вследствие неоднородного температурного поля в нагреваемом (охлаждаемом) изделии.

Именно в процессе обжига вероятность появления деформаций и нарушений в структуре особенно высока. Рассмотрим механизм действия основных причин на появление трещин и нарушение структуры изделий. Во многих глинах в качестве примесей встречаются карбонаты кальция и магния. В некоторые керамические смеси их вводят в качестве добавки.

Напряженное состояние и сопутствующие ему деструктивные явления возникают также в процессе охлаждения уже обожженных изделий. На этой стадии особо опасны два температурных интервала. Первый при температуре 900–700оС, при котором происходит отвердевание стекловидной фазы с переходом тела обожженного изделия из пиропластического состояния в хрупкое. Второй интервал – 600–550оС, которому соответствуют модификационные превращения кристаллического кварца. Быстрое охлаждение в этом интервале температур приводит к разрыхлению керамического тела, нарушению его монолитности вследствие образования многочисленных коротких волосных трещин – посечек, невидимых невооруженным глазом; изделие при ударе издает глухой звук.

Весь период нагрева и охлаждения изделий необходимо подразделять на отдельные этапы соответственно рассмотренным деструктивным процессам и для каждого назначать локальные температурные режимы скорости нагрева и охлаждения изделий, которые помогут исключить возникновение в изделиях предельных напряжений, обусловленных деструктивными процессами.

Влияние газовой среды печи на качество керамических изделий.

Качество керамических материалов во многом зависит от режима обжига. Среди факторов, характеризующих режим обжига, особое значение имеет состав газовой среды в печи, которая может иметь окислительный, восстановительный и нейтральный характер. При этом наибольшие трудности возникают при оптимизации состава восстановительной газовой среды.

Влияние восстановительной газовой среды на обжигаемые керамические материалы связано главным образом с протеканием при термообработке гетерогенных реакций с участием оксидов металлов переменной валентности. Установлено, что в традиционных керамических массах (фарфор, строительная керамика и др.) интенсификация процесса спекания и повышение качественных показателей связаны с образованием в восстановительной газовой среде соединений с FeO. Выбор состава газовой среды осуществляли обычно исходя из требований обеспечения условий для протекания реакции Fe2O3 FeO.

Восстановительно - окислительные реакции с участием оксидов железа при обжиге керамических материалов, способствующие улучшению их качественных показателей, могут протекать в газовых средах, представленных продуктами сжигания топлива с n< или = 1 даже при незначительной концентрации газов - восстановителей. При этом выбор состава восстановительной газовой среды должен осуществляться исходя не из обеспечения условий для протекания какой-либо отдельной гетерогенной реакции, а из обеспечения возможности протекания процесса обжига всего керамического материала в восстановительной газовой среде. Определяется подобный состав газовой среды при помощи исследования кинетики ее взаимодействия с обжигаемым керамическим материалом с учетом химико - минералогического состава исходных масс и температурно - временного режима обжига. Установлено, что высокоморозостойкие материалы можно получить при поддержании (в интервале температур 800-1100С) восстановительной газовой среды, представленной продуктами сжигания топлива с n=0,92-0,97.