29
PRODUSE CERAMICE 2.1. Definitii. Generalitati. Produsele ceramice sunt materiale sub forma de bucati de diferite forme si dimensiuni, obtinute prin fasonarea, uscarea si arderea la temperaturi inalte, a maselor argilose. Materiale ce au la baza pamanturile argiloase, pentru a corespunde unor exigente privind rezistenta la solicitari mecanice precum si la actiunea agentilor atmosferici, sunt arse in cuptoare la temperaturi inalte. In urma arderii, intervin in masa pamanturilor transformari fizice si chimice, ce ii confera acestuia o rezistenta marita, obtinand caracteristici asemanatoare pietrei naturale. Dezvoltarea in timp a tehnologiilor de fabricatie a materialelor ceramice a condus la ameliorarea calitatilor naturale ale argilelor si pamanturilor argiloase utilizate ca materii prime, de asemenea a condus la inlaturarea unor dificultati de fabricatie si nu in ultimul rand a condus prin perfectionarea tehnologiilor, la largirea sortimentelor de produse ceramice. 2.2. Materia prima Materia prima de baza utilizata la fabricarea produselor ceramice o constituie argila (de tip caolinitic). Amestecul plastic cuprinde in compozitie si alte materiale in cantitati mici cum ar fi: degresanti sau aglomeranti; fondanti; eventual, adaosuri refractare. 2.2.1. Argila, structura si proprietati Din punct de vedere mineralogic, argilele sunt alcatuite din compusi aluminosilicatici cu formula chimica: (2SiO 2 Al 2 O 3 2H 2 O) sub forma de particule lamelare cu dimensiuni de maxim 5µ, cu structura cristalina si caracter puternic hidrofil (vezi cap.IV). In amestec cu apa argila formeaza paste plastice, moleculele de apa adsorbite de particulele de argila formeaza mai multe straturi suprapuse, straturi care la randul lor influenteaza prin grosime o serie de caracteristici, mai ales plasticitatea. In acest sens se poate aprecia ca primul strat (si cel mai strans legat) il formeaza apa de higroscopicitate. Straturile urmatoare, pe masura ce se departeaza de particulele solide, sunt din ce in ce mai slab atrase de acestea

PRODUSE CERAMICE

Embed Size (px)

DESCRIPTION

dfgdfhghgdhdfgvgb c

Citation preview

PRODUSE CERAMICE2.1. Definitii. Generalitati.Produsele ceramicesunt materiale sub forma de bucati de diferite forme si dimensiuni, obtinute prin fasonarea, uscarea si arderea la temperaturi inalte, a maselor argilose.Materiale ce au la baza pamanturile argiloase, pentru a corespunde unor exigente privind rezistenta la solicitari mecanice precum si la actiunea agentilor atmosferici, sunt arse in cuptoare la temperaturi inalte. In urma arderii, intervin in masa pamanturilor transformari fizice si chimice, ce ii confera acestuia o rezistenta marita, obtinand caracteristici asemanatoare pietrei naturale.Dezvoltarea in timp a tehnologiilor de fabricatie a materialelor ceramice a condus la ameliorarea calitatilor naturale ale argilelor si pamanturilor argiloase utilizate ca materii prime, de asemenea a condus la inlaturarea unor dificultati de fabricatie si nu in ultimul rand a condus prin perfectionarea tehnologiilor, la largirea sortimentelor de produse ceramice.2.2. Materia primaMateria prima de baza utilizata la fabricarea produselor ceramice o constituieargila (de tip caolinitic).Amestecul plastic cuprinde in compozitie si alte materiale in cantitati mici cum ar fi:degresanti sau aglomeranti;fondanti;eventual, adaosuri refractare.2.2.1. Argila, structura si proprietatiDin punct de vedere mineralogic,argilelesunt alcatuite din compusi aluminosilicatici cu formula chimica:(2SiO2Al2O32H2O)sub forma de particule lamelare cu dimensiuni de maxim 5, cu structura cristalina si caracter puternic hidrofil (vezi cap.IV).In amestec cu apa argila formeaza paste plastice, moleculele de apa adsorbite de particulele de argila formeaza mai multe straturi suprapuse, straturi care la randul lor influenteaza prin grosime o serie de caracteristici, mai alesplasticitatea. In acest sens se poate aprecia ca primul strat (si cel mai strans legat) il formeazaapa de higroscopicitate.Straturile urmatoare, pe masura ce se departeaza de particulele solide, sunt din ce in ce mai slab atrase de acestea si formeazaapa peliculara.Apa care nu este legata in nici un fel de particulelesolide formeazaapa libera.Variatiile de volum ale apei libere sau peliculare (prin evaporarea respectiv aditie de apa din exterior) produc variatiile de volum ale argilei.Variatia de volum a argilei prin pierderea apei libere si peliculare datorata evaporarii, consta in reducerea dimensiunilor (a volumului) materialului argilos si estecunoscuta sub denumirea decontractie la uscare.Contractia la argile este insotita de obicei defisuri si crapaturi.Procesul de fisurare este determinat de uscarea neuniforma in masa argilei. Astfel, cand incepe uscarea argilei, se formeaza un strat superficial uscat, cu tensiuni interioare (intindere) datorate contractiei la uscare ce provoaca tendinta de micsorare a dimensiunilor stratului superficial pe de o parte si impiedicarii acestei deformatii de catre stratul imediat urmator dupa stratul superficial, care neintrand in proces de uscare nu-si modifica dimensiunile. In conditiile deformatiei impiedicate, eforturile provocate de contractie depasesc rezistenta la intindere a stratului superficial de argila si acestafisureaza. Fisura odata formata se dezvolta accentuat, antrenand straturile urmatoare si degenerand incrapatura.Plasticitatea argileloreste determinata de forma lamelara a particulelor de argila si prezenta peliculelor de apa pe suprafata lor. In aceste conditii, cand asupra particulelor de argila se actioneaza cu o fortaexterioara,peliculele de apa actioneaza ca un lubrifiant, astfel incat permit alunecarea particulelor de argila, ceea ce favorizeaza o deformatie permanenta.2.2.2. Comportarea argilei la incalzireComportarea la incalzire si temperatura la care are loc arderea argilelor sunt caracteristici ce intereseaza in vederea utilizarii acestora in constructii.La incalzirea argilelor se disting mai multe etape:la temperaturi cuprinse intre 0 - 110oC;se poate aprecia ca pana la temperatura de 1100C are locpierderea apei peliculare si libere, ce are ca efect o reducere de volum -contragere sau contractie la uscare.La umezire, argila redevine plastica, deci pierderea apei pana la aceasta temperatura constituie o transformarereversibila;la temperaturi de 1100C - 4600Cse constata o nouapierdere de greutate, fara contragere, datorita pierderii apei de higroscopicitate. Argila devineporoasa, sfaramicioasa si nu contine decat apa legata chimic in moleculele de caolinita;la temperaturi de cca. 4600C,are locpierderea apei legate chimic(de cristalizare) catsi proprietatea argilei de a da amestecuri plastice. Bioxidul de siliciu si trioxidul de aluminiu devin active din punct de vedere chimic. Aceasta transformare se mentine pana la 7500C si esteireversibila;intre 7500C si 9000Cmasa de argila (care dupa pierderea totala a apei se transforma intr-o masa poroasa si sfaramicioasa) capata sirezistenta. Aceasta se datoreaza reactiei care are loc intre cei doi oxizi activi in jurul temperaturii de8600C, cand se recombina:3(Al2O3. 2SiO2) --> 2SiO2. 3Al2O3+ 4SiO2(2.1)Se formeaza un nou compus numitmulit(2SiO2. 3 Al2O3),care este insotit de o noua micsorare de volum (contractia la ardere) si ramanelibera o importanta cantitate de SiO2;la temperaturi peste 9000C, odata cu cresterea temperaturii se constata si oscadere a porozitatii, concomitent cu cresterea rezistentei mecanice, chimice si a stabilitatii la apaa materialului (procesul este accelerat de prezenta impuritatilor).Acest fenomen - se datoreaza reactiei dioxidulu 737b17h i de siliciu ramas liber la formareamulituluicu diversi oxizi metalici (impuritatile argilei), in urma careia se formeaza substantesticloase cu punct de topire coborat, care se topesc, patrund in porii argilei - poarta denumirea declincherizarecand porozitatea scade sub 8%sauvitrificarecand porozitateascade sub 2%,iar temperaturile la care se produc aceste fenomene purtand denumirea detemperatura de clincherizare,respectiv devitrificare;la cresterea in continuare a temperaturii,argila se deformeaza sub greutate proprie (temperatura de refractaritate)si apoi se topeste devenind un lichid vascos.2.2.3. Caracteristici tehnice ale argilei, incercari si conditii de calitateUtilizarea argilelor la fabricarea produselor ceramice are la baza proprietatea acestora, ca in amestec cu apa sa dea o masa plastica usor de modelat. Aprecierea plasticitatii argilei se face prin determinareaindicelui de plasticitate (Ip).Avand in vedere faptul ca marimeacontractiei argilei la uscare, respectiv la ardere,au implicatii deosebite in procesul tehnologic de fabricatie al produselor ceramice, acestea se pun in evidenta in conditii de laborator, prin masuratori facute pe epruvete in conditii standardizate.2.2.3.a. Determinarea indicelui de plasticitate (Ip) presupune determinareaumiditatii corespunzatoare unei deformatii standard (raport de turtire r = 3,5) suferita de o proba cilindrica de argila, sub actiunea unei greutati standardizate.Din punct de vedere al indicelui de plasticitate (Ip) argilele se clasifica in:1.argilele cu plasticitate superioara candIp > 30%;

Fig. 2.1 Aparatul Vicat modificat

2. argile cu plasticitate medie candIp = 15 - 30%;3. argile cu plasticitate scazuta candIp = 7 - 15%;4. argile neplastice candIp < 7%.2.2.3.b. Determinarea contractiei argileiDeterminareacontractiei la uscare (Cu%), respectiv la ardere (Ca%)se face pe epruvete de forma cubica cu latura de 5 cm, pe una din fete trasandu-se diagonalele. Marcand lungimea initiala a celor doua diagonale la 25 mm de punctul de intersectie si masurand valoarea celor doua segmente dupa uscare, respectiv dupa ardere, se poate calcula contractia cu relatiile urmatoare:(2.2)(2.3.)(2.4.)unde:Lo = lungimea initiala;Lu = lungimea dupa uscare;La = lungimea dupa ardere;Ct % = contractia totala.Uscarea se realizeaza in conditii de laborator, in etuve, la temperaturi standardizate, arderea efectuandu-se in cuptoare de laborator , in conditiile tehnologice de ardere ale produselor ceramice.2.2.4. Clasificarea argilelor in functie de refractaritateIn functie de temperatura de refractaritate argilele se clasifica astfel:a.argile fuzibile,cu punct de refractaritate sub 11000C;b.argile vitrifiabile,cu punct de refractaritate pana la 15800C;c.argile refractare,cu punct de refractaritate peste 15800C.Aceasta caracteristica tehnica a argilelor este foarte importanta, deoarece functie de aceasta se alege domeniul de utilizare al argilei respective, astfel:- argilele cu punct de refractaritate < 11000C se folosesc la obtinerea produselor ceramice brute poroase;- argilele cu punct de refractaritate pana la 15800C se folosesc la obtinerea produselor ceramice clincherizate sivitrificate;- argilele cu punct de refractaritate peste 15800C se folosesc la obtinerea produselor refractare.Ca mod de raspandire in natura, argilele fuzibile sunt cele mai raspandite, cele refractare fiind mai rare.2.2.5. Materiale de adaosIn vederea imbunatatirii proprietatilor maselor argiloase pentru obtinerea masei ceramice se folosesc o serie de materiale de adaos, ca:- degresanti;- aglomeranti;- fondanti;- adaosuri refractare.2.2.5.a.Degresantiisunt materiale de adaos ce au rolul de a micsoraplasticitatea argilelor si totodata contractia ei la uscare.Aceste materiale au rolul de a reduce volumul fisurilor ce apar la uscare. Din aceasta categorie fac parte urmatoarele materiale: nisipul silicios, praful de samota (argila refractara arsa si macinata), cenusi, zgura macinata etc.2.2.5.b.Aglomerantiisunt materiale de adaos ce au rolul de a mari plasticitatea argilelor slab plastice, in vederea reducerii manoperei de fasonare a formelor crude.Din categoria materialelor de aglomerare fac parte: varul, dextrina, melasa, gudroanele etc.2.2.5.c.Fondantii (topitori)sunt materialele de adaos ce au rolul de acobori temperatura de clincherizare si vitrificare a masei argiloase, in scopul reducerii consumului de combustibil necesar arderii produselor ceramice.Din aceasta categorie fac parte urmatoarele materiale: feldspat, calcar, dolomita etc.2.2.5.d.Adaosuri refractaresunt materiale care introduse in masa ceramica ii maresc punctul de refractaritate, deci favorizeaza obtinerea unor produse refractare(cu temperatura de topire mai mare). Din aceasta categorie fac parte urmatoarele materiale: samota, cuartul etc.2.3. Procesul tehnologic de obtinere a produselor ceramiceFazele tehnologice de obtinere a produselor ceramice, in ordinea executarii lor, sunt:1. pregatirea masei plastice;2. fasonarea formelor crude;3. uscarea formelor crude;4. arderea produselor uscate;5. decorarea produselor arse.2.3.1.Pregatirea masei plastice- consta in dozarea si realizarea amestecului intre argila, apa si materialele de adaos.Operatiile de pregatire a masei plastice in ordinea executarii lor sunt:1.spalarea materieiprime: operatie specifica procesului tehnologic de obtinere a produselor ceramice fine;2.macerarea materiilor prime: este un proces natural, ce consta in pastrarea argilelor in depozite descoperite unde sub actiunea factorilor externi se produce putrezirea materialelor organice, iar pe de alta parte, sub actiunea inghet-dezghetului se produce o sfaramare naturala a argilelor, urmata de operatia deindepartare a materialelor nedorite cum ar fi silicea (prin transformari polimorfe da mariri de volum ce produc fisurarea masei ceramice) si calcarul (prin ardere formeaza CaO, care prin hidratare isi mareste volumul producand fisurari in produsul finit). In afara de macerarea naturala se face si o maruntire a masei argiloase in instalatii speciale (colerganguri), ce au si rolul de a nu lasa sa treaca bucati de calcar mai mari de 2mm si agregat silicios mai mare de 7 mm, ce au efectele prezentate mai sus.3. amestecareaargilei macerate cu materialele de adaossi omogenizarealor, dupa care se adauga apa si se continua amestecarea, pana la obtinerea unei anumite plasticitati dinainte cunoscute.2.3.2.Fasonareaformelor crudeeste operatia prin care se da forma definitiva produsului ceramic, usor marita, avand in vedere contractia la uscare, respectiv la ardere, a masei ceramice.Fasonarea se poate face manual sau mecanic.2.3.2.a. Fasonarea manuala: se face pentru produse ceramice cu forma deosebita, ce nu pot fi executate de masini, sau la produse pentru zidarii mai putin pretentioase. Consistenta masei argiloase este plastica, fasonarea produselor executandu-se prin presare manuala in tipare (forme).2.3.2.b. Fasonarea mecanica: functie de consistenta amestecului se poate face prin urmatoarele procedee:1.turnarea masei ceramicefluide in tipare absorbante deipsos;2.turnarea si presarea usoara(prin intermediul unui piston) a masei ceramice plastice in tipare;3. presare energicaa masei ceramice vartoase ( extrudere).Ultimul procedeu si cel mai utilizat in fasonarea mecanica a caramizilor pentru constructii se realizeaza cu ajutorul presei cu melc si filiera din figura 2.2.Masa argiloasa introdusa in corpul presei, ajunge presata de la valturi la cutite, de unde taiata, maruntita, este preluata si adusa spre filiera de surubul melc. Forma obtinuta prin filiera este taiata la dimensiunile dorite de dispozitivul de taiere.

Fig. 2.2 Presa cu melc si filiera

2.3.3.Uscarea formelor crudeeste operatia care se efectueaza pentru a preveni fisurarea si craparea produselor ceramice datorita evaporarii rapide a apei cares-ar produce in timpul arderii formelor crude.Uscarea se poate face in doua moduri:- natural;- artificial.2.3.3.a. Uscarea naturalaare loc in spatii deschise, acoperite (soproane). Produsele se aseaza cu interspatii intre ele, pentru a permite ventilarea naturala. Procedeul de uscare prin ventilare naturala prezinta dezavantajul unei durate mari de uscare (15 - 20 zile).2.3.3.b. Uscarea artificiala (cu aer cald)rezolva problema duratei mari necesare uscarii naturale si in plus, realizeaza un deziderat major si anume recuperarea energiei calorice puse in libertate la arderea produselor ceramice.Uscarea artificiala se realizeaza in uscatorii, special construite sub forma de tuneluri sau camere si incalzite cu aer cald rezultat din camerele de ardere, sau in uscatorii montate deasupra cuptoarelor, care folosesc caldura radiata de cuptoare.2.3.4.Arderea formelor uscateeste operatia prin care forma uscata prin incalzire progresiva la temperaturi inalte se transforma intr-un material dur, rezistent mecanic si chimic si stabil la actiunea apei.Acest proces se desfasoara in cuptoare ce pot avea functionare continua sau intermitenta.2.3.4.a. Cuptoarele cu functionare intermitenta- sunt alcatuite din camere de ardere, in care arderea este oprita pentru incarcarea si descarcarea produselor. Aceste cuptoare prezinta dezavantajul unui mare consum de combustibil, nerecuperindu-se nici caldura gazelor de ardere, nici cea a produselor arse.

Fig.2.3 Functionarea cuptorului circular

Un astfel de cuptor este cuptorul de camp, utilizat la obtinerea unor produse ceramice putin pretentioase. Din formele crude se realizeaza o zidarie cu interspatii in care se aseaza combustibilul solid (lemn, carbune). Se acopera zidaria cu un strat de argila, pentru mentinerea temperaturii in masivul de caramida astfel arsa. Se obtin produse la care arderea completa se produce doar la 70% din materialul ars. In astfel de cuptoare se ard caramizile manuale.2.3.4.b. Cuptoarele cu functionare continua- sunt de doua tipuri:a. cuptoare circulare (Hoffman);b. cuptoare tunel.a. Cuptoarele circulare -au zona circulara ocupata de un cos de fum, care asigura tirajul. Aceste cuptoare sunt alcatuite dintr-un numar par de camere dispuse circular, ca in fig.2.3.Compartimentele sunt despartite intre ele printr-un panou de hartie care arde odata cu arderea produselor. In aceste cuptoare produsele stau pe loc si se dirijeaza arderea de la o camera la alta, principiul de functionare pentru un ciclu de ardere fiind urmatorul:-in situatia din fig.2.3 dupa cum se poate vedea, in compartimentul 14 se introduc caramizi crude, in continuare din compartimentul 1 se scoate sarja de caramizi arse si racite de curentul de aer proaspat care circula in cuptor in sensul indicat de sageti. Acest curent de aer patrunde in compartimentele 2, 3, 4 si raceste sarjele de caramida arsa anterior si astfel preincalzit constituie aerul necesar arderii combustibilului.Gazele de ardere rezultate din camera 5 (unde este focarul in situatia data) contribuie la preincalzirea si uscarea formelor crude pana la evacuarea spre cosul de fum prin gura de evacuare de la camera 13. In momentul in care arderea este terminata in camera 5, focul porneste in camera 6, evacuarea gazelor de ardere se face prin gura de evacuare de la camera 14, alimentarea cu forme crude se face prin camera 1, descarcarea caramizilor arse se face prin camera 2 pe unde aerul proaspat patrunde spre formele arse din camerele 3, 4, 5 si le raceste preincalzindu-se si constituind astfel aerul necesar arderii in camera 6, unde este focul s.a.m.d.b. Cuptoarele tunel:spre deosebire de cuptoarele circulare au zona de arderefixa. Produsele fasonate, crude, strabat cuptorul asezate pe vagoneti (fig.2.4), trecand pe

Fig. 2.4 Functionarea cuptorului tunel

rand prin cele trei zone: preincalzire, ardere, racire.Miscarea carucioarelor are loc in sens invers miscarii aerului si gazelor de ardere. Deci cele doua tipuri de cuptoare au acelasi principiu de functionare cu mentiunea ca, la cuptorul circular se dirijeaza zona de ardere de la un compartiment la altul in ordine, iar la cuptorul tunel se misca formele fasonate asezate pe vagoneti, parcurgand in ordine cele trei zone. Aceste cuptoare prezinta avantajul recuperarii asa cum s-a vazut atat a gazelor de ardere, cat si a caldurii produselor arse.2.3.5.Decorarea produselor ceramice- este operatia prin care se realizeaza (prin tratamente de suprafata) imbunatatirea calitatii suprafetei produselor ceramice (impermeabilitatea) si a esteticii acestora.2.3.5.a.Angobareaconsta in aplicarea de suspensii apoase de caolin pe produsele uscate, prin suflare sau scufundare si arderea odata cu acestea.Se obtine o suprafata compacta, lucioasa, cu aspect de sticla. Prin acest procedeu se realizeaza innobilarea faiantei, a teracotei etc.2.3.5.b.Glazurarea (smaltuirea)consta in aplicarea de diferite suspensii apoase pe formele crude si uscate (sau arse pana la structura poroasa), care in timpul arderii se topesc, formand sticle transparente sau opace.Prin adaugarea de pigmenti minerali se obtin diverse culori.Cea mai simpla glazura se realizeaza cu sare de bucatarie, care se transforma succesiv sub actiunea caldurii in oxizi de sodiu, aluminosilicati de sodiu si prin topire, acestia dau aspectul sticlos al smaltului.2.4. Clasificarea produselor ceramiceCriteriile de clasificare uzuale sunt:1. dupa culoare si structura:-colorate:-poroase- caramizi, tigle, tuburi de drenaj;-clincherizate- gresie ceramica, caramizi de clincher, tuburi de bazalt;-albe:-poroase- faianta, majolica;-vitrificate- portelanul, semiportelanul;2. dupa marimea particulelor constituente ale structurii:-brute-max< 5 mm, clasa A - caramizi, materiale pentru invelitori, materiale refractare, gresie ceramica bruta;-semifine-max< 1,5 mm, clasa B - teracote, gresie ceramica semifina, abrazivi;-fine-max< 0,06 mm, clasa C - faianta, semiportelan, portelan, gresie ceramica fina.2.4.1. Produse ceramice brute poroase folosite in constructii. Produse pentru zidarii.2.4.1.a. Caramizi pentru zidariiCaramizile pentru zidariisunt produse ceramice brute, colorate, cu structura poroasa, obtinute prin arderea la 900-10500C a formelor fasonate din argile fuzibile.Caramizile pentru zidariisunt produse ceramice brute, colorate, cu structura poroasa, obtinute prin arderea la 900-10500C a formelor fasonate din argile fuzibile.Fig. 2.5 Proba incercata la compresiune

Caramizile pentru zidariisunt produse ceramice brute, colorate, cu structura poroasa, obtinute prin arderea la 900-10500C a formelor fasonate din argile fuzibile.Caramizi de mana(fasonate manual) - au forma paralelipipedica, formate prin presare manuala, cu suprafata plina si dimensiunile 240x115x63.Se prezinta in doua sortimente, functie de rezistenta la compresiune(marca)determinata pe probe pregatite ca in fig. 2.5:- 50, cu Rc= 50-74 daN/cm2;-75, cu Rc = 75-200 daN/cm2.2.4.1.b. Caramizi pline presate pe cale umedaAu forma paralelipipedica, fete plane si muchii drepte, cu suprafata plina sau cu goluri si dimensiunile 240 x 115 x 63 mm si 240 x 115 x 88 mm. Cand volumul de goluri reprezinta mai putin de 15% din volumul unei caramizi, acestea se includ in categoria caramizilor pline. Golurile create au rolul de a mari suprafata de uscare si de micsorare a greutatii produselor.Functie de densitatea aparenta, aceste produse se clasifica in:- clasa C1- cua< 1,3 kg/dm3;- clasa C2- cu 1,3