Дмитрий Кремнев
История разработки методов терморегулирования при обжиге керамических плиток

Введение

Керамика – это материал, который получается путем обжига глины с различными минеральными неорганическими добавками. Термин «керамика» происходит от греческого слова «keramike» – гончарное искусство, «keramos» – глина [14]. История изготовления керамики уходит в древние времена, в эпоху верхнего палеолита, когда была открыта возможность создания глиняной посуды. С течением времени, производство керамических изделий разнообразилось и усложнилось. Существует множество различных видов керамики, варьирующихся в зависимости от используемого типа глины и других компонентов, а также от процесса обжига.

Благодаря своей высокой прочности, долговечности и превосходным декоративным свойствам, керамика нашла применение не только в повседневной жизни, но и в строительной и отделочной сфере. Её использование в архитектуре позволяет создавать красивые и функциональные поверхности, а также обеспечивает надежное долговечное покрытие [9].

Керамические плитки могут быть классифицированы по различным критериям, включая состав, форму, размер, отделку поверхности и предназначение.

Данная работа посвящена изучению истории развития методов терморегулирования в процессе производства керамических плиток от древних времен до тенденций развития данных методов в настоящее время.

На данный момент не найдено работ, посвященных исключительно данной теме, поэтому нами был осуществлен литературный поиск по изданиям за текущее и прошлое столетия.

В работе мы покажем, почему исследование терморегулирования имеет одно из наиболее важных значений в керамическом производстве, исследуем влияние уровня научно-технического знания на методы терморегулирования, а также проследим тенденции дальнейшего развития.

Целью данной работы является исследование и анализ исторического развития методов терморегулирования при производстве керамических плиток. Основное внимание уделяется эволюции технологий и инноваций в области обжига керамических изделий от древности до современности.

Задачи реферата включают:

1. Проведение анализа исторических источников и литературы по развитию методов терморегулирования в керамической промышленности.

2. Выявление ключевых этапов эволюции технологий обжига керамических плиток в различные исторические периоды.

3. Изучение влияния инноваций и открытий в области терморегулирования на качество и производительность керамического производства.

4. Анализ современных методов терморегулирования в производстве керамических плиток.

5. Формулирование выводов о важности развития и совершенствования методов терморегулирования для современной керамической промышленности.

6. Предоставление рекомендаций по дальнейшему совершенствованию технологических процессов обжига керамических плиток на основе исторического анализа.

Глава 1. Керамические плитки и их производство

Керамические плитки находят широкое применение в различных сферах человеческой деятельности благодаря своей прочности и другим свойствам. Вот некоторые из основных областей, где применяются керамические плитки:

1. Строительство и ремонт.

Напольные покрытия. Керамические плитки используются для облицовки полов в различных помещениях, включая кухни, ванные комнаты, прихожие, общественные, промышленные и коммерческие помещения и другие.

Стеновые покрытия. Они применяются для облицовки стен, придавая помещению стильный внешний вид и обеспечивая защиту от влаги.

Фасадные работы. Керамические плитки используются для облицовки внешних стен зданий, придавая им прочность, необходимые тепло-физические свойства и эстетический вид.

2. Промышленность.

Металлургическое производство. Керамические плитки применяются для облицовки печей, в которых происходит плавление и обработка металла. Они выдерживают высокие температуры и обладают высокой термической стойкостью.

Авиационная и космическая промышленность. Плитками облицовывают поверхности для придания им прочностных, теплоизоляционных, термостойких и других свойств.

Эти примеры демонстрируют разнообразное применение керамических плиток в различных сферах нашей жизни, от бытовых интерьеров до промышленных объектов.

Активно внедряется нанокерамика – специальный материал из наноразмерных частиц с добавлением специальных добавок (алюмооксидная, нитридная, карбидная, циркониевая керамика), служащий для производства сложных приборов и механизмов [1]. Также на базе керамики создаются различные композитные материалы [11].

Многообразие керамической плитки впечатляет своим разнообразием. Здесь можно встретить как классическую терракоту, так и плитки с сложной цветовой текстурой, имитирующие материалы, такие как стекло, металл и натуральный камень. Существует множество критериев для классификации керамической плитки, но в основу приняты два основных принципа: физико-химические свойства и технологические аспекты производства. Вот по каким критериям можно классифицировать керамические плитки:

По типу глин;

По способу формования;

По способу обработки поверхности;

По методу обжига;

По типу черепка.

Производство керамической плитки включает несколько этапов, начиная с подготовки сырья и заканчивая обжигом готовых изделий. Вот основные этапы производства керамической плитки:

1. Подготовка сырья (выбор сырья, измельчение и смешивание);

2. Формование (прессование, экструзия и пр.);

3. Сушка;

4. Глазурование;

5. Обжиг;

В зависимости от вида изделий и технологического процесса производства некоторые из описанных этапов могут отсутствовать.

Каждый из этапов важен и вносит свой вклад в готовое изделие, обеспечивая его свойства. Однако в данной работе мы изучаем процесс обжига, поэтому остановимся на нем подробнее.

Обжиг керамической плитки – это процесс термической обработки сформированных керамических изделий при высоких температурах. Обжиг – важнейший и завершающий процесс в производстве керамических изделий [13]. Этот процесс необходим для придания плиткам прочности, устойчивости к воздействию влаги и другим агрессивным факторам. На этапе обжига керамическая масса становится керамическим черепком.

Под воздействием высоких температур, материалы, из которых изготовлена плитка (глина, каолин, минеральные добавки), проходят физико-химические изменения. Это приводит к слиянию частиц, уплотнению структуры, формированию кристаллической решетки и образованию стекловидной фазы (которая застынет в процессе охлаждения), что придает керамическим плиткам прочность.

Температурный режим обжига условно разделяется на четыре периода: досушки (до 200°С), подогрева (700 – 800°С), собственно обжига (от 900°С), остывания (охлаждения до 40 – 50°С) [13].

Для определения оптимальной температуры обжига отформованные образцы-кубы со стороной 30 мм после предварительной подсушки обжигают в лабораторной электропечи при различных конечных температурах обжига, устанавливая заранее температурные интервалы в зависимости от вида глин [17].

После обжига керамическая плитка приобретает свои окончательные характеристики, что позволяет ей успешно выдерживать нагрузки, а также быть долговечной и функциональной в условиях эксплуатации.

Процесс обжига керамической плитки характеризуется несколькими основными параметрами:

1. Температура обжига. Это основной параметр, который определяет, насколько высокой температуре подвергаются керамические изделия в печи. Величина температуры зависит от типа используемых сырьевых материалов, способа формования и предварительной сушки и требований к конечным характеристикам продукции.

2. Время обжига. Это период времени, в течение которого изделия поддерживаются при определенной температуре в печи. Продолжительность времени обжига может влиять на свойства и качество конечной продукции.

3. Скорость нагрева и охлаждения. Эти параметры определяют, насколько быстро температура в печи изменяется. Контроль скорости нагрева и охлаждения важен для предотвращения деформаций или трещин в керамических изделиях.

4. Атмосфера в печи. Определенные обстоятельства могут требовать наличия или отсутствия тех или иных газов для создания определенной атмосферы в печи во время обжига, в том числе для создания окислительной или восстановительной атмосферы.

5. Тип печи (газовая, электрическая и т.д.). Разные типы печей обладают своими уникальными характеристиками и возможностями для контроля процесса обжига.

Эти параметры играют критическую роль в процессе обжига, определяя структуру, прочность и другие физико-химические характеристики керамических изделий. Они должны быть точно настроены в зависимости от требований к конечному продукту и используемых сырьевых материалов.

Первые три параметра обычно характеризуются температурной кривой [15]. Температурная кривая – это графическое представление изменения температуры (ось ординат) внутри печи в течение времени (ось абсцисс) в процессе обжига. Она показывает, как температура повышается, поддерживается на определенном уровне и как происходит охлаждение керамических изделий.

Температурная кривая имеет несколько основных фаз:

1. Фаза нагрева. В начале процесса печь постепенно повышает температуру до заданного уровня. Эта фаза может быть критически важной, так как неправильное нагревание может привести к деформации или даже разрушению изделий.

2. Фаза выдерживания. После достижения необходимой температуры, печь поддерживает её на этом уровне в течение определенного времени. Этот этап может быть и свойства керамического изделия.

3. Фаза охлаждения. После завершения выдерживания, температура в печи постепенно снижается. Охлаждение может происходить постепенно или быть более быстрым, в зависимости от требований к конечному продукту.

Температурная кривая помогает контролировать и регулировать процесс обжига, обеспечивая точное соблюдение температурных режимов. Она позволяет добиться оптимальных результатов в термической обработке керамических изделий, обеспечивая им необходимые физико-химические свойства.

Так, в [18] показана важность температурного режима для получения нужного фазового состава черепка, что в свою очередь придает изделиям необходимые свойства.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.