Отношение глин к повышенным температурам

При нагревании до 110° глина отдает всю механически примешанную воду, все же остальные ее свойства остаются неизмененными.

Дальнейшее нагревание до 250° также никаких заметных изменений в глине не вызывает. При 250° начинается очень медленное, постепенное удаление конституционной воды из глинистого вещества. При 425—450° из глинистого вещества выделяется большая часть химически связанной воды, причем молекулы глинистого вещества распадаются. Остатки конституционной воды удаляются около 900°.

После обжига при 450° глина легко растворяется даже в слабо разбавленных кислотах и щелочах, что объясняется распадением молекул глинистого вещества и потерей химической связи между окисью алюминия и окисью кремния.

Нагрев до 900° делает окись алюминия и окись кремния снова нерастворимыми в слабых кислотах и щелочах. По этой причине обжиг керамических изделий производят при температурах не ниже 900°, в противном случае они будут недостаточно устойчивы как в отношении выветривания, так и в отношении действия воды, разбавленных кислот и щелочей.

Дальнейшее повышение температуры у некоторых глин вызывает уже спекание.

Высокие температуры, создают в глинах огневую усадку (усадка при обжиге). Пористость тела при этом уменьшается. Высоко-обожженный плотный черепок называют спекшимся.

В практике спекшимся считают изделие с водопоглощением менее 5% от веса сухого обожженного черепка.

Спекание у некоторых глин наблюдается уже при 900°. Наивысшая возможная температура спекания у глин — 1400°.

При температурах, близких к 900°, говорить о плавлении составных частей глины в заметных количествах не приходится. Поэтому явление спекания здесь необходимо отнести в основном за счет увеличения сил притяжения между частицами.

Как раз в этой области температур глиняные изделия показывают и наибольшую механическую прочность под нагрузкой в момент обжига. Это подтверждает предположение об увеличении взаимного притяжения частичек глины при обжиге в пределах 900° и немного выше.

Ясно, что более пластичные глины показывают и более низкие температуры спекания, вследствие меньших величин частичек и больших величин сил притяжения.

Менее пластичные и более тощие глины показывают спекание при более высоких температурах, — до 1400°. Затрудненное спекание объясняется при этом относительно крупной величиной частичек и меньшими величинами сил взаимного притяжения.

Дальнейшее повышение температуры приводит глины к плавлению.

Глина, плавясь, превращается в однородное вещество. Отдельные частицы в расплавленной массе исчезают, все сливается в мутное, непрозрачное стекло. Переход в такое однородное состояние связан с постепенным размягчением глины, которая, плавясь, делается мягкой, как тесто.

Все примеси к глинистому веществу (за исключением окиси алюминия) понижают температуру его плавления, причем это понижение может быть довольно значительным. Наиболее энергично понижают температуру плавления щелочи (окиси натрия и калия), затем окись железа, известь (окись кальция) и, наконец, окись магния.

Самые легкоплавкие глины плавятся уже около 950°. Весьма большое значение имеет величина пористости глиняного черепка после обжига. Чем выше температура обжига глины, тем пористость меньше. Величина пористости определяется способностью обожженного изделия поглощать воду до полного насыщения.

Уменьшение пористости связано с увеличением усадки и механической прочности.

Глины повышенной пластичности показывают меньшую пористость при одной и той же температуре обжига, нежели глины малопластичные. Малопластичные глины, с примесью большого количества песка, после обжига дают черепок недостаточной прочности. Черепок от легкого удара молотком издает звук неясный, дребезжащий.

В производстве кирпича и черепицы применяют глины, которые после обжига до 900—1100° С показывают водопоглощение от 8 до 20% к весу абсолютно сухого черепка. Глины, показывающие водопоглощение после обжига ниже 8%, негодны: кирпич плохо связывается раствором в кладке, обладает высокой теплопроводностью. Здание, построенное из такого кирпича, зимой будет отдавать много тепла наружу. Глины, дающие черепок с очень большим водопоглощением после обжига, также непригодны: такой кирпич или черепица будет легко разрушаться зимой от замерзания в состоянии насыщения водой, т. е. не будет морозостойким.

В кирпично-черепичном производстве отформованный из глины сырец обжигают до полного удаления химически связанной (конституционной) воды из глинистого вещества, т. е. до 900—1100°С. Эти температуры совпадают с началом плавления составных частей глины. После обжига до этих температур сырец из пригодных глин приобретает достаточную прочность, стойкость против воды, слабых кислот и морозоустойчивость.

В керамических производствах очень большую роль играет промежуток (интервал) между температурами спекания и плавления. Большой температурный промежуток дает возможность обжечь изделие до спекания, если это необходимо, не опасаясь повреждения его формы. В производственных печах колебание температуры в различных местах доходит до 100°. Поэтому такой температурный промежуток для глин, обжигаемых до спекания, должен быть также не менее 100°. Чем этот промежуток больше, тем глину легче обжигать в производственных печах.

В зависимости от температуры плавления, глины делятся на огнеупорные и неогнеупорные. Огнеупорными считаются глины, плавящиеся выше 1580°.

Среди глин, по их отношению к высоким температурам, различают еще тугоплавкие и легкоплавкие.

Тугоплавкие глины показывают температуры плавления в пределах 1350—1580° и применяются для неответственного огнеупорного припаса и для изделий, имеющих спекшийся черепок: клинкер, канализационные трубы, метлахские плитки. Условия работы этих изделий (напр, малоогнеупорного припаса) требуют устойчивости массы при температурах 1350° и выше.

Легкоплавкие глины имеют температуру плавления ниже 1350° и применяются при производстве кирпича, черепицы, дренажных труб, кафель.