Глины в продуктах керамического производства

Согласно Международному словарю Вебстера, термин «керамический» связан с «искусством изготовления глиняной посуды или... с производством обожженных продуктов, стекла, эмалей, цементов, приготовляемых из глины». К этому списку следует добавить кирпич, керамическую плитку и различные огнеупорные материалы. Таким образом, термин «керамический» служит для определения продуктов, изготовляемых из глин при помощи обжига. Керамические свойства глин являются теми характерными признаками, которые определяют их пригодность и способ использования для изготовления керамики. Хотя в производстве ряда керамических изделий находят применение, кроме глин, полевой шпат, известняк и кварцевый песок, в настоящей работе будут рассмотрены только глины.

Керамическое производство зародилось в доисторическое время, вскоре после того, как человек научился получать и использовать огонь. Человек увидел, что с помощью тепла можно сохранить форму предметов, вылепленных из глины, и сделать их непроницаемыми для воды. Первые керамисты постигали свое искусство в результате личного опыта, который затем передавался из поколения в поколение. Они не знали природы происходящих процессов, как не знали факторов, определяемых этими процессами. Скоро они заметили, что все глины имеют различные свойства и что для изготовления определенных продуктов следует использовать разные глины.

С развитием современной науки началось широкое проникновение в керамическое производство химии, физики и геологии, в результате примерно в середине XX в. профессия керамиста стала в один ряд с другими инженерными профессиями. Все большее и большее количество специалистов стало понимать характер процессов, происходящих при изготовлении керамического изделия, научилось управлять этими процессами и тем самым контролировать свойства конечных продуктов. На пути дальнейшего развития эта наука должна преодолеть значительнее трудности, так как глинистые материалы, с которыми она имеет дело, сложены настолько мелкими частицами, что даже современные аналитические методы не позволяют точно определить их природу. Относительно долго применялся только химический анализ, однако он не мог полностью удовлетворить возросшие потребности, так как вскоре стало очевидным, что глины различного химического состава могут иметь одинаковые керамические свойства, в то время как глины с одинаковым химическим составом часто обладают различными керамическими свойствами. Хотя химические анализы все еще остаются важными методами, их значение ограниченно. Развитие рентгенодифракционной методики, электронной микроскопии, метода дифракции электронов, инфракрасной спектроскопии и т. д., начавшееся в 20-х годах XX в., дало в руки керамистов аналитические методы, позволяющие точно определять свойства исходного материала, а также конечных продуктов. В последние несколько лет. благодаря усовершенствованию методов высокотемпературной рентгенографии и разработке быстрых спектроскопических методов анализа появилась возможность изучать детали многих керамических процессов. Керамисты, взяв на вооружение эти новые методы, добились за последние 30 лет невиданного прогресса своей науки.

Керамические свойства глин определяются составом слагающих их глинистых минералов, а также (если они присутствуют в достаточных количествах) составом неглинистых минералов, органического материала и растворимых солей. Большое значение имеют размеры частиц и характер распределения компонентов. Наиболее важным фактором, определяющим керамические свойства, является, как правило, состав глинистых минералов. В настоящей работе рассматривается связь состава глинистых минералов с керамическими свойствами глин и продуктов их переработки. За дополнительными сведениями читателю следует обратиться к другим работам по производству керамических изделий.

Керамические изделия производятся главным образом из глин, переведенных в пластичное состояние добавкой к ним воды, после чего глине можно придать различными способами требуемую форму. Затем изделие высушивается и приобретает некоторую прочность, и его можно уже взять в руки. Далее оно обжигается при повышенных температурах [часто порядка 2000° F (1100°C)]. При этом происходит остеклование (плавление) некоторых компонентов, в результате чего появляются связи из пленок стекла. Благодаря таким связям изделие приобретает устойчивость и не распадается в воде. Различные продукты изготовляются при различных температурах и в разных типах сушильных печей. Некоторые продукты требуют проведения дополнительных процессов, например изделия могут быть глазурованы, т. е. покрыты тонким слоем стекла. Подробно эти вопросы разбираются в руководствах по керамике и инженерной керамике. Списки литературы можно найти в работах Риса и Нортона.

Производство керамических продуктов идет через специфические процессы. При производстве некоторых керамических изделий глина смешивается с таким количеством воды, чтобы образовалась жидкая суспензия, так называемый шликер. Шликер заливается в гипсовую форму. Описание таких глинисто-водных суспензий не входит в задачу настоящей книги. Этот вопрос освещается в многочисленных руководствах по коллоидной химии. Списки литературы можно найти в работах Эйтеля и Серла и Гримшоу.