XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Получение определённых типов керамических плиток (в соответствии с техническими характеристиками) в первую очередь зависит от технологии производства. Можно выделить три основных технологических цикла, которые охватывают производство плитки всех видов (см. рис. 1). Первый цикл касается производства неглазурованной плитки. Второй – это производство глазурованной плитки двойного обжига. Этот термин означает, что плитка подвергается двум видам термической обработки: для укрепления основания и для стабилизации глазури и орнамента, которые наносятся на обожженное основание. Третий технологический цикл – это производство глазурованной плитки одинарного обжига, при котором глазурь и орнамент наносятся на высушенное (но не обожженное) основание, которое далее проходит только один этап термической обработки, то есть выполняется только одинарный обжиг, во время которого затвердевание и стабилизация глазури происходят одновременно [4].

Рисунок 1 – Схема производства керамической плитки

Тщательно отработанный технологический процесс производства, который непрерывно совершенствуется, позволяет получать качественный новый материал. В основе этого процесса – обжиг при высокой температуре, изменяющейся в зависимости от типа материала от 900 до 1200 ^оС.

Таким образом, в технологической схеме производства керамической плитки включает следующие основные этапы:

Приготовление сырьевой смеси. В качестве сырья для производства керамической плитки используются смеси различных материалов: глинистых материалов, кварцевого сырья и фельдшпатовых и/или карбонатных материалов [5].

Приготовление смеси из сырьевых материалов заключается в нескольких операциях, которые обеспечивают получение однородного материала, нужную зернистость и содержание воды, необходимое для последующей формовки. Измельчение сырья необходимо для облегчения последующего процесса обжига керамического изделия. На этом этапе производства получают: порошок с содержанием воды 4-7% для формовки прессованием или массу с содержанием воды 15-20% для экструдированной плитки. Иногда, чтобы снизить температуру плавления к смеси добавляются плавни. При подготовке порошка для прессования используются две технологии: сухое измельчение сырья с последующим доведением влажности до нужных значений с помощью увлажнителей и влажная технология, когда сырьё измельчается в воде с последующей сушкой шликера методом распыления. Выбор той или иной технологии зависит и от характеристик самого материала.

При использовании мокрого метода измельчение и смешивание составляющих смеси происходит в специальных центрифугах, куда вместе с сырьём помещаются очень прочные шары из металлокерамики и вода. В процессе вращения центрифуги эти шары ударяясь друг с другом измельчают сырьё до состояния водной суспензии (шликера). Далее необходимая для равномерного смешивания влага удаляется процессом атомизации (противоточное распыление шликера горячим потоком воздуха с немедленным испарения влаги). В итоге получается порошкообразная смесь с необходимым для формовки содержанием воды [6].

Основное отличие сухого метода от мокрого заключается в том, что сырьё измельчается без добавления воды. Увлажнение его происходит позже в специальных машинах. Технология мокрого измельчения дороже (необходимо много энергии для удаления воды), но даёт лучшие результаты.

Полученная смесь проходит ряд сит, чтобы отсеялись крупные частицы. Затем из порошка формуется плитка.

Формование. Для формовки в основном применяются два метода – прессование и экструзия. Кроме этих методов иногда применяются ручная формовка и литьё стеклянной мозаики.

Наибольшее распространение получил метод прессования (около 98% всей керамической плитки). Прессования плитка получается из порошкового раствора, который уплотняется и прессуется под высоким давлением (порядка 200-400 кг/см²). Под давлением происходит перемещение и частичная деформация частиц сырья, благодаря чему даже необожженная плитка обладает соответствующей плотностью и прочностью. Уже на этом этапе плитка может подвергаться дополнительной обработке. С помощью пресс-форм обеспечиваются не только геометрическая форма и размеры керамической плитки, но и фактура её поверхности [7].

Экструдированная плитка получается при помощи пропускания через соответствующие отверстия влажной смеси материалов, придавая ей конечный вид. Полоса, выходящая из экструдера, режется на соответствующие размеры.

Метод прессования позволяет жестче контролировать размер, и, вдобавок, получать поверхность лучшего качества.

Сушка. Сушка выполняет важную роль, так как на этом этапе из изделия удаляется вода, которая была необходима для формовки. Условия сушки имеют крайне важное значение для обеспечения целостности изделия, поэтому процесс тщательно контролируется во избежание деформаций, растрескиваний и прочих дефектов. В производстве керамической плитки на сегодняшний день наиболее распространёнными являются сушильные установки с сушкой горячим воздухом. Быстродействие установки обеспечивается хорошим теплообменом, эффективной вентиляцией и относительно высокой температурой воздуха, при которых производится осушение.

Глазурование. Керамические плитки подразделяются на неглазурованные и глазурованные. Глазурь (нем. Glasur, от Glas – стекло) – стекловидное защитно-декоративное покрытие на керамике, закрепляемое обжигом (прозрачное или непрозрачное, бесцветное или окрашенное).

Глазурь представляет собой смесь различных минералов и соединений: фритты, каолиновые глины, различные окислы, красящие пигменты, которые наносятся на поверхность изделия и расплавляются. При последующем охлаждении расплавленная масса затвердевает, образуя стекло, которое придаёт верхнему слою плитки особые свойства. Приготовление глазури заключается в дозировании различных материалов и измельчении их в воде. При этом получается взвесь с содержанием воды 40-50%, готовая к применению.

На сегодняшний день существует несколько десятков способов нанесения глазурей на поверхность керамической плитки. Глазурь может наноситься в виде гранул, пастообразной массы или распылённой суспензии. Момент нанесения может происходить по-разному: до обжига, после обжига и даже во время обжига. Глазурь может наноситься или на обожженную поверхность (при двойном обжиге) или на высушенную поверхность как при одинарном обжиге.

Для придания плитке более эстетического вида процесс глазурования может применяться совместно с нанесением различных изображений. Один из самых распространённых способов нанесения орнаментов называется шелкографией, когда через специальную сетку с различными по своей величине и частоте отверстиями с помощью красок наносят рисунки. Чем сложнее рисунок, тем больше сеток применяется [8].

Для нанесения глазури применяют различные виды оборудования: конусные или фильерные автоматы, ковшовые или трубчатые дозаторы, аэрографы. Они включаются в состав полностью автоматизированных линий, куда входят машины для нанесения орнамента (например, автоматы шелкографии). Некоторые виды орнамента могут наноситься после обжига глазури; в этом случае требуется дальнейшая термообработка (третий обжиг).

У глазурованной плитки верхний, сравнительно тонкий слой обеспечивает зрительный эффект (цвет, глянец, орнамент и т.д.), а также имеет ряд механических свойств (водонепроницаемость, твёрдость и т. д.), которые не может обеспечить основание плитки. Таким образом, в составе глазурованной плитки имеется два слоя с различной структурой: глазурь на поверхности и основание, расположенное ниже. Глазурованные плитки могут быть одинарного обжига и двойного (на первично обожженное изделие наносится эмаль, и оно подвергается дополнительному обжигу).

Неглазурованные плитки практически однородны по всей толщине и обычно не имеют никаких декоративных рисунков.

Обжиг. Следующей после сушки стадией в технологическом цикле получения керамической плитки является обжиг. Посредством обжига плитка, как и другие керамические изделия, приобретает механические, химические и физические характеристики, делающие её пригодной для различного использования. Такие характеристики являются следствием химических реакций и физических изменений, которые происходят как в самой плитке, так и в глазури (в случае глазурованной плитки). Обжиг производится в печах непрерывного действия, которые представляют собой туннель, по которому плитка перемещается на специальных транспортёрах, подвергаясь при этом сначала предварительному нагреву, а затем, нагреваясь до температуры обжига. После пребывания в течение определённого времени на участке обжига плитка перемещается дальше по туннелю, последовательно охлаждаясь до температуры, которая обеспечивает её безопасную выгрузку из печи. В условиях высоких температур образуется расплавленный слой, благодаря которому происходит спекание частиц. После охлаждения плитка приобретает структуру с высокой механической прочностью. Такие структурные изменения, играющие важную роль с точки зрения микроструктуры и потребительских свойств плитки, сопровождаются также усадкой, которая тем больше, чем ниже пористость, которую нужно обеспечить [9].

Для каждого типа плитки (а иногда и для каждой коллекции) разрабатывается индивидуальный температурный режим. Отличается и максимальная температура обжига для разных материалов.

В процессе обжига при высоких температурах плитка теряет влагу и уменьшается в размерах (ужимается). Величина усадки растёт с температурой обжига и может варьироваться от близких к нулю значений (у плитки двукратного обжига) до 8% (у керамогранита).

В последние 10-15 лет технология обжига претерпела наиболее значительные изменения. В 70-е годы почти повсеместно для обжига керамической плитки применялись печи туннельного типа, в которых плитка укладывалась штабелями или крепилась в специальных огнеупорных ячейках. В конце семидесятых годов была внедрена и в дальнейшем получила быстрое распространение технология быстрого обжига с кладкой плитки в один слой с использованием печей, в которых плитка перемещается по рольгангу. При этом обеспечиваются важные преимущества в плане снижения энергопотребления, обеспечения однородности обжига, гибкости производства и возможности его автоматизации [10].

При изготовлении различных типов керамической плитки используются два способа обжига: однократный обжиг и двукратный обжиг. Кроме этого, существует и третий обжиг, при помощи которого производится декор керамических плиток.

Обжиг завершает технологический цикл изготовления керамической плитки. Исключение составляют отдельные случаи специальной обработки поверхности, которые могут применяться для определённой продукции.

Заключение

Керамическая плитка является результатом производства, цикл которого, в общем, и целом является типичным для большинства керамических изделий.

Этот процесс состоит из нескольких этапов, во время которых происходит переработка и обработка сырья и получается готовое изделие. При производстве современной плитки применяются разнообразные технологии, позволяющие получить материалы практически любых цветов, форм и размеров.

Кроме того, при изготовлении керамической плитки возможно сочетание этапов, что позволяет получать плитки с определёнными свойствами и областями применения (в частности, для облицовки внутренних помещений). Таким образом, в результате различных вариантов сочетания технологических процессов (например, разовый обжиг или двойной обжиг), использования различного исходного материала (белые и красные глинистые породы), а также формовки (прессовка или экструзия), производятся различные виды плиток.

Список литературы

1. Августинник А.И. Керамика - М.: Промстройиздат, 1957. - 484 с

2. Стрелов К.К., Кащеев И.Д. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов / Учебное пособие для вузов. 2-е издание, переработанное и дополненное М.: Металлургия, 1996. – 608 с.

3. Айрапетов Г.А., Безродный О.К., Жолобов А.Л., Жуков А.В. Строительные материалы – М.: Феникс, 2007. – 620 с.

4. Станевич В.Т. Строительная керамика: учебное пособие. – Павлодар, ПГУ им. С. Торайгырова, 2008. – 96 с.

5. Погребенков В.М. Технология тонкой и строительной керамики. Часть 1: учебное пособие. – Томск, ТПУ, 2005. – 109 с.

6. Пивинский Ю.Е. Теоретические аспекты технологии керамики и огнеупоров. Избранные труды. Том 1. – СПб.: Стройиздат СПб, 2003. – 242 с.

7. Горохова, Е.В. Материаловедение и технология керамики. – Мн.: Вышэйшая школа, 2009. – 222 с.

8. Василовская Н.Г., Енджиевская И.Г., Баранова Г.П. и др. Основы технологии строительной керамики и искусственных пористых заполнителей: Учебное пособие – Красноярск: Изд-во СФУ, 2016. – 200 с.

9. Гузман И.Я. Химическая технология керамики: учеб. пособие для вузов. – М.: Стройматериалы, 2003. – 496 с.: ил.

10. Барабанщиков Ю.Г. Строительные материалы и изделия – М.: ACADEMIA, 2008. – 368 с.