Керамика — определение, виды, производство¶
Керамика — обобщённое название неорганических неметаллических материалов и изделий из них, получаемых формовкой и последующим обжигом при высоких температурах. Термин происходит от греческого keramos — «глина». Керамика характеризуется высокой твёрдостью, химической стойкостью, жаропрочностью, но малой пластичностью и хрупкостью. По назначению различают строительную, техническую (конструкционную и функциональную), санитарно-техническую, электротехническую и художественную керамику.
¶История
Керамика — один из древнейших материалов, освоенных человеком. Изделия из обожжённой глины известны с верхнего палеолита: находки в пещерах Долини (Чехия) датируются примерно 25—29 тыс. до н. э. В неолите (VIII—IV тыс. до н. э.) керамическое производство распространилось по всему миру — в Месопотамии, Египте, Китае, на Ближнем Востоке. Китай считается родиной фарфора: первые образцы относятся к эпохе династии Тан (VII—X вв.), а массовое производство наладилось в эпоху Сун (X—XIII вв.).
В Древней Руси гончарное ремесло было развито с IX века. Центрами производства были Гончары, Ростов Великий, Суздаль, Новгород. Особое развитие получили майолика (XVII—XVIII вв.), фарфор (основанная в 1744 году Императорская фарфоровая фабрика в Санкт-Петербурге) и фаянс (производство наладилось в конце XVIII века).
¶Классификация
По химическому составу и структуре керамику делят на:
- Традиционная (обычная) — изготавливается из природных сырьевых материалов: глины, полевого шпата, кварца. К ней относятся кирпич, керамические блоки, черепица, посуда, керамзит.
- Техническая (новая) — производится из синтетического сырья с заданным химическим составом и контролируемой структурой. Подразделяется на конструкционную (изделия, работающие при высоких температурах и нагрузках) и функциональную (пьезо-, пиро-, электро-керамика, керамические мембраны).
По пористости:
- Пористая — открытая пористость более 5 % (кирпич, фаянс, керамзит);
- Плотная — открытая пористость менее 5 % (керамогранит, фарфор, техническая керамика).
По виду применяемого связующего:
- Глинистая — связующее природные глины;
- Бесглинистая — связующее каолин, бентонит, органические полимеры или их отсутствует (например, кислотоупорная керамика из шамота).
¶Сырьё и производство
Основное сырьё традиционной керамики — глины: каолинитовые, иллитовые, монтмориллонитовые. Добавки: полевой шпат (понижает температуру спекания), кварц (наполнитель), шамот (обожжённая измельчённая керамика, регулирует усадку).
Производственный процесс включает:
- Подготовка сырья — сушка, измельчение, очистка от примесей, приготовление шихты.
- Формование — пластическое (ленточное, шнековое), полусухое прессование, литьё (по гипсовой форме или шликерное).
- Сушка — удаление механической влаги при 100—150 °C.
- Обжиг — температура зависит от вида изделий: кирпич — 900—1100 °C, керамогранит — 1200—1300 °C, фарфор — 1250—1400 °C, техническая керамика — до 1800 °C.
- Декорирование и глазурь — нанесение глазурей (стекловидное покрытие из смеси оксидов кремния, алюминия, щелочных металлов) для повышения водостойкости и декоративности.
¶Основные виды изделий
| Вид | Характеристики | Применение |
|---|---|---|
| Кирпич керамический | Прочность 50—200 кгс/см², морозостойкость F25—F100 | Стены, фундаменты |
| Керамзит | Пористые гранулы, плотность 300—1000 кг/м³ | Лёгкие бетоны, утеплитель |
| Керамогранит | Плотность 2300—2500 кг/м³, водопоглощение < 0,5 % | Облицовка, полы |
| Фарфор | Белый, полупрозрачный, прочный | Посуда, изоляторы |
| Фаянс | Белая масса, покрытый глазурью | Посуда, плитка |
| Майолика | Молочная масса, яркая роспись | Художественные изделия |
¶Техническая керамика
Отдельную группу составляет техническая керамика, изготавливаемая из высокочистых порошков оксидов (Al₂O₃, ZrO₂, SiC, TiO₂) методами горячего прессования, спекания, экструзии. Оксидная керамика (корундовая, циркониевая) применяется в электротехнике (изоляторы, подложки), медицине (эндопротезы суставов), машиностроении (износостойкие детали). Карбидная и нитридная керамика (карбид кремния, нитрид кремния) используется для режущего инструмента и деталей, работающих при температурах до 1400 °C.
¶Художественная керамика
Художественная керамика включает майолику, фарфор, фаянс, стекло и другие изделия декоративно-прикладного назначения. Крупнейшие российские центры — Гжель (Московская область), где с XVII века развивается производство сине-белой майолики, Дымково (Костромская область) — игрушки-«дымковские бабы», Палех, Федоскино, Крутицы (керамическая пластика). Императорский фарфоровый завод (основан в 1744 году) и Государственный керамический музей в Гжели — крупнейшие российские производители и музеи керамики.
¶Экология и переработка
Керамические изделия поддаются вторичной переработке: бой кирпича и керамогранита используется как заполнитель для бетона и подстилки дорог. Основные экологические проблемы производства — выбросы пыли, оксидов серы и азота при обжиге, потребление глины и топлива. Современные печи (туннельные, роликовые) оснащаются системами газоочистки и рекуперации тепла.
¶Источники
- Керамика // Большая советская энциклопедия.
- Керамические материалы // Справочник конструктора.
- Гончаров И. Керамика: история, технология, искусство. — М., 2007.
- Фрумкина Р. М. Глина и огонь: керамика в культуре человечества. — М., 2001.