Keramika Struktura Heterogenní hmota obsahující krystalické složky a póry, příp. skelnou fázi Typologie keramiky Nasákavost > 5 %: Nasákavost < 5 %:
stavební žárovzdorná technická (el. a tepel. izolátory, radiotechnické součástky, filtry, řezné nástroje) spotřební (sanitární, zdravotní a užitková keramika) umělecká řemesla
Výroba
Příprava směsi:
Tvarování: Sušení:
zdrobňování, příp. třídění – prosévání mísení: dle zrnitosti – monodisperzní směs pro pórovité výrobky s větší nasákavostí – polydisperzní směs pro hutné výrobky s menší nasákavostí vlhčení vodou homogenizace, míchání a hnětání suché a zvlhlé směsi – lisování plastická těsta – lisování (protlačování), tažení, vytáčení, ražení řídké suspenze – odlévání do forem projevuje se efekt smrštění z úbytku vody
Vypalování:
mechanismus slinování – spékání, v úloze pojiva je tavivo (složka s nejnižším bodem tavení), probíhá při teplotě t < ttav efekt zpevnění v tuhém stavu zhutňování, snížení pórovitosti, smršťování vlivem dalšího úbytku vody, zvýšení měrné hmotnosti částečné natavování a fázové přeměny
Porcelán Historie evropského porcelánu: Ehrenfried Walter von Tschirenhaus (1651 – 1708), matematik a fyzik Královská laboratoř saského kurfiřta a polského krále Augusta II. Velikého Johan Fridrich Böttger, ředitel nově založené královské manufaktury Míšeň – 21.1.1708 Vlastnosti Popis porcelánu chemicky: Popis porcelánu petrograficky:
65 – 70 % SiO2, 25 – 30 % Al2O3, 3.5 – 4 % Na2O, K2O jehličkové krystaly mullitu (3Al2O3.2SiO2 ) + krystaly křemene (SiO2) spojené sklovinou (40 – 60 %) ttav mullitu < ttav křemene Měrná hmotnost ρ = 2,35 – 2,45 g/cm3 Měknutí 1200 – 1300 °C Mez pevnosti v tlaku σP tlak = 735,5 MPa Mez pevnosti v tahu σP tah = 29,5 MPa El. pevnost 25 – 38 kV/mm Tepelná vodivost λ = 1,256 x 10-2 J/cm.s.°C Suroviny Hornina
Nerost
Kaolín Křemenný písek
Kaolinit Křemen
Živce AlSi
Korund Albit Anorbit
Živce K Živce Ba Skladba surovin:
kaolín živce křemen (mletý střep
Chemický vzorec Krystová Tvrdost soustava Al2(OH)4Si2O5 Jednoklonná 2 – 2,5 SiO2 <573°C 7 Trigonální > 573°C Hexagonální Al2O3 Trigonální 9 NaAlSi3O8 Trojklonná 6–7 CaAl2Si2O8 Trojklonná 6 Trojklonná 6 – 6,5 Jednoklonná Jednoklonná 40 – 60 % 15 – 35 % 20 – 40 % max 5 %)
typické složení: 50 % kaolínu 25 % živce 25 % křemene
Hustota g/cm3 2,6 – 2,36 2,65
4,1 2,62 2,75 2,5 – 2,9
Druhy porcelánu Porcelán měkký: Porcelán tvrdý: Porcelán zubní: Porcelán kostní: Výroba:
více živců, nižší vypal. teploty, vyšší el. pevnost více kaolínu, lepší mech. a tepel. vlastnosti 70 % živce 30 % kostního popela (Velká Británie)
Keramické pece Vyzdívka ŽVM Šamot
Zástupný chemický vzorec SiO2 + Al2O3
Sillimanit Mullit
Al2O3.SiO2 3Al2O3.2SiO2
Typy pecí:
plamenné elektrické
Krystalová soustava
Tvrdost
Hustota g/cm3
6-7
3,24
Směs lupků, živ. jílů a zlomků Triginální Trigonální . trigonální (rhombická, čtverečná)
komorové přetržité etážové nepřetržité vozové kulaté (19. stol.) tunelové karuselové s postupujícím plamenem s postupující vsázkou
Pórovina Pórovitá keramika, bílý střep, průsvitná glazura Užití: zdravotní technika, el. technika, aut. svíčky, přesná keramika do měř. přístrojů, nosiče topných drátků, topná tělesa, tepelně stínicí tělesa, el. izolátory Suroviny:
keramické jíly křemenný písek (ostřivo) vápenec nebo dolomit + živec (tavidlo)
Výroba:
lití nebo lisování sušení vypalování 1250 – 1280 °C glazování (někdy jednožárový výpal) vypalování v pouzdrech 1100 °C
Kamenina Hutný střep, krytí glazurou, nasákavost 5 %, el. pevnost 30 – 34 kV/mm Složení: ostřivo + tavivo, tj. pojivo (živec, čedič, znělec) Glazování: na surový střep namáčením při vypalování v peci, v prostředí par NaCl Užití: kanalizační, laboratorní a stavební části, el. izolátory
Vybrané aplikace keramiky Keramická topná tělesa:
kaolinit
ohnivzdorný jíl: kaolinit, křemen, slída, vápenec, organická hmota, zrnitost < 0,002 mm) mastek: Mg3(OH)2(Si2O5)2, jednoklonný, tvrdost podle Mohsovy stupnice = 1, měrná hmotnost ρ = 2,6 – 2,8 g/cm3) Keramické filtry, napěněná keramika: požití v metalurgii, mezipánve ZPO, filtrace oceli
Pojiva Pojiva technická (vodní sklo) stavební (maltoviny) Vodní sklo Chemická podstata: křemičitan Na+, K+ Užití: výroba tmelů, malba na sklo, apretura tkanin., lepidla, těsnění Výroba: tavení křemenného písku s natritem (nerost se stejných chemickým složením jako soda) nebo potašem SiO2 + Na2CO3 → Na2SiO3 + CO2 SiO2 + K2CO3 → K2SiO3 + CO2 Sádra Surovina:
sádrovec Pálení 900 °C v šachtových nebo rotačních pecích CaSO4 . 2 H2O → CaSO4 + 2 H2O Podle teploty výpalu 100 → 900 °C se sádrovec zbavuje mineralogicky vázané vody. Teplota a doba výpalu se musí regulovat, aby nevzniklo vápno: CaSO4 . 2 H2O → CaO + SO3 + 2 H2O CaO + H2O → Ca(OH)2
Vápno Surovina: Výroba:
vápenec disociace 1200 – 1300 °C v rotačních nebo šachtových pecích CaCO3 → CaO + CO2 Hašené vápno CaO + H2O = Ca(OH)2 Portlantský cement Surovina: Užití:
vápence (znečištěné jíly, písky, železitými sloučeninami) betonové a maltové směsi
Slínkový nerost Alit Belit
Chemický vzorec 3 CaO . SiO2 křemičitan trojvápenatý 2 CaO . SiO2 křemičitan dvojvápenatý
Vlastnosti 45 – 65 % v cementu 25 – 30 % v cementu, malé hydrat. teplo, pevnost až po delší době
Brownmillerit Celit
3 CaO . Al2O3 hlinitan trojvápenatý 4 CaO . Al2O3 . Fe2O3 hlinitoželezitan čtyřvápenatý 3 CaO . Al2O3 + 4 CaO . Al2O3 . Fe2O3 + sklovina
velké hydratační teplo, zvyšuje počáteční pevnost, smrštivost Žárobetony Spojovací a tmelicí hmota
Slínkové nerosty = přechlazené eutektické sloučeniny – tuhé roztoky (krystalická část + skelná část) Poměr obou částí = f(chem. složení. cementové suroviny, teplota pálení, rychlost chlazení) Autoři doporučované literatury k prostudování (Cigánek, J.), Hošková, S., (Kolář, K., Hankýř, V., Kutzdőrfer, j., Pytlík, Sokolář)
