Фарфор является представителем тонкой непористой керамики, непроницаемой для воды и газов. Изделия из фарфора находят широчайшее применение в быту и народном хозяйстве, в том числе и в строительстве (санитарно-технические изделия, электроизоляторы и т.д.).
Фарфор получают из сырьевой смеси, состоящей из глинистого компонента (каолин и белая глина), обеспечивающего необходимый химический состав материала и пластичность сырьевой массы, кварцевого песка (структурообразующий компонент) и полевого шпата, в основном калийсо-держащего (К2О • А12О3 • 6SiО2). Количественные соотношения компонентов различаются для разных типов фарфора, но "классическая" формула предполагает соотношение 2:1:1. После тонкого измельчения и перемешивания компонентов с водой производят формование изделия - полуфабриката с последующей сушкой и обжигом.
Для массивных фарфоровых изделий санитарно-строительного и электротехнического назначения обычно применяют однократный обжиг при температурах 1320-1400°. Предварительно поверхность изделия обычно покрывают тугоплавким глазурным составом (например, водной суспензией каолина, полевого шпата и мела), в результате обжига образующим на поверхности изделия глазурь — тонкую стеклообразную пленку, повышающую механическую прочность и улучшающую внешний вид изделия. Выпускают также изделия из неглазурованного фарфора, называемого бисквитом.
|
|
При обжиге фарфоровых масс до 1000 - 1100°, происходят примерно те же процессы, что и при обжиге кирпича, включая разложение каолинита и образование муллита (3Al2О3∙2SiО2). При дальнейшем нагревании, при 1150° начинается плавление полевого шпата с образованием вязкого расплава. С ростом температуры количество жидкой фазы увеличивается, в ней растворяется значительная часть кристаллов кварца и муллита. К моменту достижения максимальной температуры обжига 1400° массовая доля жидкой фазы, как правило, превышает 50%.
После охлаждения эта жидкая фаза превращается в стеклообразную матрицу состава хК2О • уА12О3 • zSiО2. Содержание этой стеклофазы в
фарфоре, применяемом в промышленности и строительстве, составляет до 60%, она цементирует кристаллические фазы фарфора, к которым относятся муллит (15 - 30%) и кристаллический SiО2 (14 - 22%). Пористость фарфора, образованная замкнутыми пузырьками газов, образовавшихся при разложении примесей в сырье, составляет менее 4 - 6%.
Кроме твёрдого, производят также мягкий фарфор, содержащий значительно больше стеклофазы (до 85%) и применяемый, в основном, как художественно-декоративный материал. При изготовлении некоторых его сортов в качестве плавня (вещества, обеспечивающего образование расплава - жидкой фазы), вместо полевого шпата используют мел (севрский фарфор), фосфат кальция (английский фарфор) или нефелиновый сиенит (технический мягкий фарфор). Высокое содержание плавней в сырьевой смеси позволяет снизить температуру обжига мягкого фарфора до 1200-1300°.
|
|
Благодаря своей компактной структуре, фарфор отличается повышенной плотностью (2,4 - 2,5 г/см3) и прочностью (например, на сжатие 450 -700 МПа, на изгиб 60 - 140 МПа). В отличие от пористой керамики, при ударе он издает звонкий, долго не затухающий звук. Вследствие отсутствия открытой пористости, его водопоглощение практически равно нулю. По своим химическим свойствам фарфор характеризуется высокой стойкостью к воде и кислотам, но постепенно разрушается плавиковой кислотой (водный раствор HF) и горячими растворами щелочей.
По составу сырья и способу получения, близким к фарфору материалом является фаянс, относящийся к пористой керамике. Фаянс, как и фарфор, белого или почти белого цвета, однако он мягче, царапается сталью, легче ломается, обладает значительным водопоглощением и газопроницаемостью, поэтому в большинстве случаев его покрывают глазурью.
Сырьевая смесь для производства фаянса состоит из каолина, белой глины, кварца и плавня, но количество последнего значительно меньше, чем в фарфоровых смесях (3 - 20%), и в его состав наряду с полевым шпатом или вместо него, включаются карбонатные породы (мел, доломит). Температура первого обжига составляет 1200 - 1300°, затем изделие покрывают глазурным составом и вновь обжигают уже при более низкой температуре (1050 - 1150°).
В составе фаянса стекловидной фазы значительно меньше, чем в фарфоре (20 - 25%), и она не заполняет все пространство между кристаллами муллита и кварца (Si02), оставляя место для значительного количества пор (до 30% по объему), в основном открытых. Тем не менее изоляция пор глазурью и достаточная для многих целей прочность на сжатие (до 80 МПа) позволяет широко применять в строительстве фаянсовые сантехнические изделия.