วัสดุเซรามิก: คุณสมบัติ เทคโนโลยีการผลิต การใช้งาน

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

เครื่องปั้นดินเผาเครื่องแรกปรากฏขึ้นนานก่อนที่ผู้คนจะเรียนรู้วิธีถลุงโลหะ หม้อและเหยือกโบราณที่นักโบราณคดีพบมาจนถึงทุกวันนี้เป็นข้อพิสูจน์เรื่องนี้ เป็นที่น่าสังเกตว่าวัสดุเซรามิกมีคุณสมบัติพิเศษที่ทำให้ขาดไม่ได้ในบางพื้นที่ มาดูคุณสมบัติของเซรามิกกับคุณ พูดคุยเกี่ยวกับการผลิตและลักษณะของมัน

ข้อมูลทั่วไป

รับผลิตภัณฑ์เซรามิกโดยการเผาดินเหนียวและผสมกับสารเติมแต่งอินทรีย์ บางครั้งใช้ออกไซด์ของสารประกอบอนินทรีย์ ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวครั้งแรกปรากฏขึ้นเมื่อ 5,000 ปีก่อน ในช่วงเวลานี้ เทคโนโลยีการผลิตได้รับการปรับปรุงอย่างมาก และปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์เซรามิกที่มีความแข็งแรงสูงพร้อมให้บริการแก่เรา ใช้ในการก่อสร้างสำหรับส่วนหน้าอาคาร พื้น ผนัง ฯลฯ

มีเครื่องปั้นดินเผาที่มีเศษเป็นรูพรุนหนาแน่น ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทั้งสองคือเศษที่หนาแน่นสามารถกันน้ำได้ ได้แก่ ผลิตภัณฑ์พอร์ซเลน กระเบื้องปูพื้น ฯลฯ มีรูพรุนเศษกระเบื้อง หินเซรามิก ท่อระบายน้ำ และอื่นๆ

ประวัติการเกิด

คำว่าเซรามิกในภาษากรีกแปลว่าดินเหนียว โดยธรรมชาติแล้วจะใช้ส่วนผสมบางชนิดในการทำผลิตภัณฑ์ วัสดุที่จำเป็นถูกเพิ่มเข้าไปขึ้นอยู่กับสิ่งที่จำเป็นต้องได้รับในท้ายที่สุด ในตอนแรกด้วยมือและต่อมาในเครื่องจักรพิเศษมีรูปร่างพิเศษให้กับผลิตภัณฑ์จากดินเหนียว ต่อจากนั้นผลิตภัณฑ์เซรามิกจะถูกเผาในเตาเผาที่อุณหภูมิสูง

หลายประเทศใช้เทคโนโลยีการผลิตของตนเอง สิ่งนี้ใช้กับเครื่องปั้นดินเผา ภาพวาด และกระจก อียิปต์ถือเป็นรัฐแรกที่ประสบความสำเร็จในการพัฒนาอุตสาหกรรมนี้ มันคือการผลิตเซรามิกส์ที่ก่อตั้งขึ้นในตอนแรก ผลิตภัณฑ์ทำจากดินเหนียวผสมหยาบและไม่ดี แต่ต่อมาเทคโนโลยีก็ดีขึ้น วันนี้พบอิฐดินเหนียวสีเหลืองซึ่งถูกกล่าวหาว่าใช้ในการสร้างปิรามิดแห่งเมมฟิส

การกำเนิดเครื่องเคลือบ

หยกถูกนำมาใช้ในประเทศจีนมาช้านานแล้ว มันสวยงาม แต่ค่อนข้างเปราะบางและจัดการได้ยาก หลังจากค้นหามาหลายปี ก็พบทางออก พอร์ซเลนผลิตได้ง่ายกว่า อย่างไรก็ตามแม้ที่นี่ก็มีความแตกต่าง ตัวอย่างเช่น ไมกาและทวาโอกะซึ่งพบใน "หินพอร์ซเลน" ถูกบดเป็นผงละเอียดและเก็บไว้นานกว่า 10 ปี สิ่งนี้ทำขึ้นเพื่อให้วัสดุมีความยืดหยุ่นมากที่สุด อันดับแรกผลิตภัณฑ์พอร์ซเลนในจีนเป็นภาชนะทรงสูงและยาว พวกเขามีพื้นผิวขัดเงาและมีสีฟ้าหรือสีเขียวเข้ม อันหลังมีค่ามากที่สุด

วันนี้เชื่อกันว่าจีนเป็นรัฐที่จำหน่ายเครื่องเคลือบดินเผาอย่างแพร่หลายที่สุด นี่เป็นเรื่องจริง แม้ว่าจะได้รับความนิยมในยุโรป แต่ปรากฏในภายหลัง และการผลิตก็พัฒนายาวนานขึ้น

เครื่องปั้นดินเผาประเภทหลัก

ปัจจุบันผลิตภัณฑ์จากดินเหนียวมีหลายประเภท ดังนั้นเครื่องปั้นดินเผาสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มหลัก:

• เซรามิกเคลือบ (ดินเผาและเครื่องปั้นดินเผา);
• เคลือบ (majolica, ไฟ, เครื่องลายคราม, ไฟร์เคลย์).

Terracotta - จากภาษาอิตาลี "baked earth". ผลิตภัณฑ์ทำจากดินเหนียวสีและมีโครงสร้างเป็นรูพรุน ดินเผาใช้ทำแจกัน จาน ของเล่นและกระเบื้อง

เครื่องปั้นดินเผาแปรรูปยากกว่า จำเป็นต้องขัดเงาเพื่อให้กันน้ำได้ นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์อาจมีการย้อมสี เมื่อต้องการทำเช่นนี้ มันถูกทิ้งไว้ในเตาอบร้อนในควันจนเย็นสนิท ทุกวันนี้ เครื่องปั้นดินเผาหลายประเภทโดยเฉพาะเครื่องปั้นดินเผาได้รับความนิยมอย่างมาก ใช้ในชีวิตประจำวันสำหรับเก็บนม วัสดุจำนวนมาก หรือเป็นของตกแต่ง

สำหรับประเภทที่สอง - เซรามิกเคลือบ เครื่องลายคราม และเครื่องปั้นดินเผาเป็นที่นิยมมากที่สุดที่นี่ อย่างแรกมีราคาแพงกว่าและใช้แรงงานมากในการผลิต ส่วนที่สองนั้นใช้งานได้จริงและราคาถูก ต่างกันตรงที่ผลิตภัณฑ์พอร์ซเลนมีดินเหนียวน้อยลงและสารเติมแต่งพิเศษมากขึ้น นอกจากนี้พอร์ซเลนยังโปร่งแสงในแสงไม่เหมือนกับเครื่องปั้นดินเผา

เกี่ยวกับวัสดุทนไฟ

ผลิตภัณฑ์จากดินเหนียวเป็นวัสดุทนไฟ มันสามารถทนต่ออุณหภูมิตั้งแต่ 1,300 ถึง 2,000 องศาเซลเซียส และสูงกว่านั้นขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ ใช้เตาเผาพิเศษสำหรับเผาเซรามิก วัสดุทนไฟใช้กันอย่างแพร่หลายในกระบวนการทางโลหะวิทยา ใช้สำหรับออกแบบเตาหลอมและยูนิตต่างๆ

มันค่อนข้างสมเหตุสมผลที่จะพูดว่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ความแข็งแรงของวัสดุทนไฟจะไม่สูญหายไป แต่ในทางกลับกัน กลับเพิ่มขึ้น สิ่งนี้ทำได้เนื่องจากการมีอยู่ของออกไซด์ทนไฟ ซิลิเกต และบอไรด์ในองค์ประกอบ มีการใช้เกือบทุกที่ที่มีกระบวนการที่อุณหภูมิสูง บ่อยครั้งที่พบว่ามีการหล่อขึ้นรูปซึ่งก็คือในรูปแบบของผลิตภัณฑ์เฉพาะเช่นอิฐ ไม่ค่อยมีความจำเป็นต้องใช้วัสดุทนไฟที่ไม่มีรูปทรงในรูปแบบผง

เซรามิกในการก่อสร้าง

ข้อดีของวัสดุเซรามิกคือสต็อกแทบไม่มี ควบคู่ไปกับความสะดวกในการผลิตและความทนทานสูงของผลิตภัณฑ์ดังกล่าว วันนี้จึงเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมก่อสร้าง หากเราใช้วัสดุผนัง อิฐดินเหนียวจะครองตำแหน่งผู้นำที่นี่

เช่นเดียวกันกับกระเบื้องเซรามิก ซึ่งแม้จะมีลักษณะเป็นโพลีเมอร์ แต่ก็ไม่สูญเสียพื้น ยังคงใช้สำหรับเตรียมห้องที่มีความชื้นและอุณหภูมิสูง ท่ามกลางวัสดุที่หันหน้าเข้าหากันดินเหนียวขยายตัวเป็นที่แรก

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การผลิตบล็อกและอิฐเซรามิกกลวงได้เพิ่มขึ้น 4% การผลิตของพวกเขาต้องการการเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยในโรงงานอิฐและโรงงาน ในขณะที่ต้นทุนจ่ายในปีแรกของการขาย ในต่างประเทศ เซรามิกแบบกลวงเป็นผู้นำมานานและขายได้ดีกว่าอิฐธรรมดามาก

วัสดุเซรามิกพิเศษ

ผลิตภัณฑ์ดังกล่าว ได้แก่ ท่อสุขภัณฑ์และท่อระบายน้ำ กลุ่มแรกแบ่งออกเป็นสามกลุ่มใหญ่:

• จากไฟแข็ง (เศษมีรูพรุน);
• สุขาภิบาลจีน (เศษเผา);
• กึ่งพอร์ซเลน (เศษครึ่งอบ).

ข้อกำหนดหลักสำหรับเครื่องสุขภัณฑ์มีความทนทานต่อความเสียหายทางกล ทนความร้อน ต้องปฏิบัติตามสูตรอย่างเคร่งครัดเช่นเดียวกับเทคโนโลยี ใช้เฉพาะเตาเผาเซรามิกระดับมืออาชีพและวัตถุดิบคุณภาพสูงเท่านั้น ผลิตภัณฑ์สุขภัณฑ์ ได้แก่ อ่างล้างหน้า โถสุขภัณฑ์ อ่างอาบน้ำ หม้อน้ำ ฯลฯ วิธีที่แน่นอนในการตรวจสอบคุณภาพของผลิตภัณฑ์คือการเคาะที่เคสเบาๆ เสียงควรมีความชัดเจนและไม่มีเสียงเขย่า แสดงว่าเผาในอุณหภูมิที่ถูกต้องและไม่มีรอยแตกร้าว

ท่อน้ำทิ้งต้องมีสะเก็ดเผาอย่างหนาแน่น ท่อเซรามิกผลิตด้วยขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 150-600 มม. มักจะเคลือบทั้งภายในและภายนอก ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะทนต่อสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวและกระแสไฟหลงทางสูง พวกเขามีราคาปานกลางทำให้ราคาไม่แพงมาก

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของเซรามิกส์

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ผลิตภัณฑ์ทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มกว้างๆ: หนาแน่นและมีรูพรุน หนาแน่นมีค่าสัมประสิทธิ์การดูดซึมน้ำน้อยกว่า 5% มีรูพรุน - 5% ขึ้นไป กลุ่มสุดท้ายรวมถึงผลิตภัณฑ์ต่อไปนี้: อิฐดินเหนียว (มีรูพรุนและกลวง), หินผนังกลวง, กระเบื้องหันหน้าไปทาง, กระเบื้องหลังคา ผลิตภัณฑ์เซรามิกหนาแน่น - อิฐถนนและกระเบื้องปูพื้น เซรามิกที่มีรูพรุนและหนาแน่นพบได้ในอุตสาหกรรมสุขาภิบาล

เมื่อพูดถึงคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี เป็นไปไม่ได้ที่จะไม่สังเกตข้อเสียที่สำคัญของเซรามิก ประกอบด้วยความเปราะบางที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับวัสดุอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ความพร้อมใช้งานและความเก่งกาจสูงทำให้วัสดุนี้เป็นหนึ่งในวัสดุที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในหลายอุตสาหกรรมและแม้กระทั่งในชีวิตประจำวัน เทคโนโลยีสมัยใหม่ทำให้ได้พื้นผิวเรียบทันทีหลังจากเผา หากคุณต้องการให้ได้สีที่แน่นอน ให้เติมออกไซด์ของเหล็กหรือโคบอลต์

คุณสมบัติของโครงสร้างจุลภาค

เมื่อถูกความร้อน เซรามิกจะค่อยๆ กลายเป็นของเหลว มีความโดดเด่นด้วยสารประกอบที่ง่ายและซับซ้อนจำนวนมาก เมื่อเย็นตัวจะเกิดการตกผลึก มันปรากฏตัวในการตกตะกอนของผลึกบริสุทธิ์ซึ่งมีขนาดเพิ่มขึ้น เมื่อมวลแข็งตัวก็จะก่อตัวขึ้นในโครงสร้างกลุ่มธุรกิจขนาดเล็ก ในนั้นเมล็ดมัลไลท์จะถูกประสานด้วยมวลที่ชุบแข็ง คุณควรให้ความสนใจว่าอะตอมออกซิเจนเป็นเมทริกซ์ชนิดหนึ่ง ประกอบด้วยอะตอมโลหะขนาดเล็กที่ถูกแทนที่ในช่องว่างระหว่างพวกเขา ดังนั้นพันธะไอออนิกจึงมีอิทธิพลเหนือโครงสร้างจุลภาคและพันธะโควาเลนต์ค่อนข้างน้อย ความเสถียรและความเสถียรทางเคมีเกิดขึ้นได้จากสารประกอบเคมีที่แข็งแรงและทนทาน

ตามที่ระบุไว้ข้างต้น วัสดุเซรามิกมีจำนวนจำกัด นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าคริสตัลนั้นไม่สมบูรณ์ โครงตาข่ายคริสตัลมีข้อบกพร่องหลายประการ: รูพรุนขนาดอะตอม การเสียรูป ฯลฯ ทั้งหมดนี้บั่นทอนความแข็งแรงอย่างมาก อย่างไรก็ตามมีความแตกต่างบางอย่างที่นี่ ตัวอย่างเช่น หากสังเกตเทคโนโลยีในระหว่างการผลิตเซรามิกบางประเภท ก็ค่อนข้างเป็นไปได้ที่จะได้ผลลัพธ์ที่ดีในด้านความแข็งแรง การทำเช่นนี้เป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องสังเกตระบอบอุณหภูมิและระยะเวลาของการยิงของผลิตภัณฑ์

ลักษณะและคุณสมบัติของดินเหนียว

ดินเป็นหินตะกอนที่เมื่อผสมกับน้ำจะเกิดเป็นวัสดุพลาสติกโดยไม่คำนึงถึงองค์ประกอบและโครงสร้าง หลังจากเผา - ร่างกายเหมือนหิน โดยปกติส่วนผสมจะมีความหนาแน่นสูง ส่วนใหญ่ประกอบด้วยอะลูมิโนซิลิเกต บ่อยครั้ง หินเช่นควอตซ์ เฟลด์สปาร์ ซัลเฟอร์ไพไรต์ เช่นเดียวกับไฮดรอกไซด์และคาร์บอเนตของสารประกอบแคลเซียม แมกนีเซียม และไททาเนียมก็พบได้ในดินเหนียวเช่นกัน

ดินขาวเป็นดินเหนียวที่บริสุทธิ์ที่สุดที่รู้จักในปัจจุบัน ประกอบด้วย kaolinite เกือบทั้งหมด หลังจากการย่างรับสีขาว. ความเป็นพลาสติกที่จำเป็นสำหรับการแปรรูปเกิดขึ้นได้เนื่องจากมีเม็ดดินเหนียวละเอียด (0.005 มม.) อยู่ในโครงสร้าง โดยธรรมชาติ ยิ่งสารดังกล่าวในองค์ประกอบมากเท่าใด ความเป็นพลาสติกก็จะยิ่งสูงขึ้น และในทางกลับกัน

คุณสมบัติหลักของเซรามิกส์ของดินเหนียวได้แก่:

• plasticity - เสียรูปโดยไม่ทำลายความสมบูรณ์;
• การเชื่อมต่อ;
• อากาศและไฟหดตัว
• ทนไฟ

วันนี้มีการใช้สารเติมแต่งที่ทำให้ผอมบางและเสริมคุณค่าหลายชนิด ซึ่งช่วยให้สามารถเปลี่ยนคุณสมบัติของวัสดุในทิศทางเดียวหรืออีกทางหนึ่ง สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าผลิตภัณฑ์เซรามิกเป็นที่ต้องการมากขึ้นและราคาไม่แพง

แผนเทคโนโลยีการผลิต

ลักษณะของวัสดุเซรามิกบ่งบอกถึงความเป็นไปได้ของการใช้ดินเหนียวในอุตสาหกรรมต่างๆ สิ่งนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่ามีความต้องการมากและเป็นผลให้อุปทานเพิ่มขึ้น โรงงานผลิตส่วนใหญ่ทำงานตามรูปแบบเดียวกัน:

• สกัดวัตถุดิบ
• การเตรียมการ;
• ปั้นและเป่าแห้ง
• การคั่วและปล่อยผลิตภัณฑ์

เพื่อลดต้นทุน โดยปกติโรงงานจะถูกสร้างขึ้นในบริเวณใกล้เคียงกับแหล่งดินเหนียว การขุดจะดำเนินการในลักษณะเปิดนั่นคือด้วยรถขุด ขั้นตอนต่อไปคือการเตรียมมวล วัตถุดิบได้รับการเสริมแต่ง บด และผสมจนเป็นเนื้อเดียวกัน การก่อตัวของผลิตภัณฑ์เซรามิกในอนาคตดำเนินการโดยวิธีเปียกและแห้ง ในกรณีแรก มวลจะชุบมากถึง 25% และในกรณีที่สอง - ไม่เกิน 12%

เมื่อก่อนมักใช้การทำแห้งแบบธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ผลที่ได้ขึ้นอยู่กับสภาพอากาศเป็นส่วนใหญ่ ดังนั้นไม่ว่าจะฝนตกหรืออากาศหนาว ต้นไม้ก็หยุดนิ่ง ดังนั้นจึงใช้เครื่องอบผ้าแบบพิเศษ (แก๊ส) ขั้นตอนที่สำคัญที่สุดคือการยิง การปฏิบัติตามเทคโนโลยีซึ่งค่อนข้างซับซ้อนเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง มากยังขึ้นอยู่กับการระบายความร้อนของเซรามิกส์ ไม่อนุญาตให้อุณหภูมิลดลงอย่างรวดเร็วซึ่งอาจนำไปสู่ความโค้งของเครื่องบิน จากนั้นคุณสามารถขายวัสดุเซรามิกได้ เทคโนโลยีการผลิตอย่างที่คุณเห็นไม่ใช่เรื่องง่ายประกอบด้วยหลายขั้นตอน แต่ละคนจะต้องปฏิบัติตาม หากสิ่งนี้ไม่เกิดขึ้น เราสามารถแต่งงานกันได้บนชั้นวางของร้าน

เล็กน้อยเกี่ยวกับข้อเสียของเซรามิก

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว องค์ประกอบของวัสดุเซรามิกนั้นไม่เหมาะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสิ่งนี้ส่งผลต่อความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ดินเหนียว ความเสียหายทางกลใด ๆ สามารถปรากฏเป็นชิป รอยแตก ฯลฯ นี่คือข้อเสียเปรียบหลัก แต่มีปัจจัยอื่นๆ ที่ขัดขวางการเผยแพร่เนื้อหาที่เรากำลังพิจารณาอย่างกว้างขวาง หนึ่งในนั้นมีค่าใช้จ่ายสูง ตัวอย่างเช่น กระเบื้องเซรามิกสำหรับหลังคาบ้านในชนบทเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ยอดเยี่ยมจากมุมมองที่สวยงาม แต่ความสุขดังกล่าวจะมีราคาแพงมาก

ในขณะเดียวกันลักษณะที่ปรากฏจะมีอายุไม่เกิน 5 ปีด้วยความระมัดระวัง ในอนาคตจะเกิดการซีดจาง การปรากฏตัวของตะไคร่น้ำบนพื้นผิว ฯลฯ นอกจากนี้ ความเปราะบางและความเปราะบางยังนำไปสู่ความจริงที่ว่าความเสียหายทางกลอาจทำให้หลังคารั่วได้ และน้อยคนนักที่จะชอบมัน แน่นอนว่าวัสดุเซรามิกที่ทันสมัยนั้นดูน่าประทับใจมาก ซึ่งเกิดขึ้นได้จากพื้นผิวที่กว้างของสีและฝีมือการผลิตคุณภาพสูง แต่ก็ยังมีราคาแพงซึ่งมักจะทำให้นึกถึงความเหมาะสมของตัวเลือกดังกล่าว

สรุป

เราพิจารณาคุณสมบัติพื้นฐานของวัสดุเซรามิกแล้ว จากข้อมูลทั้งหมดข้างต้น เราสามารถสรุปได้ว่าผลิตภัณฑ์ดังกล่าวมีเอกลักษณ์เฉพาะ มันอยู่ในความจริงที่ว่าหากไม่มีความเสียหายทางกลพวกเขาจะใช้เวลานานมาก นอกจากนี้ วัสดุเซรามิกสำหรับการหล่อโลหะเหลวในโรงงานก็เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้เช่นกัน เพราะสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้

สำหรับชีวิตประจำวัน เซรามิกมีประโยชน์มาก อาหารพิเศษสำหรับทำอาหารในเตาอบถึงแม้จะเปลี่ยนรูปลักษณ์ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา แต่ก็ยังทำจากวัสดุนี้ พอร์ซเลนแม้จะมีราคาสูง แต่ก็มีรูปลักษณ์ที่หรูหราและเป็นที่ชื่นชอบ นอกจากนี้ยังใช้กับเครื่องปั้นดินเผาซึ่งหากดำเนินการอย่างถูกต้องจะแยกแยะได้ยากจากเครื่องเคลือบ

อย่างไรก็ตาม ต้องใช้วัสดุเซรามิก สาเหตุหลักมาจากการสำรองดินเหนียวธรรมชาติจำนวนมาก มีจำนวนมากและทุก ๆ ปีมีการพัฒนาเหมืองหินใหม่สำหรับการขุดทรัพยากรธรรมชาตินี้ ปัจจัยสำคัญประการที่สองคือความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เมื่อก่อนคนไม่มีโอกาสใช้สารเติมแต่งที่เป็นอันตรายเพื่อปรับปรุงลักษณะความแข็งแรงของผลิตภัณฑ์ วันนี้สถานการณ์เปลี่ยนไปแม้ว่าจะยังไม่วิกฤตมากนัก กระเบื้องเซรามิกไม่เป็นอันตรายต่อสุขภาพซึ่งแตกต่างจากวัสดุสังเคราะห์ สิ่งนี้ใช้กับจานเซรามิกด้วย ซึ่งเมื่อเทียบกับพลาสติก โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าอย่างหลังถูกทำให้ร้อน จะไม่ทำอันตรายเลย