Обжиг спрессованного сырца

При обжиге сырца, спрессованного из порошкообразной массы, приходится учитывать своеобразие его структуры, ибо механизм образования керамического черепка у изделий пластического и полусухого прессования неодинаков. Рассмотрим различие этого механизма для случая легкоплавких глин. Структуру свежесформованного сырца пластического формования, т. е. структуру пластичного глиняного теста, в самом схематическом приближении можно представить следующим образом . Отдельные агрегированные кусочки глины, а главным образом их тощая составляющая часть — кварцевый песок, распределены более или менее равномерно в суспензии коллоидной фракции  глины. Дисперсионной средой этой суспензии является водный раствор растворимых солей, содержащихся в глине, а дисперсной фазой—находящаяся в этом растворе во взвешенном состоянии коллоидная фракция глинистых минералов. Эта суспензия наполнена более крупными частицами кварца  и агрегированными, не распустившимися в воде кусочками глины, которые являются как бы «заполнителями» этой суспензии.

Во время сушки, по мере испарения из сырца влаги, зерна заполнителя сближаются между собой, контактируясь в отдельных точках и гранях, и образуют таким образом скелет высушенного изделия. Суспензия, высыхая, осаждает на скелете свою коллоидную фракцию. Таким образом, зерна заполнителя оказываются покрытыми сплошной «обмазкой»  из коллоидной фракции глины. Эта обмазка является наиболее легкоплавкой частью всей керамической массы, так как в ее составе находятся растворимые соли, имеющие наиболее низкие эвтектические температуры. Важным в данном случае является и то обстоятельство, что при незначительной общей концентрации этих солей в керамической массе местная концентрация их на контактных поверхностях отдельных зерен может достигать существенной величины. По мере нагревания сырца при достижении эвтектических температур эта обмазка плавится, образуя стекловидную фазу , которая цементирует контактные поверхности отдельных зерен. Кроме того, в образовавшемся жидком расплаве частично растворяются поверхностные слои зерен наполнителя, образуя пересыщенные растворы, из которых выкристаллизовываются новые минералообразования, цементирующие скелет в виде кристаллических сростков. Жидкая фаза, образующаяся на контактных поверхностях, затекает в трещины и поры и стекает к поверхностям частиц, не пришедших еще в контакт, увеличивая тем самым общую величину контактной поверхности.

Очевидно, что количество, состав и состояние жидкой фазы во многом определяют свойства обожженного керамического изделия аналогично тому, как в обычном строительном бетоне его свойства зависят от свойств заполнителя и цементного камня. Так, например, при повышенной вязкости и малой подвижности жидкой фазы затрудняются ее перемещение и цементация еще не склеенных поверхностей, что снижает прочность изделия. Напряженное состояние стекловидной фазы, аналогично неотожженному стеклу, повышает хрупкость керамического изделия.

По-иному развивается процесс формирования черепка в керамическом изделии полусухого прессования. Его можно представить себе следующим образом. В массе глиняного порошка, поступающего на прессование, имеются разнородные по влажности агрегированные глиняные частицы соответственно различной плотности и различной твердости. Сами агрегированные частицы глиняного порошка также неоднородны по твердости, так как наряду с пластичной увлажненной массой глинооб-разующих минералов в них содержатся и более крупные зерна тощего материала — главным образом зерна кварца.

В процессе прессования сырца сначала сближаются отдельные агрегированные частицы глины, затем наступает их деформация, а в последней стадии прессования более твердые частицы глины вдавливаются в более мягкие. Более сухие частицы глины проникают в мягкие увлажненные частицы. Точно так же и твердые зерна кварца вдавливаются в более мягкие агрегированные частицы глины. Возникающие при этом большие силы трения обусловливают прочное сцепление отдельных глиняных частиц в единый агрегированный сросток. Однако в нем отдельные частицы глины все же имеют между собой поверхности раздела, что коренным образом отличает эту структуру от структуры сырца пластического формования, имеющего сплошную массу «коллоидального вяжущего». При полусухом прессова­нии «массив» сырца образуется механическим сближением отдельных зерен керамического порошка, в котором каждое зерно имеет структуру, аналогичную пла­стичному тесту, а в сырце между ними остаются существовать поверхности раздела, несмотря на кажущееся сильное взаимодействие между зернами порошка при его прессовании.

В сырце полусухого прессования существенно изменяется роль коллоидной фракции. Она действует главным образом не на контактных поверхностях частиц, а внутри самих частиц и агрегирует первичные зерна минералов в глинистую частицу, а не цементирует спрессованные частицы друг с другом.

При таком размещении коллоидной фракции жидкая фаза при обжиге развивается в первую очередь не на контактных поверхностях глиняных агрегатов, а внутри их. На контактных поверхностях глинистых агрегатов возникает относительно небольшое количество жидкой фазы. Оно не обеспечивает сплошной цементации контактных поверхностей. Цементация носит в этом случае характер контактного спекания аналогично «точечной сварке» . Этим объясняется пониженная сопротивляемость изделий полусухого прессования изгибу.

Ослаблению контактов между спрессованными глинистыми агрегатами способствует и своеобразный характер усадки в сырце полусухого прессования. Это своеоб­разие заключается в том, что в сырце полусухого прессования каждая частица глины будет претерпевать усадку локально и вследствие этого сокращаться в раз­мерах будет не весь массив сырца, а в отдельности каждая частица, отодвигаясь от соседней, вызывая появление напряжений и трещин на поверхностях раздела спрессованных глиняных частиц. Для заполнения этих трещин жидкой фазой необходимо увеличенное ее количество, которое возможно получить лишь за счет повышения температуры обжига.

Таким образом, своеобразие структуры и механизма формирования керамического черепка полусухого прессования обусловливает его пониженное сопротивление изгибу, повышенную водои газопроницаемость, необходимость более высоких температур обжига и в связи с этим применения керамических масс с большим интервалом спекания. Создание восстановительной среды как в теле обжигаемого кирпича (запрессовкой угля в сырец), так и в печном пространстве в последней стадии обжига имеет для интенсификации процессов спекания при обжиге кирпича полусухого прессования еще большее значение, чем при обжиге изделий пластического формования.