חומר קרמי: מאפיינים, טכנולוגיית ייצור, יישום

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

כלי החרס הראשון הופיע הרבה לפני שאנשים למדו איך להמיס מתכת. סירים וכדים עתיקים שארכיאולוגים מוצאים עד היום הם הוכחה לכך. ראוי לציין כי לחומר הקרמי יש תכונות ייחודיות שהופכות אותו לפשוט הכרחי באזורים מסוימים. בואו נסתכל איתך על תכונות הקרמיקה, נדבר על הייצור והמאפיינים שלה.

מידע כללי

קבל מוצרי קרמיקה על ידי סינון חימר ותערובות עם תוספים אורגניים. לפעמים נעשה שימוש בתחמוצות של תרכובות אנאורגניות. המוצרים הראשונים מסוג זה הופיעו לפני 5,000 שנה. במהלך תקופה זו, טכנולוגיית הייצור השתפרה משמעותית, וכיום עומדים לרשותנו מוצרי קרמיקה בעלי חוזק גבוה. הם משמשים בבנייה לחיפוי חזיתות, רצפות, קירות וכו'.

יש כלי חרס עם רסיס צפוף ונקבובי. ההבדל העיקרי בין השניים הוא שהרסיס הצפוף עמיד למים. מדובר במוצרי פורצלן, אריחי רצפה וכו'רסיס - אריחים, אבן קרמיקה, צינורות ניקוז ועוד.

היסטוריה של התרחשות

פירוש המילה "קרמיקה" ביוונית הוא "חימר". באופן טבעי, תערובת כלשהי שימשה להכנת כל מוצר. נוספו לו החומרים הדרושים, בהתאם למה שצריך להשיג בסופו של דבר. בהתחלה, ביד, ומעט אחר כך במכונה מיוחדת, ניתנה צורה מיוחדת למוצר חימר. לאחר מכן, מוצרי קרמיקה נשרפים בכבשנים בטמפרטורות גבוהות.

מדינות רבות השתמשו בטכנולוגיות הייצור שלהן. זה חל על כלי חרס, ציור וזיגוג. מצרים נחשבת למדינה הראשונה שהשיגה פיתוח משמעותי של תעשייה זו. ייצור הקרמיקה שם הוקם מלכתחילה. המוצרים היו עשויים מחימר מחוספס ומעורב בצורה גרועה, אך מאוחר יותר השתפרה הטכנולוגיה. כיום נמצאות לבני חרס צהובות ששימשו לכאורה לבניית הפירמידות של ממפיס.

הופעת הפורצלן

Jade נמצא בשימוש בסין במשך זמן רב. זה היה יפה, אבל די שביר וקשה לטפל בו. לאחר שנים רבות של חיפושים, נמצא פתרון. קל יותר לייצור פורצלן. עם זאת, גם כאן היו ניואנסים. לדוגמה, נציץ וצוואוקה, שנמצאו ב"אבני חרסינה", נטחנו לאבקה דקה ואוחסנו במשך יותר מ-10 שנים. זה נעשה על מנת להפוך את החומר לגמיש ככל האפשר. ראשוןמוצרי פורצלן בסין היו כלים גבוהים ומוארכים. היה להם משטח מלוטש וצבע כחול או ירוק כהה. האחרונים היו מוערכים ביותר.

היום מאמינים שסין היא המדינה שבה הפורצלן הופץ הכי הרבה. זה נכון, למרות שהוא היה פופולרי באירופה, אבל הוא הופיע שם מאוחר יותר, וייצורו התפתח זמן רב יותר.

סוגים עיקריים של כלי חרס

כיום, למוצרי חימר יש סיווג רחב. אז, ניתן לחלק פריטי חרס לשתי קבוצות עיקריות:

• קרמיקה ללא זיגוג (טרקוטה וכלי חרס);
• מזיגוג (מג'וליקה, פאיאנס, פורצלן, חרסית).

טרקוטה - מאיטלקית "אדמה אפויה". המוצרים עשויים מחימר צבעוני ובעלי מבנה נקבובי. טרקוטה משמשת לייצור אגרטלים, כלים, כמו גם צעצועים ואריחים.

כלי חרס קשה יותר לעיבוד. על מנת להפוך אותו לעמיד למים, יש צורך בליטוש. יתר על כן, המוצר נתון להכתמה. לשם כך משאירים אותו בתנור חם בעשן עד שהוא מתקרר לחלוטין. כיום, סוגים רבים של קרמיקה, בפרט כלי חרס, הם פופולריים ביותר. הוא משמש בחיי היומיום לאחסון חלב, חומרים בתפזורת או כעיצוב.

לגבי הסוג השני - קרמיקה מזוגגת, פורצלן וכלי חרס הם הפופולריים ביותר כאן. הראשון יקר יותר ודורש עבודה בייצור, השני פרקטי וזול. הם נבדלים זה מזה בכך שמוצרי פורצלן מכיליםפחות חימר ויותר תוספים מיוחדים. בנוסף, הפורצלן שקוף באור, שלא כמו חרס.

אודות חסיני אש

מוצרים העשויים מתערובות חימר הם חסינים. בהתאם למטרה, הם יכולים לעמוד בטמפרטורות שבין 1,300 ל-2,000 מעלות צלזיוס, ואף יותר. נעשה שימוש בכבשן מיוחד לשריפת קרמיקה. חומרים עקשניים נמצאים בשימוש הנפוץ ביותר בתהליך המתכות. שם הם משמשים לתכנון תנורי פיצוץ ויחידות.

די הגיוני לומר שעם עליית הטמפרטורה, חוזק העקשן אינו אובד, אלא להיפך, עולה. זה מושג בשל נוכחותם של תחמוצות עקשן, סיליקטים ובורידים בהרכב. הם משמשים כמעט בכל מקום שבו מתרחשים תהליכים בטמפרטורה גבוהה. לעתים קרובות מאוד הם נמצאים יצוקים, כלומר, בצורה של מוצר מסוים, למשל, לבנים. לעתים רחוקות, יש צורך להשתמש בחומרים עקשנים לא מעוצבים בצורת אבקה.

קרמיקה בבנייה

היתרון של חומרים קרמיים הוא שהמלאי שלהם כמעט בלתי מוגבל. לצד קלות הייצור והעמידות הגבוהה של מוצר כזה, כיום הוא הכרחי בענף הבנייה. אם ניקח חומרי קיר, אז הלבנת החימר תופסת את העמדה המובילה כאן.

כך גם לגבי אריחי קרמיקה, שלמרות מראה הפולימרים, לא מאבדים קרקע. הוא עדיין משמש לצייד חדרים עם לחות וטמפרטורה גבוהה. בין חומרי הפניםחימר מורחב תופס את המקום הראשון.

במהלך השנים האחרונות, הייצור של בלוקים ולבנים קרמיקה חלולים גדל ב-4%. הייצור שלהם דורש שינויים מינימליים במפעלי לבנים ובמפעלים, בעוד העלויות משתלמות בשנה הראשונה למכירות. בחו ל, קרמיקה חלולה תפסה מזמן עמדה מובילה ונמכרת הרבה יותר טוב מלבנים רגילות.

חומרי קרמיקה מיוחדים

מוצרים כאלה כוללים צינורות סניטריים וביוב. הראשונים מחולקים לשלוש קבוצות גדולות:

• מפאיין קשה (רסיס נקבובי);
• סין סניטרית (רסיס מסונן);
• חצי-פורצלן (רסיס חצי אפוי).

הדרישות העיקריות לכלים סניטריים הן עמידות בפני נזק מכני, עמידות בחום. יש לעקוב אחר המתכון בסדר קפדני, כך גם בטכנולוגיה. נעשה שימוש רק בכבשן קרמיקה מקצועי ובחומרי גלם איכותיים. מוצרים סניטריים כוללים כיורים, אסלות, אמבטיות, רדיאטורים וכדומה. דרך בטוחה לבדוק את איכות המוצר היא הקשה קלה על המארז. הצליל צריך להיות ברור וללא רעשנים. זה מצביע על ירי בטמפרטורה הנכונה וללא סדקים.

באשר לצינורות הביוב, הם חייבים להיות בעלי רסיס צפוף. צינורות קרמיקה מיוצרים בקוטר של 150-600 מ מ. בדרך כלל מזוגגים מבפנים ומבחוץ. מוצרים כאלה מאופייניםעמידות גבוהה בפני סביבה אגרסיבית וזרם חשמלי תועה. המחירים שלהם מתונים, מה שהופך אותם לזולים יותר.

תכונות פיזיות וכימיות של קרמיקה

כפי שצוין לעיל, ניתן לחלק את כל המוצרים לשתי קבוצות רחבות: צפופים ונקבוביים. צפופים בעלי מקדם ספיגת מים של פחות מ-5%, נקבובי - 5% או יותר. הקבוצה האחרונה כוללת את המוצרים הבאים: לבני חרס (נקבוביות וחלולות), אבני קיר חלולות, רעפים, רעפים. מוצרי קרמיקה צפופים - לבני כביש ואריחי ריצוף. גם קרמיקה נקבובית וגם צפופה נמצאות בתעשיית הסניטריים.

אם כבר מדברים על תכונות פיזיקליות וכימיות, אי אפשר שלא לשים לב לחסרון המרכזי של קרמיקה. הוא מורכב משבריריות מוגברת בהשוואה לחומרים אחרים. עם זאת, זמינות גבוהה וגמישות הופכים את החומר הזה לאחד הפופולריים ביותר בתעשיות רבות ואפילו בחיי היומיום. טכנולוגיות מודרניות מאפשרות לקבל משטח חלק מיד לאחר הירי. אם אתה רוצה להשיג צבע מסוים, הוסף תחמוצות של ברזל או קובלט.

תכונות של המיקרו-מבנה

כאשר היא מחוממת, קרמיקה הופכת בהדרגה לנוזלית. הוא נבדל על ידי מספר רב של תרכובות פשוטות ומורכבות. בקירור מתרחשת התגבשות. זה בא לידי ביטוי במשקעים של גבישים טהורים, שמתגברים בגודלם. כאשר המסה מתקשה, היא נוצרת במבנהמיקרוקונגלומרט. בו, גרגירי מוליט הם מלט על ידי מסה מוקשה. כדאי לשים לב שאטומי החמצן יוצרים מעין מטריצה. הוא מכיל אטומי מתכת קטנים שמוחלפים בחללים שביניהם. כתוצאה מכך, קשרים יוניים שולטים במבנה המיקרו וקשרים פחות קוולנטיים. יציבות ויציבות כימית מושגות באמצעות נוכחות של תרכובות כימיות חזקות ועמידות.

כפי שצוין לעיל, השימוש בחומרים קרמיים מוגבל. זאת בשל העובדה שהגבישים אינם מושלמים. לסריגי קריסטל יש פגמים רבים: נקבוביות בגודל אטומי, דפורמציות וכו'. כל זה פוגע משמעותית בחוזק. עם זאת, יש כאן כמה ניואנסים. לדוגמה, אם הטכנולוגיה נצפית במהלך ייצור של סוג מסוים של קרמיקה, זה בהחלט אפשרי להשיג תוצאות טובות בחוזק. לשם כך, חשוב ביותר להקפיד על משטר הטמפרטורה ומשך הירי של המוצר.

מאפיינים ותכונות של חימר

חימר הוא סלע משקע שללא קשר להרכבו ולמבנהו, כאשר הוא מעורבב במים, יוצר חומר פלסטי. לאחר ירי - גוף דמוי אבן. בדרך כלל התערובת צפופה, מורכבת ברובה מאלומינוסיליקטים. לעתים קרובות למדי, סלעים כמו קוורץ, פלדספר, פיריטים גופרית, כמו גם הידרוקסידים וקרבונטים של תרכובות סידן, מגנזיום וטיטניום נמצאים גם בחמר.

קאולינים הם החימר הטהור ביותר הידוע כיום. כמעט כולו מורכב מקאוליניט. לאחר הצלייה מקבליםצבע לבן. הפלסטיות הנדרשת לעיבוד מושגת עקב נוכחותם של גרגירים עדינים של חומר חימר (0.005 מ מ) במבנה. מטבע הדברים, ככל שיש יותר חומר כזה בהרכב, הפלסטיות גבוהה יותר, ולהיפך.

התכונות הקרמיות העיקריות של חימר כוללות:

• פלסטיות - דפורמציה מבלי לשבור את השלמות;
• connectivity;
• התכווצות אוויר ואש;
• התנגדות לאש.

כיום נעשה שימוש בתוספי דילול והעשרה שונים, המאפשרים לשנות את תכונות החומר לכיוון זה או אחר. זה מוביל לעובדה שמוצרי קרמיקה הופכים אפילו יותר מבוקשים ובמחיר סביר.

סכימת ייצור טכנולוגית

מאפיינים של חומרים קרמיים מצביעים על אפשרות שימוש בחמר בתעשיות שונות. זה הוביל לכך שהיה ביקוש גדול, וכתוצאה מכך גדל ההיצע. מפעלי ייצור ברוב המקרים עובדים לפי אותו דפוס:

• מיצוי חומרי גלם;
• הכנה;
• עיצוב וייבוש;
• צלייה ושחרור מוצר.

כדי למזער עלויות, מפעלים נבנים בדרך כלל בסביבה הקרובה של מרבץ החימר. הכרייה מתבצעת בצורה פתוחה, כלומר עם מחפר. השלב הבא הוא הכנת המסה. חומרי גלם מועשרים, מרוסקים ומערבבים עד לקבלת מסה הומוגנית. היווצרות המוצר הקרמי העתידי מתבצעת בשיטות רטובות ויבשות. במקרה הראשון, המסה מורטבת עד 25%, ובשני - לא יותר מ-12%.

בעבר נעשה שימוש לעתים קרובות בייבוש טבעי. עם זאת, התוצאה הייתה תלויה במידה רבה במזג האוויר. לכן, בגשם או בקור, הצמח עומד במקום. לכן משתמשים במייבשים מיוחדים (גז). הצעד הקריטי ביותר הוא ירי. חשוב ביותר לעמוד בטכנולוגיה, שהיא די מורכבת. הרבה תלוי גם בקירור הקרמיקה. ירידה חדה בטמפרטורה אסורה, מה שעלול להוביל לעקמומיות של המטוס. רק אז אתה יכול למכור חומרים קרמיים. טכנולוגיית הייצור, כפי שניתן לראות, אינה פשוטה, היא מורכבת ממספר שלבים. יש לעקוב אחר כל אחד מהם. אם זה לא יקרה, אז על המדפים של החנות נוכל לפגוש נישואים.

קצת על החסרונות של קרמיקה

כפי שכבר ציינו, הרכב החומרים הקרמיים אינו אידיאלי. בפרט, זה משפיע על חוזק מוצר החימר. כל נזק מכני יכול להתבטא בשבב, סדק וכו'. זהו החיסרון המרכזי. אך ישנם גורמים נוספים המעכבים את ההפצה הנרחבת של החומר שאנו שוקלים. אחד מהם הוא עלות גבוהה. למשל, אריחי קרמיקה לגג בית כפרי הם פתרון מצוין מבחינה אסתטית, אבל תענוג כזה יהיה יקר מאוד.

במקביל, המראה שלו יחזיק מעמד לא יותר מ-5 שנים עם טיפול נאות. בעתיד מתרחשת דהייה, הופעת טחב על פני השטח וכו' יחד עם זה, שבריריות ושבריריות מובילות לכך שכלנזק מכני יכול לגרום לגג לדלוף, ומעט אנשים יאהבו את זה. כמובן, חומר קרמי מודרני נראה מאוד מרשים, אשר מושגת בשל מרקם רחב של צבעים ואיכות הביצוע. אבל זה עדיין יקר, מה שגורם לא פעם לחשוב על ההתאמה של בחירה כזו.

סיכום

שקלנו את התכונות הבסיסיות של חומרים קרמיים. בהתבסס על כל האמור לעיל, אנו יכולים להסיק שלמוצרים כאלה יש ייחודיות מסוימת. זה טמון בעובדה שבהיעדר נזק מכני, הם יחזיקו מעמד זמן רב מאוד. בנוסף, חומר קרמי ליציקת מתכת נוזלית במפעלים הוא גם הכרחי, מכיוון שהוא יכול לעמוד בטמפרטורות גבוהות.

באשר לחיי היומיום, אז קרמיקה שימושית מאוד. כלים מיוחדים לבישול בתנור, למרות ששינו את המראה שלהם עם השנים, עדיין עשויים מחומר זה. לפורצלן, למרות עלותו הגבוהה, יש מראה אלגנטי ופשוט נעים לעין. זה חל גם על כלי חרס, שאם הם מבוצעים כהלכה, קשה להבדיל מחרסינה.

בכל מקרה, יש להשתמש בחומר קרמי. זה נובע בעיקר מהעתודות הגדולות של חימר טבעי. יש ממש הרבה ממנו, ובכל שנה מפותחות יותר ויותר מחצבות חדשות להפקת משאב הטבע הזה. הגורם החשוב השני הוא ידידותיות לסביבה. בעבר, לאנשים לא הייתה הזדמנותהשתמש בכל תוסף מזיק כדי לשפר את מאפייני החוזק של המוצר. היום המצב השתנה, אם כי לא באופן קריטי מדי. אריחי קרמיקה, בניגוד לחומרים סינתטיים, אינם מזיקים לבריאות. זה תקף גם לכלי קרמיקה, שבהשוואה לפלסטיק, במיוחד אם האחרון מחומם, אינם גורמים נזק כלל.