В производстве керамики усадка при обжиге существенно влияет на стабильность размеров и выход годной продукции. Чрезмерная усадка вызывает деформацию, растрескивание или даже брак, что увеличивает производственные затраты и энергопотребление. Снижение усадки при обжиге не только повышает стабильность качества керамических изделий, но и снижает энергопотребление и потери сырья. Оптимизация состава керамических материалов и процессов обжига являются ключевыми подходами к достижению этой цели.
Причины и последствия усадки при обжиге
Усадка при обжиге возникает преимущественно на двух этапах:
Физическое уменьшение объема: выведение свободной и адсорбированной воды из организма.
Химическая усадка: При высоких температурах внутри компонентов тела происходят физико-химические реакции, включая муллитизацию, образование жидкой фазы, плавление кварца и вытеснение газа из пор. Эти процессы вызывают перегруппировку частиц и увеличение объема.
Суть оптимизации рецептуры заключается в контроле и минимизации объемных изменений, возникающих в ходе этих процессов, путем корректировки типов и пропорций сырья.
Оптимизация состава тела и минерального сырья
Рациональный выбор силикатного сырья Традиционные формы для спекания состоят преимущественно из каолинита, кварца и полевого шпата. Избыток каолинита вызывает значительную усадку при обжиге, в то время как полевой шпат действует как флюс, способствуя уплотнению. Путем регулирования соотношения кварца и полевого шпата, контроля содержания жидкой фазы и температуры спекания достигается уплотнение формы без чрезмерной усадки. | Введение армирующих агентов Добавление талька способствует образованию фаз муллита и андалузита, повышая прочность керамики повседневного использования. Узловатые муллитовые нитевидные кристаллы подавляют усадочное растрескивание, одновременно повышая прочность на изгиб. |  |
III. Корректировка гранулометрического состава частиц
| Распределение частиц по размерам определяет плотность изделия. Крупные частицы образуют каркас, а мелкие заполняют пустоты, уменьшая степень усадки. Оптимизированные составы повышают эффективность уплотнения и стабильность изделия. Крайне важно уменьшить долю пластичных компонентов, поскольку избыток глины выделяет структурную воду во время обжига, вызывая сильную усадку объема. Минимизируйте использование высокопластичных глин, частично заменяя их непластичными минералами или флюсами. |  |
IV. Процесс и обжиг
| Добавление флюсов (например, полевого шпата, талька, солей щелочных металлов) снижает температуру обжига, предотвращая чрезмерную усадку при высоких температурах. Введение талька и TiO₂ может снизить температуру обжига на 30 °C, обеспечивая стабильную структуру при более низких температурах для улучшения характеристик керамики, используемой в повседневной жизни. Быстрый нагрев или недостаточное время выдержки могут вызывать неравномерные внутренние напряжения в материале, увеличивая вариативность усадки. Контроль температуры должен быть поэтапным: фаза дегидратации → фаза уплотнения → фаза выдержки, обеспечивая равномерную усадку. |  |
Резюме и рекомендации
Эффективная оптимизация состава материала для обжига позволяет снизить усадку за счет: корректировки соотношения сырья для умеренного снижения использования высокопластичной глины; добавления армирующих агентов для стимулирования образования муллита; использования частиц соответствующего размера для повышения стабильности материала.
Сочетание этих мер не только улучшает стабильность размеров и выход годной продукции из керамики, но и снижает энергопотребление, продвигая керамическую промышленность к энергоэффективности, экологической устойчивости и высококачественному развитию.