Tehnologii de fabricare a materialelor ceramice tehnice
2. TEHNOLOGII DE FABRICARE A MATERIALELOR CERAMICE TEHNICE
2.1. Noiuni generale 2.2. Prepararea maselor ceramice 2.3.
Fasonarea maselor ceramice 2.4. Uscarea 2.5. Arderea 2.1. Noiuni
generale Procesul tehnologic de fabricare a produselor ceramice
cuprinde succesiunea operaiilor i proceselor, tabelul 2.1, prin
care una sau mai multe materii prime convenabil alese, sunt
preparate, fasonate, supuse tratamentului termic i finisate
corespunztor caracteristicilor i cerinelor de utilizare ale
produselor respective, [89]. Materialul preparat poart numele de
mas ceramic. Pn la efectuarea tratamentului termic masa ceramic se
numete crud iar apoi poart denumirea de mas ars. Schematizarea
traseului tehnologic folosit n general pentru obinerea produsului
ceramic finit se poate vedea i n figura 2.1. 2.2. Prepararea
maselor ceramice Masele ceramice sunt materii prime naturale sau
obinute prin sintez. Prin operaii specifice se realizeaz o mas
numit compoziie, avnd granulaia i omogenizarea potrivite cu
procedeul de fasonare adoptat i cu textura pe care trebuie s o
capete masa ceramic n urma tratamentului termic.Tab. 2.1. Faze i
operaii tehnologice Faze Operaii Scop principale Prelucrarea
materiilor Distribuia prime: mrunire, granulometric a clasare,
sortare, solidului dispers omogenizare Sistem dispers Formare mase
fluide, omogen cu Preparare plastice sau granulare granulometrie
controlat Sistem dispers cu proprieti reologice adaptate
procedeului de fasonare Turnare Aducerea masei Fasonare preparate
la forma Extrudare dorit Laminare etc. Tratament termic la
Eliminarea apei sau a
Caracteristici Curba granulometric Distribuia granulometric a
fazelor amestecate Concentraie Stabilitate Fluiditate
Plasticitate
Dimensiuni Aspect Porozitate Textur Contracie
10
Tehnologii de fabricare a materialelor ceramice tehnice
Uscare
Ardere
temperaturi medii (1002000C) Tratament termic la temperaturi
ridicate Descompuneri termice Reacii n faz solid, sinterizare,
vitrificare Prelucrare mecanic Glazurare Decorare
altor elemente volatile Realizarea fazelor cu compoziia i
structura necesare Obinerea texturii dorite Protecie Stabilitate
chimic Aspect, esteticMASA CERAMICA
Rezisten mecanic Densitate Form Aspect Structur Textur Proprieti
Caracteristici de produs
Finisare
Fig. 2.1. Etapele procesului de fabricare a materialelor
ceramice
11
Tehnologii de fabricare a materialelor ceramice tehnice
Masa preparat se consider omogen atunci cnd, fiind constituit
dintr-un sistem dispers, fazele devin uniform dispersate
(amestecate omogen) sau exist o granulaie omogen. In faza de
preparare pot s intervin operaii de prelucrare a materiilor prime
(mrunire, clasare, sortare, etc.) de omogenizare a componenilor
precum i de formare a unor mase fluide (barbotine), plastice
(paste) sau granulare. Scopul final al tuturor acestor operaii este
obinerea sistemului dispers omogen, cu granulaie controlat, care s
corespund att condiiilor reologice impuse de procedeul de fasonare
ct i desfurrii proceselor fizico-chimice care, n urma
tratamentului, determin compoziia fazal i formarea texturii
corpului ceramic. Materiile prime, naturale sau de sintez, se aduc
la gradul de dispersie necesar prin operaii de mrunire. Pentru
produsele cu textur fin granulele trebuie s fie de ordinul 10-2 mm
sau mai mici. Mrunirea se poate realiza uscat sau umed. Utilajele
pentru mrunire se aleg n funcie de dimensiunea i de duritatea
granulelor ce trebuiesc obinute. Operaiei de mrunire i se
subordoneaz clasarea i sortarea. Prin clasare se nelege separarea
solidelor polidisperse n fraciuni (clase) granulometrice. Sortarea
const n exculderea fazelor nedorite. In urma procesului de mrunire
rezult, de obicei, granule care difer ca form i dimensiune. Pentru
a caracteriza particulele unui sistem dispers sunt acceptate ca
mrimi reprezentative greutatea i diametrul echivalent al acestora.
Cnd forma granulelor este foarte deprtat de cea sferic, diametrul
echivalent nu mai este reprezentativ. O caracteristic important a
solidului polidispers este distribuia sa granulometric, adic
proporia de particule cu anumite dimensiuni (fraciuni
granulometrice). In solidul polidispers exist un anumit volum de
goluri ce depinde de distribuia granulometric, de proporia
particulelor monodisperse sau de raportul dintre cele mai mari i
cele mai mici particule. Prezena celui de-al doilea component cu
dimensiuni mai mici determin scderea numrului de goluri
corespunztor raportului dintre dimensiunea particulelor mici i
mari. Dou sau mai multe materii prime disperse se pot amesteca i
omogeniza ca sisteme fluide, plastice sau granulare. Amestecarea
umed necesit un mediu de dispersie lichid, de obicei apa.
Amestecarea n stare plastic se aplic materiilor pime care sunt prea
uscate pentru a curge i a se amesteca asemntor lichidelor i totodat
prea umede pentru a se amesteca precum pulberile uscate.
Amestecarea n stare uscat se aplic pulberilor formate din particule
care nu se aglomereaz. Dup proporia de faz solid sistemele disperse
se pot clasifica astfel: - sisteme cu comportare fluid (barbotine);
- sisteme cu comportare plastic (paste); - mase granulare. Dac n
procesul de amestecare gradul de dispersie este mare, fora
gravitaional sau cea provenit din procesul nsui este anihilat de
forele de coeziune i masa aglomereaz singur. Prepararea se poate
executa prin procedeul umed sau uscat. Prepararea prin procedeul
umed cuprinde urmtoarele operaii: mrunirea umed a componenilor
neplastici i delaierea (mrunire umed) componenilor plastici,
dozarea, omogenizarea umed, separarea fazei lichide prin filtrare
sau atomizare, macerare, dezaerare. Procedeul umed asigur controlul
riguros al dozrii componenilor, o finee mai bun i o mai bun
omogenizare a materiilor prime. Prepararea prin procedeul uscat
cuprinde operaiile de mrunire a componenilor degresani i plastici,
dozare, umezire i omogenizare n malaxoare, macerare. In comparaie
cu procedeul umed, procedeul uscat necesit mai puine operaii,
utilaj mai puin complex i spaiu mai mic. Controlul dozrii
materialelor este n schimb mai deficitar deoarece umiditatea
natural a acestora (3-13%) este un parametru mai greu de controlat.
Mrunirea fin a materialelor se realizeaz n mori cu tambur rotitor i
corpuri de mcinare. Materialele sunt sfrmate cu ajutorul valurilor
apoi executndu-se delaierea (dezagregarea n ap), n vase prevzute cu
agitatoare. Amestecul este trecut prin site avnd dimensiunea
ochiurilor de 0,06 mm i deferizate, apoi dozate n vederea
omogenizrii. Dozarea se poate face volumetric sau gravimetric n
funcie de greutatea litric. 12
Tehnologii de fabricare a materialelor ceramice tehnice
Omogenizarea se execut n vase de amestecare prevzute cu
agitatoare palet sau elicoidale. Dup omogenizare amestecul este
trecut prin sit dup care urmeaz deferizarea magnetic. Impuritile
mecanice sunt reinute la trecerea prin site vibratoare.
Deshidratarea este operaia prin care se ndeprteaz o parte din apa
care se afl n amestec. Separarea apei se poate face fie mecanic -
prin filtrare, fie termic - prin evaporare, fie electric - prin
electroforez. Macerarea este operaia prin care masa ceramic,
deshidratat, se pstreaz un timp (zeci de zile) n atmosfer umed. In
cursul depozitrii au loc procese fizico-chimice i bio-chimice ale
cror rezultate se manifest prin creterea plasticitii masei. Masa
crud astfel obinut, conine, dup deshidratare i macerare, o
cantitate de faz gazoas sub forma unor incluziuni de aer i un
anumit gradient de umiditate. In aceste condiii devine necesar
operaia de omogenizare i dezaerare executat pe malaxoare sau prese
cu vid. 2.3. Fasonarea maselor ceramice Prin fasonare se nelege
operaia prin care materialul ceramic capt forma final sau
semifinal. Procedeul de fasonare se alege n funcie de starea sau
consistena maselor fluide, plastice sau solide granulare i de forma
pe care trebuie s o capete piesa n final. Stabilirea formei
constructive a piesei din ceramic trebuie fcut n strns corelaie cu
rolul su funcional, cu modul de solicitare n exploatare i condiiile
generale de lucru. Procedeele de fasonare ce utilizeaz sisteme
fluide (barbotine) implic forme n care masa fluid curge sub propria
greutate sau este injectat sub presiune. Procedeele care au n
vedere comportarea plastic a materialului folosesc fenomenul de
curgere a materialului care intervine atunci cnd fora aplicat
depete valoarea de prag a sistemului. Procedeele care utilizeaz
solidele granulare au n vedere procesele ce se desfoar la nivelul
fiecrei granule n interior i la suprafa. Fa de procedeele
convenionale de fasonare la rece, exist tehnici i utilaje pentru
fasonarea la cald. Astfel, temperaturile de fasonare ajung la
limita de comportare plastic a solidului nsui, neprelucrat cu
liant. Exist n prezent procedee i tehnici care fac posibil obinerea
oricrei forme din aproape orice material. Fasonarea se poate rezuma
la un material bine pregtit i un utilaj ales n mod convenabil.
2.2.1. Formarea prin presarea maselor granulare Presarea maselor
granulare este procedeul de fasonare prin care se obin mase
ceramice compacte ca urmare a deformrii granulelor sub aciunea
forelor de presare, [99]. Compactarea prin presare se aplic n cazul
unor produse variate din ceramic. Mrimea granulelor din care se
fasoneaz aceste produse poate varia de la 0,05 m la 1 mm. Masele
formate din pulberi fine sau ultrafine se granuleaz cu ajutorul
lianilor. 2.2.1.1. Formarea prin presare direct Formarea prin
presare umed (crud sau verde), figura 2.2.a, se caracterizeaz prin
faptul c, amestecul ceramic de formare conine pn la 8-12% ap iar
presiunea de formare variaz ntre 1 i 20 MPa. Dac amestecul
respectiv nu depete 8% n coninutul de ap presarea este
direct-uscat. In acest caz, presiunea de formare n matri trebuie s
depeasc 30 MPa. Prin presarea directumed sau uscat pot fi obinute
produse cu configuraii complicate i precise dimensional i ca form
geometric. Indiferent de gradul de umiditate a amestecului ceramic,
datorit frecrii acestuia cu pereii cavitii matriei i de-a lungul
nlimii produsului, variaz i gradul de compactare a produsului
format, figura 2.2, [90]. Astfel, dac L/D=0,45, presiunea variaz de
la 60 la 100 MPa dea lungul nlimii L n timp ce pentru 0,45
