Analysis of the interaction between properties and microstructure of construction ceramics

Abstract

Many different building materials are made of ceramic, for example, pipes, tile, roof tile, and brick. Ceramic ware is an absolutely natural and eco-friendly product. Ceramics has strength, hardness, resists the effects of fire, water, and different chemical substances. Common, facial and clinker bricks are of particular interest. The microstructure and the phase composition of the above-stated ceramics are analyzed. The common brick contains a thermally altered clay component and, as a result, has high water absorption values. The homogeneous physical-ceramic properties of the facing brick are associated with sufficient content of lean components in ceramics mass for its manufacturing. In clinker bricks production, along with the addition of an optimal quantity of lean additives, it is important to select the correct temperature-time mode while blinking the clinker in order to achieve the intensive liquid-phase sintering. As a result, the product must have a strong solid structure with water absorption of 4-5 %; there should be no deformation, no cracking, no "re-burning", no puffing of the brick. The interrelation of the microstructure of the structural ceramics crock with its properties was shown by these studies. The established correlation makes possible to control and "manage" the quality of products promptly and expeditiously, to reduce the number of defective brick units during production. The necessity of thorough study of microstructure formation features during the design of compositions for decorative coatings is revealed. Визначено основні властивості керамічної цегли різного призначення. Досліджено мікроструктуру та фазовий склад рядової, лицьової та клінкерної цегли. Встановлено взаємозв’язок мікроструктури і фазового складу дослідних матеріалів з водопоглинанням, механічною міцністю при стисканні та морозостійкістю. Результати досліджень дали можливість визначити особливості формування керамічного черепка та пояснити фізико-хімічні процеси при спіканні. Встановлено, що рядова цегла містить переважно термічно змінену глинисту речовину з невисокою кількістю склофази. У зв’язку з зазначеним, через неповне рідкофазне спікання, рядова цегла має високі значення водопоглинання (10–14 %) при низькій міцності (7,5–12,5 МПа). Лицьова цегла має більш розвинену склофазу, яка міцно з’єднує кристалічну фазу. Остання представлена такими мінералами, як β-кварц, мікроклін, альбіт, муліт та ін. Головним завданням виробництва лицьової цегли є забезпечити оптимальну дисперсність вихідних сировинних матеріалів і досягти рівномірного розподілу мінералів по всьому об’єму виробу. Клінкерна цегла має більш складний механізм спікання, оскільки при використанні вихідної грубодисперсної маси необхідно отримати щільну однорідну структуру виробів. Головними особливостями керамічної маси є введення до її складу опіснюючих добавок, які забезпечать стійкість виробів до деформації під час випалу, і плавнів, які мають забезпечити інтенсивне рідкофазне спікання. При випалі таких виробів потрібно правильно вибрати температурно-часовий режим, який буде відповідати інтервалу спікання основного глинистого матеріалу. Це необхідно для того, щоб, з одного боку, отримати міцну щільну структуру виробу з водопоглинанням 4–5 %, а з іншого – уникнути таких видів браку, як деформація, розтріскування, «перевипал», спучування і т. д. Результати досліджень можуть бути застосовані у виробничих умовах на підприємствах галузі з метою контролю якості продукції і усунення можливих причин браку, пов’язаного з порушенням технологічного режиму виробництва.