Особине сировина

Карактеризација

Керамичке сировине се најчешће користе као ровне компоненте (онакве какве смо их извадили, чији састав варира с обзиром на лаке и честе промене квалитета сировине на самом лежишту). За сигурну примену је важно познавати елементарне карактеристике материјала са којим се ради, ради добијања што квалитетнијих производа – што мањег шкарта при раду. Друга је ситуација са пречишћеним или оплемењеним сировинама код којих су најважније карактеристике потпуно дефинисане и углавном непроменљиве, што олакшава рад и пружа сигурност при раду. Глина је главна сировина у уметничкој керамици, па је за рад са њом неопходно познавање њених карактеристика. За потпуну карактеризацију глине некада је потребно одређивање и преко 20 различитих карактеристика. Док за друге сировине, пре свега из реда опошћивача и топитеља довољно је одредити 3-4 карактеристике и да се већ има потпун увид у квалитет материјала. Довољно је познавати хемиски, минеролошки и гранулометријски (величина честице) састав, па да се без проблема користе у керамичкој маси. Од особина које треба одредити код сировина имамо: хемиски састав, минералошки састав, гранулометријски састав, влага, скупљање,пластичност, нормална конзистенција (колико оптимално воде треба додати), везивност, боја печења, механичке карактеристике, ватросталност, температурно синтеровање (оптимална температура за печење), скупљање при печењу, реолошке (особине суспензије).

Технолошке особине: обрадивост теста, густина суспензије, обрадивост материјала, (ако су пластичне масе) литарска маса.

Влажност

Величина која се увек одређује без обзира да ли се ради о сировини, маси или полупроизводу. Влажност дефинише количину воде у материјалу, која се може елиминисати сушењем на температури од 105^о -110^о. Стајањем на ваздуху влага материјала пада, али потпуно сушење треба извршити у сушари на поменутој температури. Потом је производ потпуно сув и може да иде на печење. Одређујемо две врсте влажности: релативна и апсолутна влага. Релативна влага је садржај влаге у материјалу у односу на масу влажног материјала (влага у односу на масу). Апсолутна влага се дефинише као маса воде у односу на масу суве супстанце, сувог материјала.

Wr = (Mvm - Msm) / Mvm  x 100%      Wa = (Mvm - Msm)/ Msm  x 100%

Mvm - маса влажног материјала

Msm - маса сувог материјала

Скупљање материјала

Сви керамички материјали се обликују у присуству воде, чији садржај варира у широким границама. У зависности од количине воде, производи ће се различито скупљати, све што је већа количина воде у материјалу, скупљање је све веће. Што више воде испари, скупљање је веће. У керамици имамо две врсте скупљање:

- скупљање при сушењу

- скупљање при печењу

Скупљање се једноставно одређује. Направи се плочица на којој се утисну зарези на растојању од 100mm, па се током сушења и печења може пратити скупљање.

Скупљање се израчунава:

S=(lo – l1)/ l1 x100%

lo – полазна димензија влажног узорка у милиметрима

l1 – димензија узорка након сушења

Сушење треба вршити лагано, не одмах у сушари, плочица не сме бити много танка, да неби дошло до деформације. Мерење се врши шублером или лењиром.
 

Гранулометријски састав

Значајан податак за сваку сировину. На основу њега се утврђује величина честица или величина зрна, као и расподела величина честица унутар материјала. Гранулометријском анализом се пореди квантитативни однос појединих фракција, што је важно у пракси, за материјале чије су честице изнад 63 микрометра. Гранулометријски састав се одређује ситовном анализом, односно серијом гарнитура сита различитих отвора. За честице испод 63 микрометра користи се метода заснована на седиментацији - таложење. Ситовна анализа се ради тако што се одмери одређена количина материјала (100 грама) и сипа се на горње сито из серије.Серија сита намештена је тако да је на врху увек најкрупније сито, а на дну најситније. Обично се поставња у посуду која се назива дно серије. У индустрији се серија сита ставља на трескалицу. За величине фракције испод 63 микрометра користе се седиментационе методе , у које убрајамо Андреасенову методу (метода Андреасенове пипете) помоћу седиментационе ваге. Најпрецизније се мери ласерским анализама. Величина честице се може одредити и преко специфичне површине (Сп) - можемо је дефинисати као однос између површине праха који испитујемо и његове масе(М).

 Сп= С/М       (m²/g)

Заснована на апсорпцији гаса, бет метода ради на апсорпцији течног азота. Примењује се за веома ситне честице, а за крупне материјале (као што су цементи) користи се метода по Блену.
 

Губитак жарењем

Све сировине, а нарочито глине током жарења губе део своје масе, због сагоревања органског материјала или због разлагања различитих врста соли и испаравања гасова као што су CO₂ и SO₃ , или због различитих оксидо-редукционих процеса. Велики део губитка масе је условљен одласком различитих категорија воде. Мали губитак се јавља и одласком механичких категорија воде и хидроскопске воде, што се обично дешава на температури око 110^о. Конструкциона вода одлази ма вишим температурама, које су код каолинита око 500^о а код илита и монтморионита и изнад 700^о. Одлазак ових категорија воде условљава и промену структуре материјала. Након одласка конституционе воде глина због губитка своје пластичности прелази у своје непластично стање, а такав материјал је познат као керамички цреп. Губитак жарењем се одређује тако што се одређена количина материјала жари на температури од 1000^о и након хлађења поново одређује маса материјала. Због различитих хемиских реакција у материјалу долази до губитка материјала.

ГЖ= м/мсс x 100%

м – губитак масе при жарењу до константне масе

мсс – маса суве супстанце

Велики губитак масе имају глине са високим процентом карбоната, са доста органског материјала, али и глине које садрже велики проценат конституционе воде. Шта је условило велики губитак жарењем, најбоље се може видети анализом различитих кривих које се могу добити појединим инструменталним методама као што су термогравиметријска метода, диференцијално техничка и дилатометарска метода.

Хемиски састав

Најважнија карактеристика. Из те анализе се може проценити квалитет материјала, минералошки састав, присуство нечистоћа, температура печења, боја... Хемиска анализа обухвата релативно мали броја оксида који улазе у састав керамичког материјала: SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, TiO₂, CaO, MgO, K₂O, Na₂O

Према хемиском саставу, може се проценити и менералошки састав. На основу два параметра може се проценити ватросталност глине и могућности примене за дате потребе.
 

Пластичност

Основна карактеристика свих глина. Оне су једине природне сировине које поседују ово својство. Захваљујући томе, глина може да се обликује и под дејством мале силе, па пластичност можемо дефинисати као способност глине или керамичког материјала да се обликује под дејством мале силе, али и да задржи дати облик и по престанку дејства сила. Поред чисте глине, пластичност поседују и кера (масе на бази глине), у којима је проценат глине различит и креће се од минимум 30%. Захваљујући томе, глина је основна сировина у керамици и у производњи различитих типова керамичких маса (фајанс, полупорцелан, порцелан). У уметничкој керамици глина често представља једину сировину за прављење керамичких производа. Да би глина имала својство пластичности, њој се мора додати вода. У контакту са многим другим течностима, пре свега са неполарним, глина нема својство пластичности. Да би глина могла да се обликуј, потребно је додати одређену количину воде која даје квалитет пластичног теста, које се лако обликује. Оптимална количина воде за добијање теста је нормална конзистенција и она се одређује викатовим апаратом или иглом (на основу дубине продирања игле кроз пластично тесто под одређеним притиском, оптимално 9-5 mm). За одређивање садржаја воде и пластичности глине, у пракси се користе различите методе, али најважнија је она која одређује индекс пластичности – метода Атеберга. Метода Феферкорна одређује број пластичности.

По Атебергу се одређују две карактеристичне тачке и то су горња и доња граница пластичности. Горња граница пластичности представља максималну количину воде у тесту које може лепо да се обликује, и сваки даљи додатак воде изазвао би лепљење масе за руке. Доња граница пластичности одговара минималној количини воде у тесту, које може да се обликује без деформација. Сваки проценат воде испод тога, изазвало би појаву дефеката у маси што значи да таква маса није погодна за обликовање. Интервал пластичности представља разлику горњe границе влажности и доње границе влажности.

Ипл - интервал пластичности

Вгг -  горња граница влаге

Вдг – доња граница влаге

Ипл = Вгг – Вдг

Интервал пластичности представља садржај влаге унутар које се тесто лако обрађује без дефеката. У зависности од величине тог интервала, глине делимо на: високопластичне (Ипл је већи од 18, нпр. Гг = 35 , дг = 17), средњепластичне (9-18) и нископластичне (Ипл је мањи од 9). У случају добијања ниског интервала пластичности за неку глину, она се не мора елиминисати из употребе, пластичност јој се може побољшати додатком пластичније глине или мањом количином бентонита.

Поред ове две методе, у пракси се пластичност глине може одредити тако што се направи тањи ваљак са дефинисаном количином воде и ако приликом савијања он не пуца, кажемо да има довољну пластичност за рад. Друга једноставна метода базира се на прављењу лопти дефинисане масе и количине воде. Глинене лопте притискамо стакленом плочом, све до појаве првих пукотина по ободу. У колико је пречник те “лепиње”већи, пластичност је већа. Пластичност зависи од низа карактеристика глине као што су хемиски,минералошки састав и гранулометријски састав, садржај органског материјала, присуство опошћивача али и од количине додате воде. Значајан фактор је и температура, с порастом температуре, пластичност система се повећава. Да би се схватила пластичност система мора се знати састав и квалитет глине, као и други спољни фактори. Данас се пластичност најчешће објашњава преко три теорије : 

1.морфолошка  - по којој је пластичност глине везана за морфологију (облик) честице и како су глинене честице у облику хексагоналних плочица оне лако клизе под дејством силе, што доводи до лаког обликовања 

2. По колоидној теорији пластичност глине је везана за изразиту дисперзност глинених честица (димензија испод 1микрометра) и залазе у област колоида. Евентуално присуство органског материјала у глини поспешује пластичност глине 

3. Физичка теорија: главни узрок пластичности глине лежи у води и специфичним међусобним односима система вода – глина. Вода улази између глинених честица и потпомаже њихово померање под дејством силе. Уколико се количина воде знатније повећава, растојање између глинених честица се такође повећава и у једном моменту може да дође до течења таквог система – прелазак у суспензију. Супротно, ако би се количина воде смањила, пластичност система би опадала и он би прешао у крто стање у коме глина не би могла да се обликује без дефеката.
 

Везивност глине

Многе керамичке масе се праве комбинацијом глинених и других сировина које немају својство пластичности. И од композита који у свом саставу има доста опошћивача се тражи да поседује одређену пластичност да би маса могла да се обликује. Често се не зна у ком односу се сме додати непластичан материјал и која је количина глине која омогућава лако обликовање таквог композита. Та питања су везана за особину глине познату као везивност глине. Везивност глине представља способност глине да веже одређену количину непластичног материјала, а да притом не губи много од своје пластичности. Везивност се одређује додатком одређене количине кварцног песка глини од 10,20,30,40,50% и притом се увек одређије њена пластичност и прати до које количине додатог кварцног песка глина још поседује пластичност довољну за обликовање. Различити типови глине поседују различиту везивност па тако нпр. каолин и каолинске глине имају нижу везивност али и нижу пластичност од илитских глина, а оне нижу од бентонитских глина. Поред минеролошког састава битан утицај показује и гранулометријски састав глине. Фино дисперзне глине имају бољу везивност и бољу пластичност. У циљу побољшања обе ове карактеристике праве се глинени композити. Квантитативна мера процене везивности преко пластичности може се исказати и бројним вредностима. Глина која везује преко 50% кварцног песка а да се идаље лепо обликује спада у категорију високопластичних глина. Ако везује од 50% до 20% кварцног песка спада у категорију средњепластичних глина, уколико везује испод 20% кварцног песка тада говоримо о посним глинама које имају лошу везивност и моћ обликовања. Пластичност се може делимично побољшати и додатком органског материјала, у пракси се  то у уметничкој керамици не примењује, али се користи у индустријској производњи.