Результат интеллектуальной деятельности: Керамическая масса для изготовления фасадных плиток

Изобретение относится к области производства строительных материалов и может быть использовано для изготовления керамических фасадных плиток.

Известна керамическая масса для изготовления облицовочных плиток [1], включающая глину, эрклез (стеклобой) системы SiO₂ - Al₂O₃ - СаО - MgO - Na₂O - K₂O. Недостатками указанного состава являются низкие показатели морозостойкости и прочности плиток. Кроме того, использование в керамической массе стеклобоя придает изделиям существенную склонность к деформациям под действием высоких температур при обжиге, а также придает хрупкость что ведет к ухудшению эксплуатационных свойств и увеличению брака получаемых керамических изделий.

Известен состав для фасадной керамической плитки, включающий глину, перлит, бой стекла, нефелин-сиенитовый концентрат и отходы гальванического производства в виде добавки в сырьевую смесь в количестве 15-25% [2]. Данный состав позволяет снизить общую усадку и открытую пористость, при этом прочность на изгиб и водопоглощение керамической массы не изменяются. Недостатками данного состава является невысокая морозостойкость и непостоянство состава отходов гальванического производства и, как следствие, ухудшение технических характеристик получаемых фасадных плиток.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является керамическая масса, содержащая малопластичную глину, гальванический шлам, борную кислоту и диоксид титана [3]. Данный состав позволяет снизить водопоглощение и теплопроводность керамических изделий. Недостатками данного состава для стеновой керамики являются относительно невысокая прочность на сжатие, низкая морозостойкость и потенциальная возможность вымывания тяжелых металлов из керамического изделия при его эксплуатации в условиях повышенной кислотности, возникающих при контакте с почвой или в результате воздействия кислотных дождей. Кроме того, непостоянство состава гальванического шлама не гарантирует получение керамических изделий со стабильными значениями технических характеристик.

Отмеченные недостатки могут быть устранены заменой гальванического шлама в составе керамической массы на карбонат лития.

Техническими задачами, на решение которых направлено предполагаемое изобретение являются повышение прочности на сжатие и морозостойкости при сохранении других эксплуатационных свойств на прежнем уровне. Поставленная задача решается за счет применения состава для фасадных плиток, включающего малопластичную глину, диоксид титана, борную кислоту и карбонат лития при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Для получения керамического состава используется малопластичная глина Суворотского месторождения Владимирской области. Данная глина содержит в своем составе следующие элементы в виде оксидов (мас. %): SiO₂ - 67,5; Al₂O₃ - 10,75; Fe₂O₃ - 5,85; СаО - 2,8; MgO - 1,7; K₂O - 2,4; Na₂O - 0,7.

При использовании карбоната лития в качестве добавки к керамической массе на основе указанной глины приводит к повышению пористости изделий и, как следствие, к снижению их теплопроводности. Предполагается, что это происходит за счет образования углекислого газа при разложении карбоната лития при температурах около 900°C во время проведения обжига изделий. Кроме того, карбонат лития позволяет снизить температуру обжига керамических изделий, что снижает энергоемкость производства, а, следовательно, и себестоимость продукции.

В качестве добавки, обеспечивающей необходимую прочность изделий при сохранении общей пористости, используется диоксид титана марки Р-02 (ГОСТ 9808-84), который при проведении обжига взаимодействует с оксидами кремния и лития с образованием стекловидной фазы, содержащей титанаты лития и повышающей прочность материала, в объеме изделия и на его поверхности, создавая эффект самоглазурования. При этом пористость материала становится закрытой, что приводит к снижению водопоглощения и повышает морозостойкость изделий.

Для снижения температуры синтеза титанатов и дополнительного повышения прочности изделий в состав керамической массы вводится борная кислота марки В 2-го сорта (ГОСТ 18704-78), которая повышает количество стекловидной фазы, образующейся при температурах около 1000°C и способствует связыванию частиц керамики между собой в более прочную структуру.

Выбор содержания компонентов в шихте также направлен на достижение поставленных технических задач.

При содержании диоксида титана менее 10 мас. %. не происходит заметного изменения физико-механических свойств изделий, в частности водопоглощения и теплопроводности. Добавление диоксида титана в количестве более 10 мас. %. не приводит к значительному улучшению физико-механических показателей и экономически нецелесообразно.

При добавлении карбоната лития в количестве менее 5 мас. % не достигается достаточной внутренней пористости для обеспечения низкой теплопроводности материала, а также такое количество добавки не позволяет снизить температуру обжига изделий. При введении карбоната лития более 10 мас. % происходит образование избыточной пористости, снижающей прочностные характеристики.

Введение менее 5 мас. % борной кислоты недостаточно для снижения температуры синтеза титанатов и достижения эффекта самоглазурования изделий, а введение свыше 5 мас. % борной кислоты приводит к избытку стекловидной фазы и, как следствие, к потере формы изделиями.

Оценки и доказательства преимуществ заявляемого изобретения основаны на измерении эксплуатационных и технологических показателей составов с разным содержанием карбоната лития (от 1 до 10 мас. %), диоксида титана (от 1 до 15 мас. %) и борной кислоты (от 1 до 10 мас. %).

Заявляемое изобретение может быть осуществлено следующим образом: к предварительно измельченной и высушенной до постоянной массы глине добавляют в соответствии с заданной рецептурой стандартной тонкости помола диоксид титана и борную кислоту и тщательно перемешивают эти компоненты между собой в сухом состоянии. Полученная керамическая смесь дополнительно перемешивается с добавлением 8 мас. % воды и из готовой шихты получают сырец при давлении прессования 15 МПа. Затем, минуя стадию обжига, сырец нагревают до температуры 1000°C при скорости нагрева 5°C/мин и выдерживают при максимальной температуре в течении 30 мин. Заявляемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.

1. К 95,5 мас. %. глины добавляют 1 мас. %. карбоната лития, 2,5 мас. %. диоксида титана и 1 мас. % борной кислоты, тщательно перемешивают и получают керамический материал по указанной технологии.

2. К 89 мас. %. глины добавляют 7,5 мас. %. карбоната лития, 1 мас. %. диоксида титана и 2,5 мас. % борной кислоты, тщательно перемешивают и получают керамический материал по указанной технологии.

3. К 85 мас. %. глины добавляют 5 мас. %. карбоната лития, 5 мас. %. диоксида титана и 5 мас. % борной кислоты, тщательно перемешивают и получают керамический материал по указанной технологии.

4. К 80 мас. %. глины добавляют 5 мас. %. карбоната лития, 10 мас. %. диоксида титана и 5 мас. % борной кислоты, тщательно перемешивают и получают керамический материал по указанной технологии.

5. К 75 мас. %. глины добавляют 10 мас. %. карбоната лития, 5 мас. %. диоксида титана и 10 мас. % борной кислоты, тщательно перемешивают и получают керамический материал по указанной технологии.

Свойства материалов, полученных с использованием известного и предлагаемых составов, приведены в таблице 1.

Источники информации

1. Гонтмахер В.Е. К вопросу изготовления керамических плиток повышенной плотности. Труды Института НИИстройкерамика. М., 1973. Вып. 37. С. 53-64.

2. Левицкий И.А. Использование гальванических шламов для изготовления керамических фасадных плиток / Левицкий И.А., Дятлова Е.М. // Стекло и керамика. 1992. №11-12. С. 9-11.

3. Патент на изобретение №2631447, кл. С04В 33/00, С04В 33/132, 2017.