Реферат: Керамика

КОКИНСКАЯ СРЕДНЯЯ ШКОЛА

РЕФЕРАТ

по химии на тему: «Керамика»

Выполнил:ученик 9б класса Голубев А.М.

Проверила: Макшанцева М.А.

2003

План

Глина и каолин.

v состав

v образование

v применение

Виды керамических изделий.

v фарфор

v каменные изделия

v фаянс

v кирпич

v огнеупорные изделия

Приложение.

v примеры керамических изделий

v изделия из фарфора

 

Глина и каолин. Массу, в сухом состоянии землистую,мягкую, липкую, а во влажном состоянии более или менее пластичную, называютглиной. Она образуется при разложении горных пород, богатых полевым шпатом.Состав глин разнообразен и зависит от видов горных пород, в результате разрушениякоторых они образовались. Чисто аналитическим путем (не учитывая тип связи)определены главные составные части глин – Al2O3, SiO2 и H2O. Раньше считали, что каолинпредставляет собой основное вещество глины, что различные виды глины,следовательно, являются каолином более или менее сильно загрязнённым примесями.Однако в соответствии с более поздними данными глина и каолин – это веществасовершенно различного характера, даже в тех случаях, когда они случайно имеютодин и тот же аналитический состав. Ценные керамические глины содержат взначительном количестве примесь каолина; такой каолин был вымыт из своихпервичных месторождений, а позднее снова осаждён вместе с другими коллоиднораспределеннымиминералами, которые, однако, могут являться образователями глин и сами по себе.

В качестве основнойсоставной части каолин содержит каолинит, который представляет собой (порентгенографическим данным) кристаллическое вещество состава Al2O3•2SiO2•2H2O. Глиныили совсем не содержат этого соединения или содержат его как случайную примесь.Чистый каолин – белого цвета и отличается сравнительно малой пластичностью.Ввиду того, что он служит сырьём для изготовления фарфора, его называют фарфоровойземлёй.

Глины, которые частозначительно превосходят каолин по своим пластическим свойствам, служат дляизготовления гончарных изделий, фаянса, керамических изделиё и майолики.Большинство сортов глин окрашено в желтовато-серые или синеватые тона, новстречаются также и совершенно белые глины. Глины, богатые окисью железа,окрашиваются после прокаливания (обжига) в бурые цвета. Из них изготавливаютобычноглиняные горшки и терракотовые изделия. Формовой землёй называютглину, сильно загрязнённую окисью железа и песком. Такая глина служитпреимущественно для изготовления кирпича и черепицы. Глину, сильно загрязнённуюпримесями карбонатов кальция и магния, называют мергелем. Она непригодна в качестве сырья для керамических изделий, однако её используют припроизводстве цемента.

Образование глины происходитпри выветривании силикатных горных пород, которое связано с их значительным механическимраздроблением (превращение в коллоидное состояние). Наряду с этим протекаетподчинённый химический процесс, а именно гидролиз более или менеезначительной части силикатов (прежде всего полевых шпатов) с образованиемаморфных  глинозёмистых гелей. Последние называются аллофанами и,по-видимому, представляют собой чистые смеси гидратов окиси алюминия и двуокисикремния или прокаолинами – тоже аморфные, содержащие воду силикатыалюминия. Прокаолин является, вероятно, определенным химическим соединениемсостава Al2O3•2SiO2. Он содержит переменное количество воды, которая несвязана с ним химически, как в каолините, примешана к нему, как вода в гелях.Раздробленные только механически и поэтому ещё кристаллические составные частигорных пород содержатся в большинстве сортов глин также преимущественно вколлоиднораздробленном состоянии.

Особые свойства глинсоздаются определёнными составными частями, которые имеют слоистую структурурешётки, образованной шестичленными кольцами, состоящими из тетраэдров SiO4. Эти составные части, подобно пермутитам, отличаютсяопределённой способностью к катионному обмену. К ним в первую очередь относитсякаолин и родственные ему вещества (например, галлоизит, Al2O3•2SiO2•4H2O), монтмориллонити некоторые слюдоподобные минералы. Все глинообразующие минералы имеютаналогичные решётки. Аморфные составные части глин (аллофаны), смешанныебольшей частью с кристаллическими, преимущественно находящимися вколлоиднораздробленном состоянии составными частями, не имеют существенногозначения для свойств глин.

В то время каквыветривание горных пород с образованием глин может идти в обычных условияхатмосферного выветривания, образование каолина, как впервые показалШварц (1933 год), связано с особыми условиями. Этому существенноблагоприятствуют повышенная температура, повышенное давление, присутствие сильныхкислот (например, HCl), но неугольной кислоты. Однако, согласно Ноллю (1935 год), в геологические периодыкаолин мог образоваться также при низких температурах. Действие сильных кислотспособствует образованию каолина, т.к. при этом ускоряется гидролиз полевогошпата. Если исходить из продуктов гидролиза полевого шпата, не содержащихщелочи, то можно наблюдать образование каолина в отсутствие кислоты.   Так,Нолл смог синтезировать каолин, исходя, например, из смеси аморфной SiO2 с бёмитом или с байеритом при нагревании её с водойпод давлением. Если нагревать смесь в присутствии раствора едкого натра, то образуетсямонтмориллонит. Очевидно, образование каолин в природе идет в том случае, еслищелочные и щелочноземельные элементы полностью выщелочены из исходных горныхпород; в противном случае образуется монтмориллонит. Следовательно,образование каолина в природе ускоряется прежде всего интенсивным вымыванием ихорошей циркуляцией растворов, а также благодаря кислой реакции вымывающих вод.

Образования каолина –чисто химический процесс, который можно передать суммарным уравнением

2K[AlSi3O8] + 7H2O= Al2[Si2O5](OH)4 + 4H2SiO3+ 2KOH .

полевой шпат                     каолин

Каолин может образоватьсянепосредственно из полевого шпата, а также из прокаолина, первоначальнообразованного из полевого шпата при обычном выветривании, если его нагревать сводой под высоким давлением. Если каолин нагревать под давлением в слабощелочной среде (с раствором щелочного карбоната), то он превращается в монтмориллонитAl2[Si4O10](OH)2•nH2O, вто время как в сильно щелочной среде из него получаются цеолиты.

При нагревании каолинитсначала отщепляет воду (10 мм рт. ст. при 430˚). Механизм отщепления водыпоказывает, что вода в каолините связана химически. Обезвоженный каолинит (метакаолинит)при более сильном нагревании сначала разлагается на Al2O3 и SiO2; при ещё более высокой температуре из него образуетсямуллит 3Al2O3•2SiO2 (наряду с тридимитом).

Рентгеноструктурныманализом установлено, что каолинит построен из сетчатых плоскостей,образованных ионами [Si2O5]2-, между которыми включено иногда по дваслоя из [Al(OH)2]+. С каолинитом имеют одинаковый составминералы дикит и накрит, встречающиеся во многих сортах каолина.Они показывают иную, чем каолинит, картину рентгеновской интерференции, но,по-видимому, построены аналогично.

Чистую глину в видепорошка применяют в медицине и называют «Bolus alba» (bvloz — комок земли).

Керамические изделия. Изделия, получаемые из встречающихсяв природе и искусственно приготовленных пластических смесей глины или каолина сдругими веществами называют «керамическими изделиями» (от слова ƒeramƒoz – глиняный, гончарный). Легкоформующейся или «пластической» называют вязкую массу, которой принезначительном давлении можно придать любую форму, причем эта форма сохраняетсяи после прекращения давления. Важнейшие керамические изделия и их характерныесвойства приведены в таблице 1.

Таблица 1

Важнейшиекерамические изделия и их свойства

Изделие Характерные свойства Фарфор Излом плотный, просвечивающий, белый Каменные изделия Излом плотный, непросвечивающий, белый или цветной (серый, желтый, бурый) Фаянс Излом пористый, непросвечивающий, белый (или почти белый), незначительная твёрдость по сравнению с предыдущим Гончарные изделия Излом пористый, непросвечивающий, цветной Кирпич Пористый, сравнительно крупнозернистый, обычно красного цвета Огнеупорные изделия Пористые  или плотные, плавятся не ниже 1600˚

 

Фарфор. Фарфор был известен в Китае уже всамые древние времена, а в Европе его стали изготовлять фабричным способомвпервые в Мейссене (с 1710 года). Фарфор был получен при сильном прокаливании(«обжиге») пластичных масс, изготовленных перемешиванием каолина (фарфоровойземли) с порошкообразным полевым шпатом и  кварцем с добавлениемнебольшого количества воды. Если температура обжига не слишком высокая, тоформа изделий сохраняется, только объём сильно уменьшается, так как фарфор«садится» при обжиге. Одновременно масса («черепок») становится плотной(водонепроницаемой) и звонкой.

Для изготовления твёрдогофарфора обычно применяют около 50% каолина, 25% полевого шпата и 25% кварца.При обжиге каолин сначала отдает конституционную воду. Затем он разлагается на Al2O3  и SiO2, которыерастворяют в стеклообразно размягчённом полевом шпате. При дальнейшем повышениитемпературы полевой шпат растворяет в возрастающих количествахкрупнокристаллический кварц. По мере того, как полевой шпат обогащаетсядвуокисью кремния, из него осаждается муллит, т.к. с увеличениемсодержания SiO2 растворяющая способность полевого шпата по отношениюк муллиту понижается. Поэтому готовый фарфор состоит из стекловидной основноймассы, которая пронизана тесно сплетенными между собой иглами муллита и оставшимисянерастворёнными зернышками кварца (и крохотными пузырьками воздуха). Какправило, обжиг производят дважды. После первого обжига, так называемого «сырогообжига», идущего приблизительно при 900˚, на фарфор наносят прозрачную глазурь:полученные после сырого обжига ещё пористые черепки быстро погружают вглазурную массу – водную суспензию каолина, глины, полевого шпата и мрамора.При нагревании из неё образуется тугоплавкое стекло. Последующим высушиванием(около 1450˚) производят окончательный обжиг. Часто фарфорподвергают еще третьему обжигу в муфельной печи при красном калении после нанесениякрасок, т.е. перетертого со скипидаром мелкоизмельчённого цветного стекла.Большей стойкостью обладают краски для «острого» огня или подглазурные краски,наносимые на неглазурованный черепок. Однако существует немного красок, длякоторых этот метод возможен. Окончательно отожженный без глазури фарфорназывают бисквитным. Вместо процесса формования фарфоровой массы,основанного на её пластичности, фарфоровую массу можно перевести в жидкоесостояние добавление незначительного количества щелочи и отлить в форме изгипса. В результате поглощения воды обожженной гипсовой формой наступаетбыстрое отвердение фарфорового изделия. Фарфор не только для изготовлениядомашней посуды и художественных изделий, но также, и при том в весьма широкойстепени, для изготовления химической посуды, а благодаря егоэлектроизоляционным свойствам – для изготовления изоляторов.

От обычного или твердогофарфора отличается мягкий фарфор, из которого изготовляют главнымобразом художественные изделия. В  мягком фарфоре содержится меньше каолина исоответственно этому больше «плавней», например, полевого шпата, мела. Такойфарфор в соответствии с его легкоплавкостью подвергают обжигу при менее высокойтемпературе (обычно при 1200-1300˚). Поэтому легко удается произвестиего многоцветное подглазурное раскрашивание.

Каменные материалы, подобно фарфору, являются плотнымизвонкими и настолько твёрдыми, что не царапаются сталью; кроме того, они оченьстойки по отношению к химическому воздействию. Поскольку их изготовляют изглины, они требуют более низкой температуры обжига, чем твердый фарфор(1200-1300˚), не обладают такой, как фарфор, просвечиваемостью и вбольшинстве случаев имеют не белый, а серый, жёлтый или коричневый цвет. Ихчасто покрывают только тонким слоем «солевой» глазури, который образуется прииспарении поваренной соли, бросаемой в печь; благодаря этому на поверхноститакого изделия осаждается стекловидный двойной силикат натрия. В химическойпромышленности весьма часто применяют неглазурованные изделия из каменногоматериала.

Тонкий каменный материалслужит для изготовления ваз и других художественных изделий, в архитектуре дляизготовления рельефов и украшения фасадов. Из каменного материала выделывалисерые, расписанные голубой краской старинные германские сосуды (кубки и т.п.).Примерами изделий из грубого коричневого каменного материала могут служить водопроводныеи канализационные трубы, а также «метлахские плитки». В химической промышленностиприменяют многочисленные сосуды, изготовленные из коричневого каменногоматериала: туриллы, змеевики для охлаждения, трубы, ванны и др.

Фаянс, как и фарфор, белого или почтибелого цвета, однако он мягче, так что сталь оставляет на нём царапины; онлегче ломается, порист, поэтому в большинстве случаев его необходимо покрыватьглазурью. Фаянс получают из смеси глины, кварца, щелочи и сурика, иногдадобавляют ещё окрашивающие окислы. Фаянс обжигают дважды: сначала без глазурипри 1200-1300˚ (сырой обжиг), а затем несколько слабее с глазурь (окончательныйобжиг). Из тонкого фаянса делают мойки, ванны для купания и т.п. Некоторыесорта фаянса часто окрашивают титановой кислотой в бледно-кремовый цвет(умывальники). Примерами неглазурованного фаянса служат глиняные сосуды,глиняные трубка и т.п.

Фаянс имеетгрязновато-серый пористый излом. Поэтому его покрывают глазурью, котораяблагодаря прибавлению двуокиси олова имеет белый цвет и непрозрачна. Раньшефаянс часто применяли для изготовления дешёвой посуды; однако фаянсизготовленный Веджвудом в Англии, почти совершенно вытеснил обычный фаянс издомашнего обихода. Более тонкий фаянс пригоден для художественной керамики. Посвоим свойствам фаянсу приближается майолика, покрываемая цветнойглазурью.

Обычные гончарныеизделия, напримергоршки для цветов, глиняная посуда, также имеют пористый излом. На них наносятглазурь, содержащую большей частью свинец; окрашена она обычно добавленными кней окислами металлов. Окись железа дает желтую, а вместе с двуокисью марганца– коричневую окраску; медь окрашивает глазурь в зелёный цвет.

Кирпич. Обожженный кирпич формуют из глиныи затем подвергают обжигу. Вследствие содержания в глине окиси железа кирпичибольшей частью окрашены в красный цвет. Кирпич обладает большой пористостью,т.к. обжиг ведут при относительно низкой температуре. Сильно обожженный,плотный и очень крепкий кирпич называют клинкером.

Огнеупорныематериалы.«Огнеупорными» называют такие материалы, которые, не плавясь, выдерживаютнагревание при высокой температуре (по крайне мере 1600˚). Наиболее употребляемым огнеупорнымматериалом является шамот, который состоит из смеси двух сортов глин:обожженной до спекания, возможно более огнеупорной глины (собственно шамот) икрасной пластичной глины (связывающая глина). Существуют особые месторожденияглин, которые в первую очередь идут на изготовление шамота. Шамот, которыйсодержит обычно около 42-45% Al2O3 и 50-54% SiO2,прежде всего применяют для футеровки топок, высокотемпературных печей ирекуператоров. Для коксовых, керамических печей и для печей сталелитейной промышленности(например, печи Сименса – Мартена) используют в большинстве случаев (впервыеполученный в Англии) динас. Его приготовляют обжигом грубозернистогокварцевого песка, смешанного с небольшим количеством известковой массы илиглины. Глинистый динас содержит 15-17% Al2O3 и 80-83% SiO2. Он размягчается при 1350˚, однако плавится только выше 1650˚. По огнеупорным свойствам егопревосходит известковый динас или силикатный камень (с содержание 1,5-4%CaO, 0,3-2% Al2O3 и 94-96% SiO2), который плавится только при 1700-1750˚. Его и применяют в первую очередь впечах Сименса – Мартена. Ещё большей огнеупорностью обладают так называемые силлиманиты,которые получают обжигом при высокой температуре силлиманита, цианита илиандалузита (минералов одного состава Al2SiO5, но различного внутреннего строения), вследствие чегообразуется муллит, 3Al2O3•2SiO2, который, как уже было отмечено является составной частьютвердого фарфора.

Из огнеупорных веществ,не содержащих SiO2 или содержащих её в очень небольших количествах,следует назвать боксит, динамидон, магнизит и доломит. Высокими огнеупорнымисвойствами обладают магнезия, двуокись циркония и главным образом графит (вотсутствии воздуха).

Примеры изделий из керамики

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

/>

Изделия из фарфора

/>

Еще 300 лет назад Европа и не представляла, из чего делается фарфор – китайцы старательно оберегали тайну его изготовления. Фарфору приписывались магические свойства, как, например, способность изменять цвет, если положенная в фарфоровую посуду пища или налитая в фарфоровый сосуд жидкость отравлена. Может быть, в этом и заключалась причина появления первых образцов китайской фарфоровой посуды при дворах европейских монархов и на территории Московского кремля еще в XIII – XIV вв.

/>

1 февраля 1744 года камергер императрицы барон Николай Корф, находившийся в Стокгольме с дипломатическим поручением, заключил договор с неким Христофором Гунгером, который обязался «учредить в Санкт-Петербурге мануфактуру для делания чистого фарфора так, как оный в Саксонии делается».

/>

Круг сюжетов русского фарфора первой трети 19 века определяется историческими событиями и мироощущением этого времени. Это: Отечественная война 1812 года и современная мода, как в костюме, так и в литературе.

Литература

 

1.  «Курснеорганической химии»,Г. Реми, изд. «Мир», Москва, 1972.

2.  «Энциклопедическийсловарь юного химика»/ Сост. В.А. Крицман, В.В. Станцо. – М.:Педагогика, 1982.

3.  «ДетскаяЭнциклопедия Академии педагогических наук РСФСР», Москва, 1983.

4.  «Компьютерная ЭнциклопедияКирилла и Мефодия», 2000.