литьевой шамот что это
Шамотная глина в керамике и ее свойства
Одной из разновидностей глины является шамот. Его используют в кладке печей, облицовке каминов, при изготовлении огнеупорных кирпичей, в качестве скрепляющего материала и для декоративного назначения. В состав шамотной глины входит белый каолин, который после обжига приобретает прочность и огнестойкость.
Высокотемпературная обработка превращает глину в материал, свойства прочности которого сравнивают с прочностью горных пород.
Шамотная глина или шамот – это обожженная глина из белого каолина, причем обжиг является обязательным условием изготовления материала, так как при высокой температуре происходит удаление химически связанной воды и материал теряет свою пластичность. Различают цирконовый, корундовый и высокоглиноземистый шамот. Керамисты шамотом называют смесь пластичных глин разного сорта с добавлением зернистой шамотной крошки.
Общие сведения о шамотной глине
Шамот в своем составе содержит гидроалюмосиликаты высокой дисперсии, это группа природных силикатов с наличием кремния и алюминия. Образуется шамот только естественным путем, поэтому он считается природным ископаемым.
Различают морские шамотные глины и материковые глины. Морская глина, как уже понятно по названию, добывается с морского дна. Материковые глины залегают на дне рек и озер. В России есть три крупнейших месторождения шамотной глины: Кыштымское, Астафьевское и Палевское. Локальные месторождения повлекли за собой строительство комбинатов по изготовлению огнеупорных материалов.
Например, Боровичский комбинат огнеупоров Новгородской области использует шамотную глину с собственных карьеров.
Цвет готовой шамотной глины зависит от температуры ее обработки, а цвет начального сырья – от органических примесей и прочих компонентов. Глина без примесей имеет светло-серый оттенок. Встречаются красные, желтые и даже синие цвета. В состав шамота входят следующие элементы:
Именно устойчивость к высоким температурам и сделала шамотную глину популярной и востребованной. В керамическом искусстве шамот тоже имеет ряд преимуществ, среди которых такие качества, как экологическая чистота и натуральность, а также прочность.
Для керамиста важным качеством шамота является то, что он не дает усадки при высыхании, а это означает отсутствие трещин, свойственных обычной глине. Срок сушки изделия может продлиться от 10 до 12 суток. На продолжительность данного процесса влияет не только толщина слоя глины, но и влажность окружающего воздуха, а также его температура.
Белая каолиновая глина образуется, благодаря процессу оседания горных пород. Сначала ее обжигают при температуре 1300-1500 градусов, в результате чего она спекается и теряет всю влагу. Каолин становится бурым. Затем его измельчают, а образовавшийся порошок (шамот) добавляют в основную массу для формирования изделий, как отощающую добавку, уменьшающую пластичность и усадку. Чем выше температура обработки, тем больше влаги потеряет материал. По способности поглощать влагу готовый шамот подразделяют на два типа:
Низкожженные шамоты обладают более высоким водопоглощением, то есть они способны впитывать в свои поры большее количество влаги. Водопоглащение выражается в процентах и показывает отношение разности масс сухого и влажного материала к массе сухого материала.
Шамотные глины способны выдерживать температуру до 1800 градусов, при этом сохраняя свои свойства и не разрушаясь. Температура указана условно. Ее более точное значение зависит от концентрации шамота и прочих компонентов. Обычно производители указывают состав глины и приводят детальную инструкцию по замешиванию. Благодаря тому, что у готовых кирпичей и шамотной глины одинаковый коэффициент линейного расширения, рекомендуется использовать эти материалы для кладки.
Такая величина, как влажность, тоже является характеристикой шамотной глины. Необходимо понимать, что более высокая влажность является причиной повышенной пластичности материала, следовательно, повышенной чувствительности к температурным перепадам. Влажность тоже указывает производитель, хотя в его обязанности это и не входит. Отличается глина и зернистостью. При изготовлении кирпичей пользуются мелкозернистым шамотом, а в декоративном искусстве – крупнозернистый.
Технические параметры
Все характеристики шамотной глины нормированы ГОСТ 6137-8. Согласно данным стандартам, к шамоту предъявляются определенные требования:
Соответствующие указанным требованиям материалы имеют срок годности до 3 лет. Хранить шамот следует в сухой герметичной упаковке.
Получить качественный огнеупорный материал позволяют уникальные свойства белого каолина. Он устойчив к высоким температурам, поэтому может входить в состав любого строительного материала. Шамотная глина может быть использована в качестве основного материала для штукатурки в жилых помещениях. Она пропускает влагу сквозь поры, поэтому отлично сохраняет необходимый для человека микроклимат. Глина с добавлением шамота обладает высокой адгезией, что очень удобно при проведении кладки кирпича.
Изделия из шамотной глины отличаются долговечностью, а сам материал не теряет своих свойств в процессе эксплуатации. К сожалению, как и любой другой материал, шамотная глина обладает и определенными недостатками. Например, ее нельзя назвать доступной, поэтому продукт имеет относительно высокую стоимость. Кроме того, шамотная пыль, попадая в легкие, вызывает такое заболевание, как силикоз. Это профессиональная болезнь сотрудников комбинатов, где производят огнеупорные материалы.
Пластичность
К основным свойствам шамотной глины относят пластичность, огнеупорность, способность к огневой усадке, связующую способность. Некоторые термины требуют дополнительного определения. Под пластичностью подразумевается способность материала изменять свою форму при относительно небольшом воздействии. Это касается лишь увлажненных глин, так как шамотные глины, из которых была удалена влага, практически не подвержены деформации.
Пластичность возникает только когда глина контактирует с водой. Разные сорта глины обладают различными показателями пластичности, так как они зависят от состава минералов и зернистости шамота. При нагревании глины до температуры 150 градусов ее пластичность обратима. Но после дегидратационного процесса нагревание до более высоких температур делает пластичность необратимой. Снизить пластичность можно при помощи специальных добавок – отощителей, содержащих кварц и сухой шамотный песок.
Связующая способность
Связующая способность шамотной глины – показатель, который интересует не только строителей, но и декораторов. Глина способна связывать между собой мелкодисперсионные частицы шамота, которые сами по себе не являются пластичными. Под связностью подразумевается, что для разделения материала на части необходимо прикладывать определенное усилие.
Разведенный глиняный порошок после высыхания образует «сырец». Связующая способность сырца обусловлена пластинчатым строением частиц некоторых компонентов шамотной глины. Если такие компоненты будут присутствовать в других сортах глины, то их связность тоже будет высокой.
Воздушная усадка
Воздушная усадка показывает степень уменьшения объема заготовки после просушки. Она выражена в процентном соотношении к первоначальному объему. Для шамотных глин показатель воздушной усадки варьируется от 5 до 11%. Высокий показатель соответствует пластичным сортам глины. Их также называют «жирными» глинами.
Работать с пластичными сортами глины проще, однако в процессе обжига изделие начинает ужиматься, что приводит к образованию трещин. Сохранить первоначальные параметры без специальных примесей практически невозможно. В глину необходимо добавлять связующие компоненты.
Огневая усадка
Усадка происходит не только в процессе сушки, но и в процессе обжига, поэтому следует обратить внимание еще и на такую характеристику, как огневая усадка. Данный вид усадки объясняется, отнюдь, не испарением влаги, а плавлением глины, то есть некоторые ее соединения при высоких температурах могут плавиться. Жидкая субстанция проникает в поры и пространства между частицами, которые не расплавились. Плотность материала увеличивается, а объем, соответственно, уменьшается.
Весь описанный процесс называют огневой усадкой или усадкой огневого типа. Большое содержание кварцевого шамота позволяет избежать усадки. Дело в том, что кварцевые частица при высокой температуре образуют новые структуры кристаллический решетки увеличенного объема. Усадка и преобразование кристаллов компенсируют друг друга, поэтому объем заготовки практически не изменяется. Логично говорить о полной усадке, обусловленной процессом воздушной и огневой усадки. Для шамотной глины этот показатель не превышает 18%.
Для достижения заданных параметров необходимо рассчитать полную усадку и увеличить размеры заготовки. Усадка глины начинается при температуре 600 градусов и длится достаточно продолжительное время. Завершается монотонная усадка при достижении температуры в 1000 градусов. После этого интенсивность усадки увеличивается, а заготовка перестает изменяться в объеме только при температуре в 1400 градусов.
Температура спекания
Глина спекается в тот момент, когда она перестает впитывать влагу. Температура, при котором происходит указанный процесс, называется температурой спекания и служит одной из характеристик материала. Изделия из шамотной глины спекаются, не деформируясь, при этом сохраняются все огнеупорные свойства.
Огнеупорность
Под огнеупорностью понимают способность глины оставаться в твердом состоянии, то есть, не плавиться, при высоких температурах. Хорошая глина способна выдержать температуру до 1580 градусов. Высокая огнеупорность достигается очищением глины от посторонних примесей. Огнеупорность востребована при кладке печей и каминов.
Шамотная глина используется в качестве связующего материала, но из нее также изготавливаются кирпичи, которыми выкладывается внутренняя поверхность печи. Но такая глина нашла применение и в других отраслях. Она используется для изготовления изразцовых плиток, тигелей, в которых плавят драгоценные металлы, фарфора и фаянса, а также при лепке статуэток и декоративных поделок.
Шамотная глина в керамике
Фактурность глины, ее прочность и эстетичность нашла применение в качестве материала среди дизайнеров. Шамот используют в производстве изразцов, посуды, статуэток и прочих декоративных элементов интерьера. Мастер знает все о свойствах данного материала, поэтому использует примеси, регулируя его пластичность.
В керамике используется самая обычная глина, в которую добавляется сухой шамотный порошок. Доля этого порошка может достигать до 50% от всей массы материала.
Перед созданием изделия мастер подготавливает эскиз, по которому создаются необходимые формы и молды. Для изготовления раствора пользуются следующей схемой:
Некоторые мастера для ускорения застывания добавляют в раствор клей ПВА. Скульптуры и статуэтки изготавливают, нанося материал на проволочный каркас, поэтому глину делают более пластичной. В некоторых случаях добавляется стекловолокно, как скрепляющий наполнитель. Через 3-4 дня после окончания работ начинается этап обжига. До этого момента глина сохла на воздухе.
Готовое изделие из шамота — керамическая плакетка
Предварительная сушка является обязательным этапом, чтобы при обжиге не появлялось на поверхности трещин. Шамот плавно превращается в керамику при температуре 1300 градусов. Важно соблюдать технологию, чтобы получился качественный и экологически чистый продукт.
Шамотная глина или шамотная керамика
Шамот является не каким-то определённым сортом глины. Это материал, который представляет собой перемолотые кусочки керамики, при помощи которых происходит процесс «шамотирования» глины.
Именно поэтому редко где можно встретить название шамотная керамика, чаще всего материал носит название шамотная глина или шамотные массы. Такая глина может быть любого оттенка, степени пластичности, жирности и т.д.
Что такое шамотные массы
Шамотная глина, обладающая огнеупорными свойствами, содержит в своём составе гидроалюмосиликаты с высокой степенью дисперсии. Материал принадлежит к категории природных ископаемых.
Существует два подвида шамотной глины:
Морскую разновидность добывают со дна морского, как нетрудно догадаться, а вот материковые разновидности могут быть найдены в речных и озёрных донных слоях.
Цвет у данного материала может быть разным, всё зависит от состава и концентрации тех или иных компонентов. Обычно чистый продукт окрашен в светло-серые тона, но довольно часто встречаются красные, синие, жёлтые глины.
В состав шамотных масс обычно входят следующие компоненты:
История материала
Точно определить, когда именно был открыт шамот, не представляется возможным. В активный обиход материал вошёл в XIX веке и до сих пор между Германией и Францией ведутся ожесточённые споры по поводу того, какая же всё-таки страна является «изобретателем» данного вида глины.
На самом деле шамотная глина существует с глубокой древности, просто человек долгое время не мог научиться обрабатывать её таким образом, чтобы она служила ему на пользу в быту.
Активное внедрение шамота в обиход хоть и состоялось в XIX веке, широкую популярность за пределами Европы материал получил лишь ближе к середине XX века. Его начали активно использовать для изготовления посуды, декора, кирпича, скульптур, архитектурного оформления. Материал обладал отличной пластичностью и устойчивостью перед высокими температурами, при обжиге из него удалялась вся вода, что позволяло применять такую глину во многих производственных сферах.
Характеристики материала и технологии обработки
Шамот является очень пластичным материалом. Во многом именно за это его любят мастера. Он позволяет создать практически любую форму.
Цвет шамотной глины может быть любым (как до обжига, так и после). Чаще всего содержание шамотной крошки в материале составляет примерно 20-40%, а вот размер шамотных фрагментов варьируется в пределах 0,1-2 мм. Конечно, крошка может быть настолько измельчена, что в массе её не увидишь, в таком случае стоит говорить о тонкомолотых шамотных массах. В таком материале шамот играет роль своеобразного отощителя, но и усадка будет несколько выше, чем у крупнодисперсных масс.
Формовка
Массы шамота набивают в подготовленные заранее формочки из гипса. Если есть большое желание, то можно поработать с этим материалом и на гончарном круге, если вы не против получить скрабирование рук крупными керамическими частицами.
Лучше всего из шамота получаются габаритные изделия с толстыми стенками. Хорошо из него выходят и плиты, и изразцы (гораздо ровнее в сравнении с более тонкими массами).
Просушка
Шамотная глина принадлежит к категории открытых материалов, что означает, что она свободно пропускает водяные пары. Так что и сушка будет проходить гораздо спокойнее, чем у родственных тонких масс. Однако не стоит забывать, что стенки шамотной керамики более толстые, так что и времени на полную просушку им нужно гораздо больше.
Обжиг
При обжиге важно обращать внимание на массу изделия. Нагрев и остывание будут проходить медленнее, чем у тонкостенных изделий, так что лучше слишком уж тяжёлые изделия обжигать на подсыпке из чистой шамотной крошки (это снизит усадочное трение о плиту). Температура обжига составляет 1300—1500°C.
Декорирование
Лучше всего выбирать такие способы декорирования, которые помогут подчеркнуть природную зернистость материала. Если же хотите, чтобы глазурь легла ровным слоем, то предварительно загладьте поверхность изделия на стадии формования, пока ещё шамот не успел высохнуть.
В каких странах производят
Основными производителями шамота остаются следующие страны:
Также существуют небольшие предприятия и в других странах, но количество выпускаемых ими материалов и изделий из шамота не так велико, как у перечисленных.
Шамот в России
Популярность шамотной керамики проникла в Россию в 50-х годах ХХ века. Именно этим материалом начали облицовывать многие известные архитектурные сооружения, например, гостиницу «Украина», Центральный гастроном и многие другие. Ни время, ни погодные условия не смогли за более чем полувековую историю отделки повредить её.
Основными местами добычи шамотных масс в России остаются месторождения:
Посуда
Шамотную керамику используют в основном для производства цветочных горшков, ваз, посуды. Особенно часто из этого материала изготавливают турки.
Поскольку шамот является огнеупорным, он идеально подходит для формовки джезв разных типов. Даже при многократном использовании шамотные джезвы не трескаются, долго держат температуру, не теряют форму.
Из глины и воды. Что же такое шамот?
Печной шамот: технология производства и сфера применения
Не так давно в сферу индивидуального домостроения в нашей стране вошло понятие печного шамота. Чем ближе и тесней отечественные печники знакомятся с ним, тем больше доверия оказывают этому материалу, идеально соответствующему своему назначению. И тем более добротной и интересной получается их конечная продукция — печи и камины.
Что же такое шамот и каковы особенности его производства? Так называют изделия на основе или с большим содержанием огнеупорной глиняной смеси, обработанной по определенной технологии, а также собственно саму эту глиняную смесь. Процесс изготовления шамота состоит из нескольких этапов. Прежде всего добываются глины специальных сортов, которые заготавливаются в кусках или прессованных брикетах.
Следующим этапом является подготовка исходной смеси, представляющей собой сочетание различных глин и добавок, например, шамотных зерен. Шамотные зерна — промежуточный продукт, который получается в результате обжига сырой глины, которая затем измельчается и при просеивании разделяется на фракции. Этот порошок и является шамотом. Шамотом называется не только сам порошок, получаемый вышеописанным способом, но и большинство разновидностей керамической продукции, имеющей его в своем рецептурном составе. Сочетание в исходной смеси различных огнеупорных глин и добавок определяет различные керамические свойства готового изделия.
Наличие шамота в рецептуре керамического материала (который называют также шамотным камнем) обеспечивает ему отсутствие или минимизацию усадки при обжиге, низкий коэффициент температурного линейного расширения, высокую степень жаропрочности и огнеупорности, отличную стойкость к температурным колебаниям.
За эти свойства шамотная керамика особенно ценится в производстве печей и каминов, а также в индустрии и промышленности, где от материала требуются жаропрочность и огнестойкость (металлургия, стекловаренное производство, обжиговые печи различного назначения).
Среди разновидностей шамотного камня выделяют печной шамот. Он обладает особым набором свойств и специально предназначен для изготовления бытовых печей и каминов. Материал является относительно новым продуктом для индивидуального печного строительства на российском рынке, хотя в странах Европы широко применяется для данных целей уже более ста лет.
Для печного шамота характерны следующие замечательные свойства. Во-первых, огнеупорность не ниже 1250–1400°С. Это значит, что материал способен противостоять, не расплавляясь, высоким температурам вплоть до указанных значений. Во-вторых, рабочая температура — до 1200°С (заметим, что рабочие температуры в топках бытовых печей, как правило, находятся в диапазоне 500–800°С, так что говорить о достижении указанного значения нет необходимости). В-третьих, исключительно низкий показатель линейного удлинения — 0,5% при нагревании до 1000°С. Четвертым замечательным свойством печного шамота является практически полное отсутствие усадки при нагреве. Его прочность в холодном состоянии равна 15 мПа.
И еще одна из характеристик, о которой необходимо сказать более подробно, — устойчивость к перепадам температур. Она исключительно важна именно для материала, из которого создаются бытовые печи.
Испытание огнем и водой
Дело в том, что в отличие от печей промышленных, работающих в режиме стабильно высоких температур, бытовая печка испытывает постоянные колебания от высоких температурных значений к низким. Эти колебания сопровождаются также постоянными изменениями влажности материала, поскольку в составе дымовых газов и в атмосфере присутствуют водяные пары, атакующие стенки топки и дымохода. Для испытаний на устойчивость к воздействиям такого рода в Германии был разработан специальный тест под названием TWB (сокращение от нем. Temperaturwechselbestandigkeit — устойчивость к перепадам температуры).
Процедура испытания такова. Вначале образец помещают в муфельную печь, где нагревают до 1000°С и выдерживают в нагретом состоянии в течение определенного времени, затем раскаленный образец перемещают в емкость с проточной водопроводной водой с температурой около 15°С, после чего погружают в воду, доводят до кипения и варят, чтобы поры материала максимально напитались влагой. Наконец, образец вновь ставят в муфельную печь с температурой 1000°С.
Результат теста TWB выражается в количестве полных циклов вышеописанной испытательной процедуры, которые материал выдерживает, не разрушаясь. У печного шамота немецкого производства характеристика TWB достигает как минимум 30, а у некоторых марок — даже 50 циклов.
Учитывая все вышеизложенное, шамот можно смело назвать идеальным печным материалом.
Марки и модули
Печной шамот немецкого производства представлен на рынке несколькими марками по плотности и жаростойкости и огромным выбором модульных элементов по форме и размерам. Разнообразие марок дает возможность подбирать материал, оптимально соответствующий будущим условиям применения. Есть шамот более плотный и тяжелый и более легкий, есть подходящий для топки, для дымовых и теплонакопительных каналов, для наружной части и т.д.
Широкий диапазон размеров и форм шамотного камня позволяет очень творчески подходить к созданию архитектурных форм печей. Ряд российских предприятий также выпускают формованную шамотную продукцию, различающуюся по огнеупорности, пористости и другим показателям и предназначенную для печей и каминов, отапливающих частное жилье. Ее доля в производстве постоянно растет, хотя исторически российские заводы-производители шамота изготовляли огнеупоры для промышленных предприятий.
В сердце камина
Еще одна значимая сфера применения шамота — футеровка металлических топок. Многие известные компании-производители каминных и печных топок традиционно отдают предпочтение печному шамоту, справедливо считая его важной составляющей конструкции. Этот материал хорошо защищает металлический корпус топки от высоких температур, существенно продлевая срок его службы. Благодаря своим физическим качествам шамот существенно повышает теплоемкость камина или печи в целом, к тому же при нагреве он не выделяет никаких вредных веществ.
Добиться максимального сгорания дров в топке, чтобы получить как можно больше тепла от одной закладки и, как следствие, минимизировать уровень эмиссии, — именно над этой задачей давно уже бьются инженеры. Особенную актуальность данная тема приобрела в последнее время, когда стало известно о новых требованиях к малым и средним источникам тепла, которые вступят силу в Европе с 1 января 2015 года. Использование шамота способствует достижению поставленных целей: применение более легкого материала для футеровки топки позволяет добиться максимального отражения температуры и тем самым существенного ее повышения в зоне горения.
Многие компании сейчас комплектуют топки теплонакопительными кольцами из шамота, которые размещаются на ее корпусе, вокруг дымоотводящей трубы. Они аккумулируют тепло дымовых газов и отдают его в помещение даже после того, как все дрова сгорели. Это помогает существенно экономить топливо.
Поскольку сейчас все хотят иметь не только эффективный, надежный и безопасный отопительный прибор, но и красивый, то большое внимание уделяется его дизайну, в том числе и дизайну футеровки. Некоторые компании-производители отмечают растущий интерес клиентов к шамоту «кирпичиками» — рельефный узор на поверхности плит имитирует кирпичную кладку. Другое новшество последних лет — черный шамот.
Сопутствующие продукты
Печи, сложенные из печного шамота, не требуют ремонта, служат долго и исправно. И это не только потому, что сам по себе он устойчив к колебаниям температуры. Важно еще, что производитель выпускает к данному материалу совместимую с ним монтажную смесь. Она близка по составу к печному шамоту и имеет одинаковый с ним коэффициент температурного расширения. Те минимальные изменения длины, которые возникают в топке при сильных нагреваниях, происходят синхронно в шамотном камне и стыковочных швах, а потому никаких механических напряжений не возникает.
Смесь имеет и другие положительные свойства — не содержит цемента и других вредных компонентов, а потому для кожи рук печника не требуется никакой защиты. Она может до четырех недель храниться в разведенном состоянии (в закрытом виде), сохраняя все свои рабочие качества. Смесь можно разводить водой повторно, чтобы придать ей нужную консистенцию, опять же без ущерба для ее свойств. Существует также специальная быстро схватывающаяся смесь для стыковки элементов больших форматов, например, 1,0х0,5 м. Лучшими считаются смеси немецкого и скандинавского производства.