Строительство и архитектура/ 4. Современные строительные материалы

Д.т.н. Нурбатуров К.А., к.т.н. Дё И.М.

ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ»

Диффузионные процессы при глазуровании

керамических материалов

Керамический гранит является более дешевым, но при этом имеет высокие технические характеристики, функционален и универсален в применении [1-2]. Институтом ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ» выполнены научные и технологические работы и определена возможность получения керамогранитных изделий из местных сырьевых материалов Казахстана [3]. В настоящее время разрабатывается проект первого в республике завода керамогранита в г. Шымкенте.

Технология керамогранитных материалов включает следующие техно-логические переделы: предварительная подготовка сырьевых материалов, подготовка шликера и получение пресс-порошка; полусухое прессование керамогранитных плит - полуфабриката под давлением 350-450 кгс/см²; сушка и обжиг; глазурование; сортировка и полировка.

В качестве основного глинистого сырья применяли каолин Алексеевского месторождения, глину Сухановского месторождения. Подобран рабочий состав сырьевой смеси керамогранита из местного сырья, включающая каолин Алексеевского месторождения (8-12 %), глина Сухановского месторождения (32-38 %), кварцевый песок Карасорского месторождения (4-6) и полевой шпат Белогорского ГОК (44-56 %).

Для улучшения отделочно-декоративных качеств и повышения долговечности керамогранитные плитки покрывали глазурью. В зависимости от поставленной цели используют глазури прозрачные и непрозрачные (глухие), глянцевые и матовые, белые и цветные, тугоплавкие и легкоплавкие.

Глазури применяют в виде суспензии, которые наносят на керамические изделия пульверизатором или кистью. Обычно глазурью покрывают как предварительно обожженные изделия, так и сухой сырец (полуфабрикат). При этом важное значение имеет степень сцепления глазурной суспензии в холодном (до обжига) и глазурного расплава в горячем (при обжиге) режимах с пористым керамическим черепком. Характер и степень этих процессов в значительной мере зависит от диффузионного проникновения (углубления) глазурной суспензии (расплава) во внутренние слои керамического материала.

В работе приведены результаты моделирования и исследования механизма диффузионного углубления (проникновения) глазурной суспензии в пористых керамических материалах в холодном режиме (до обжига).

Для описания диффузионного процесса проникновения глазурной суспензии через плоскую поверхность в глубь керамического черепка (одномерная задача) в качестве математической модели принято следующее эмпирическое уравнение, которое напоминает закон Бугера [4]:

, (1)

где u – относительное содержание глазурной суспензии концентрации в керамическом черепке в глубине х, т.е. на расстоянии х от поверхности материала. u- концентрации глазурной суспензии на поверхности сырца (изделия). - эмпирический коэффициент поглощения, значение которого определяется из граничных условии задачи, в данном случае – вычислительного эксперимента. В реальных случаях значение зависит от структуры и свойств керамических материалов.

Продифференцировав соотношение (1) получим

(2)

или , (3)

из которого следует, что убыль концентрации глазурной суспензии на расстоянии dx пропорциональна этой длине (dx) и значению текущей концентрации.

При моделировании и проведении вычислительного эксперимента по изучению указанных диффузионных процессов были приняты следующие граничные условия: х=0, x = r, u=0,01.

При этом, рассматривались три случая:

, ;

, ;

, .

Таким образом, уравнение (1) для первого, второго и третьего случая, соответственно имеет вид:

; (4)

; (5)

. (6)

Результаты вычислительного эксперимента по уравнениям (4)-(6) приведены в таблице 1. Из приведённых результатов видно, что процесс диффузионного проникновения глазурной суспензии в начале протекает быстро, а затем по

Таблица 1 - Результаты вычислительного эксперимента по изучению диффузионных процессов проникновения глазурной суспензии в керамическом черепке

1. ; ; (по уравнению 4)
х	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2
u	0,63	0,4	0,25	0,16	0,1	0,06	0,04	0,025	0,02	0,01
2. ; (по уравнению 5)
х	0,4	0,8	1,2	1,6	2,0	2,4	2,8	3,2	3,6	4
u	0,63	0,4	0,25	0,16	0,1	0,06	0,04	0,025	0,02	0,01
3. ; (по уравнению 6)
х	0,6	1,2	1,8	2,4	3,0	3,6	4,2	4,8	5,4	6,0
u	0,63	0,4	0,25	0,16	0,1	0,06	0,04	0,025	0,02	0,01

мере углубления в керамический черепок замедляется. Как видно из уравнений (4) - (6) такое условие имеет место при

мм (в первом случае);

мм (во втором случае);

мм (в третьем случае).

Из уравнения (1) видно, что при , концентрация глазурной суспензии уменьшается в е раз, то есть .

Таким образом, коэффициент поглощения глазурной суспензии керамическим материалом есть величина, обратная толщине слоя, при прохождении которого концентрация глазурной суспензии убывает в е раз.

Полученные численные данные будут полезны при изучении кинетики диффузионных процессов проникновения суспензии в керамических материалах, которые имеют важное значение для эффективной организации технологии глазурования различных пористых керамических материалов.

Литература:

1. Emiliani – “Tecnologia Ceramica” Gruppo Editoriale Faenza Editrice, 1998.

2. Galassi e Pozzi – “La Reologia Ceramica Applicata” Gruppo Editoriale Faenza Editrice, 1994.

3. Нурбатуров К.К., Идрисов Д.А., Де И.М., Кудерин М.К. Оптимизация состава керамического гранита на основе местного сырья // Вестник НИА РК.- 2004.-№ 2 (12).- С. 91-93

4. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. – М.: Наука, 1988. – 496с.