Номер 5, страница 135, часть 2 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

5. Какое сырье используется для получения керамики?

Решение

Керамика — это широкий класс материалов, получаемых спеканием глин или порошков неорганических веществ. Соответственно, сырье для производства керамики может сильно различаться в зависимости от требуемых свойств конечного изделия. В общем случае сырьевые материалы для керамики можно разделить на несколько основных групп.

1. Основное сырье (пластичные материалы)

Главным и исторически первым компонентом для производства большинства видов керамики является глина. Глина представляет собой осадочную горную породу, которая при смешивании с водой образует пластичную массу, сохраняющую приданную ей форму после высыхания и приобретающую твердость и прочность после обжига. Основу глин составляют минералы группы каолинита (например, $Al_2O_3 \cdot 2SiO_2 \cdot 2H_2O$), монтмориллонита и другие алюмосиликаты. В зависимости от месторождения и примесей глины бывают разного цвета (белые, красные, серые) и обладают разной степенью пластичности. Для производства тонкой керамики (фарфор, фаянс) используют особо чистые беложгущиеся глины — каолины.

2. Отощающие материалы (непластичные компоненты)

Эти материалы добавляют в глиняную массу для уменьшения ее пластичности и, что более важно, для снижения усадки при сушке и обжиге. Усадка может приводить к деформации и растрескиванию изделий. В качестве отощающих добавок используют:

• Кварцевый песок (основной компонент — диоксид кремния $SiO_2$). Он образует «скелет» изделия, повышая его прочность и термостойкость.
• Шамот — это обожженная и измельченная в порошок глина. Поскольку шамот уже прошел усадку при своем первом обжиге, он является стабильным наполнителем.
• Бой керамических изделий — измельченные отходы керамического производства, используемые по тому же принципу, что и шамот.

3. Плавни (флюсующие добавки)

Плавни — это вещества, которые при высоких температурах обжига образуют жидкую фазу (расплав). Этот расплав смачивает частицы отощающих и тугоплавких глинистых материалов, способствуя их спеканию в плотный и прочный черепок. Плавни снижают температуру обжига, что экономит энергию. К ним относятся:

• Полевые шпаты (например, ортоклаз $K[AlSi_3O_8]$) и пегматиты. Это наиболее распространенные плавни для производства фарфора и фаянса.
• Нефелин-сиенит.
• Тальк, мел ($CaCO_3$), доломит.

4. Сырье для специальных видов керамики

Для получения технической, конструкционной или функциональной керамики с особыми свойствами (жаропрочность, износостойкость, диэлектрические свойства) используют чистые синтетические порошки:

• Оксиды: оксид алюминия ($Al_2O_3$), оксид циркония ($ZrO_2$), оксид магния ($MgO$).
• Карбиды: карбид кремния ($SiC$), карбид бора ($B_4C$).
• Нитриды: нитрид кремния ($Si_3N_4$), нитрид алюминия ($AlN$).

5. Материалы для отделки (глазури и пигменты)

Для придания изделиям водонепроницаемости, блеска и декоративного вида их покрывают глазурью — стекловидным слоем. Сырьем для глазурей служат те же компоненты, что и для стекла: кварцевый песок, сода, поташ, оксиды свинца, бора, а также плавни. Для окрашивания керамической массы или глазури применяют пигменты — оксиды металлов: оксид кобальта (синий цвет), оксид хрома (зеленый), оксиды железа (от желтого до красно-коричневого), оксид марганца (коричневый, фиолетовый).

Таким образом, выбор сырья определяется типом керамического изделия: для простого кирпича достаточно обычной глины с песком, а для высокотехнологичной детали ракетного двигателя требуются сверхчистые синтетические порошки.

Ответ: Сырьем для получения керамики служат: 1) пластичные материалы, в первую очередь глина и каолин, являющиеся основой массы; 2) отощающие материалы, такие как кварцевый песок и шамот, для уменьшения усадки; 3) плавни (флюсы), например, полевой шпат, для снижения температуры спекания. Для специальных видов керамики используются чистые оксиды ($Al_2O_3$, $ZrO_2$), карбиды ($SiC$) и нитриды ($Si_3N_4$). Для отделки применяются глазури и неорганические пигменты (оксиды металлов).