Основным материалом для производства строительных керамических изделий является глинистое сырье, применяемое в чистом виде или в смеси с добавками – отощающими, выгорающими, плавнями, пластификаторами и др. Глинистое сырье (глины и каолиниты) представляет собой продукт выветривания изверженных пылеватых горных пород. Глины состоят из плотной смеси различных глинистых минералов, представляющих собой водные алюмосиликаты со слоистой кристаллической структурой. Наиболее распространенными из них являются каолинитовые (каолинит Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O и галлуазит Al₂O₃·2SiO₂·4H₂O), монтморил-лонитовые (монтмориллонит Al₂O₃·4SiO₂·nH₂O, бейделлит Al₂O₃·3SiO₂·2H₂O) и гидрослюдистые (в основном продукты разной степени гидратации слюд). Глинистые минеральные частицы с диаметром равным или менее 0,005 мм обладают способностью при затворении водой образовывать пластичное тесто, сохраняющее при высыхании свою форму, а после обжига приобретающее водостойкость и прочность. Таким образом, чем больше в глине содержится глинистого вещества, тем она пластичнее. Высокопластичные глины содержат таких частиц 80...90 %. В большей части глин имеются и более крупные частицы, не обладающие свойствами пластичности. При величине зерен 0,005...0,05 мм их относят к пыли, 0,05...2 мм – к песку.

Химический состав глин выражается содержанием и соотношением различных оксидов. В керамическом сырье содержание важнейших оксидов колеблется в широких пределах: SiO₂ – 40-80 %, Al₂O₃ – 8-50 %, Fe₂O₃ – 0,15 %, СаО – 0,5-25 %, MgO – 0-4 %, R₂O – 0,3-5 %. С увеличением процентного содержания Al₂O₃ повышается пластичность и огнеупорность глин, а с повышением содержания SiO₂ пластичность глин снижается, увеличивается пористость, снижается прочность обожженных изделий. Присутствие окcидов железа снижает огнеупорность глин, тонкодисперсный известняк придает светлую окраску и понижает огнеупорность глин, а камневидные его включения являются причиной появления «дутиков» и трещин в керамических изделиях. Оксиды щелочных металлов (Na₂O, К₂O) являются сильными плавнями, способствуют повышению усадки, уплотнению черепка и повышению его прочности. Наличие в глинистом сырье растворимых солей сульфатов и хлоридов натрия, кальция, магния и железа вызывает появление белых выцветов на поверхности изделий.

Керамические свойства глин характеризуются пластичностью, связностью и связующей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур.

Пластичность – способность глинистого теста деформироваться под влиянием внешних механических воздействий без нарушения сплошности и сохранять полученную форму после прекращения этих воздействий.

Техническим показателем пластичности является число пластичности:

,

где  и  - значения влажности, %, соответствующие пределам текучести и раскатывания глиняного жгута (рисунок 6.1).

Область состояния: А – хрупкого; Б – пластического; В – вязкотекучего

Рисунок 6.1 – Изменение деформативных свойств глины в зависимости от влажности

Связность – усилие, необходимое для разъединения частиц глины.

Связующая способность глины выражается в том, что она может связывать частицы непластичных материалов и образовывать при высыхании достаточно прочные изделия – сырец.

Воздушная усадка (усушка) глин – уменьшение размеров и объема сырцового изделия.

Огневая усадка глин – изменение размеров и объема при обжиге изделий.

Огнеупорность – способность глин выдерживать действие высоких температур без деформации.

Спекаемостью глин называют их свойство уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок. С повышением температуры обжига возрастает степень спекания и уменьшается водопоглощение до точки С, в которой появляются признаки пережога (рисунок 6.2).

температура обжига

Рисунок 6.2 – Зависимость изменения водопоглощения керамического материала от температуры обжига

Для придания необходимых свойств глинам и изделиям из них в глину вводят различные добавки.

Отощающие добавки вводят в пластичные глины для уменьшения усадки при сушке и обжиге и предотвращения деформаций и трещин в изделиях. К ним относятся: дегидратированная глина, шамот, шлаки, золы, кварцевый песок.

Парообразующие (выгорающие) добавки вводят для повышения пористости черепка и улучшения теплоизоляционных свойств керамических изделий. Это – древесные опилки, угольный порошок, торфяная пыль. Такие добавки являются одновременно и отошающими.

Добавки плавни, например полевые шпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк, песчаник, стеклобой, перлит, вводят с целью снижения температуры обжига керамических изделий.

Пластифицирующие добавки вводят для повышения пластичности сырьевых смесей при меньшем расходе воды. К ним относятся: высокопластичные глины, бентониты, поверхностно-активные вещества.

Для повышения кислотостойкости керамических изделий в сырьевые смеси добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом.

Для получения некоторых видов цветной керамики в сырьевую смесь добавляют оксиды металлов (железа, кобальта, хрома, титана и д. р.).

Некоторые виды керамических изделий для повышения санитарно-гигиенических свойств, водонепроницаемости, улучшения внешнего вида покрывают декоративным слоем - глазурью или ангобом.

Глазурь – стекловидное покрытие толщиной 0,1 ...0,2 мм, нанесенное на изделие и закрепленное обжигом. Глазури могут быть прозрачными и глухими (непрозрачными). Для изготовления глазури используют кварцевый песок, каолины, полевой шпат, соли щелочных и щелочноземельных металлов. Их размалывают в порошок и наносят на поверхность изделий перед обжигом.

Ангобом называется нанесенный на изделие до обжига тонкий слой белой или цветной глины, образующей цветное покрытие с матовой поверхностью. По свойствам ангоб должен быть близок к свойствам основного черепка (для предотвращения неравномерной усадки).

При изготовлении керамических изделий могут использоваться попутные продукты промышленности: керамический бой (отощающие добавки), золошлаковые отходы (отощающие или топливосодержащие добавки). Разработан способ получения зольной керамики, где золошлаковые отходы ТЭС являются уже не добавочным материалом, а основным сырьевым компонентом

При всем многообразии керамических изделий по свойствам, формам, виду сырья и технологии изготовления основные этапы производства керамических изделий являются общими и состоят из следующих операций: добычи сырьевых материалов, подготовки массы, формования изделий (пластического, полусухого, сухого, способом литья, шликерного), их сушки и обжига.