УСАДКА. Расчёт размеров модели и готового изделия после сушки и обжига.

При сушке и обжиге керамики происходит уменьшение объема изделия, особо значительное для работ, выполненных пластическим формованием или шликерным литьем. Разберемся с ними подробнее и расскажем, как определить размеры изделия до и после сушки и обжига.

1. Воздушная усадка – уменьшение объема при сушке.

Происходит за счет испарения расположенных между частицами материала водных прослоек и сближения этих частиц. Воздушная усадка зависит от минерального состава, дисперсности, соотношения пластичной и непластичной составляющей керамической массы. Она колеблется от 3-4% у малопластичных до 12-14% у жирных высокопластичных масс. Естественная медленная сушка вызывает большее изменение размеров изделия, чем искусственная, с быстрым подъемом температуры. Увеличенное содержание воды в массе увеличивает и усадку после сушки.

2. Огневая усадка – это уменьшение размеров изделия (от воздушно-сухого состояния) при обжиге.

Происходит она из-за дальнейшего сближения частиц керамической массы в результате спекания и образования новых фаз. Эта характеристика позволяет оценить поведение изделия при обжиге и выбрать необходимую скорость подогрева.

3. Полная (общая) усадка – итог воздушной и огневой усадки.

Ее измерение позволяет определить размер сырца, позволяющий получить после обжига готовое изделие нужного размера.

С терминами разобрались. Переходим к практике. Как определить, какого размера нужно изготовить керамическое изделие, чтобы после сушки и обжига получить готовую продукцию нужного размера?

- Пласт массы раскатывается до толщины 8 мм, при помощи металлической формочки из него вырезаются плитки размером 50х50 мм. На эти образцы наносится порядковый номер и по диагонали – метки, между которыми расстояние 50 мм (удобно наносить острыми концами штангенциркуля) (L0). Глубина вдавливания – не больше 2-3 мм. В процессе нанесения меток образцы не должны деформироваться.

- Полученные образцы сушатся на воздухе в течение суток. Время от времени их нужно переворачивать. Затем досушиваются в сушилке при температуре 105-110˚С. На высушенных образцах снова измеряется расстояние между метками (L1). Воздушная усадка просчитывается по формуле, приведенной ниже.

- Высушенные образцы отправляются на обжиг, после которого снова замеряется расстояние между метками (L2). По результатам замеров определяется огневая усадка – по формуле ниже.

- Полная (общая) усадка определяется, исходя из рассчитанных воздушной и огневой усадки, по формуле ниже. Результаты заносятся в таблицу, чтобы итоговые значения для конкретной массы не приходилось вычислять повторно в будущем.

Важно: если ваша задача связана с жесткими требованиями по размерам готового изделия, необходимо определять общую усадку в своих условиях, именно там, где и будет происходить работа над изделием. Данные по усадке, предоставляемые производителем, носят ознакомительный характер – они будут меняться в зависимости от условий сушки и режима обжига.

Формулы для расчета:

1.1. ВОЗДУШНАЯ УСАДКА (%): [(L0 - L1)/L0] х 100
1.2. ОГНЕВАЯ УСАДКА (%): [(L1 – L2) / L0] x 100
1.3. ОБЩАЯ УСАДКА (%): [(L0 – L2) / L0] x 100
1.4. РАЗМЕР ГОТОВОГО ИЗДЕЛИЯ (мм):
[высота модели х (100-общая усадка)] / 100
1.5. РАЗМЕР МОДЕЛИ:
(высота готового изделия х 100) / (100 – общая усадка)

L0 – исходное расстояние между метками на сыром образце (обычно 50 мм)
L1 – расстояние между метками на образце после сушки (мм)
L2 – расстояние между метками на образце после обжига (мм).

Примеры использования:

1. Расчет усадки и размера модели с учетом усадки.
L0 = 50 мм
L1 = 47,3 мм
L2 = 43 мм
Нужная высота готового изделия – 240 мм
Высота модели - ?

Воздушная усадка: (50 – 47,3) / 50 = 5,4%
Огневая усадка: [(47,3 – 43) / 50] x 100 = 8,6%
Общая усадка: [(50 – 43) / 50] x 100 = 14%
Высота модели: (240х100) / (100-14) = 279 мм

Получается, что для получения готового изделия высотой в 24 см, в текущих условиях нужно изготовить модель высотой 27,9 см. Задача решена.

2. Расчет диаметра готового изделия с учетом усадки.
L0 = 50 мм
L1 = 47,3 мм
L2 = 43 мм
Диаметр модели – 350 мм
Диаметр готового изделия – ?

Усадка после сушки: (50 – 47,3) / 50 = 5,4%
Усадка после обжига: [(47,3 – 43) / 50] x 100 = 8,6%
Общая усадка: [(50 – 43) / 50] x 100 = 14%
Диаметр готового изделия: [350 х (100 – 14)] / 100 = 301 мм

Диаметр готового изделия из модели диаметром 350 мм в текущих условиях будет 301 мм. Задача решена.

Работайте с керамикой с предсказуемым результатом!