Производство керамических материалов: теория и аналитический контроль

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

Федеральное государственное бюджетное 

образовательное учреждение высшего образования 

«Казанский национальный исследовательский 

технологический университет» 

 
 
 
 
 
 
 

Г. Г. Мингазова, С. В. Водопьянова, А. З. Сулейманова 

 
 

ПРОИЗВОДСТВО  

КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ:  

ТЕОРИЯ И АНАЛИТИЧЕСКИЙ 

КОНТРОЛЬ 

 

 

Учебно-методическое пособие 

 
 
 
 
 
 
 

 

 

Казань 

Издательство КНИТУ 

2019 

УДК 666.651.2(07) 
ББК 34.41я7 

М61

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета 

 

Рецензенты: 

д-р хим. наук, проф. Е. В. Сагадеев 
д-р техн. наук, проф. А. В. Корнилов 

 

 
М61 

Мингазова Г. Г. 
Производство керамических материалов: теория и аналити-
ческий контроль : учебно-методическое пособие / Г. Г. Мин-
газова, С. В. Водопьянова, А. З. Сулейманова; Минобрнауки 
России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во 
КНИТУ, 2019. – 112 с. 
 
ISBN 978-5-7882-2648-4

 
Содержит сведения о сырье, используемом для получения керамиче-

ских материалов, в частности керамического кирпича. Описаны основные 
технологические стадии получения керамических материалов. Приведены 
стандартные методы определения основных свойств сырья и материалов, 
а также представлены лабораторные работы. 

Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению 18.03.01 

«Химическая технология», профиль «Технология тугоплавких неметалличе-
ских и силикатных материалов», а также для магистрантов, обучающихся по 
направлению 18.04.01 «Химическая технология», программы «Химия и тех-
нология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов» и «Техно-
логия тугоплавких неметаллических и силикатных материалов». 

Подготовлено на кафедре технологии неорганических веществ и мате-

риалов. 

 

 

ISBN 978-5-7882-2648-4 
© Мингазова Г. Г., Водопьянова С. В., 

Сулейманова А. З., 2019

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2019

УДК 666.651.2(07) 
ББК 34.41я7 

ВВЕДЕНИЕ 

 
 
Керамическая технология относится к одной из наиболее 

древних областей знания, в которых накоплен опыт многих тыся-
челетий. Уникальность сырья, многообразие методов формования 
и декорирования, многостадийность керамической технологии де-
лают ее весьма сложным предметом для изучения. «Керамика» 
происходит от греческих слов кeramike – гончарное искусство и 
кeramos – глина; поэтому под технологией керамических изделий 
подразумевают производство материалов и изделий из глинистого 
сырья, хотя сегодня используется и другое минеральное сырье. По-
явились такие термины, как «новая керамика», «металлокерамика», 
«тонкая техническая керамика». 

Основной целью пособия является закрепление знаний по ос-

новным теоретическим положениям лекционного курса и получе-
ние практических навыков исследования глинистого сырья, 
оценки пригодности его для технологии керамических материалов 
и исследования физико-механических свойств глин с применением 
стандартизованных и современных методов испытаний. 

Отчет по лабораторным работам составляются каждым сту-

дентом индивидуально в последовательности, приведенной в дан-
ном учебном пособии с обязательным представлением и обсужде-
нием результатов выполнения лабораторной работы в обработан-
ном виде (таблицы, графики, рисунки, схемы и т. д.) и выводов. За-
тем отчеты по каждой лабораторной работе собираются в общий 
отчет в соответствии с перечнем лабораторных работ. 

Общий отчет включает: 
- титульный лист; 
- содержание; 
- описание лабораторных работ с кратким изложением тео-

ретических положений и результатами эксперименталь-
ных данных; 

- общие выводы и заключение по теме; 
- список используемой литературы. 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СЫРЬЕ, 

ПРИМЕНЯЕМОМ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА 

СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ 

Керамика – собирательное название широкой группы искус-

ственных камнеподобных изделий, получаемых формованием из 
глиняных смесей с минеральными добавками с последующей суш-
кой и обжигом. 

В настоящее время керамику можно определить как совокуп-

ность изделий, обладающих общими признаками. Тогда определе-
ние керамики – это изделие, изготавливаемое из одного либо не-
скольких природных или техногенных неорганических неметалли-
ческих материалов путем предварительного дробления, измельче-
ния и перемешивания с добавлением при необходимости связую-
щих или иных компонентов, с дальнейшим формованием из полу-
ченных масс и термической обработкой, обеспечивающая получе-
ние изделий с заданной структурой, фазовым составом и свой-
ствами. Керамика применяется для возведения стен и покрытия 
зданий, облицовки полов, фасадов, печей, дымовых труб, для 
устройства канализации. 

К керамическим материалам относятся изделия различного 

назначения, которые отличаются друг от друга по виду используе-
мого сырья, свойствам и способам производства. По производ-
ственно-строительному признаку керамические изделия подразде-
ляются на следующие виды: изделия строительной керамики; элек-
тротехнической керамики; химически стойкой (кислотоупорной) 
керамики; бытовой керамики; огнеупорные изделия. 

К изделиям строительной керамики относят материалы 

(кирпич, стеновые камни), кровельные (черепица), фасадно-обли-
цовочные (лицевой кирпич, фасадно-облицовочные плитки), 
плитки для полов, облицовочные плитки для внутренних помеще-
ний, санитарно-технические изделия, клинкерный кирпич, кана-
лизационные и дренажные трубы, кислотоупорный кирпич и 
плитки, керамзит. 

К изделиям электротехнической керамики относят электро-, 

радио- и другие виды керамики (ролики, штепсельные розетки, 
изоляторы низко- и высоковольтовые). 

К изделиям химически стойкой керамики относят кирпич и 

плитки для футеровки химической аппаратуры и строительных 
конструкций, заводская аппаратура для химической промышлен-
ности (центробежные и поршневые насосы для перекачки едких 
жидкостей, вентиляторы для агрессивных газов). 

К изделиям бытовой керамики относят хозяйственный фаянс 

и фарфор (чайная и столовая посуда), художественно-декоратив-
ные изделия (вазы, статуэтки). 

К огнеупорным изделиям – материалы для футеровки печей и 

других тепловых агрегатов. 

Такая классификация отражает в основном назначение изде-

лий и не разделяет их по свойствам (структура изделий, их плот-
ность, пористость) и технологическим особенностям производства. 

Изделия строительной керамики разделяются на две группы: 

изделия грубой строительной керамики и изделия тонкой строи-
тельной керамики. В первую группу входят стеновые, кровельные, 
фасадно-облицовочные материалы, дренажные трубы, керамзит и 
др. Во вторую – облицовочные плитки для внутренних помещений, 
санитарно-технические изделия и др. 

По плотности керамические изделия делятся на пористые и 

плотные. Пористыми называются изделия, водопоглощение кото-
рых более 5 %. К ним относятся кирпич, черепица, облицовочные 
плитки, керамзит, изделия из фаянса. Плотными называются изде-
лия с водопоглощением менее 5 %. Это фарфоровые, кислотоупор-
ные изделия, клинкерный кирпич, канализационные трубы. 

Керамические изделия могут быть глазурованными и негла-

зурованными. 

В производстве керамических изделий на основе глинистых 

минералов используется три группы сырья: пластичные материалы, 
отощающие материалы и плавни. В особую группу выделяют тех-
нологические добавки. К пластичным материалам относятся глины 
и каолины. Непластичные разделяются на отощающие материалы 
и плавни. Отощающие материалы вводятся в керамические 

изделия для снижения их усадки при сушке и обжиге. Они могут 
быть естественного происхождения (кварцевый песок) или искус-
ственно приготовленными (шамот, бой изделий). Плавни вводятся 
в состав керамических изделий для снижения температуры спека-
ния. Эти материалы при обжиге вступают во взаимодействие с дру-
гими компонентами керамической массы, образуя легкоплавкие 
соединения. Введение технологических добавок в состав масс вли-
яет на структуру и свойства керамических материалов. 

1. Пластичные материалы – основной компонент керами-

ческих масс, который определяет способность последних к формо-
ванию, а также оказывает решающее влияние на состав и свойства 
керамики. К этой группе относятся глины и каолины. 

По ГОСТ 9169-75 глины классифицируется по содержанию 

оксида алюминия, водорастворимых солей; по содержанию сво-
бодного кремнезема, тонкодисперсных фракций и крупнозерни-
стых включений; по пластичности; по механической прочности на 
изгиб в сухом состоянии; по минеральному составу; по огнеупор-
ности; по спекаемости. Свойства керамических изделий определя-
ются в основном составом глины: химическим, минералогическим 
и гранулометрическим. 

Содержание основных минералов и примесей в глинах тес-

ным образом связано с их химическим составом, зная который 
можно приближенно выявить минеральный состав, предсказать не-
которые технологические свойства глин, произвести необходимые 
технологические расчеты (шихтовой состав). 

Классификация глинистого сырья по химическому составу 

основана на содержании Al2O3 и красящих оксидов. В зависимости 
от содержания Al2O3 (на прокаленное вещество) глины разделяют 
на пять групп: высокоглиноземистые (А12О3 более 45 %), высоко-
основные (38–45 %), основные (28–38 %), полукислые (14–28 %), 
кислые (менее 14 %). По содержанию красящих оксидов глины де-
лят на четыре группы: от весьма низкого (Fe2О3 + TiO2 не более 
1 %) до высокого содержания (Fe2О3 свыше 3 % и TiO2 свыше 2 %). 

Зная химический состав глин, можно дать им примерную 

оценку. Высокое содержание А12O3 свидетельствует о большом 
количестве глинистых минералов, сравнительной чистоте сырья и 

повышенной огнеупорности. Теоретически возможное максималь-
ное содержание А12O3 в каолините составляет 39,5 %. В природ-
ных каолинах и глинах глинозема всегда меньше. Малое содержа-
ние А12O3 при большом количестве SiO2 может свидетельствовать 
о запесоченности сырья или о том, что глинообразующим минера-
лом является монтмориллонит, в чистых разновидностях которого 
содержание А12O3 колеблется от 11 до 25 %, a SiO2 – от 48 до 56 %. 

Глины, содержащие мало А12O3 и много оксидов щелочных и 

щелочноземельных металлов, легкоплавки и могут быть использо-
ваны лишь в производстве строительной керамики. Высокое содер-
жание А12O3 при значительном количестве оксидов щелочных ме-
таллов и небольшом количестве других плавней (CaO, MgO) обу-
словливает низкую температуру спекания, широкий интервал 
спекшегося состояния и одновременно высокую огнеупорность 
глины. Такое сырье особенно ценно, оно позволяет изготовлять из-
делия различного назначения: фаянс, фарфор, кислотоупоры, ша-
мотные огнеупоры. 

Химический состав глин в значительной степени определяет их 

пригодность для производства тех или иных изделий. Сделана по-
пытка (диаграмма Августиника) сгруппировать глины по их назна-
чению в зависимости от соотношения основных оксидов (рис. 1.1). 

Так, например, Часовъярская глина состава, % мас.: SiO2 – 

49,52; TiO2 – 1,3; Al2O3 – 33,51; Fe2O3 – 1,19; MgO – 0,90; CaO – 
0,93; Na2O – 0,44; K2O – 2,32, после деления количества оксидов, 
ее образующих, на соответствующие молекулярные массы дает со-
отношение 

!"#$%

&'$# = 0,41 и сумму молей плавней Fe2O3 + MgO + 

+ CaO + Na2O + K2O = 0,075. Соответствующая этой глине точка 
находится на диаграмме в области 1, следовательно, ее можно от-
нести к огнеупорным глинам. 

Диаграмма дает ориентировочную оценку возможных обла-

стей использования различных глин. 

Глины – это осадочные тонкообломочные горные породы, со-

стоящие в основном из глинистых минералов каолинитовой, монт-
мориллонитовой и гидрослюдной групп. 

 

Рис. 1.1. Промышленное назначение глин в зависимости от 

их химического состава (по Августину): 1 – огнеупорные 

шамотные изделия; 2 – плитки для полов, канализационных труб, 

кислотоупорные изделия и каменный товар; 3 – гончарные 

и терракотовые изделия; 4 – черепица; 5 – дорожный клинкер;  

6 – кирпич 

Образование глинистых минералов связано с длительными 

сложными геологическими процессами. Полагают, что образова-
нию водных алюмосиликатов способствовали механическое вы-
ветривание горных пород, разложение под влиянием жизнедея-
тельности бактерий и химическое воздействие растворов хлоридов, 
фторидов, сернистых соединений. Наряду с глинистыми минера-
лами и кремнеземом в продуктах разложения могут содержаться 
поташ, магнезит, гематит, лимонит и другие минералы. 

Среди глинистых минералов наиболее распространены као-

линит, галлуазит, монтмориллонит, гидрослюды, хлорит. Эти 

минералы имеют преимущественно слоистое (листовое) строение. 
Кристалличность минералов глин колеблется от совершенных кри-
сталлов до структурно неупорядоченных фаз, вплоть до аморфных 
(аллофан). В зависимости от преобладания того или иного глини-
стого минерала глины подразделяют на семь групп: 

– каолинитовые, 
– гидрослюдистые, 
– монтмориллонитовые, 
– гидрослюдисто-каолинитовые, 
– монтмориллоните-каолинитовые, 
– монтмориллонито-гидрослюдистые 
– полиминеральные, содержащие три и более глинистых ми-

нерала. 

В соответствии с общими представлениями основной струк-

турный мотив слоистых глинистых минералов – это двух-, трех- 
или четырехслойные пакеты, состоящие из тетраэдрических и ок-
таэдрических слоев (листов). 

Тетраэдрический слой образован кремнекислородными тет-

раэдрами SiО4, в которых ионы кислорода (r0 = 0,132 нм) окружают 
сравнительно малые (rSi = 0,039 нм) ионы кремния (рис. 1.2,а). 

Тетраэдры сгруппированы так, что создают повторяющуюся 

гексагональную сетку, образующую плоский лист толщиной 
0,493 нм, причем все вершины тетраэдров обращены и одну сто-
рону, а основания лежат в одной плоскости (рис. 1.2,б, в). 

Другой характерный слой образуют октаэдры из двух рядов 

плотноyпакованных ионов кислорода или гидроксида с ионами 
алюминия либо магния, реже железа, расположенными на равном 
расстоянии от шести ионов кислорода (или гидроксида) (рис. 1.3). 

В случае заполнения октаэдрических пустот алюминием или 

другими трехзарядными катионами при образовании слоя должно 
быть занято только 2/3 их части, чтобы сбалансировать по зарядам 
структуру. Толщина октаэдрического слоя в структурах глинистых 
минералов составляет 0,505 нм. 

Тетраэдрический и октаэдрический слои могут чередоваться 

в глинистых минералах различным образом, образуя несколько ха-
рактерных групп. Отсюда и главный классификационный признак 

глинистых минералов – определенное сочетание слоев. По этому 
признаку в соответствии с представлениями Грима различают не-
сколько структурных групп глинистых минералов. 

 

Рис. 1.2. Тетраэдрический кремнекислородный слой:  

а – отдельный тетераэдр; б – сетка тетраэдров в перспективе; 

в – сетка тетраэдров в проекции на плоскость основания 

тетраэдров 

 

Рис. 1.3. Октаэдрический слой: а – отдельный октаэдр; б – сетка 

октаэдров