Wkłady ceramiczne

Ulotki firmy Jawar

Ceramika izostatyczna

W technice kominowej coraz popularniejszym rozwiązaniem stają się trójwarstwowe kominy systemowe złożone z ceramiki, izolacji z wełny mineralnej i pustaków keramzytobetonowych. Na polskim rynku istnieje wiele certyfikowanych systemów tego typu. Nowością wśród nich są systemy kominowe zawierające innowacyjną ceramikę izostatycznie prasowaną, nazywaną potocznie „ceramiką izostatyczną”. Celem niniejszego artykułu jest zbadanie wpływu zastosowania ceramiki izostatycznie prasowanej na bezpieczeństwo użytkowania komina. Zakłada się, że zastosowanie ceramiki izostatycznie prasowanej poprawia bezpieczeństwo użytkowania komina. Podjęto próby weryfikacji tej tezy w oparciu o własne badania empiryczne autora przeprowadzone w firmie JAWAR. Ponadto, w oparciu o literaturę i badania innych autorów zweryfikowano hipotezę, że ceramika izostatyczna jest bardziej odporna na szoki termiczne niż ceramika tradycyjna.

1. Technologia produkcji ceramiki izostatycznej i jej wpływ na właściwości wyrobu

Technologia produkcji wyrobów ceramicznych zasadniczo składa się z trzech podstawowych faz: przygotowania surowca, formowania kształtek, wypalania. Technologia produkcji wyrobów prasowanych izostatycznie polega na formowaniu kształtek w spejcalnie zaprojektowanej do tego celu prasie. Surowiec jest dokładnie suszony, a następnie podawany do prasy w formie suchego proszku. Ściskany jest w formach pod bardzo wysokim ciśnieniem. Po formowaniu wypraska od razu trafia do wypalania. Proces ten różni się od formowania hydraulicznego właśnie momentem suszenia. Tradycyjną ceramikę formuje się z wilgotnej masy, a następnie wypraski są suszone i dopiero wypalane.

Proces suszenia ma kluczowe znaczenie dla właściwości wyrobu końcowego. Podczas suszenia tradycyjnych wyrobów ceramicznych, woda odparowuje z wyprasek pozostawiając po sobie liczne pory. Wiele z tych porów pozostaje obecna również po zakończeniu procesu wypalania w postaci zamkniętych i otwartych porów, a także mikropęknięć. Te ostatnie powodują obniżoną wytrzymałość mechaniczną i termiczną wyrobu, a także stanowią główną przyczynę pojawiania się pęknięć podczas użytkowania [1]. W ceramice izostatycznej suszenie odbywa się jeszcze przed formowaniem, a zatem pory i mikropęknięcia związane z procesem suszenia wyprasek nie występują. Jest to pierwszy czynnik wpływający na zwiększoną wytrzymałość ceramiki prasowanej izostatycznie. Opisana różnica w technologii produkcji ceramiki kominowej wpływa na zdecydowaną poprawę szczelności elementów izostatycznie prasowanych w porównaniu z tradycyjną ceramiką plastyczną. Dzięki temu ceramika izostatycznie prasowana doskonale nadaje się do kominów współpracujących z kotłami kondensacyjnymi.

Drugi czynnik związany jest bezpośrednio z technologią formowania. Obróbka za pomocą jednoosiowego prasowania hydraulicznego (konwencjonalna metoda) jest zadowalająca przy formowaniu małych elementów. Jednak podczas produkcji długich rur lub kompleksowych części, tarcie matrycowe skutkuje nierównomiernym zagęszczeniem materiału [3]. To z kolei powoduje naprężenia podczas pracy wyrobu i również skutkuje pojawianiem się mikropęknięć, a w konsekwencji uszkodzeniami wyrobu. Natomiast podczas prasowania izostatycznego surowiec jest ściskany równomiernie ze wszystkich stron. Tarcia mechaniczne w zasadzie nie występują, w wyniku czego powstaje homogeniczna struktura materiału. Największym atutem prasowania izostatycznego jest jednorodne zagęszczenie, które skutkuje przewidywalnym i powtarzalnym skurczem podczas dalszego procesu spiekania. Dzięki temu wyrób charakteryzuje się wysoką odpornością mechaniczną i termiczną.

2. Właściwości ceramiki izostatycznej

Ceramika izostatycznie prasowana jest przede wszystkim materiałem o niskiej nasiąkliwości i wysokiej odporności na szoki termiczne. Czyni ją to idealnym materiałem do zastosowania w technice kominowej. W tej części artykułu omówione zostaną podstawowe właściwości ceramiki izostatycznie prasowanej pod kątem jej przydatności do zastosowania w produkcji kominów systemowych.

2.1. Nasiąkliwość

Wartość współczynnika nasiąkliwości jest pochodną gęstości i porowatości materiału ceramicznego. Jak opisano w poprzednim rozdziale, ceramika izostatyczna charakteryzuje się mniejszą porowatością niż tradycyjna ceramika plastyczna. Stąd też bardzo niskie wartości nasiąkliwości. Według badań zgodnie z normą EN 13063-2+A1:2007 współczynnik nasiąkliwość ceramiki izostatycznie prasowanej JAWAR jest znacznie niższy niż ceramiki plastycznej, która osiąga wartości nawet na poziomie 7%. Niska wartość tego współczynnika ma znaczący wpływ na odporność na szoki termiczne wyrobu. Jeżeli ceramika jest nasiąknięta wodą, po poddaniu jej gwałtownemu wzrostowi temperatury w jej porach następują mikrozagotowania, skutkujące powstawaniem pęknięć.

2.2. Odporność na szoki termiczne i obciążenia mechaniczne

Materiały ceramiczne ogólnie są materiałami kruchymi, tzn. posiadają wysoką wytrzymałość na ściskanie, ale niską wytrzymałość na rozciąganie. Podstawowym objawem zniszczenia materiału ceramicznego jest powstawanie pęknięć. Pęknięcia ceramiki powstają w wyniku obciążenia mechanicznego albo szoku termicznego. Pojawiają się w miejscach występowania porów, mikropęknięć lub nierównomiernego zagęszczenia materiału [1]. Dlatego tak ważna jest właściwa mikrostruktura ceramiki. Jak wcześniej omówiono, technologia produkcji ceramiki izostatycznie prasowanej zapewnia jej optymalną strukturę. Potwierdzają to również badania wykonane przez Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych [5]. Na podstawie przeprowadzonych doświadczeń stwierdzono, że próbki prasowane izostatycznie wykazały się większą wytrzymałością mechaniczną, wyższą gęstością właściwą oraz mniejszym rozrostem faz krystalicznych od próbek ceramiki formowanej hydraulicznie.

2.3. Pozostałe właściwości ceramiki izostatycznej

Poza tymi najważniejszymi właściwościami, ceramikę izostatyczną charakteryzują również:

  • stosunkowo mała pojemność cieplna,
  • mały ciężar,
  • szybki i prosty montaż,
  • możliwość stosowania w technologiach renowacyjnych,
  • odporność na działanie kondensatu.

Podsumowując, ceramika izostatycznie prasowana jest nowoczesnym materiałem bardzo wysokiej jakości, który idealnie nadaje się do zastosowania w technice kominowej.