Сырьевые материалы, применяемые в технологии керамики, делятся в зависимости от своей роли в керамической массе на пластичные, отощители и плавни.
Пластичные материалы. Глины
Пластичные материалы - это глины, которые согласно ГОСТу 9169-75 делятся на собственно глины и каолины.I
Глины - дисперсные породы осадочного происхождения, состоящие из глинистого вещества и примесей. Глина образует с водой пластичное тесто, способное сохранять приданную ему форму и после обжига превращаться в камень. В зависимости от состава и происхождения, свойства глин весьма различны.
В природе глины образовались при разрушении, выветривании горных пород: гранитов, полевых шпатов и алюмосиликатных пород.
Так, из полевого шпата ортоклаза K2O∙Al2O3∙6SiO2 в процессе выветривания, под действием воды и углекислого газа образуется каолинит:
K2O∙Al2O3∙6SiO2+ 2H2O+CO2= Al2O3∙2SiO2 ∙2H2O + К2СO3 + 4SiO2
каолинит поташ кремнезем
В зависимости от того, оставались ли продукты разрушения на месте или перемещались, глины подразделяются на первичные, вторичные (вторично отложенные - перенесенные водой, ветром) и метаморфизованные (измененные под давлением и температурой). Важнейшим свойством глин является пластичность, характеризуемая числом пластичности (ЧП), которая зависит от состава и главным образом от
структуры глинистого минерала, как будет показано далее. По пластичности глины делятся на 5 групп: высокопластичные- ЧП>25; среднепластичные - ЧП 
25...15; умеренно пластичные – ЧП 
15...7; малопластичные - ЧП<7; непластичные.
Весьма важной характеристикой глин является огнеупорность, которая обусловлена содержанием в глинах оксидов А12O3+ТiO2. По огнеупорности глины делятся на огнеупорные (tогн 1580), тугоплавкие (t 1580...1350°C),
легкоплавкие (t<1350°С).
По содержанию А12O3+ТiO2 в прокаленном состоянии глины классифицируются на, % по массе: высокоосновные (В0) 40, основные (О) - 40...30, полу кислые (Пк)- 30... 15; кислые К 15.
По температуре спекания глины классифицируются на неспекающиеся - с температурой спекания до 1100°С и высокотемпературного спекания бо лее 1100°С. Степень спекания глины определяют по величине водопоглощения В спекшегося образца без признаков пережога и различают: сильноспекающиеся (В 2%), среднеспекающиеся (2 В 5%) и неспекающиеся (В>5%).
Важнейшим качеством глин, предопределяющим все их свойства, является дисперсность, определяемая содержанием тонких частиц (ТЧ) размером менее 1 мкм. По дисперсности глины классифицируют на: тонкодисперсные (ТЧ>60% по массе), дисперсные (ТЧ=60... 20% по массе) и грубодисперсные (ТЧ<20% по массе).
Для получения художественных, бытовых и других изделий из фарфора и фаянса с белым черепком жестко ограничивают содержание окрашивающих оксидов Fe2O3 и TiO2: в каолине до 0,8%, а в беложгущихся глинах до 1,5% Fe2O3 и до 1% ТiO2.
Все свойства глин и особенно пластичность зависят от содержания глинистого вещества, представленного глинистыми минералами, их структурой и свойствами.
Глинистые минералы - это гидроалюмосиликаты, общая формула которых m Аl2О3∙nSiO2∙pН2О. Большинство глинистых минералов относятся к слоистым гидроалюмосиликатам. Основным структурным элементом являются пакеты, которые состоят из 2 или 3 слоев, представленных тетраэдрами [SiO4] и октаэдрами [А1(O,ОН)6]. Глинистые минералы подразделяются на три основные группы: каолинитовую, монтмориллонитовую и гидрослюдистую(иллитовую)
К каолинитовой группе относятся глинистые минералы каолинит, дикит, накрит, галлуазит. Наиболее распостраненный минерал каолинит Al2O3∙2SiO2∙2H2O, составляющий основу самого ценного сырья - каолина. Каолинит содержит наибольшее количество глинозема Аl2Оз - теоретически 39,5 % - по сравнению с другими глинистыми минералами и поэтому обладает высокой огнеупорностью.
Каолинит и минералы этой группы имеют кристаллическую решетку, состоящую из двухслойных пакетов.
Каждый пакет имеет толщину 0,7 нм и состоит из тетраэдрического [Si04] 4- и октаэдрического [ А1(O,ОН)6]3- слоев (рис.).
| Рис. |
 |
Между отдельными пакетами существует прочная водородная связь, т.к. один пакет оканчивается гидроксильными группами ОН-, а другой начинается кислородным слоем. Это обусловливает слабую набухаемость каолинита в воде и невысокую его пластичность, а следовательно, и каолина и каолинитовых глин.
К монтмориллонитовой группе относятся монтмориллонит, бейделит, нонтронит, бентонит и др. Монтмориллонит Al2O3∙4SiO2∙H2O∙pH2O (упрощенная формула, идеальная по данным Росса) имеет кристаллическую решетку, состоящую из трехслойных пакетов: два слоя кремнекислородных тетраэдров, а между ними слой из алюмокислородных октаэдров, где возможно изоморфное замещение ионов - А13+ и Si 4+ на другие ионы (рис.).
В тетраэдрическом слое монтмориллонита часть тетраэдров [SiO4]4- замещена тетраэдрами [АlO4]5- из-за чего возникает отрицательный заряд пакетов. Соседние пакеты заканчиваются слоями ионов кислорода, связь между пакетами через кислород более слабая, чем водородная у каолина. Поэтому в межпакетное пространство может проникать вода, а также различные ионы. Количество воды и адсорбированных ионов влияет на расстояние между пакетами, которое может увеличиваться от 96 до 214 нм. В связи с этими особенностями структуры монтмориллонитовые глины обладают высокой набухаемостью и пластичностью. Размер частиц монтмориллонита намного меньше 1 мкм, поэтому эти глины обладают еще одним ценным свойством - высокой адсорбционной способностью. Особенно ценными являются бентониты, бентонитовые глины.
К гидрослюдистым минералам относят иллит, хлорит, глауконит, вермикулит и др.
Иллит, или гидрослюда, имеет формулу K2O∙MgO∙4Al2O3∙7SiO2∙2H2O -продукт многолетней дегидратации слюд. Кристаллическая решетка иллита представлена так же, как и у монтмориллонита, трехслойными пакетами, но в ее строении принимают участие и оксиды щелочных и щелочноземельных металлов, а также происходит частичное замещение тетраэдров [Si04]4- тетраэдрами [АЮ4]5-. Связь между пакетами осуществляется ионами калия, содержание которых меньше, чем в слюдах. Эти минералы обладают средней пластичностью, но большей, чем каолинитовые. Большинство гидрослюдистых минералов являются легкоплавкими с температурой плавления 1100-1150°С.
Глины могут содержать один или несколько глинистых минералов и соответственно бывают моно- и полиминеральными. К мономинеральным относятся каолины, содержащие каолинит, а также бентониты, содержащие минерал бентонит. Каолины являются основным сырьём для производства огнеупоров, технической керамики, фарфора, фаянса, в том числе Декоративно-художественных изделий. Большинство же глин полиминеральны и широко используются в керамической, цементной, химической отраслях промышленности, в строительстве.
Примесями в глинах являются кварц, полевые шпаты, слюды, карбонаты, рутил, пирит, органические соединения и уголь. Они снижают пластичность, могут положительно и отрицательно влиять на процесс обжига и свойства керамики, что зависит от их содержания и равномерного распределения по всей массе глины.
Отощители и плавни
Отощители. При использовании пластичных глин, для уменьшения усадки в процессе сушки и обжига керамических изделий, в массу добавляют отощающие материалы- отощители. Они, уменьшая пластичность массы, облегчают сушку изделий, т.к. создают более высокую пористость. При обжиге отощители играют структурно-образующую роль, повышают, прочность и термостойкость.
Отощители бывают: естественные - кварц, кварцевый песок, кремень; искусственные - шамот, бой и брак керамических изделий, шлаки.
Шамот - это специально обоженная, раздробленная и измельченная на различные фракции глина. В керамике используют низкожженый и высокожженый шамот с температурой обжига соответственно 700 - 800 и 1250-1300°С.
Плавни. Для образования легкоплавкой жидкой фазы при обжиге керамики в массу вводят плавни. Это обеспечивает снижение температуры спекания черепка, повышение его плотности и прочности. Плавни бывают двух видов: собственно плавни (плавни первого рода) - это вещества, материалы, имеющие относительно невысокую температуру плавления, полевые шпаты, пегматиты, нефелиновый сиенит (1150-1170), перлит (850-1000), сода (855), поташ (894) и др.
Плавни второго рода - это вещества, имеющие высокую температу плавления, но образующие легкоплавкие эвтектики с другими компонентами керамической массы: известняки, мел, мрамор, магнезит, доломит, тальк.
В состав массы часто вводят искусственно синтезированные спеки, стеклобой, фритту из недорогостоящих легкоплавких смесей, а также техногенные вторичные продукты: отходы химических производств, металлургические и топливные шлаки.
В ряде случаев в керамическую массу вводят добавки. Так, для получения высокопористых керамических изделий в состав массы вводят выгорающие добавки - уголь, древесные опилки, золо- и угольсодержащие материалы и др. При использовании непластичных материалов в состав керамической массы вводят временную связку. В качестве временной связки, в зависимости от способа формования полуфабриката, используют воду и водосодержащие растворы, суспензии, а также вязкие высокомолекулярные жидкости -спирты-глицерины, термопластичные и термореактивные органические пластификаторы.