Из первых керамических материалов, полученных обжигом глины, — терракоты и каменной керамики для хозяйственных и бытовых нужд изготавливаются тотемные фигуры, сосуды для хранения и приготовления пищи, погребальная утварь. Возраст наиболее древних керамических изделий превышает 25 тыс. лет.
В Вавилоне начинают использовать глазурованные керамические кирпичи для облицовки стен. Это одно из первых применений строительной керамики.
Появление гончарного станка в районе Междуречья, затем на Ближнем Востоке и Египте определило существенный прогресс в производстве посуды, формы которой стали совершеннее, а количество изделий значительно возросло.
Самым древним строительным материалом, изготавливаемым в значительных объемах, был кирпич-сырец, производимый из глины с добавками соломы, трав и пр. Из такого кирпича строили значительные сооружения, например, крепости и башни в районах Ближнего и Центрального Востока. Кирпич- сырец обеспечивал сооружениям достаточно высокую прочность в условиях отсутствия дождей. Точная датировка начала использования обожженного керамического кирпича неизвестна, однако уже в VI в. до н. э. в Вавилоне наряду с кирпичом-сырцом для облицовки стен применяли глазурованные керамические кирпичи.
Керамика сыграла важную роль в борьбе с инфекциями, распространявшимися в Европе со Средних веков вплоть до начала XX в. К этому времени фабрики, достигшие в результате промышленной революции высокой производительности, стали выпускать из глазурованного фаянса туалетные принадлежности для городских жителей среднего достатка, вскоре составившие привычный нам набор: умывальный стол, унитаз и смывной бачок. Керамические предметы для быта, кроме посуды для приготовления, хранения и употребления пищи, включали в себя многочисленные декоративные изделия – парфюмерные и аптекарские бутылки, вазы, игрушки, сувениры и т. п.
Начало производства фарфора, достигшего своего оптимального качества в Китае к VII в., стало ключевым этапом в развитии керамики. В отличие от терракоты и фаянса, китайский фарфор отличался прочностью, белизной и полупрозрачностью. Его качество долгое время оставалось недостижимым из-за технологической изолированности Китая. Однако уже в XVII–XVIII веках мастера Франции, Италии, Голландии и Англии создали собственные виды посуды — мягкий фарфор, твёрдый фаянс и каменную керамику, приближаясь к китайским стандартам.
В странах исламской Азии из крупноформатных керамических блоков, изготовленных из материала кашин (по названию города Кашан в Иране), строили мечети и мавзолеи, облицовывая стены и купола майоликой из цветных глазурей. Большие мозаичные поверхности и богато расписанные изразцы прославили архитектурные памятники XIV–XVI вв.
В России первый кирпичный завод был построен в Москве в середине XV в. До этого времени небольшие производства кирпичей и глазурованных керамических изразцов существовали при монастырях.
В конце XV в. кирпич, производство которого организовал итальянский архитектор Аристотель Фиораванти, использовали при строительстве Московского кремля. Размеры «аристотелева кирпича» (289 × 189 × 67 мм) приближались к размерам современного кирпича (250 × 120 × 65 мм), а качество превосходило прежнее.
В России в XVI–XVII вв. известные школы производства высокохудожественных изразцов располагались в мастерских монастырей в Великом Устюге, Ростове, Москве, гораздо позднее (с XVIII в.) производство изразцов по голландским образцам было открыто в Санкт-Петербурге.
Значительный прогресс в разработке фаянсовых составов и глазури к ним был достигнут в европейских странах (Франция, Нидерланды, Англия), что привело к появлению полноценного полевошпатного фаянса, не утратившего своей роли и использующегося в производстве современной посуды и сувениров. Французский ученый Б. Палисси разработал уникальные рецепты цветных глазурей и использовал их в изготовлении своих знаменитых декоративных блюд.
Глазурованные плитки из майолики использовались с древности в странах Востока – от Египта и Вавилона до арабского мира. Ими украшали дворцы, храмы и мечети. Эти традиции повлияли на европейскую облицовочную керамику: так появились изразцы, особенно популярные в Германии и Голландии XVI–XVIII вв. Центрами керамического искусства стали Дельфт с его фаянсовыми изразцами и Метлах — производитель прочной напольной плитки, известной как «метлахская».
В районе Гжели начиная с XVI в. последовательно и успешно развивались производства оригинальной майолики, полуфаянса, фаянса и, наконец, в XIX в. — фарфора.
С XVII века в России начали развиваться кирпичные заводы, особенно активно — в период правления Петра I. В городах стали строить первые кирпичные дома, что дало толчок развитию строительных материалов. В это же время началось производство огнеупорных кирпичей из смеси огнеупорной глины или каолина с отощителем. Особенно ценились гжельские глины, из которых в Подмосковье изготавливали жаростойкие кирпичи для печей и промышленных нужд.
В 1710 году в саксонском городе Мейсен был представлен первый европейский фарфор, созданный И. Ф. Бетгером. Он отличался от китайского составом сырья. С середины XVIII века изделия из фарфора начали массово производить в Мейсене, Берлине, Вене и Копенгагене. Несмотря на популярность, фарфор долго оставался предметом роскоши, а его массовое производство началось лишь в XIX веке.
В 1724 г. Афанасием Кирилловичем Гребенщиковым была открыта первая в России керамическая фабрика. Сын Афанасия Кирилловича - Иван, талантливый самородок, разработал технику производства тонкой майолики и фарфора. Завод Гребенщикова был одним из лучших в Европе в конце XVIII столетия.
В России первый фарфор, не уступающий по своим характеристикам европейскому и китайскому, был получен в середине XVIII в. на Первой Императорской порцелиновой мануфактуре. Его производство организовал талантливый ученый Д. И. Виноградов, самостоятельно разработавший оригинальный рецепт.
Большую роль в развитии технологии керамики сыграл Дж. Веджвуд, совместивший в себе технолога, промышленника и художника. Его разработки масс для производства фаянса и каменной керамики получили мировую известность.
Большую роль в развитии технологии керамики сыграл Дж. Веджвуд, совместивший в себе технолога, промышленника и художника. Его разработки масс для производства фаянса и каменной керамики получили мировую известность.
В первой половине XIX в. был получен динасовый огнеупор на основе тридимита (устойчивая модификация кремнезема), использование которого эффективно в печах по выплавке стали и производству стекла. Динасовые огнеупоры были впервые изготовлены в 1822 г. в Великобритании (Уэльс).
Первое специализированное производство шамотных огнеупоров было организовано в Германии в 1810 г., однако их массовый выпуск начался в середине XIX в. в США.
Во второй половине XIX в. в России работали десятки предприятий по выпуску фарфора и фаянса, среди которых крупные заводы в Санкт-Петербурге, Дулеве, Вербилках, Конакове и других районах.
Первые магнезитовые огнеупоры появились в Австрии (Штирии) в 1860 г., а промышленное их производство началось в 1882 г.
Первый шамотный завод в России был построен в 1865 г. в городе Боровичи (Новгородская область); затем были построены шамотные заводы в Часов-Яре (1887), Латной (1897) и др.
Доломитовые огнеупоры впервые были применены в Англии в 1878 г.
Доломитовый кирпич – огнеупорное изделие, состоящее на 55-75% MgO и 18-42% CaO и другие связующие и добавки. Этот кирпич еще называют магнезиально-кальциевым кирпичом. MgO-CaO-кирпич и так далее. Благодаря сочетанию высококачественных материалов доломит высокотемпературный огнеупорный кирпич обладает высокой термостойкостью, термической стабильностью и щелочными характеристиками, что делает его идеальным для различных требовательных сред.
В 80-х гг. XIX в. в России было организовано производство динаса; тогда его выпускали на Обуховском заводе в Петербурге, на Пермских пушечных заводах, на Златоустовском металлургическом заводе и др. Первый специализированный завод – Деконский динасовый завод в Донбассе – был построен в 1889 г.
Хромитовые огнеупоры появились в конце XIX в. Естественный хромит как огнеупор применен в России на Александровском сталелитейном заводе в Петербурге в 1879 г.
На протяжении долгого времени, вплоть до начала XX в., существовали маленькие, так называемые сезонные заводы, работавшие только летом, сушившие и обжигавшие формованный вручную кирпич примитивными способами. Значительный прогресс в производстве кирпича был достигнут в середине XIX в., когда на фабриках стало массово внедряться современное для того времени производительное оборудование — помольные машины, смесители, экструдеры, кольцевые и, позже, туннельные печи.
С конца XIX века техническую керамику начали использовать в электротехнике — сначала для изоляторов из твёрдого фарфора, а позже и из оксидной и бескислородной керамики (корунд, муллит, стеатит и др.). Керамика стала важным элементом в производстве варисторов, резисторов, термодатчиков и стабилизаторов. Также её применяют в нагревателях печей, где используются проводящие соединения, такие как карбид кремния и дисилицид молибдена.
В России первый магнезитовый завод построен на Урале в городе Сатке в 1900 г. (ныне ПАО «Комбинат «Магнезит»).
Безобжиговые хромомагнезитовые изделия были изготовлены в 1913 г. в США. Другие виды огнеупоров – карбидокремниевые, цирконистые, из чистых оксидов, углеродистые и т. п. – начали производить и применять только во второй половине XX в.
Со второй половины XX в. кирпичные заводы стали выпускать строительные керамические пустотелые блоки больших форматов, обладающие высокими теплоизоляционными свойствами.
Начиная с конца 1950-х гг. керамические материалы находят применение в ядерном топливном цикле как в качестве тепловыделяющих элементов (керамика из диоксида урана и тория) и элементов конструкции ядерного реактора (жертвенный слой из диоксида циркония), так и для утилизации активных отходов. Техническая керамика находит применение в самых различных областях промышленности — здесь и аэрокосмическая промышленность; обработка металлов давлением и резанием; электроника; производство стекла; военно-промышленный комплекс; термическая обработка различных материалов; производство электроэнергии; обработка минералов и др. На рисунке приведены некоторые образцы изделий технической керамики.
Высокие прочностные свойства керамики, сохраняющиеся в условиях высоких температур, определили интерес к ней как к материалу для деталей газотурбинных и реактивных двигателей. Эти разработки были начаты в 1970-е гг. и продолжаются до сих пор.
Большую роль стали играть керамические материалы в медицине, в первую очередь как биоинертные (на основе оксидов алюминия и циркония) и биоактивные (на основе фосфатов кальция) имплантаты, выступающие элементами костей и суставов
Сравнение технологий производства керамических изделий по таким показателям, как ресурсоемкость, энергоемкость, экологичность, трудоемкость, может говорить лишь о проблемах, характерных для той или иной подотрасли. Так, существенной проблемой в технологии производства кирпича является высокая доля энергозатрат в общей себестоимости продукции, хотя сами по себе удельные энергозатраты уступают таковым энергозатратам в других подотраслях. С другой стороны, большое количество предприятий по производству кирпича означает то, что эта подотрасль является наиболее энергоемкой (более 50 % потребляемой энергии) во всей отрасли производства керамических изделий, что нельзя не учитывать в масштабах экономики страны. С учетом масштаба этой подотрасли необходимо отметить большое потребление природного сырья — глин и суглинков, что еще более остро ставит вопрос о необходимости внедрения технологий, использующих техногенные отходы.
Мексика2%
Иран5%
Турция3%
Индонезия4%
Италия4%
Вьетнам4%
Испания4%
Индия8%
Бразилия9%
Китай57%