BAI GIANG CÔNG NGHỆ GOM SU

GIỚI THIỆU VỀ GỐM SỨ CERAMIC Công nghệ sản xuất gốm sứ còn mang tính thực nghiệm, nguyên liệu phần lớn ở dạng tự nhiên và lao động thủ công còn đóng vai trò to lớn và vẫn còn tồn tại qua

TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ GỐM SỨ

Giảng viên : HỒ THỊ NGỌC SƯƠNG.

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ GỐM SỨ

1 1 GIỚI THIỆU VỀ GỐM SỨ (CERAMIC)

Công nghệ sản xuất gốm sứ còn mang tính thực nghiệm, nguyên liệu phần lớn ở dạng

tự nhiên và lao động thủ công còn đóng vai trò to lớn và vẫn còn tồn tại quan điểm xemceramic như là quá trình sản xuất các sản phẩm gốm thô, đất nung , gốm mỹ nghệ…

Đặc trưng cơ bản của quá trình công nghệ là quá trình nghiệt độ cao Khái niệm gốm sứ

có thể hiểu theo công nghệ sản xuất ra nó Các sản phẩm gốm sứ được sản xuất từ các

nguyên liệu dạng bột mịn, tạo hình rồi đem nung đến kết khối ở nhiệt độ cao.

1.2 PHÂN LOẠI CÁC SẢN PHẨM GỐM SỨ

Có rất nhiều cách phân loại các sản phẩm gốm sứ, ví dụ gồm các cách phân loại sau:

- TP hóa và pha gồm có hệ Al2O3.SiO2 , hệ MgO SiO2 , hệ Al2O3.SiO2.CaO, hệthủy tinh

- Độ xốp của vật liệu gồm có vật liệu xốp, vật liệu sít đặc, vật liệu kết khối

- Cấu trúc hạt vật liệu gồm có gốm thô, gốm mịn, gốm đặc biệt

- Công dụng của vật liệu gồm có gốm xây dựng, gốm mỹ thuật, gốm kỹ thuật,…

- Thành phần khoáng chính trong sản phẩm gồm có gốm mulit, gốm corund,…

- Truyền thống hình thành gồm có sành, đất nung, bán sứ, sứ

Tuy nhiên ở đây chỉ đi sâu tìm hiểu cách phân loại theo cấu trúc hạt vật liệu, chia gốmthành ba loại:

1.2.1 Gốm thô

Còn gọi là gốm xây dựng, phần lớn các loại sản phẩm nhóm này dùng làm vật liệu xâydựng, gồm các lọai gạch ngói, vật liệu nhẹ nhân tạo, sành dạng đá

1.2.1.1 Gạch ngói

Được dùng trong xây dựng, yêu cầu chất lượng tốt, giá thành thấp Có các yêu cầu

kỹ thuật đạt chỉ tiêu của nhà nước như:

- Gạch xây, độ bền chống nén là quan trọng nhất Yêu cầu 80kg/cm2

Hệ số hóa mềm ≥0.8

- Ngói, độ bền chống uốn là chỉ tiêu quan trọng, cần đạt

σuốn ≥ 70kg/viên

- Độ hút nước 8 -14%

Bên cạnh đó, kích thước, độ cong vênh của ngói cũng đáng quan tâm

1.2.1.2 Vật liệu nhẹ nhân tạo

Keramzit là loại phụ gia nhân tạo để sản xuất bêtông nhẹ, có khả năng cách nhiệt

tốt dùng làm panel xây tường Nếu nhà làm bằng bê tông nhẹ sẽ giảm 50% trọng lượng nhà,tường bằng panel keramzit sẽ mỏng ½ lần, sức lao động giảm 10 lần so với tường xây bằnggạch

Cấu trúc keramzit là vật thể xốp có nhiều lỗ xốp nhỏ hình cầu ngăn cách nhau bởi màngthủy tinh mỏng Khối lượng keramit phụ thuộc vào độ phồng của nguyên liệu Nguyên liệuchủ yếu sản xuất keramzit là đất sét có chứa nhiều khoáng monmorilonit Yêu cầu khi nungkeramzit là phải nung nhanh

1.2.1.3 Sành dạng đá

Có độ sít đặc cao, độ cứng lớn, cấu trúc mịn, xương có thể không màu hay màu

nâu Nhóm sản phẩm này gồm gạch clinke, tấm lát nền, ống dẫn và thoát nước, sành dân dụngnhư chum, vại…

1.2.2 Gốm mịn

Có xương kết khối cao, độ xốp bé, cấu trúc mịn và thường bọc lớp men mỏng đẹp.Được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như dân dụng, mỹ nghệ, xây dựng, vàtrong các ngành công nghiệp khác.

Tùy theo hàm lượng tràng thạch, bán sứ có xương không

trong, thậm chí có mầu sẫm Sản phẩm loại này kết khối tốt, cường độ cơ học cao, song độtrong kém, phần lớn là mặt hàng dày Mặt hàng này có thể nung một lần hoặc hai lần Nhiệt độnung 1230 – 12900C Có thể là hàng dân dụng Công nghệ sản xuất bán sứ giống hệt sản xuất

sứ mềm

1.2.2.3 Sứ

Là các sản phẩm chứa đất sét, cao lanh, cát và tràng thạch nung kết khối tạo xươngtương đối trắng và trong ( China) Độ cứng theo thang Mohs 6-7 , bền cơ, bền điện, bền nhiệt,bền hóa

Có các loại: Sứ dân dụng và sứ mỹ nghệ, sứ vệ sinh, sứ hóa học, sứ cách điện cao

- Gốm bán dẫn

- Gốm từ tính

- Hợp kim – Gốm …

 Gốm đơn oxyt

Là loại sản phẩm chỉ làm bằng một loại oxyt có độ chịu lửa cao Oxyt có thể là

dạng nguyên liệu tự nhiên hay nhân tạo Gồm các loại như gốm corindon, gốm zircon, gốmberi, gốm magiê …

- Độ bền cơ học ở nhiệt độ thường khi ép 30000 KG/ cm2 và khi uốn 5000 KG/ cm2

Gốm corindon được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau, gạch chịu lửa corindonđược dùng trong lò điện nấu thép, lò silicat và các ngành công nghiệp khác Nồi và chéncoridon được dùng để nấu kim loại oxyt ở nhiệt độ cao Trong ngành cơ khí, sử dụng dao tiệncorindon ưu việt hơn các loại dao khác Trong kỹ thuật vô tuyến điện tử, gốm corindon đượcdùng làm vỏ cách nhiệt của đèn chân không, đế của đèn điện…Trên máy bay và tên lửa, gốmcorindon được dùng để lót buồng máy của động cơ phản lực và làm ống phun lửa, làm lớp mạchịu nhiệt độ cao bảo vệ trên kim loại Mặt khác gốm corindon còn dùng làm đồ trang sức

Gốm zircon

Gốm zircon có nhiệt độ nóng chảy cao, khoảng 27000C Nhiệt độ biến dạng dưới tảitrọng 1.75kg/cm2 trong khoảng 2100 – 22500C Gốm zircon có độ bền cao, đến 30 lần khi đốtnóng ở 8000C và làm nguội trong nước lạnh Cường độ ép ( ở nhiệt độ thường) khoảng20000kg/cm2 Có độ bền hóa cao, ở nhiệt độ thường bền với các loại khí Ở nhiệt độ

cao(20000C) không tác dụng với các kim loại kiềm, cacbonat, axit( trừ H2SO4, HF) Dùng làmchén nung nấu chảy kim loại ( iridi 14400C), dùng nấu chảy platin được 30 lần Sản phẩmdùng để lót trong các lò ở nhiệt độ cao Sản phẩm Zircon ổn định trong lò nấu thép chịu được

1200 lần nấu mà không cần sửa chữa Zircon oxyt còn dùng làm lớp mạ chịu nhiệt độ cao vàchống bào mòn cho các chi tiết của động cơ phản lực

1.3 TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA GỐM SỨ

1.3.1 Tính chất

Các sản phẩm gốm sứ có cường độ cơ học cao, bền nhiệt như gốm zircon chịu đựngnhiệt độ 18000C, bền hóa, bền điện Ngoài ra một số loại gốm kỹ thuật còn có các tính chấtnhư tính áp điện, tính bán dẫn hoặc độ cứng cao chỉ sau kim cương ví dụ như gốm corindon có

độ cứng theo thang Mohs là 9

1.3.2 Ứng dụng

Sản phẩm gốm sứ được sử dụng hầu như trong mọi lĩnh vực như

- dân dụng: chum, vại, chén ,tách…

- Xây dựng : gạch, ngói,…

- Kỹ thuật điện và điện tử: Cầu chì, tụ điện,…

- Vô tuyến điện tử : làm vỏ cách nhiệt của đèn chân không, đế của đèn điện…

- Tự động hóa: Dao mài trong cơ khí, trong sản xuất xe máy

- Y học : như răng giả ( Zircon oxyt)

Chương 2

NGUYÊN LIỆU

2.1 NGUỒN NGUYÊN LIỆU

2.1.1.Nguồn nguyên liệu thiên nhiên

2.1.1.1 Đất sét

Là nguyên liệu đất chứa các nhóm khoáng alumo – silicat ngậm nước, có cấu trúc lớp(khoáng sét) với độ phân tán cao

Các khoáng chính gồm:

- Khoáng caolinhit: Al2(Si2O5)(OH)4

- Khoáng halloysit: Al2(Si2O5)(OH)4 2H2O

- Khoáng montmorillonit: Al2(Si2O5)2(OH)2

- Khoáng pirophilit : Al2(Si2O5)2(OH)2

- Khoáng illit( mica)

Thành phần hóa của đất sét nằm trong giới hạn:

SiO2 : 43 – 56%

Al2O3 : 30 – 38%

Fe2O3 : 0.1 – 1.5%

MKN :10 – 15%

Tính dẻo của đất sét được giải thích theo hai hướng, đó là thành phần có những khoáng

có tính dẻo như montmorillonit, halloysit do đó đất sét có tính dẻo Mặt khác kích thước hạtrất nhỏ ( thuộc hệ keo) do đó đất sét có tính dẻo

Đất sét là nguyên liệu cung cấp SiO2, Al2O3 , có vai trò quan trọng trong sản xuất vậtliệu silicat, là thành phần chính trong xương sứ cổ điển

Tùy theo thành phần khoáng mà đất sét có nhiều tên gọi khác nhau như bentonite( thành phần chứa chủ yếu là khoáng montmorillonit), kaolanh(caolinhit),…

a>Bentonite

Là đất sét, khoáng chính là montmorillonit, cỡ hạt rất mịn do đó bentonite rất dẻo, đượcdùng làm chất bôi trơn các mũi khoan khi khoan địa chất Trong công nghệ gốm sứ thìbentonite được dùng với hàm lượng chỉ từ 3 -4%, với lý do phối liệu nhiều bentonite có tínhdẻo cao do đó dễ tạo hình, nhưng nhược điểm độ co rút lớn khi sấy do đó dễ gây biến dạng sảnphẩm.

b>Cao lanh

Thành phần khoáng chính là caolinhit, tính dẻo kém nhưng thực tế cao lanh vẫn

có dẻo vì trong cao lanh vẫn có lẫn một ít khoáng dẻo (halloysit), hoặc có lẫn một ít hạt rấtmịn Cao lanh được dùng chung với đất sét để làm xương gốm sứ, nâng cao độ bền cơ choxương Mặt khác cao lanh cũng được dùng trong men, tạo độ ổn định cho men, chống lắng chomen

c>Pirophilit

Cũng là đất sét, khoáng chính pirophilit.Thực tế, pirophilit đôi khi bị xếp vào

nhóm talc do có sự thay thế đồng hình trong cấu trúc

Bảng 1 – Thành phần hóa học của nguyên liệu

Cao lanh(Lý thuyết)

Cao lanh(nóng chảy)

Đất sétchịu lửa

Đất sétxốp

Đất sétlàm sành

Đất sétlàm gạchSiO2 46.6 44.52 57.5- 68.3 45 – 60 45 – 75 60 -80

-Theo phương pháp sàng : Đây là phương pháp cơ học đơn giản nhất Người ta dùngcác sàng với kích cỡ mắt sàng khác nhau để phân loại hạt đất sét Phương pháp này không hiệuquả với các loại hạt kích thước nhỏ hơn 10µm Thực tế, thường phân loại bằng phương phápướt.

-Theo phương pháp lắng: nguyên tắc dựa vào định luật Stốc Tốc độ lắng của các hạtrất nhỏ trong môi trường chất lỏng( nước) tỷ lệ với kích thước hạt CT (SGK Đỗ Quang Minh)

Đo tốc độ lắng của hạt, sau đó tính kích thước của hạt Đây là phương pháp thực tế dùng đểxác định cỡ hạt đất sét Trong thực tế, giá trị đo có thể bị sai số ( do hạt đất sét không phảihình cầu, độ nhớt môi trường luôn biến đổi, tỷ trọng hạt rất khác nhau…) Phương pháp hiệnđại để xác định kích thước hạt là máy Laser

2.1.1.2 Nguyên liệu cung cấp SiO 2

Trong cát, SiO2 ở dạng thù hình bền ở nhiệt độ thấp (β–quartz) Khi biến đổi thù hình,thể tích riêng biến đổi khá lớn dẫn đến nứt vỡ sản phẩm Do đó để nghiền cát, người ta đemnung cát sau đó làm nguội nhanh, nghiền Những vết nứt trong hạt cát do biến đổi thể tích độtngột gây nên sẽ làm quá trình nghiền sẽ trở nên dễ dàng hơn Cát được dùng hạn chế trongxương gốm sứ, dùng ít nhằm tăng độ bền cơ, tuy nhiên khi dùng nhiều quá sẽ khó khăn trongviệc tạo hình( dễ phân lớp), dễ gây vết nứt cho xương Mặt khác, cát cũng được dùng trongmen nhằm cung cấp thêm oxit silic.

2.1.1.3 Tràng thạch

a> Tràng thạch

Là hợp chất của các silicat – alumin không chứa nước, trong thành phần còn có

Na2O, K2O, CaO

Công thức hóa: Na2O, Al2O3.6SiO2 , tràng thạch natri ( sodium feldspar)

K2O, Al2O3.6SiO2 , Tràng thạch kali ( potash feldspar)

CaO, Al2O3.6SiO2 , tràng thạch canxi ( cancium feldspar)

Thực tế hiếm khi gặp những loại tràng thạch đơn chất, hay gặp là hỗng hợp các loại tràngthạch này Tùy theo hàm lượng oxyt nào nhiều thì người ta sẽ gọi tên tràng thạch theo loại oxitđó.

Và có bảng thành phần hóa các loại tràng thạch như sau:

Tràng thạch tạo chất lỏng khi nung, và là pha thủy tinh sau khi làm nguội Tràng thạch

là vật liệu không có tính dẻo, đóng vai trò là chất chảy trong mộc và men gốm sứ nên sự biếnđổi thù hình của tràng thạch không được quan tâm

Tràng thạch kali thường được dùng trong xương sứ hoạc bán sứ vì có độ nhớt lớn vàkhoảng chảy rộng Ngược lại tràng thạch natri lại được sử dụng nhiều trong men vì độ nhớtnhỏ và nhiệt độ nung thấp, có tác dụng làm men dễ chảy và dễ dàn đều…Tùy theo yêu cầuthực tế, tùy loại sản phẩm mà người ta sẽ chọn lựa sử dụng loại tràng thạch nào

b> Pecmatit

Là loại đá lẫn SiO2 dạng quắc( có thể 30%), tràng thạch kali và những tạp chất khác Đểlàm giàu nguyên liệu chọn phương pháp tuyển nổi, phân ly điện từ…Dùng trong sản xuất sảnphẩm sứ hoặc bán sứ

c> Grannite

Là loại đá với thành phần khoáng biến đổi trong giới hạn rộng, quắc: 20 –40%,ortoklaz: 40 – 60%, mica : 5 – 20% Có màu đen, xám, vàng, đỏ (tùy thuộc tạp chất)

Thường dùng ở dạng tự nhiên, mài bóng làm gạch ốp tường, trong các công trình kiến trúc, mỹthuật…

2.1.1.4 Hoạt thạch

a> Hoạt thạch

Là các silicatmagiê ngậm nước có cấu trúc lớp, công thức Mg3(Si2O5)2(OH)2 hoặc3MgO.4SiO2.H2O, có cấu trúc tương tự khoáng sét do đó có tính dẻo Là nguyên liệu để sảnxuất gốm điện Khi nung, hoạt thạch mất nước ở 700 – 9000C

Bảng 3 – Thành phần hóa của Hoạt thạch

Sợi amiang có cấu trúc sợi rất ngắn do đó dễ phát tán, bay lơ lửng trong không khí gây bệnhnám phổi, ung thư phổi… Amiăng khắc phục được khuyết điểm lớn nhất của vật liệu ceramic

là độ bền uốn thấp Hiện nay hơn 3000 loại sản phẩm chứa sợi amiăng

Amiang Có hai nhóm Serpentin ( amiang trắng) và amphibole

Serpentin ( amiăng trắng) là tên chung gọi các khoáng krizotin, antigorit, kritozin –amiăng Công thức hóa Mg3Si2O5(OH)4, ngoài ra còn lẫn Fe2O3, MnO, NiO, chu kỳ bán rã của

amiang trắng là 0,3 – 11 ngày

Amphibole gồm các loại actinolite, amosite, antofilite, crocidolite, termolite Cấu trúccác khoáng loại này có các tứ diện [SiO4]4- tạo xích dài song song với nhau do đó có khả năngtạo vật liệu dạng sợi Nhóm amphibol khi vào phổi sẽ nằm lại rất lâu trong đó, gây ra các khối

u, triệu chứng viêm Sau một thời gian ủ bệnh, từ 10 – 20 năm, các khối u sẽ phát tác thànhung thư và các bệnh về phổi Amiang thuộc nhóm này đã bị cấm buôn bán trao đổi triệt để trêntoàn thế giới vì rất độc hại, hiện nay amiang trắng là loại sợi amiang duy nhất được phép buônbán, vận chuyển ở nhiều quốc gia, đặc biệt là các nước phát triển

2.1.1.5 Nguyên liệu cung cấp CaO

a> Đá vôi

Công thức hóa học CaCO3 Là nguyên liệu cung cấp CaO cho công nghệ chất kết dính,

xi măng, công nghệ thủy tinh Do chứa tạp chất nên đá có màu Công nghệ thường dùng ởdạng nguyên liệu tự nhiên, không làm giàu

CaCO3 có ba dạng thù hình là:

1. Canxit, cấu trúc tinh thể lục giác

2. Aragonhit, cấu trúc tinh thể dạng thoi, độ tinh khiết cao, chuyển thành canxit từ 1000Ctrở lên

3. Vaterit, cấu trúc lục giác,dễ phân hủy thành vôi khi nung nóng

Nguyên liệu tự nhiên như vỏ sò, vỏ ốc tích tụ lâu ngày hoặc đá san hô là nguyên liệucung cấp CaCO3

b>Đá phấn

Là đá vôi, chứa nhiều hạt CaCO3 vô định hình, ít tạp chất do đó có màu trắng Ứng dụng làm phấn viết bảng, xi măng trắng, men gốm sứ ( men matt).

Trong tự nhiên ở dạng đá thạch cao CaSO4.2H2O, dạng tinh thể tấm, màu trắng

Do lẫn tạp chất nên mầu thạch cao bị biến thành màu xám tối Dùng làm khuôn thạch caotrong công nghệ gốm sứ, là chất phụ gia điều chỉnh độ đóng rắn cho ximăng, làm tượng trongkiến trúc, mỹ thuật, làm trần thạch cao…

Hình 2 – Sự tách nước thạch cao

Có ứng dụng cao nhất là thạch cao khan CaSO4 0,5H2O, do có những tính chất như khảnăng thủy hóa thuận nghịch, đóng rắn nhanh tạo vật liệu xốp Ứng dụng trong nhiều lĩnh vựcnhư tượng mỹ thuật, trần thạch cao … Có ý nghĩa nhất trong công nghệ gốm sứ đó là dùnglàm khuôn cho sản phẩm gốm sứ Thạch cao khan CaSO4 0,5H2O được sản xuất theo cácphương pháp cổ điển như nung nóng bột đá thạch cao, thạch cao tái sinh trong nồi, chảo ( rangthạch cao) Hoặc nung nóng trong các lò quay ( chiều dài 10 – 20m), theo phương pháp nàychất lượng không cao mặc dù năng suất rất cao

Thạch cao không ngậm nước CaSO4 còn gọi là thạch cao chết, màu hơi vàng, đóng rắnrất chậm hoặc hầu như không đóng rắn, không dùng làm khuôn Được sản xuất bằng cáchnung đá thạch cao ở nhiệt độ cao 800 – 10000C sau đó nghiền mịn

2.1.1.7 Nguyên liệu cung cấp oxit nhôm Al 2 O 3

Oxit nhôm tồn tại trong tự nhiên ở dạng khoáng corun (α – Al2O3) Trong công nghệthường sử dụng nguyên liệu dạng oxit hoặc hydroxit, sản xuất bằng các phương pháp hóa học.Đóng vai trò quan trọng nhất là α, β, γ – Al2O3 Ở dạng đơn tinh thể trong tự nhiên, corund là

loại đá quý với tên thương mại là rubi, saphia Nguyên liệu để sản xuất oxit nhôm và hydroxitnhôm là quặng bôxit.

Bôxit là hỗn hợp các hydroxit nhôm và các tạp chất như SiO2, TiO2, Fe2O3

2.1.2 Nguồn nguyên liệu nhân tạo

2.1.2.1 Al 2 O 3 kỹ thuật

Sản phẩm công nghiệp thường ở dạng γ – Al2O3 Ở nhiệt độ cao (1100 – 12000C) γ –

Al2O3 chuyển thành α - Al2O3, α - Al2O3 hình thành ở 12000C có dạng bột xốp, ở nhiệt độ caohơn rất nhiều ( >14500C)sẽ xảy ra quá trình kết khối

2.1.2.2 Oxit titan

Titan tạo nhiều hợp chất với oxy, ý nghĩa nhất là TiO2,

Trong tự nhiên tồn tại dưới dạng khoáng rutil, brookit và anatas Trong công nghiệp,TiO2 được sản xuất từ quặng ilmenit ( FeTiO3) Có ứng dụng sau:

TiO2 thương mại được dùng làm bột màu ( pigment) trắng, là chất tạo mầm kết tinh chogốm thủy tinh, tạo màu trắng cho men, làm men matt, men kết tinh là nguyên liệu làm gốmtitan, bột mài…

2.1.2.3 Oxyt Zircon

Tồn tại trong tự nhiên ở dạng khoáng baddeleid Trong công nghiệp sản xuất từ ZrSiO4.Sản phẩm oxit zircon thương mại có hàm lượng ZrO2 từ 75 – 99% Ở nhiệt độ và áp suấtthường, dạng bền vững là một phương ( badelit), khoảng 1100 – 12000C chuyển thành dạng tứdiện Dạng tứ diện bền ở nhiệt độ cao, dạng lập phương không tồn tại ở nhiệt độ thường Sảnphẩm thương mại bền khi chứa 70 – 80% dạng lập phương Khi nung nóng 11700C, hoặc làmnguội ở 10400C có sự biến đổi thể tích lớn, dễ gây nứt vỡ sản phẩm Có ứng dụng Làm chấttạo đục trong men, oxit zircon dạng bột mịn dùng làm vật liệu mài, là thành phần của các thủytinh bền hóa, VLCL cao cấp

 Khoáng zircon:

Công thức là ZrSiO4 ( 67.1% ZrO2, 32.9% SiO2 – theo lý thuyết), tinh thể dạng tứ

diện, có độ bền hóa cao, không tan trong các axit ( trừ axit hữu cơ).Tồn tại trong tự nhiên vớicác khoáng khác như quắc, ilmenit, rutil,…

2.1.2.4 Nguyên liệu cung cấp oxit Bor.

a> Oxyt Bor (B 2 O 3 )

Có khả năng tạo thủy tinh tốt, trong thành phẩm, B2O3 thường ở trạng thái thủy

tinh, rất háo nước, ngay cả ở trạng thái thủy tinh B2O3 thương mại có độ tinh khiết 99%, dễhút ẩm do đó nên bảo quãn trong bình khô ráo

b> Axit Boric (H 2 BO 3 )

H2BO3 ( 56.45% B2O3,theo lý thuyết), dạng bột tinh thể màu trắng, có một lượng nướckhó tách Lượng nước trong axit boric ở 7000C, 11000C, 12000C là 0.25, 0.17 và 0.14 Axitboric được tách hết nước ở 13000C

c> Borate (Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O)

Bị khử nước hoàn toàn ở 4500C, borate nóng chảy ở 7500C

2.1.2.5 Nguyên liệu cung cấp oxit kiềm

a> Nguyên liệu cung cấp Na 2 O

a1> Na2SO4 :

- Nhiệt độ nóng chảy 8840C

- Nhiệt độ phân hủy 12000C - 12000C

- Dạng nguyên liệu tự nhiên là

mirabilit : Na2SO4 .10H2O

Ternadit : Na2SO4

Astrakhanit : Na2SO4.MgSO4 4H2O

Sunfat tự nhiên không màu, lẫn tạp chất nên có màu Na2SO4 phân hủy khi có mặt thancốc( khử) trong phối liệu( theo lý thuyết cần 4.22%C) Na2SO4 dễ hút ẩm nên bảo quãn nơi khôráo Được dùng chủ yếu trong công nghệ thủy tinh

Nóng chảy ở 8970C, có hai dạng khan và ngậm nước K2CO3.2H2O Trong công

nghệ thủy tinh dùng dạng khan Potas khan dễ hút ẩm nên bảo quãn nơi khô ráo, thoáng Thủytinh dùng potas làm nguyên liệu có độ nhớt cao hơn soda làm nguyên liệu, thực tế dùng chunghỗn hợp Potas dùng cho các thủy tinh bao bì cao cấp, pha lê, thủy tinh màu, thủy tinh quanghọc và kỹ thuật

b2> Selit kali KNO3 :

Nóng chảy ở 3360C, phân hủy ở 5000C : KNO3 à KNO2 và O2

Ở nhiệt độ cao hơn bị phân hủy thành K2O, NO2 và O2

c> Nguyên liệu cung cấp Li 2 O

Li2CO3 , dạng tự nhiên petalit( 5.7% Li2O), spođumen ( 8% Li2O),… , các tràng

thạch liti Liti tác dụng mạnh với platin Sử dụng trong công nghệ sản xuất gốm thủy tinh, thủytinh kỹ thuật ánh sáng, dụng cụ đo chính xác…

2.1.2.6 Nguyên liệu cung cấp oxit chì

Oxit chì PbO được đưa vào phối liệu bằng oxit chì PbO (chì trắng) hoặc minimum

Pb3O4 (chì đỏ), là nguyên liệu rất phổ biến cho các loại men, frit, thủy tinh…

a> Pb 3 O 4 ( suric)( chì đỏ)

Bột màu đỏ hay màu cam, rất độc Điều chế bằng cách nung nóng PbO ở 360 -3680Ctrong môi trường oxy hóa Không chứa tạp chất chì kim loại nên được dùng trong công nghệ.Phân hủy ở nhiệt độ 5960C: Pb3O4 à PbO + O2

b> PbO( chì trắng):

Có nhiệt độ nóng chảy 8880C, sản xuất bằng cách nấu chảy chì kim loại trong môitrường oxh Dạng bột màu trắng hoặc hơi vàng, có những đốm đen là chì kim loại Rất dễ bịkhử lại thành chì kim loại, dùng trong môi trường oxh Trong phối liệu cho phép có chất oxh,không có chất khử ( cacbon) PbO ăn mòn mạnh, nấu thủy tinh phải dùng VLCL có chất lượngcao Là chất độc, sử dụng trong hàm lượng cho phép, chú ý đến môi trường

a> Fe 2 O 3 :

Có 3 dạng thù hình α, γ, δ - Fe2O3

- α - Fe2O3 ( hecmatit) với cấu trúc lục giác kiểu corund

- γ - Fe2O3 là dạng giả bền ,từ 5000C trở lên dễ chuyển thành dạng α

NaCl, thành phần thường là Fe0.95O Dưới 5000C phân hủy thành α – Fe và magnhetit

2.2 PHÂN LOẠI NGUYÊN LIỆU

2.2.1 Phân loại theo vai trò

Nguyên liệu dẻo, nguyên liệu gầy, chất chảy

2.2.1.1 Nguyên liệu dẻo - Nhóm đất sét

Chứa những khoáng có khả năng tạo dẻo như montmorilonhit, halloysit do đó có tínhdẻo Để làm chất tạo dẻo phải cho vào đất sét một lượng nước thích hợp với từng phương phápcông nghệ cần thiết Khi cho nước vào đất sét, ban đầu nước chiếm chỗ của không khí lẫntrong đất, các hạt đất sét nhờ vậy sẽ xích lại gần nhau hơn, dẫn đến thể tích chung giảm Khisấy, lượng nước này thoát ra không gây co sản phẩm mộc Lượng nước tiếp theo sẽ tạo lớpmàng nước quanh hạt đất sét tạo khối dẻo ( lượng nước trong một giới hạn xác định- giới hạndẻo), lượng nước này tách ra khi sấy, có khả năng làm co sản phẩm mộc Lượng nước vượtquá giới hạn dẻo sẽ tạo khối bùn nhão, hơn nữa sẽ là huyền phù đất sét – nước Nhờ vậy đấtsét có khả năng liên kết các hạt vật liệu gầy( nhờ vào lớp vỏ nước trên bề mặt.)

2.2.1.2 Nguyên liệu gầy

Là nhóm nguyên liệu không có tính dẻo, có tác dụng tăng độ bền cơ mộc thô, giảm độ co sấy

và nung

a> Tràng thạch

Tạo pha lỏng khi nung, giúp tăng nhanh quá trình phản ứng và kết khối Đảm bảo thànhphần hóa cần thiết, tạp chất sắt nhỏ ( Fe2O3 < 0.2 – 0.3%) Tràng thạch lẫn Fe2O3 sau nung sẽxuất hiện đốm vàng, tràng thạch lẫn nhiều TiO2 sẽ có màu đen

b> Cát

Dạng khoáng tự nhiên thường là α – quắc, cát dùng trong công nghệ gốm sứ cần ở dạngkhoáng ổn định Cát loại ra từ đất sét và cao lanh có thể dùng Cát gia công bằng cách sàng,

rửa để loại các hạt thô, các sa khoáng như là các dạng của oxyt sắt Nung cát 900 – 10000C rồilàm nguội nhanh sẽ ổn định thành phần khoáng , thuận lợi cho quá trình nghiền

2.2.2 Phân loại theo lĩnh vực sử dụng

2.2.2.1 Nguyên liệu làm xương

a> Đất sét

Đất sét là thành phần chính trong xương gốm sứ Có tính dẻo nên dễ tạo hình Có nhiềuloại đất sét như đất sét chịu lửa, đất sét xốp… tùy theo nhu cầu sử dụng mà chọn loại đất sét.Trong sử dụng (tạo hình), người ta hay kết hợp sử dụng nhiều loại

Người ta phân loại sơ bộ đất sét, cao lanh theo màu sắc để loại bỏ đất có nhiều tạp chấtkhông cần thiết Với những sản phẩm gốm thô như gạch, ngói, đất nung… có thể dùng luônnguyên liệu tự nhiên do đất có độ mịn, chỉ cần trộn với nước đủ dẻo để tạo hình Các sản phẩmgốm có xương trắng mịn cần đất sét và cao lanh trắng, thành phần ổn định, ít tạp chất gây màu,đặc biệt Fe2O3 và TiO2 ở mức nhỏ nhất

b> Cao lanh

Là loại đất sét có khoáng chính là caolinhit, được sử dụng trong xương gốm sứ đồngthời với đất sét Độ sạch trong cao lanh khá cao, đưa vào xương sẽ giảm độ co rút khi sấy

c> Cát

Dùng cung cấp SiO2, có tác dụng làm xương cứng hơn, nếu nhiều quá sẽ dễ nứt vỡ sảnphẩm Đưa vào xương sẽ nâng cao độ bền cơ, giảm co rút sản phẩm khi sấy

2.2.2.2 Nguyên liệu làm men

a> Nguyên liệu chứa CaO

CaCO3 tinh khiết, đá vôi, đolomit, Wollastonite Từ 10000C trở lên, CaO có tác dụngtạo pha lỏng Khi men chảy, CaO có tác dụng tăng chiều dày của lớp trung gian giữa xương vàmen, giảm sự nứt men và bong men Để chống hiện tượng kết tinh bề mặt, do đó khống chếCaO Trong men có B2O3 nhiều, sẽ kết hợp CaO tạo kết tinh từng đốm trắng Khắc phục hiệntượng bằng cách tăng hàm lượng Al2O3 , dùng BaCO3 để hạn chế đốm trắng Dolomit đưa vàomen chủ yết tạo men đục Wollastonite đưa vào men có tác dụng tạo đục, ngăn chặn hiệntượng chảy dồn, làm cho màu của kiềm không thay đổi

b> Các oxyt

b1> Chì oxyt( PbO)

Là nguyên liệu hay dùng nhất để tạo men bazơ Điểm nóng chảy là 8800C, thủy tinh dochì tạo ra có khả năng hòa tan mạnh các oxyt tạo màu Chì rất độc, dễ tan trong môi trườngaxit loãng và môi trường kiềm Ảnh hưởng đến người sản xuất và cả người sử dụng

b2> Kali oxyt và natri oxyt

Là thành phần quan trọng trong men, kiềm có khả năng chảy tốt, có thể thay thế Chì Lànhững hợp chất không màu, không độc, rẻ tiền Có khả năng hòa tan mạnh các oxyt tạo màu,

độ nhớt men kiềm nhỏ nên men dễ chảy Men kiềm có hệ số giản nở lớn nên dễ tạo các vết nứtchân chim, sản phẩm dễ bị nổ, nứt, bong men

b3> Kẽm oxyt

Tạo độ bóng láng cho men, với lượng nhỏ, men sẽ chảy láng rõ rệt, còn với lượng

lớn sẽ tạo men đục Khả năng đàn hồi của men giảm, dễ gây nứt men

b4> Nhôm oxyt

Có tác dụng làm tăng nhiệt độ chảy của men, hạn chế việc tạo kết tinh, tác dụng kéo dàikhoảng chảy men Đưa vào dạng cao lanh hoặc đất sét có tác dụng làm cho men sống bámchắc vào xương sản phẩm, chống lắng cho men sống Al2O3 liên kết với các oxyt phát màulàm cho màu trở nên chịu nhiệt Tỷ lệ Al2O3 cũng ảnh hưởng đến màu sắc Có tác dụng tăng độnhớt của men, tăng độ bền hóa của men

b5> Titan oxyt

Đưa vào men dưới dạng TiO2 tinh khiết hoặc quặng rutil, có khả năng tạo đục tốt

Trong men có ZnO thì khả năng tạo đục tăng rõ rệt Rất dễ hòa tan trong men, đặc biệt là men

Bo do đó sự tạo đục bị hạn chế Tốc độ làm nguội men có ảnh hưởng đến khả năng tạo đục củaTiO2, Cùng với ZnO sẽ tạo màu kết tinh cho nhiều men kết tinh

b6> Zircon oxyt

Là chất gây đục tốt Đưa vào men dưới dạng ZrO2 hoặc ZrSiO4 Đưa trực tiếp vàomen sẽ tăng độ bền axit, đưa vào dưới dạng frit sẽ tăng độ bền axit ít hơn Để tạo men đục tốtnhất nên dùng dưới dạng frit ZrSiO4 ngoài tác dụng gây đục còn làm cho men bóng hơn làmen đi từ ZrO2( tác dụng của SiO2 gây ra)

b7> Thiếc oxyt

Có tác dụng tạo đục cho men Khả năng tạo đục của thiếc phụ thuộc vào độ mịn củathiếc Thiếc oxyt không độc hại Có tác dụng tăng sự đàn hồi của men, có khả năng chống nứttăng.Tăng độ bền hóa, là chất tải màu quan trọng ngay cả đối với men đục, chất màu Dùngbao nung, dùng tấm kê là SiC sẽ tạo màu xám xanh do môi trường khử sinh ra, đặc biệt trongxương có ít sắt cũng tạo màu xanh do đó không dùng Có thể tạo men đục khi đưa 5% SnO2 và5% TiO2

c> Frit

- Có nhiệt độ chảy thấp

- Cung cấp chất chảy cho men

- Gồm các loại:Fritte đục, fritte mờ, fritte rạn…

2.2.2.3 Nguyên liệu làm khuôn

Phổ biến nhất người ta hay dùng là khuôn thạch cao Ngày xưa người ta dùng khuôn gỗ.Trong thiên nhiên thạch cao tồn tại dưới dạng đá thạch cao CaSO4.2H2O Dựa vào quá trìnhtách nước thạch cao mà người ta dùng thạch cao khan làm khuôn trong gốm sứ

Chương 3

GIA CÔNG TUYỂN CHỌN NGUYÊN LIỆU

3.1 GIA CÔNG NGUYÊN LIỆU BẰNG PHƯƠNG PHÁP ƯỚT

3.1.1 Nghiền ướt

Quá trình nghiền có tác dụng trộn, tránh sự kết tụ lại Có tác dụng làm đồng nhất phốiliệu Khi nghiền ướt, sức căng bề mặt nước sẽ giúp làm tăng cường quá trình nghiền Thờigian nghiền luôn được xác định bằng thực nghiệm, lấy độ mịn cần thiết làm thang đo Độ mịncủa vật liệu chỉ tăng tới một thời gian nghiền giới hạn nào đó, sau đó sẽ không tăng nữa ( mặc

dù thời gian nghiền tăng)

3.1.2 Khuấy, trộn

Thường dùng là máy khuấy cơ học, có tác dụng làm đồng đều phối liệu Thiết bị khuấytrộn còn có vai trò quyết định trong việc sản xuất ra các sản phẩm có chất lượng đồng đều.

3.1.3 Lắng, lọc

Phương pháp này chủ yếu dùng để làm giàu đất sét, cao lanh

Để làm giàu nguyên liệu, cần lọc lại đất sét hoặc cao lanh trước khi sử dụng Đơn giảnnhất là xối nước vào đống đất, những hạt mịn trôi theo dòng nước để lại những hạt thô như đá,hạt cát Thiết bị kiểu đường lắng là một hệ thống máng nước hình zíc zắc dùng phân ly nhữngtạp chất hạt thô như đá, hạt cát …Khi chảy qua hệ thống máng, do chênh lệch trọng lượng, cáchạt thô sẽ lắng và bị loại dần ra khỏi nguyên liệu Ta thu được hạt đất mịn Với các nhà máyhiện đại, người ta dùng các xyclo thủy lực, trong đó dòng nước xoáy sẽ có tác dụng phân lyđất tốt hơn Đất ẩm sau đó qua lọc ép, sấy, nghiền, xác định thành phần rồi đóng bao sử dụng.Sau lắng lọc, thành phần hóa và khoáng nguyên liệu được lọc sẽ ổn định hơn, do cát ( quartz)

tự do và những loại đất đá lẫn trong nguyên liệu đã được loại ra (Muốn loại tạp chất sắt cầndùng thiết bị phân ly điện từ)

Đây là phương pháp tách ẩm rất thích hợp với phương pháp tạo hình ép bán khô Huyền phùđược bơm với áp lực rất cao,tạo bụi mù ngược chiều với khí nóng trong thiết bị dạng xyclon,hoặc bụi mù được tạo nên bởi lực ly tâm trong máy Nhiệt độ sấy trong thiết bị khoảng 450 ÷

5000C Do dòng sấy trong xyclon, đất tạo thành những viên nhỏ hình cầu khoảng 1 ÷ 10µm,thoát khỏi máy với độ ẩm khoảng 4 ÷ 5%, thích hợp với công nghệ ép Đất sấy xong đượcchuyển vào trong các xyclon chứa Viên đất có dạng cầu và độ bền cơ đủ lớn, dễ chuyển vàomáy ép và phân bố lực ép đều Nhờ kỹ thuật sấy phun, có thể ép

những viên gạch phẳng, đều,kích thước khá lớn

Hình – Sấy phun

Quy trình sấy liên tục, năng suất cao nên kỹ thuật sấy phun rất phổ biến trong sản xuất côngnghiệp Ngay cả những sản phẩm thành hình bằng phương pháp dẻo, để tránh lọc ép khungbản, người ta có thể cũng dùng phương pháp này tách nước khỏi phối liệu, sau đó trộn thêmlượng nước cần thiết để tạo hình dẻo

Nhược điểm của phương pháp này: Chênh lệch lớn về độ ẩm do sấy không đồng đều, vìthời gian đất sét trong thùng sấy từ 20 – 30 phút, các hạt nhỏ thì quá khô, các hạt lớn thì chưakịp khô Sự không đồng đều độ ẩm trong khi sấy, có thể điều chỉnh bằng mức độ đổ đầy vậtliệu trong thùng sấy( 5%) và bằng tốc độ quay 3 – 6 vòng/phút Để nâng cao năng suất, cảithiện chất lượng sấy, trong thùng sấy người ta đặt các xích treo.

3.2 GIA CÔNG NGUYÊN LIỆU BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHÔ

3.2.1 Nghiền thô

Mục đích là nhằm đập và nghiền nguyên liệu dạng cục lớn đến yêu cầu cho phép nạpvào máy nghiền mịn Khi chọn thiết bị nghiền phải căn cứ vào độ cứng của nguyên liệu vàkích thước ban đầu của nó( lưu ý đến năng suất yêu cầu) Trong gốm, vật liệu gầy thường làthạch anh, tràng thạch và các hợp chất thiên nhiên khácà dùng máy đập hàm, nghiền bánh xehay máy kẹp trục các loại Các loại nguyên liệu mềm như đá phấn, đất sét, cao lanh … dùngmáy thái đất, máy nghiền trục trơn hay loại có răng và máy nghiền lô xô

3.2.2 Nghiền mịn

Yêu cầu nghiền mịn là kích thước hạt vật liệu sau nghiền phải nhỏ hơn 63μm, cỡ hạt 1-10 μm phải chiếm đa số Nguyên liệu nạp vào máy thường yêu cầu không lớn hơn 1 mm Độmịn càng cao thì bề mặt riêng của phối liệu càng lớn, khi nung các phản ứng giữa các hạt xảy

4.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TẠO HÌNH SẢN PHẨM

Sản phẩm gốm muôn hình muôn vẻ, hình dạng và kích thước rất khác nhau Ngói lợpthì có kích thước càng lớn, càng đơn gỉan càng có lợi nhưng đảm bảo kín( là đất co nhiều do

đó sản phẩm hạn chế về kích thước).Sứ dân dụng, mỹ nghệ và sứ kỹ thuật thì kích thước vàhình dạng phải thỏa mãn thị hiếu của người dùng

4.2 CHUẨN BỊ PHỐI LIỆU

4.2.1 Yêu cầu cơ bản của việc chuẩn bị phối liệu

- Đạt độ chính xác cao về thành phần hóa học và tỷ lệ các loại cỡ hạt, thành phần

phối liệu và các tính chất kỹ thuật của nó

- Đồng nhất cao về thành phần hóa, thành phần hạt, lượng nước tạo hình, chất điện

giải hoặc các chất phụ gia…

Chú ý : Phối liệu thường có độ ẩm rất cao và khác nhau tùy thuộc vào phương pháp tạo hình.

Ví dụ độ ẩm ép bán khô 4 -8%, tạo hình dẻo 8 – 25%, huyền phù đổ rót 35 – 60%

4.2.2 Tính toán phối liệu

4.2.2.1 Tính công thức phối liệu từ thành phần hóa

Ví dụ 1: Tính phối liệu bán sứ khi biết thành phần hóa của xương sản phẩm là SiO2 71.7% ,

Al2O3 25.7% , Na2O + K2O 2.6%, , và thành phần hóa của nguyên liệu cho ở bảng sau:

Bảng – Thành phần hóa một số nguyên liệu

Feldspar 67.78 18.71 0.16 _ 0.28 0.32 2.96 9.67 0.53 99.44

Giải:

Để đảm bảo độ dẻo khi tạo hình thường khống chế trước tỷ lệ đất sét

Đối với sành và sứ thủ công 30%

Đối với phối liệu sứ thông thường 8 – 15%

Đối với những phối liệu yêu cầu độ trắng cao thì không dùng đất sét

Gọi lượng nguyên liệu Đất sét trắng, kaolin, , feldspar , silica cần cung cấp cho toa phốiliệu là X1, X2, X3, X4

Ta có:

Phương trình cân bằng hàm lượng SiO

2, Al2O3, Na2O + K2O đưa vào theo 4 loại nguyên liệu trên là:

(SiO2) 0.5703X1 +0.551X2+0.6778X3+0.9627X4=71.7

(Al 2 O 3) 0.272X1 +0.3202X2 +0.1871X3= 25.7

(Na2O + K2O ) 0.0087X1 +0.0028X2+ 0.1263X3=2.6

Vì ở đây là phối liệu bán sứ nên chọn lượng đất sét là 30 à X1=30

Giải hệ phương trình ta được X3= 17.53, X2= 44.4, X4= 18.95

Như vậy phối liệu gồm:

Đất sét trắng: 30Cao lanh : 44.4Feldspar : 17.53Silica : 18.95Tổng cộng : 110.88

 Quy lại phần trăm:

2O + K2O 2.8% và thành phần hóa của nguyên liệu cho ở bảng trên

Giải bài tập 1:

Vì ở đây là phối liệu bán sứ nên chọn lượng đất sét là 30 à X1 = 30

Giải hệ phương trình ta được X

3= 19.1, X2= 39.43, X4= 19.01

Như vậy:

Phối liệu gồm:

Đất sét trắng: 30Cao lanh : 39.43Feldspar : 19.1Silica : 19.01Tổng cộng : 107.54Quy lại phần trăm ta có:

Đất sét trắng 27.9%

Cao lanh 36.7%

Feldspar 17.8%

Silica 17.6Bài tập 2

Tính phối liệu bán sứ khi biết thành phần hóa của xương sản phẩm là SiO

2 66.2% , Al2O330.8% , Na

2O + K2O 3% và thành phần hóa của nguyên liệu cho ở bảng trên

Cao lanh : 53.18Feldspar : 20.38Silica : 5.98Tổng cộng : 109.54Quy lại phần trăm ta có:

Biết thành phần hóa một số nguyên liệu cho ở bảng sau:

Bảng – Thành phần hóa một số nguyên liệu

Khi tính toán, có thể đơn giản những oxyt có hàm lượng nhỏ( tạp chất), Fe2O3, TiO2 có thểgộp chung với Al2O3

Lượng oxyt đưa vào theo đất sét:

SiO2 =31.9 *52.43/100= 16.7

Al2O3 = 31.9*32.21/100 =10.3

K2O+ Na2O = 31.9*3.38/100=1.078Tính tương tự ta có:

Nguyên liệu Thành phần

Phối liệu

Thành phần hóa % SiO 2 Al 2 O 3 K 2 O+ Na 2 O MKN

Tính thành phần hóa của phối liệu bán sứ

biết công thức phối liệu như sau:

Tổng các chất

chưa nung 100 59.35 27.25 2.95 8.28 Tổng các chất

sau nung

Bài tập 4

Tính thành phần hóa của phối liệu bán sứ

biết công thức phối liệu như sau:

- Độ nhớt đủ lớn để đảm bảo chảy vào những vị trí phức tạp của khuôn

- Không làm bẩn bề mặt sản phẩm, tạo chất lượng sản phẩm cao

- Có tốc độ lắng thấp

- Đảm bảo khả năng tách mẫu nhanh

- Ít co khi sấy và độ bền cao trong các công đoạn tiếp sau

- Huyền phù phải không có bọt khí

Trong thực tế khống chế độ nhớt hố, tỷ trọng hồ, tốc độ bám khuôn

4.3.1.2 Phương pháp

Đây là phương pháp thích hợp với hầu hết các sản phẩm có đất sét như thành phầnchính trong sản phẩm Huyền phù với 40 – 50% nước được rót vào khuôn thạch cao, sau mộtthời gian nhất định, có thể:

- Rót hồ thừa ra khỏi khuôn( là phương pháp đổ rót có hồ thừa, mộc rỗng hoặc mộckhông có lõi)

- Hoặc để nguyên cho tới khi có thể tạo thành mộc ( đổ rót không có hồ thừa, mộc có lõi)

4.3.1.3 Sự hình thành lớp mộc

Phần huyền phù sát khuôn bị hút nước do lực mao quãn từ các lỗ xốp trong khuôn hoặc

do phản ứng hóa học của khuôn thạch cao:

CaSO4.0,5H2O + 1,5H2O( từ huyền phù) = CaSO4.2H2O

Huyền phù bị hút nước tạo lớp mộc trở nên đủ bền vững ở trạng thái dẻo, khô dần, colại và có thể cách khỏi khuôn Huyền phù bền dễ cho mộc bền, chặt hơn

Vật liệu làm khuôn chủ yếu là thạch cao Khuôn thạch cao sử dụng 20 – 30 lần (VN) Trong công nghệ hiện tại, vật liệu làm khuôn có thể là ceramic xốp, polymer, sử dụng 20000 –

30000 lần, nhưng còn khá đắt, đòi hỏi công nghệ cao Do đó, trong công nghệ gốm sứ, vẫn ưutiên sử dụng nguyên liệu làm khuôn là thạch cao

Khi sử dụng, khuôn thạch cao hút nước, độ ẩm tăng dần(18%),cần sấy khuôn để sửdụng lại Có thể sấy tự nhiên hoặc trong các thiết bị sấy Nhiệt độ sấy khuôn thạch cao ẩmkhoảng 1000C, khi độ ẩm khuôn dưới 5% nhiệt độ sấy không nên quá 600C, để tránh phân rãkhuôn

Kỹ thuật mới được áp dụng đó là đổ rót với áp suất cao, đổ rót chân không Cách đổ rót nàylàm tốc độ tạo mộc nhanh, giảm độ co khi sấy???

4.3.2 Tạo hình dẻo

Là phương pháp cổ xưa và cơ bản nhất trong kỹ thuật gốm, kể từ những sản phẩm tạohình bằng tay( nặn, xoay tay) tới công nghệ tự động hóa hiện đại.

4.3.2.1 yêu cầu phối liệu

độ đồng nhất cơ lý và hóa Thời gian ủ càng lâu, đất càng đồng nhất, độ dẻo càng tăng Nhờvậy có thể tạo hình sản phẩm chất lượng hơn

4.3.2.2 Phương pháp

Thiết bị tạo hình gốm xây dựng chủ yếu là máy ép Lento, gốm dân dụng dùng máy bàntua đơn giản( bàn xoay), gốm mỹ nghệ dùng bàn xoay, xoay tay hoặc in( khuôn thạch cao)

4.3.1.3 Sự hình thành lớp mộc

Nghiên cứu bản chất của phối liệu dẻo nhằm xác định đúng lực tác dụng bên ngoài hợp

lý để phối liệu biến dạng theo hình dáng mong muốn và không bị nứt Khi lực bên ngoàikhông đổi với thời gian nhất định, các loại vật liệu khác nhau có cấu trúc khác nhau sẽ xảy racác loại biến dạng khác nhau, do đó khả năng tạo hình của chúng cũng khác nhau

4.3.3 Phương pháp ép khô và bán khô

Các phương pháp trên có độ ẩm mộc rất lớn, dễ dẫn đến co sấy và nung lớn, mộc không ổnđịnh kích thước Với phương pháp ép, mộc có độ ẩm nhỏ( từ 4 ÷12% ẩm hoặc ít hơn), sẽ khắcphục nhược điểm này

Mộc có độ ẩm nhỏ( từ 4 ÷12% ẩm hoặc ít hơn

Tạo hình ép thường dùng các sản phẩm có dạng phẳng, đều ( gạch men) Đây là phương pháp

dễ tự động hóa, tăng năng suất và hiệu quả lao động Khuôn ép bằng thép hoặc các hợp kimđặc biệt, hoặc các loại gốm có độ bền cơ cao…

Phối liệu được nén với áp suất 20 ÷60MPa Các gốm kỹ thuật, có thể ép với áp suấtcao hơn

Nhược của phương pháp này là dễ tạo phân lớp, mẫu ép không đồng nhất, tạo lỗbọng…

Khắc phục: Dùng phương pháp ép hai cấp Cấp đầu tiên ép chậm với áp suất nhỏ đểloại bớt không khí ra ngoài, sau đó mới ép ở áp lực cao dần Để tăng áp lực ép, đôi khi phảiđưa vào phối liệu các chất hữu cơ tăng độ dẻo, tăng độ linh động của bột ép, bôi trơn khuônkhi ép…

4.4 CÁC DẠNG KHUYẾT TẬT KHI TẠO HÌNH SẢN PHẨM

4.4.1 Phương pháp tạo hình dẻo

Hay gặp là nứt, biến hình, vết xước ở mặt trong hay mặt ngoài, thành dày hay mỏngkhông đều

Nguyên nhân:

- Biến hình, nứt vì độ đồng nhất kém ( độ ẩm không đều)

- Do thiết bị: Cơ cấu máy tạo hình chưa thật hợp lý dùng lâu bị mòn dễ bị rơ đảo ( nứt,rạn chân chim, …)

4.4.2 Phương pháp đổ rót

- Lúc rót phần hồ thừa dễ làm thay đổi tỷ trọng của hồ

- Độ ẩm của khuôn thạch cao càng lâu thì càng ẩm, khả năng hút nước giảm

- Các sản phẩm lớn luôn phải rót hồ bổ sung, thời gian dài do đó tính chất hồ thayđổi( lắng, đóng sánh) dẫn đến tăng khuyết tật

4.4.3 Phương pháp ép khô và bán khô

4.5 KIỂM TRA KỸ THUẬT

 Chính xác : Thành phần hóa học, tỷ lệ cỡ hạt, thành phần phối liệu, tính chất kỹ thuật(phương pháp đổ rót: Tỷ trọng, độ nhớt, lắng, đóng sánh…, phương pháp dẻo: Độ dẻo,

độ ẩm, đồng nhất, phương pháp ép: Độ ẩm, độ đồng nhất)

 Đồng nhất: Thành phần hóa, thành phần hạt, lượng nước tạo hình, chất điện giải,chấtphụ gia…

Chương 5

SẤY BÁN SẢN PHẨM GỐM SỨ

5.1 TÍNH CHẤT SẤY VẬT LIỆU SILICAT

Nước liên kết trong mộc gốm sứ có thể phân thành ba loại nước liên kết hóa học, nướcliên kết lý học, nước tự do Sản phẩm sau khi tạo hình, phải sấy để loại nước( tự nhiên hoặccưỡng bức)

5.2 CƠ SỞ CỦA QUÁ TRÌNH SẤY VẬT LIỆU GỐM SỨ

5.2.1 Mục đích của quá trình sấy

Mục đích của quá trình sấy là loại nước sao cho nhanh nhất mà không làm biến dạnghay nứt sản phẩm

Mục đích của quá trình sấy là loại bỏ nước liên kết lý học làm cho độ bền cơ của mộctăng Khi sấy, nước ở bề mặt dễ bốc hơi gây nên chênh lệch hàm ẩm ở trên bề mặt và ở trongsản phẩm, do vậy nước bên trong sẽ khuếch tán ra ngoài và tiếp tục bốc hơi

5.2.2 Quá trình tách nước khi sấy

Nước liên kết hóa lý trong bán thành phẩm gốm sứ gồm nước hấp phụ, nước hydrathóa, nước trương nở Quá trình tách nước khi sấy chia làm ba giai đoạn,tương ứng các giaiđoạn trong công nghệ sấy

Giai đoạn 1 - Nước liên kết với nhau, tạo lớp vỏ dày quanh hạt vật liệu Khi lớp nước này bay

hơi, các hạt vật liệu dịch chuyển sát vào nhau, vật thể co dần

Giai đoạn 2 - Vỏ nước liên kết đủ dày, các hạt vật liệu tiếp xúc điểm hoặc tiếp xúc mặt với

nhau Nước lấp đầy không gian giữa chúng, lượng nước này khi sấy bay hơi không ảnh hưởngđến độ co của vật liệu

Giai đoạn 3 - Nước liên kết thành màng phim mỏng, liên kết các hạt vật liệu bởi lực hấp thụ,

nước liên kết dạng này chỉ bị loại cuối giai đoạn sấy, do liên kết rất bền

5.2.3 Quá trình sấy

Quá trình sấy trải qua 3 giai đoạn:

- Giai đoạn I – Gia nhiệt: Độ co bắt đầu ngay ở giai đoạn I cùng với việc bốc hơi nướcbao phủ quanh hạt đất sét, các hạt vật liệu chuyển dịch dần vào nhau Độ co tỉ lệ thuậnvới tốc độ thoát ẩm

- Giai đoạn II – Tốc độ sấy không đổi: Nước tiếp tục bay hơi, vật liệu không co thêmnữa

- Giai đoạn III – Tốc độ sấy giảm: Tiếp tục bay hơi lượng nước tự do và nước hấp phụ,thể tích sau khi bước qua giai đoạn III là không đổi, sản phẩm chỉ co ở giai đoạn đầu

Động lực sấy là hỗn hợp không khí được gia nhiệt bằng hơi nước quábão hòa

- Giai đoạn I: Hàm ẩm động lực sấy 90% Nhiệt độ của không khí( động lực sấy) tăngđến 500C trong thời gian 10h

- Giai đoạn II: Hàm ẩm động lực sấy 85% - 75% Nhiệt độ động lực sấy giữ 500C , nhiệt

độ sản phẩm khoảng 430C, thời gian giai đoạn này khoảng 60h

- Giai đoạn III: Hàm ẩm động lực sấy 75% - 20% sau 5h, sau đó giảm dần đến giời thứ

90, độ ẩm còn 10% Nhiệt độ động lực sấy từ 500C lên 760C với tốc độ tăng 50C/h, giữnguyên nhiệt độ đó, nhiệt độ sản phẩm lúc này 700C, nhiệt độ của bầu ẩm giảm từ 450Cxuống 400C Ở giai đoạn này, thể tích sản phẩm hầu như không đổi, lượng nước bốc hơi

để lại lỗ xốp, khả năng gây ứng suất nội không còn Tuy nhiên do việc bốc hơi dạngnước hấp phụ khó khăn, hình dạng sản phẩm phức tạp… nên không sấy nhanh được