BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ GỐM SỨ

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

TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BÀI GIẢNG CÔNG NGHỆ GỐM SỨ

Giảng viên : HỒ THỊ NGỌC SƯƠNG.

TP Hồ Chí Minh - Năm 2012

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 ởdạng tự nhiên và lao động thủ công còn đóng vai trò to lớn và vẫn còn tồn tại quan điểmxem ceramic 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 cóhệ Al2O3.SiO2 , hệ MgO SiO2 , hệ Al2O3.SiO2.CaO, hệ

thủy tinh

- Độ xốp của vật liệu gồm cóvật liệu xốp, vật liệusít 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 cógốm xây dựng, gốm mỹ thuật, gốm kỹ thuật,…

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

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 lượngnhà, tường bằng panel keramzit sẽ mỏng ½ lần, sức lao động giảm 10 lần so với tường xâybằng gạch

Cấu trúc keramzit là vật thể xốp có nhiều lỗ xốp nhỏ hình cầu ngăn cách nhau bởimàng thủy tinh mỏng.Khối lượng keramit phụ thuộc vào độ phồng của nguyên liệu.Nguyên liệu chủ yếu sản xuất keramzit là đất sét có chứa nhiều khoáng monmorilonit Yêucầu khi nung keramzit 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 dândụng như 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,

và trong 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

độ nung 1230 – 12900C Có thể là hàng dân dụng Công nghệ sản xuất bán sứ giống hệt sảnxuất sứ mềm

1.2.2.3 Sứ

Là các sản phẩm chứa đất sét, cao lanh, cát và tràng thạch nung kết khối tạo xương

tương đối trắng và trong ( China) Độ cứng theo thang Mohs 6-7 , bền cơ, bền điện, bềnnhiệt, bền hóa

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

thế

1.2.3 Gốm đặc biệt

Là loại gốm có nhiều tính chất đặc biệt như độ chịu lửa cao, độ bền cơ và bền hóa

cao, ngoài ra còn có nhiều tính chất điện đặc biệt khác Gốm đặc biệt gồm các loại:

- Gốm đơn oxyt : Gốm corindon, gốm zircon, …

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 ép30000 KG/ cm2 và khi uốn 5000 KG/ cm2

Gốm corindon được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau, gạch chịu lửa corindon

được 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 daotiện corindon ưu việt hơn các loại dao khác Trong kỹ thuật vô tuyến điện tử, gốm corindonđược dùng làm vỏ cách nhiệt của đèn chân không, đế của đèn điện…Trên máy bay và tênlửa, gốm corindon được dùng để lót buồng máy của động cơ phản lực và làm ống phun lửa,làm lớp mạ chịu 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 khiđốt nóng 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 độcao(20000C) không tác dụng với các kim loại kiềm, cacbonat, axit( trừ H2SO4, HF) Dùnglàm chén nung nấu chảy kim loại ( iridi 14400C), dùng nấu chảy platin được 30 lần Sảnphẩm dùng để lót trong các lò ở nhiệt độ cao Sản phẩm Zircon ổn định trong lò nấu thépchịu được 1200 lần nấu mà không cần sửa chữa Zircon oxyt còn dùng làm lớp mạ chịunhiệt độ cao và chống 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 chịuđựngnhiệt 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 trúclớp (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:

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 dophối liệu nhiều bentonite có tính

dẻo cao do đó dễ tạo hình, nhưng nhược điểm độ co rút lớn khi sấy do đó dễ gây biến dạngsản phẩm.

b>Cao lanh

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

có dẻovì 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 lắngcho men

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) chịu lửa Đất sét Đất sét xốp làm sành Đất sét làm gạch Đất sét

-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 QuangMinh)

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 pháphiện đại để xác định kích thước hạt là máy Laser

2.1.1.2 Nguyên liệu cung cấp SiO 2

a> Cát

Cát là nguyên liệu chính cung cấp SiO2 ( 95 – 99.5%), thành phần có thể lẫn nhiều

tạo chất (Fe2O3 )do đó cát bị nhuộm màu

Hình 1 – Sự biến đổi thù hình cát quartz

Trong cát, SiO2 ở dạng thù hình bền ở nhiệt độ thấp (β–quartz) Khi biến đổi thùhình, thể tích riêng biến đổi khá lớn dẫn đến nứt vỡ sản phẩm Do đó để nghiền cát, người

ta đem nung cát sau đó làm nguội nhanh, nghiền Những vết nứt trong hạt cát do biến đổithể tích đột ngột gây nên sẽ làm quá trình nghiền sẽ trở nên dễ dàng hơn Cát được dùnghạn chế trong xương gốm sứ, dùng ít nhằm tăng độ bền cơ, tuy nhiên khi dùng nhiều quá sẽkhó khăn trong việc tạo hình( dễ phân lớp), dễ gây vết nứt cho xương Mặt khác, cát cũngđược dùng trong men nhằm cung cấp thêm oxit silic

b>Quartzite

Là một loại đá, thành phần có các tinh thể quắc hình tròn và axit silicic vô định hìnhlàm chất kết dính Có hai loại là quarzite tinh thể và quartzite vô định hình Quarzite tinhthể có những tính chất là phản quang tốt, óng ánh, độ rắn theo thang Mohs bằng 7, có màuxám đen, hồng hoặc tím (tùy hàm lượng tạp chất) Quartzite vô định hình có tính chất màuvàng xám, không phản quang, độ rắn theo thang Mohs 6 -7 Có thể tồn tại cả quắczit tinhthể và quartzite vô định hình, hàm lượng tinh thể và vô định hình trong quắczit rất khác nhaunhưng thành phần hóa không khác nhau nhiều.Có ứng dụng làm VLCLĐinas do chứa SiO2 vôđịnh hình, ít biến đổi thể tích, chứa ít tạp chất.Đá quắczit cũng có thể dùng làm bi nghiềntrong máy nghiền ướt

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 loạioxit đó

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

sự biến đổi 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 chấtkhác

Để làm giàu nguyên liệu chọn phương pháp tuyển nổi, phân ly điện từ…Dùng trong sảnxuất sản phẩm 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,

mỹ thuật…

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 hoặc

3MgO.4SiO2.H2O, có cấu trúc tương tự khoáng sét do đó có tính dẻo Là nguyên liệu đểsản xuất 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 gâybệnh nám phổi, ung thư phổi… Amiăng khắc phục được khuyết điểm lớn nhất của vật liệuceramic là độ bền uốn thấp Hiện nay hơn 3000 loại sản phẩm chứa sợi amiăng

Amiang Có hai nhómSerpentin ( 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 rãcủa amiang trắng là 0,3 – 11 ngày

Amphibolegồm các loại actinolite, amosite, antofilite, crocidolite, termolite Cấutrúc các khoáng loại này có các tứ diện [SiO4]4- tạo xích dài song song với nhau do đó cókhả năng tạo 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 thành ung thư và các bệnh về phổi Amiang thuộc nhóm này đã bị cấm buônbántrao đổi triệt để trên toàn thế giớivì rất độc hại, hiện nay amiang trắng là loại sợi amiangduy nhất được phép buôn bán, 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 kếtdính, xi măng, công nghệ thủy tinh Do chứa tạp chất nên đá có màu.Công nghệ thườngdùng ở dạng 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

1000C trở 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)

độ nóng chảy cao, được dùng làm VLCL trong công nghệ luyện kim,

2.1.1.6 Thạch cao

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 tượngtrong kiến 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 nhưkhả năng thủy hóa thuận nghịch, đóng rắn nhanh tạo vật liệu xốp Ứng dụng trong nhiềulĩnh vực như tượng mỹ thuật, trần thạch cao … Có ý nghĩa nhất trong công nghệ gốm sứ đó

là dùng làm khuôn cho sản phẩm gốm sứ Thạch cao khan CaSO4 0,5H2O được sản xuấttheo các phương pháp cổ điển như nung nóng bột đá thạch cao, thạch cao tái sinh trong nồi,chảo ( rang thạch cao) Hoặc nung nóng trong các lò quay ( chiều dài 10 – 20m), theophương pháp này chất lượng không cao mặc dù năng suất rất cao

Thạch cao không ngậm nước CaSO4 còn gọi là thạch cao chết, màu hơi vàng, đóngrắn rất chậm hoặc hầu như không đóng rắn, không dùng làm khuôn Được sản xuất bằngcách nung 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 hóahọc.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 hydroxit nhôm 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 độcao hơn 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 tinhcho gốm thủy tinh, tạo màu trắng cho men, làm men matt, men kết tinh là nguyên liệu làmgốm titan, bột mài…

độ thường Sản phẩm thương mại bền khi chứa 70 – 80% dạng lập phương Khi nung nóng

11700C, hoặc làm nguội ở 10400C có sự biến đổi thể tích lớn, dễ gây nứt vỡ sản phẩm.Cóứng dụng Làm chất tạo đục trong men, oxit zircon dạng bột mịn dùng làm vật liệu mài, làthành phần của các thủy tinh bền hóa, VLCL cao cấp

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 nhiênvới các 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.B2O3thương 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 lượngnước khó tách Lượng nước trong axit boric ở 7000C, 11000C, 12000C là 0.25, 0.17 và 0.14.Axit boric 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

Nóng chảy ở 8970C, có hai dạngkhan 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.Thủy tinh dùng potas làm nguyên liệu có độ nhớt cao hơn soda làm nguyên liệu, thực tếdùng chung hỗn hợp Potas dùng cho các thủy tinh bao bì cao cấp, pha lê, thủy tinh màu,thủy tinh quang học và kỹ thuật

b2>Selit kali KNO3 :

Nóng chảy ở 3360C, phân hủy ở 5000C : KNO3à 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,thủy tinh 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 côngnghệ Phân hủy ở nhiệt độ 5960C: Pb3O4 à PbO + O2

2.1.2.7 Oxyt sắt

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

Là một dạng dung dịch rắn của FeO và Fe2O3 , với cấu trúc lập phương kiểu

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 dođó có tínhdẻo Để làm chất tạo dẻo phải cho vào đất sét một lượng nước thích hợp với từng phươngpháp công nghệ cần thiết.Khi cho nước vào đất sét, ban đầu nước chiếm chỗ của không khílẫn trong đất, các hạt đất sét nhờ vậy sẽ xích lại gần nhau hơn, dẫn đến thể tích chunggiảm.Khi sấy, lượng nước này thoát ra không gây co sản phẩm mộc Lượng nước tiếp theo

sẽ tạo lớp màng nước quanh hạt đất sét tạo khối dẻo ( lượng nước trong một giới hạn xácđịnh- giới hạn dẻo), lượng nước này tách ra khi sấy, có khả năng làm co sản phẩm mộc.Lượng nước vượt quá giới hạn dẻo sẽ tạo khối bùn nhão, hơn nữa sẽ là huyền phù đất sét –nước Nhờ vậy đất sét 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 cosấy và nung

a> Tràng thạch

Tạo pha lỏng khi nung, giúp tăng nhanh quá trình phản ứng và kết khối.Đảm bảothành phần hóa cần thiết, tạp chất sắt nhỏ ( Fe2O3< 0.2 – 0.3%) Tràng thạch lẫn Fe2O3 saunung sẽ xuất 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 ởdạng khoáng ổn định Cát loại ra từ đất sét và cao lanh có thể dùng Cát gia công bằngcách sàng, rửa để loại các hạt thô, các sa khoáng như là các dạng của oxyt sắt Nung cát 900– 10000C rồi làm nguội nhanh sẽ ổn định thành phần khoáng , thuận lợi cho quá trìnhnghiền

c>Talc

Cấu trúc của hoạt thạch không cho phép các nguyên tố khác lẫn vào trong cấu trúc

Là nguyên liệu quan trọng để sản xuất sứ điện

2.2.1.2 Chất chảy

Nguyên liệu gầy, tạo pha lỏng khi nung, giúp tăng nhanh quá trình phản ứng và kếtkhối Điển hình là tràng thạch, sau đó là nguyên liệu cung cấp PbO, B2O3, oxyt kiềm Na2O,

K2O,…

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 Cónhiều loại đất sét như đất sét chịu lửa, đất sét xốp… tùy theo nhu cầu sử dụng mà chọn loạiđất 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 tạpchất không cần thiết Với những sản phẩm gốm thô như gạch, ngói, đất nung… có thể dùngluôn nguyên liệu tự nhiên do đất có độ mịn, chỉ cần trộn với nước đủ dẻo để tạo hình Cácsản phẩm gốm có xương trắng mịn cần đất sét và cao lanh trắng, thành phần ổn định, ít tạpchất gây màu, đặc biệt Fe2O3 và TiO2 ở mức nhỏ nhất

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

và men, giảm sự nứt men và bong men Để chống hiện tượng kết tinh bề mặt, do đó khốngchế CaO Trong men có B2O3 nhiều, sẽ kết hợp CaO tạo kết tinh từng đốm trắng Khắc phụchiện tượng bằng cách tăng hàm lượng Al2O3, dùng BaCO3 để hạn chế đốm trắng Dolomitđưa vào men chủ yết tạo men đục Wollastonite đưa vào men có tác dụng tạo đục, ngănchặn hiện tượng 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

do chì tạo ra có khả năng hòa tan mạnh các oxyt tạo màu Chì rất độc, dễ tan trong môitrường axit 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

Là những hợp chất không màu, không độc, rẻ tiền Có khả năng hòa tan mạnh các oxyt tạomàu, độ nhớt men kiềm nhỏ nên men dễ chảy Men kiềm có hệ số giản nở lớn nên dễ tạocác vết nứt chân 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 kéodài khoảng chảy men Đưa vào dạng cao lanh hoặc đất sét có tác dụng làm cho men sốngbám chắc vào xương sản phẩm, chống lắng cho men sống Al2O3liên kết với các oxyt phátmàu làm cho màu trở nên chịu nhiệt Tỷ lệ Al2O3 cũng ảnh hưởng đến màu sắc Có tác dụngtăng độ nhớt 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 làmen Bo do đó sự tạo đục bị hạn chế Tốc độ làm nguội men có ảnh hưởng đến khả năng tạođục của TiO2, 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 vào

men sẽ tăng độ bền axit, đưa vào dưới dạng frit sẽ tăng độ bền axit ít hơn Để tạo men đụctốt nhất nên dùng dưới dạng frit ZrSiO4 ngoài tác dụng gây đục còn làm cho men bóng hơn

là men 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 dụngtăng sự đàn hồi của men, có khả năng chốngnứt tăng.Tăng độ bền hóa,là chất tải màu quan trọng ngay cả đối với men đục, chất màu.Dùng bao nung, dùng tấm kê là SiC sẽ tạo màu xám xanh do môi trường khử sinh ra, đặc

biệt trong xương có ít sắt cũng tạo màu xanh do đókhông dùng Có thể tạo men đục khi đưa5% SnO2 và 5% 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 quátrình tách 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 Thời giannghiền luôn được xác định bằng thực nghiệm, lấy độ mịn cần thiết làm thang đo Độ mịn củavật liệu chỉ tăng tới một thời gian nghiền giới hạn nào đó, sau đó sẽ không tăng nữa ( mặc dùthời 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 ly đấttốt hơn Đất ẩm sau đó qua lọc ép, sấy, nghiền, xác định thành phần rồi đóng bao sử dụng Saulắng 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 cần dùngthiết bị phân ly điện từ)

4100 0.055 180 10000 0.03 270

3.1.5 Sấy

3.1.5.1 Sấy phun( Sấy tạo bụi mù ly tâm)

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

3.1.5.2 Sấy thùng quay

Khi chuẩn bị phối liệu ( bột ép bán khô), để sấy nguyên liệu đất sét người ta phải nghiền

sơ bộ trước bằng máy đập nghiền

Phụ thuộc vào khối lượng sản xuất, để sấy đất sét người ta thường sử dụng lò sấy thùng quaythẳng dòng, cùng chiều có chiều dài từ 7m đến 14m và đường kính từ 0.8m đến 2.8m ( loại củaNga) Thùng sấy quay được đặt trên gối tựa con lăn, dưới góc nghiêng từ 30 đến 50 so vớiphương nằm ngang Khí nóng từ buồng đốt trước khi đưa vào thùng sấy được pha loãng trong

buồng hòa trộn với không khí lạnh đến nhiệt độ 650 – 8000C Nhiệt độ khí thải 110 – 1400C,vận tốc khí từ 1.5 đến 2m/s Sự giảm nhiệt đột ngột nhiệt độ chất tải nhiệt ở đầu thùng sấy liênquan tới sự đốt nóng đất sét nguội ban đầu và sự mất mát nhiệt đến môi trường xum quanh Chiphí nhiệt để bốc hơi ẩm 4145kj/kg ẩm bay hơi Phần khí thải sử dụng được đưa vào buồng hòatrộn ( tuần hoàn khí thải) làm giảm chi phí nhiệt đến 16 – 18% Nhiệt độ đất sét sau khi sấykhông lớn hơn 60 – 800C.

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 và kíchthước ban đầu của nó (lưu ý đến năng suất yêu cầu) Trong gốm, vật liệu gầy thường là thạchanh, tràng thạch và các hợp chất thiên nhiên khácà dùng máy đập hàm, nghiền bánh xe haymáy kẹp trục các loại Các loại nguyên liệu mềm như đá phấn, đất sét, cao lanh … dùng máythái 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

ra dễ dàng hơn

3.2.3 Sàng khô

Quá trình sàng là phân loại vật liệu thành các phần giống nhau về kích thước

Chương 4 TẠO HÌNH BÁN SẢN PHẨM

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

và hình 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 khô4 -8%, tạo hình dẻo8 – 25%, huyền phù đổ rót35 – 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 củaxương sản phẩm là SiO271.7% ,

Al2O325.7% , Na2O + K2O 2.6%, , và thành phần hóa của nguyênliệu cho ở bảng sau:

Bảng – Thành phần hóa một số nguyên liệu

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 phối liệu là X1, X2, X3, X4

Vì ở đây là phối liệu bán sứ nên chọn lượng đất sét là 30  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 nguyênliệu cho ở bảng trên

Giải bài tập 1:

Vì ở đây là phối liệu bán sứ nên chọn lượng đất sét là 30  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 : 19.01

Tổng cộng : 107.54Quy lại phần trăm ta có:

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

Tổng cộng : 109.54Quy lại phần trăm ta có:

Đất sét trắng 27.4%

Cao lanh 48.5%

Feldspar 18.6%

Silica 5.5%

4.2.2.2 Tính thành phần hóa từ công thức phối liệu

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

Bảng – Thành phần hóa một số nguyên liệu

Đất sét chịu lửa 52.43 32.21 0.89 1.22 0.6 0.55 2.75 0.63 9.1 100.38Cao lanh đã lọc 47.56 36.29 0.47 0.31 0.11 _ 0.47 0.25 13.35 99.42

Tính thành phần hóa của phối liệu bán sứ

biết công thức phối liệu như sau:

- Đất sét chịu lửa 30%

- Cao lanh đã lọc 41.6%

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, saumột thời 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 cólõi)

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 khuônhoặc 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,

co lại 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 làmkhuôn 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 ưu tiên 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

rã khuôn

Kỹ thuật mới được áp dụng đó là đổ rót với áp suất cao, đổ rót chân không Cách đổ rót này

làm tốc độ tạo mộc nhanh, giảm độ co khi sấy???

4.3.2.2 Phương pháp

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

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 ngoàihợp lý để phối liệu biến dạng theo hình dáng mong muốn và không bị nứt Khi lực bênngoài không đổi với thời gian nhất định, các loại vật liệu khác nhau có cấu trúc khác nhau

sẽ xảy ra các loại biến dạng khác nhau, do đó khả năng tạo hình của chúng cũng khácnhau

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), sẽkhắc phục 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 phươngpháp dễ tự động hóa, tăng năng suất và hiệu quả lao động Khuôn ép bằng thép hoặc cáchợp kim đặc 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 mỏng khôngđều

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 thay

đổi( 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 kỹthuật (phương pháp đổ rót: Tỷ trọng, độ nhớt, lắng, đóng sánh…, phương pháp dẻo: Độdẻo, 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,nước liên kết lý học, nước tự do Sản phẩm sau khi tạo hình, phải sấy để loại nước( tựnhiên hoặc cưỡng 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 củamộc tăng.Khi sấy, nước ở bề mặt dễ bốc hơi gây nên chênh lệch hàm ẩm ở trên bề mặt và ởtrong sản 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 ảnhhưởng đến 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 thuận vớitốc 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 hấpphụ, thể tích sau khi bước qua giai đoạn III là không đổi, sản phẩm chỉ co ở giai đoạn đầu

5.2.4 Chế độ sấy

Chế độ sấy tối ưu khi tốc độ sấy không đổi thường được xác định bằng thực nghiệm.Sau những khoảng thời gian xác định, lấy mẫu đem cân để tìm độ ẩm, đo độ co và thử độbền cơ của mẫu Sấy sản phẩm phải chọn phương pháp sấy,chọn thiết bị sấy, chọn động lựcsấy,tính nhiệt kỹ thuật Yêu cầu chủ yếu là sấy nhanh, an toàn, rẻ

5.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẤY

5.3.1. Sấy đối lưu

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 giờithứ 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 đểlại lỗ xốp, khả năng gây ứng suất nội không còn Tuy nhiên do việc bốc hơi dạng nước hấpphụ khó khăn, hình dạng sản phẩm phức tạp… nên không sấy nhanh được

5.3.2. Sấy tự nhiên

- Thời gian sấy kéo dài và không ổn định ( 5-20 ngày)

- Thời gian sấy phụ thuộc vào thời tiết