Hóa lý silicat: Nung sản phẩm gốm sứ

Chế độ nungBao gồm các quá trình : - Nâng nhiệt độ với tốc độ cần thiết - Thời gian lưu lớn ở nhiệt độ cao - Quá trình giảm nhiệt độ với tốc độ cần thiết Note: - Trong các quá trình trê

QUÁ TRÌNH NUNG SẢN

PHẨM GỐM SỨ

Nhóm 8

Lê Huỳnh Minh Hoàng Phạm Ngọc Tuân

Click to add text

Định nghĩa

Nung là khâu quan trọng nhất trong kỹ

thuật sản xuất gốm sứ

Khi nung, cụ thể trong vật liệu sẽ xảy ra

phản ứng nhiệt độ cao của các cấu tử

trong nguyên liệu

- Quá trình kết khối

- Quá trình xuất hiện pha lỏng

- Quá trình hoà tan

- Tái kết tinh các tinh thể

Kết quả: Tạo ra vật liệu mới có vi cấu trúc mới, rắn chắc hơn

Cơ sở của quá trình nung

Hình 1: Quá trình kết khối các hạt tròn Al2O3 khi nung ở nhiệt độ 1750-1840 độ C (phóng đại 1500 lần).

Hiện tượng kết khối

Kết khối là quá trình giảm bề mặt của các

phần tử vật chất do xuất hiện mối liên kết

giữa các hạt

Do sự biến mất của lỗ xốp trong vật liệu

một khối thể với thể tích bé nhất

Trong quá trình kết khối: thể tích của hệ

giảm dần các lổ xốp sẽ được lấp đầy và

biến thành lổ xốp kín rồi tách ra

 Nhận biết ( Hiện tượng ):

- Giảm thể tích

- Sản phẩm rắn chắc lại

Nhiệt độ nung

Là nhiệt độ cao nhất cần thiết cho quá trình phản ứng và kết khối mà sản

phẩm không bị biến dạng

Tuỳ theo thành phần hoá học mà hiện tượng kết khối xảy ra ở trạng thái

rắn hay ở giai đoạn đầu là kết khối pha rắn và cuối cùng lại xuất hiện

thêm pha lỏng

Nhiệt độ nung các sản phẩm:

- Gốm thô: 1000 – 1150oC

- Bán sứ, sứ dân dụng: 1200 – 1250oC

- Sứ mềm, samoot: 1280 – 1350oC

- Sứ cứng, sứ điện: 1400 – 1450oC

- VLCL cao cấp: 1500 – 1700oC

Chế độ nung

Bao gồm các quá trình :

- Nâng nhiệt độ với tốc độ cần thiết

- Thời gian lưu lớn ở nhiệt độ cao

- Quá trình giảm nhiệt độ với tốc độ cần

thiết

Note:

- Trong các quá trình trên luôn phải chú ý đến môi trường nung phù hợp với từng loại sản phẩm

- Nhiệt độ nung phải được xác định bằng thực nghiệm

- Đánh giá chất lượng thong qua : độ co ,

độ xóp , độ hút nước và đôi khi là độ bền cao

Thời gian nung

Thời gian nung là toàn bộ thời gian cần thiết của một chu trình nung, kể từ lúc bắt đầu nâng nhiệt độ cho đến khi lấy được sản phẩm

Thời gian nung có thể từ vài giờ đến hàng chục giờ

Chu kỳ nung càng ngắn càng tốt, tuy nhiên do điều kiện kỹ thuật,

không thể nung quá nhiệt độ

Môi trường nung

Trong quá trình nung sản phẩm gốm sứ, môi trường khí giữ vai trò quan trọng

vì nó có thể làm thay đổi thành phần hoá học và kéo theo là làm thay đổi tính chất của sản phẩm

Các loại môi trường:

- Oxy hoá

- Khử

- Trung tính

- Chân không hay có các khí bảo vệ khác

(với các loại gốm đặc biệt có thể dùng

môi trường khí O2, N2 v.v )

Nâng nhiệt độ

Trong quá trình nâng nhiệt phải

quan tâm đến:

- Các nguyên liệu phụ (nhất là các hợp

chất thiên nhiên) như đá vôi, đôlômit hay

tạp chất có hại khác nhau (Na2SO4, MgSO4

dễ tan )

- Chiều dày thành, hình dáng sản phẩm

- Lưu ý đến các khoảng nhiệt độ có các

hiệu ứng đột biến (bao gồm cả biến đổi

thù

hình, phân huỷ )

- Cấu tạo và loại lò nung

- Đặc tính của sản phẩm (để chọn nung

một lần hay 2 lần, có tráng men hay

không, nung trong bao hay nung trần)

Tốc độ nâng nhiệt độ lúc nung sản phẩm gốm sứ phụ thuộc chủ yếu vào quá trình biến đổi các cấu tử trong phối liệu theo nhiệt độ và đặc tính của từng loại sản phẩm (dày, mỏng, to, nhỏ v.v )

Thời gian lưu ở nhiệt độ cao

+ Phối liệu có khoảng kết khối hẹp nên nung ở nhiệt độ nung thực thấp hơn

nhiệt độ nung lý thuyết từ 20-30 độ C và kéo dài thời gian lưu ở nhiệt độ đó lâu hơn

+ Phối liệu có khoảng kết khối rộng cho phép nung ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ

lý thuyết 20-30 độ C song rút ngắn thời gian lưu ở nhiệt độ đó một ít vẫn thu được sản phẩm tốt đồng thời giảm được năng lượng tiêu tốn cho một đơn vị sản phẩm

- Thời gian lưu là yếu tố rất cơ bản

- Ảnh hưởng quyết định đến chất lượng sản phẩm nung và chính lại do thành phần hoá học của phối liệu quyết định

Giảm nhiệt độ

Tốc độ giảm nhiệt độ không hợp lý lúc làm nguội (trong trường hợp sản phẩm gốm sứ loại đơn giản, thành mỏng, khối lượng bé) còn nguy hiểm hơn tốc độ nâng nhiệt độ không hợp lý

Tốc độ làm nguội chẳng những có ảnh hưởng đến việc phát triển các tinh thể pha rắn mà còn liên quan đến sự xuất hiện ứng suất nội trong sản phẩm chứa pha thuỷ tinh

Lý thuyết và thực nghiệm đều chỉ ra rằng thành phần hoá học của phối liệu là yếu tố chủ yếu quyết định độ chịu lửa của nó tức là quyết định nhiệt độ và khoảng kết khối

Thành phần hóa học

Thành phần khoáng vật giữ vai trò phân bố thành phần hóa học và các đặc trưng diễn biến, ảnh hưởng đến quá trình hình thành pha tinh thể mới trong quá trình nung

Kích thước và thành phần hạt

Kích thước hạt càng bé, phối liệu càng kết khối tốt

Nếu kích thước hạt đạt độ mịn mong muốn có thể hạ thấp nhiệt độ nung cực đại đến khoảng 20-35 độ C

Khi kết khối có mặt pha lỏng kích thước hạt vật liệu ban đầu ảnh hưởng đáng kể đến độ hoà tan của hạt rắn trong pha lỏng dẫn đến làm thay đổi mạnh các tính chất của pha đó

Kết quả là làm thay đổi mọi tính chất của sản phẩm

Mật độ của bán thành phẩm

Độ sít đặc của các hạt nói riêng và sản

phẩm nói chung có ảnh hưởng đến quá

trình kết khối

Mật độ càng cao, kết khối càng thuận

lợi Điều này càng có ý nghĩa đáng kể

khi nung gốm đặc biệt (từ nguyên liệu

ôxit tinh khiết) quá trình kết khối đơn

thuần xảy ra ở trạng thái rắn.

Ép sản phẩm bán khô với áp lực cao

mộc sẽ rất sít đặc

Các phương pháp nung

- Nung gián đoạn : sản phẩm cố

định , nhiệt nâng và hạ theo từng

giai đoạn nung

- Nung liên tục : Nhiệt theo từng

khoang cố định , sản phẩm

chuyển động qua từng vùng

nhiệt độ

Lò nung gốm liên tục dùng gas

Lò nung gốm gián đoạn

Lò nung

Tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật , kết cấu lò hay nhiên liệu sử dụng , có rất nhiều loại lò nung ceramic , nhiệt độ nung có thể từ 700 -2000 độ C

Gồm các loại lò đầy , lò đứng , lò quay , lò gián đoạn , lò liên tục …

Lò liên tục

Còn gọi là lò Tunel , sản phẩm trên xe gong dịch chuyển trên đường ray ngược chiều với chuyển động của khí nóng

Lò Tunel con lăn : Sử dụng ở các nhà máy sản xuất gạch men

Dùng nhiên liệu lỏng , khí hay đốt điện Dùng trong các nhà máy gốm , sứ , gạch ngói

Ưu điểm :

- Nhiệt độ trong mỗi hầm là không đổi ,

tránh được các ứng suất cơ sinh ra

- Sản phẩm được xếp trên goong và xếp ở

ngoài lò tunel , tiết kiệm lao động , đảm

bảo môi trường làm việc tốt

- Có thể cơ khí hóa và tự động hóa dây

chuyền công nghệ , sản xuất lien tục

Nhược điểm

- Phân bố nhiệt độ theo thiết diện ngang lò không đều , sản phẩm dịch chuyển không đều , ảnh hưởng chất lượng sản phẩm

- Không nung đa dạng sản phẩm cùng một lúc

Lò gián đoạn

Nhiều kiểu , nhiên liệu có thể là gas , củi hoặc điện

Nhiệt độ trong lò điều chỉnh thích hợp với từng giai đoạn nung

Đặc biệt là loại lò rồng ( nung gốm ở Bình Dương )

Với các đặc điểm :

- Nhiên liệu là củi

- Khí thải buồng trước là nhiệt đốt nóng cho buồng sau

- Thời gian cho mỗi buồng là từ 3-4h

Ưu điểm :

- Cho phép nung những sản phẩm với

nhiều kích cỡ khác nhau , mọi loại hình

sản phẩm mọi trình độ công nghệ

- Phù hợp cho những sản phẩm yêu cầu

không dịch chuyển suốt quá trình nung

Nhược điểm :

- Tốn nhân công

- Ứng suất gây ra khi thay đổi nhiệt

độ