Áp dụng công nghệ hoá học cho Công ty Sứ Thanh Trì

Áp dụng công nghệ hoá học cho Công ty Sứ Thanh Trì

Phần Mở đầu

Trong những năm gần đây, nhờ chuyển đổi sang cơ chế thị trờng với nền kinh tế hàng hoá nhiều thành phần đã tạo điều kiện cho thị trờng hàng hoá nói chung và thị trờng vật liệu nói riêng ở Việt Nam phát triển mạnh mẽ Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, tốc độ xây dựng cơ bản ngày càng gia tăng kéo theo nhu cầu về vật liệu xây dựng ngày càng cao cả

về số lợng, chất lợng và chủng loại

Theo định hớng quy hoạch tổng thể phát triển đô thị của Việt Nam trong những năm tới, chính phủ đã và sẽ quy hoạch và xắp xếp lại các đô thị loại I và loại II, mở rộng và phát triển các đô thị mới trên cơ sở gắn liền với quy hoạch tổng thể phát triển các khu công nghiệp, khu chế xuất và khu công nghệ cao…

Đây chính là những nhân tố thúc đẩy sự phát triển của ngành xây dựng, sản xuất vật liệu xây dựng nói chung đặc biệt là các sản phẩm trang trí, hoàn thiện cao cấp sử dụng trong xây dựng nh gạch ốp lát và sứ vệ sinh

Trong thời gian qua, sứ vệ sinh là một sản phẩm cao cấp đã đợc nhiều cơ sở trong và ngoài nớc đầu t mới, mở rộng các dây truyền sản xuất, đổi mới trang thiết bị và công nghệ, xây dựng các dây truyền sản xuất đồng bộ, tiên tiến và hiện đại Theo thống kê, tổng công suất thiết kế của các nhà máy sứ

vệ sinh ở Việt Nam năm 2005 khoảng 3,2 triệu sản phẩm

Công Ty Sứ Thanh Trì là một Công ty đi đầu trong công nghệ sản xuất

sứ vệ sinh ở Việt Nam Hiện nay Công ty đang từng bớc đổi mới chiều sâu về chất lợng sản phẩm cũng nh chủng loại đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trờng trong nớc và xuất khẩu Trớc nhu cầu ngày càng cao của thị trờng về các chỉ tiêu kỹ thuật và chất lợng sản phẩm, đặc biệt giảm giá thành sản phẩm, đồng thời tăng chất lợng sản phẩm thúc đẩy tính cạnh tranh trên thị tr-ờng trong và ngoài nớc, đó chính là nhu cầu cần phải đa ra nghiên cứu

Đi sâu nghiên cứu việc ổn định và nâng cao chất lợng kỹ thuật của sản phẩm sứ vệ sinh đó là sự phù hợp xơng men, độ biến dạng của sản phẩm và

đặc biệt đó là độ bóng đẹp của bề mặt men

Đi sâu nghiên cứu việc giảm giá thành sản phẩm tăng tính cạnh tranh khốc liệt của thị trờng đó là giảm tiêu hao, chi phí và đặc biệt là giảm nhiệt

độ nung các sản phẩm gốm sứ Theo tính toán khi giảm nhiệt độ nung xuống

đợc 500C thì tiết kiệm đợc 12 - 15% chi phí nhiên liệu sử dụng

Hiện nay trên thế giới mà đi đầu là các hãng SITI, SACMI, WELCO, NASSETTI …nhiệt độ nung cao nhất để nung sứ chỉ khoảng 1200 - 12200C nung trên lò nung nhanh Tuynell Các chuyên gia CERAMICER - vơng quốc anh đẫ nhiều lần khuyến cáo với Công ty Sứ Thanh Trì nên giảm nhiệt độ nung cao nhất để nung sứ xuống còn 1200 - 12200C vừa tiết kiệm đợc chi phí nhiên liệu vừa tăng tuổi thọ cho lò nung Tuynell; giảm giá thành sản phẩm, tăng tính cạnh tranh trên thị trờng

Nội dung của đề tài cũng chính là vấn đề đang nẩy sinh và đang cần tìm phơng hớng giải quyết đối với Công ty Sứ Thanh Trì

Phần I: Cơ sở lý thuyết

1.1 Các nguyên liệu để chế tạo Gốm sứ

Đối với các sản phẩm gốm sứ nói chung các nguyên liệu chính để sản xuất xơng sứ gồm cao lanh, đất sét, thạch anh, fenspat trong đó cao lanh và

đất sét đợc gọi là nguyên liệu dẻo còn thạch anh và fenspat đợc gọi là nguyên liệu gầy Ngoài ra trong công nghiệp gốm sứ phần quan trọng nữa phải kể

đến là men, nguyên liệu để sản xuất men gồm có: cao lanh, thạch anh, fenspat, wolastonit, ZrSiO4, bột nhẹ CaCO3, bột talc, oxyt kẽm ZnO, BaCO3, clorua Côban, CMC…

Mỗi loại nguyên liệu đều có tính chất đặc trng riêng về nguồn gốc, tính chất, ứng dụng của nó đối với toàn bộ quá trình chế tạo sản phẩm Để hiểu biết và sử dụng đợc các loại nguyên liệu trên cần khảo sát cụ thể về từng loại nguyên liệu

1.1.1 Cao lanh và đất sét

Cao lanh và đất sét là một loại vật chất sét, đợc hình thành do quá trình phong hóa của các loại đá chứa kiềm có nguồn gốc từ pegmatit, fenspat, granit, đá mai, đá hoa cơng

Trong cao lanh, khoáng chiếm đa số là caolínt Các khoáng này thờng

có dạng hình tấm, lá với kích thớc tơng đối thô từ 0,1ữ 3 àm nên nguyên liệu này có độ dẻo kém Tuy nhiên, đây là một loại nguyên liệu có độ tinh khiết cao, đặc biệt có hàm lợng Al2O3 rất lớn ( ∼ 30 ữ 28%) Trong phối liệu, cao lanh là một nguồn chính để tạo ra khoáng mulit do sự phân hủy của caolinit trong quá trình nung Đây là một loại khoáng quan trọng trong cấu trúc của xơng sứ vì nó có các tính chất kỹ thuật cơ, điện, nhiệt rất tốt

Trong đất sét thờng tồn tại các loại khoáng caolinit, montmorilonit, mica Đặc điểm nổi bật của đất sét là có kích thớc hạt tơng đối mịn, đờng kinh hạt thờng từ 0,06 ữ1àm, trong đó một số loại sét có hàm lợng hạt d = 0,06 àm chiếm tới 40% còn ở các loại đất sét thông thờng thì hàm lợng này

là 20 ữ 30% Do đất sét có kích thớc hạt tơng đối mịn nên có độ dẻo cao và trở thành một nguyên liệu dẻo tốt cho quá trình sản xuất, đặc biệt quan trọng trong quá trình tạo hình sản phẩm gốm sứ Nó làm tăng cờng độ mộc của sản phẩm, đồng thời góp phần cùng với cao lanh để tạo ra khoáng mulit nhiều hơn.

Trong nguyên liệu đất sét nói chung, các loại tạp khoáng thờng gặp là thạch anh, trờng thạch, các muối cacbonat, các tạp sắt, TiO2, các loại muối tan nh muối sunfat, muối clorua, thạch cao, chất hữu cơ Các loại tạp chất khoáng này ảnh hởng đến tính chất của nguyên liệu theo nhiều hớng khác nhau

- Tạp khoáng thạch anh thờng gặp trong dạng cát với hàm lợng tơng

đối lớn, trong cao lanh nó chiếm tời 30 ữ 40% Sự có mặt của thạch anh làm tăng độ khó chảy của nguyên liệu sét, từ đó nó ảnh hởng đến nhiệt độ nung của sản phẩm

- Tạp cacbonat CaCO3, MgCO3 lẫn trong nguyên liệu, khi nung sản phẩm sẽ bị xốp do sự phồng rộp của các tạp, làm cho cờng độ cơ học của sản phẩm bị giảm xuống Để giảm tác hại của các tạp này thì phải nghiền nguyên liệu đến độ mịn hạt yêu cầu sao cho các hạt CaCO3, MgCO3 phân tán đều trong nguyên liệu

- Tạp khoáng sắt lẫn trong nguyên liệu thờng tồn tại ở dạng FeS2,

Fe2O3 nH2O, Fe(OH)3 Nếu chúng không đợc nghiền để phân tán đều thì khi nung nó sẽ chảy ra thành các vết đen rất to trong sản phẩm, ảnh hởng đến các tính chất kỹ thuật và mỹ thuật của sản phẩm

- Thạch cao lẫn trong nguyên liệu sét khi nung ở nhiệt độ cao thờng tác dụng với các cấu tử khác tạo thành những vết thủy tinh chảy ra bề mặt sản phẩm làm mất tính thẩm mỹ và giảm các tính chất kỹ thuật của sản phẩm

- Các loại tạp chất khác nh TiO2, các muối tan sunfat, clorua thờng gây

ảnh hởng đến màu sắc của sản phẩm nh tăng cờng sự nhuộm màu của Fe2O3, tạo các vết muối loang lổ trên bề mặt, các vật chất hữu cơ lần nhiều trong

nguyên liệu sẽ làm cho sản phẩm bị phồng rộp khi nung do khi chúng cháy

sẽ tạo ra khí CO2 với hàm lợng lớn

* Đất sét:

Đất sét có các đặc tính khoáng học gồm caolinite, các khoáng mica

nh là montmorilonit và muscovite, quartz và một lợng nhỏ feldspar và cacbonate

Các phân tích cỡ hạt của đất sét cho biết sự phân bố cỡ hạt mịn: cỡ hạt chủ yếu trong khoảng 0,5 - 10 àm Đất sét có các tính chất sau:

-Cờng độ sau nung tốt

-Mộc sau nung hơi ngả mầu xám do hàm lợng TiO2 và Fe2O3 thấp

Đặc biệt các tính chất lu biến và khả năng thuỷ tinh hoá tốt với giá trị ờng độ cao Với các đặc tính kỹ thuật trên cho thấy nguyên liệu phù hợp đối với việc chế tạo hồ để tạo hình sản phẩm sứ vệ sinh

c-* Cao lanh:

Cao lanh có các đặc tính chủ yếu gồm kaolinite và một lợng nhỏ quartz, các khoáng mica, fenspat cùng với tạp chất hữu cơ

Hình nhiễm xạ tia X cho thấy:

- Các peak thu nhiệt tại 100 - 2000C do mất nớc lý học

- Các peak toả nhiệt tại nhiệt độ khoảng 5910C do liên quan tới việc hình thành mới các pha tinh thể do biến đổi thù hình sang metakaolin

Peak tỏa nhiệt liên quan đến việc đốt cháy các tạp chất hữu cơ không quan sát đợc Lợng tạp chất trong nguyên liệu thấp và nó đợc chứng minh bằng việc giảm nhỏ về khối lợng trên biểu đồ phân tích nhiệt giữa khoảng nhiệt độ 200 và 4500C Ngoài ra, trên biểu đồ phân tích nhiệt khối lợng giảm

do mất nớc vật lý và mất nớc hoá học tơng ứng với từng giải nhiệt độ Các phân tích cỡ hạt cho thấy giải phân bố cỡ lớn với giá trị lớn giữa 50 và

200àm Phân tích sót sàng 180, 125 và 63 àm cho thấy sót sàng thấp, đặc biệt lợng sót sàng 65àm lớn hơn 5% cho thấy nguyên liệu này dùng để sử dụng trong việc chế tạo xơng sứ vệ sinh

Từ quan điểm nhìn nhận từ góc độ kỹ thuật Cao lanh có các đặc điểm sau:

- Có khả năng điện giải kém, và cần bổ sung lợng nớc và chất điện giải lớn

- Có tốc độ tạo độ dày trên thạch cao lớn

- Có cờng độ mộc sau sấy và sau nung cao

- Có xu hớng thuỷ tinh hoá thấp

- Mẫu nung có mầu ngà voi

* Nhìn chung, chất lợng của các nguyên liệu cao lanh và đất sét không những phụ thuộc vào thành phần khoáng hàm lợng khoáng mà còn phụ thuộc cả vào hàm lợng và các loại tạp chất lẫn trong nguyên liệu.

1.1.2 Thạch anh

Thạch anh là một loại khoáng rất phổ biến trong lớp vỏ trái đất, chúng tồn tại ở hai dạng chính là dạng tinh thể và dạng vô định hình Trong thành phần của phối liệu gốm sứ, hàm lợng SiO2 chiếm 60 ữ 70% trong đó một l-ợng lớn SiO2 là do cao lanh, đất sét mang vào, phần còn lại thờng từ cát thạch anh đa vào

Trong xơng gốm sứ, thạch anh đóng vai trò là một nguyên liệu gầy để giảm độ co cho sản phẩm trong quá trình sấy, nung Trong quá trình nung nó cùng với fenspat và các tạp chất tạo nên pha thủy tinh hòa tan các vật chất rắn

để kết tinh ra các tinh thể, pha mới Khi có mặt của SiO2 trong pha thủy tinh thì nó làm cho pha thủy tinh có độ nhớt cao hơn nên chống đợc sự biến dạng cho sản phẩm khi nung Ngoài ra, thạch anh còn góp phần tạo nên các tinh thể mulit để nâng cao các tính chất kỹ thuật của sản phẩm Tuy nhiên, trong

quá trình đốt nóng và làm nguội thì thạch anh có sự biến đổi thù hình rất phức tạp nên trong quá trình nung luyện phải kiểm soát đợc những khoảng nhiệt độ biến đổi thù hình để tránh gây nứt vỡ sản phẩm.

1.1.3 Fenspat

Fenspat là một loại khoáng Alumosilicat chứa kiềm và kiềm thổ với hàm lợng tơng đối lớn Về mặt hóa học, fenspat có 3 dạng chính là fenspat kali (orhoclaz) K2O AL2O3 6SiO2, fenspat natri (Albit) Na2O Al2O3 6SiO2

và fenspat canxi (anothit) CaO Al2O3 2SiO2 Các dạng đơn khoáng này rất hiếm, chủ yếu nó tồn ở dạng hỗn hợp đồng hình giữa các fenspat đơn khoáng bao gồm hỗn hợp đồng hình orthoclaz - abit (là hỗn hợp đồng hình của fenspat kali và fenspat natri (K, Na)2O Al2O3 6SiO2 và hỗn hợp đồng hình albit anothit (là hỗn hợp đồng hình của fenspat natri và fenspat canxi, có tên gọi chung là plagioclaz)

Trong số các hỗn hợp đồng hình của fenspat thì fenspat kali - natri đợc

sử dụng phổ biến trong các bài phối liệu Do sự khác biệt về tính chất giữa hai loại fenspat kali và fenspat natri nên các loại fenspat kiềm có tỷ lệ K/Na khác nhau sẽ có ảnh hởng khác nhau lên các thông số kỹ thuật của sản phẩm Fenspat natri có nhiệt độ chảy thấp, khoảng chảy hẹp, độ nhớt nhỏ Trong phối liệu nó làm cho pha thủy tinh xuất hiện sớm, nhiệt độ kết khối của xơng thấp Fenspat kali có nhiệt độ chảy cao hơn, khoảng chảy rộng hơn, độ nhớt cao hơn so với fenspat natri nên khi có mặt trong phối liệu nó làm cho xơng

có nhiệt độ kết khối cao hơn Đồng thời oxit K2O trong fenspat kali có độ hoạt tính bề mặt tơng đối tốt nên nó làm giảm mạnh sức căng bề mặt của pha thủy tinh

1.1.4 Bột talc

Là một loại nguyên liệu bổ xung đáng kể oxit kim loại kiềm thổ, có hàm lợng MgO lớn ( >25% ), hàm lợng CaO (Từ 7 - 9 %), nhằm giảm nhiệt

độ nung xơng gốm sứ

1.1.5 Các nguyên liệu để chế tạo men

- Fenspat, Cao lanh, bột talc, Thạch anh: Nh dã giới thiệu ở trên

- Wolátonit: Một loại nguyên liệu tự nhiên cung cấp chính CaO và SiO2

cho men, việc sử dụng wolastonit trong men có vai trò rất quan trọng không những trong việc hạ nhiệt độ chẩy cho men ( vì nó cung cấp oxit kim loại kiềm thổ CaO ) mà còn làm giảm thiểu lợng khí CO2 thoát ra trong men khi nung do khi sử dụng bột nhẹ ( Ca CO3 ) và do vậy làm giảm khuyết tật bọt khí nâng cao chất lợng bề mặt men

- Oxit kẽm, Zr SiO2, BaCO3: Cung cấp các oxits ZnO, ZrO2, BaO

1.2 Nghiên cứu cấu trúc pha của sứ vệ sinh

Trong sản xuất gốm sứ nói chung, việc sử dụng các loại nguyên liệu khác nhau trong các bài phối liệu sẽ dẫn tới sự thay đổi về thành phần hóa của phối liệu cũng nh của xơng sứ, từ đó sẽ dẫn đến sự thay đổi về thành phần pha một cách tơng ứng Nghĩa là có một sự thay đổi về tính chất, cấu trúc hàm lợng của pha tinh thể, pha thủy tinh và pha khí có trong xơng sứ, khi đó sẽ có sự thay đổi về các tính chất của sản phẩm Trong vật liệu gốm sứ luôn tồn tại 3 thành phần pha là các pha tinh thể, pha thủy tinh và pha khí Các nhóm sản phẩm khác nhau thì quan hệ tỷ lợng giữa các pha này là khác nhau Toàn bộ các tính chất cơ, lý, nhiệt, điện của sản phẩm gốm sứ đều phụ thuộc chủ yếu vào quan hệ định lợng giữa các pha Vì vậy, để cải thiện, nâng cao chất lợng sản phẩm thì phải điều chỉnh hàm lợng, chất lợng, chủng loại của các pha trong cấu trúc

* Đối với pha khí:

Trong sản phẩm gốm sứ luôn tồn tại một lợng pha khí nhất định và nó

có ảnh hởng xấu đến các tính chất kỹ thuật của sản phẩm Khi lợng pha khí lớn thì cờng độ cơ học của sản phẩm giảm vì pha khí có modun đàn hồi E = 0 (KG/cm2) Tính chất điện của sản phẩm giảm vì các phân tử khí bị ion hóa ở

điện thế cao làm tăng độ dẫn điện của sản phẩm Vì vậy trong nghiên cứu cũng nh trong sản xuất, hàm lợng pha khí luôn cần đợc giảm xuống mức tối

thiểu để giảm những ảnh hởng của nó tới các tính kỹ thuật của sản phẩm Để giảm lợng pha khí thì trong công nghệ sản xuất, quá trình tạo phối liệu phải tách hết các bột khí lẫn trong phôi liệu, quá trình nung luyện phải đảm bảo

độ kết khối tốt, nhiệt độ nung đủ cao để tạo ra pha thuy tinh có độ linh động lớn, sức căng bề mặt nhỏ để có thể chui vào các ngóc ngách lấp đầy các lỗ xốp

* Đối với pha thủy tinh:

Pha thủy tinh là một thành phần rất quan trọng trong xơng gốm sứ Nó

có tác dụng tạo nên một mạng lới không gian, gắn liền các hạt tinh thể và

điền đầy vào các lỗ xốp để giảm tới mức tổi thiểu hàm lợng của pha khí Tuy nhiên, do các tính chất kỹ thuật của pha thủy tinh kém hơn so với pha tinh thể, đặc biệt là cờng độ cơ học của pha thủy tinh thấp hơn nhiều so với pha tinh thể nên trong xơng gốm sứ hàm lợng pha thủy tinh cần đợc giảm xuống mức tối thiểu nhng phải đủ để liên kết các hạt tinh thể và điền và lỗ xốp Chất lợng của pha thủy tinh có thể đợc cải thiện bằng cách bổ xung thêm hàm l-ợng Al2O3 vào trong phối liệu từ cao lanh để tăng hàm lợng của Al2O3 trong pha thủy tinh, đồng thời nếu đa vào loại fenspat có hàm lợng K2O cao thì sức căng bề mặt của pha thủy tinh giảm mạnh, khả năng thấm ớt và hoà tan lớn, pha thủy tinh sẽ trở thành một môi trờng tốt, thuận lợi để các hạt vật chất rắn khuyếch tán, hòa tan và tạo ra tinh thể mới một cách dễ dàng Khi chất lợng của pha thủy tinh đã đợc cải thiện tốt hơn thì lợng pha thủy tinh cần thiết ở trong xơng gốm sứ cũng sẽ đợc giảm xuống một cách thích hợp

Pha thủy tinh ở trạng thái nóng chảy có vai trò quan trọng trong việc quyết định lên đờng hớng hình thành cấu trúc của xơng, của các loại tinh thể cũng nh quyết định đến tốc độ kết khối của xơng Đối với pha thủy tinh ở trạng thái nóng chảy lỏng thì độ nhớt, sức căng bề mặt là tính chất đặc biệt quan trọng để thúc đẩy cho quá trình kết khối nhanh hơn, làm tăng nhanh quá trình hòa tan của các hạt vật chất rắn, các tàn d của đất sét phân hủy, xúc tiến cho mulit nguyên sinh tái kết tinh thành mulit thứ sinh với số lợng nhiều hơn, đan xen nhau dày đặc hơn

Trong phối liệu gốm sứ, fenspat đa vào có tác dụng tốt trong việc tạo pha thủy tinh Nh vậy, mặc dù pha thủy tinh có độ nhớt nhỏ, tạo điều kiện thuận lợi cho các vật chất rắn hoà tan và kết tinh thành tinh thể.

* Đối với pha tinh thể:

Pha tinh thể là thành phần quan trọng nhất trong cấu trúc của xơng sứ,

nó có cờng độ cơ học cao, tổn thất điện môi nhỏ, giãn nở nhiệt nhỏ Vì vậy, pha tinh thể cần phải có với lợng lớn nhất có thể, đặc biệt là các tinh thể nh mulit nguyên sinh, mulit thứ sinh, sự tạo thành các tinh thể cũng nh mức độ

và khả năng liên kết của bề mặt các tinh thể với pha thủy tinh phụ thuộc rất lớn vào hàm lợng và tính chất của pha thủy tinh Nh đã đề cập ở trên, trong pha thủy tinh của xơng sứ thì các chủng loại fenspat là nhân tố quyết định lên chất lợng của pha thủy tinh

1.3 Đặc trng cấu trúc của men - Cơ chế tạo thành thuỷ tinh trong men gốm

1.3.1 Cấu trúc của men gốm

Cấu trúc của lớp men đợc hình thành do tác dụng tơng hỗ của men với môi trờng trong quá trình nung và do phản ứng nóng chảy giữa các cấu tử của lớp men

Men gốm hình thành và đợc tính từ lớp cấu trúc trung gian Lớp men thông thờng dày từ 100àm - 0,5mm và hầu nh là pha thuỷ tinh thuần khiết,

nó chỉ chứa rất ít hạt thạch anh hoặc bọt khí

Về mặt định lợng, thuỷ tinh trong suốt là pha chủ yếu của men, ngoài ra

có pha tinh thể Pha tinh thể trong men có hai dạng: một dạng là những tinh thể mới đợc thành tạo và một dạng là tinh thể tàn d

1.3.2 Cơ chế của sự tạo thành thuỷ tinh trong men gốm

Thuỷ tinh đợc định nghĩa nh một sản phẩm vô cơ nóng chảy, đợc làm lạnh trong điều kiện đặc biệt, không xảy ra việc kết tinh Nh vậy, thuỷ tinh có thể đợc coi nh là một chất lỏng đợc làm lạnh quá mức, nó là một chất rắn vô

định hình trong đó cấu trúc của chất lỏng hỗn loạn ở nhiệt độ cao và đợc phân bố lại ở dạng cố định trong trạng thái cân bằng không bền.

Trạng thái thuỷ tinh đợc hình thành trên cơ sở nung nóng chảy các thành phần trong men Đó là:

- Thành phần tạo khung thuỷ tinh: SiO2, B2O3

- Những chất gây biến tính: Na2O, K2O, PbO, B2O3

- Những chất ổn định: CaO, MgO

- Những chất gây mờ đục thuỷ tinh: ZrO2, SnO2, TiO2

Có thể cho rằng, thuỷ tinh có cấu tạo mạng lới, chủ yếu từ silic và oxy Thuỷ tinh trong men cũng có các tứ diện phân bố lệch lạc nh thuỷ tinh silicat

1.4 Các tính chất đặc trng của men:

1.4.1 Độ nhớt

Men không có điểm nóng chảy xác định mà có sự thay đổi dần từ trạng thái dẻo quánh sang trạng thái chảy lỏng Do vậy độ nhớt cũng sẽ thay đổi dần theo nhiệt độ, nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm và ngợc lại

Tuy nhiên, độ nhớt của men còn phụ thuộc vào thành phần hoá, nghĩa là phụ thuộc vào hàm lợng các oxyt có trong thành phần men

Các oxyt ảnh hởng đến độ nhớt thành các nhóm sau:

SiO2, Al2O3, ZrO2, SnO2 luôn làm tăng độ nhớt

Oxyt Na2O, K2O, Li2O, PbO luôn làm giảm độ nhớt của men

Các oxyt CaO, MgO, BaO, ZnO, B2O3 ảnh hởng đến độ nhớt khá phức tạp, tuỳ điều kiện cụ thể mà nó có thể làm tăng hay giảm độ nhớt của men

1.4.2 Sức căng bề mặt và độ thấm ớt

Sức căng bề mặt lớn, khả năng thấm ớt của men đối với xơng kém, kéo theo các khuyết tật nh phồng rộp, nứt men, bọt sủi tăm, cuốn men Tuy nhiên, độ thấm ớt của men còn phụ thuộc vào tính chất bề mặt của xơng gốm

Sức căng bề mặt phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần hoá của men

Các oxyt làm giảm sức căng bề mặt ở những mức độ khác nhau là B2O3,

Li2O, K2O, Na2O, PbO Các oxyt làm tăng sức căng bề mặt là MgO, Al2O3, SiO2 Đối với ZnO, BaO thì tuỳ điều kiện cụ thể mà chúng có thể làm tăng hay giảm sức căng bề mặt của men

1.4.3 Sự giãn nở của men

Quá trình giãn nở của men cũng tơng tự nh thuỷ tinh, khi làm nguội dới

điểm chuyển hoá men sẽ bị đóng rắn Điều mong muốn là hệ số giãn nở của men phải phù hợp với hệ số giãn nở của xơng ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ chuyển hoá

Thông thờng, hệ số giãn nở nhiệt của men lớn hơn nhiều so với xơng nung sơ bộ thì có thể gây các vết nứt (rạn) hình sợi tóc Nếu hệ số giản nở nhiệt của men nhỏ hơn nhiều so với xơng, có thể xảy ra hiện tợng bong men.Theo kinh nghiệm, ngời ta xác định hệ số giãn nở của men

Tăng theo dãy sau: Al2O3, K2O, Na2O, Li2O Và giảm theo dãy sau:CaO, ZnO, MgO, SnO2, B2O3, SiO2

1.5 Các oxyt và ảnh hởng của chúng đến đặc tính của men

1.5.1 Oxyt silic (SiO 2 )

Là một oxit không thể thiếu đợc trong thành phần của men, oxit SiO2tạo khung thuỷ tinh cho men

Hàm lợng oxit SiO2ảnh hởng rất phức tạp đến độ nhớt, độ bền của men

1.5.2 Al 2 O 3

Al2O3 có nhiệt độ nóng chảy cao 20400C Al2O3 có tác dụng tăng độ nhớt, tăng độ bền hoá, tăng nhiệt độ chảy của men một cách rõ rệt, làm bề mặt men khô Tuy nhiên, Al2O3 có tác dụng tốt trong việc kéo dài khoảng chảy của men, hạn chế việc tạo kết tinh

1.5.3 R 2 O

Về mặt hoá học, oxyt kim loại kiềm là một phụ gia hạ nhiệt độ chảy rất mạnh Kiềm có khả năng chảy tốt nên có thể thay thế cho PbO và

B2O3 Độ nhớt của men kiềm nhỏ nên dễ chảy Các chất kiềm làm tăng

hệ số giãn nở tăng độ sáng của men

1.5.4 CaO

Tuy điểm nóng chảy của CaO rất cao (25720C), nhng trong men, CaO

có vai trò nh một phụ gia hạ nhiệt độ chảy, đặc biệt với men nóng chảy

ở nhiệt độ cao ở vùng nhiệt độ thấp, để hạ nhiệt độ chảy, ngoài CaO cần phải đa vào men các phụ gia khác nh ZnO, Na2O, K2O, PbO

1.5.5 MgO

Thờng hay dùng MgO với hàm lợng nhỏ để hạ nhiệt độ chảy ở vùng nhiệt độ cao Nếu dùng với hàm lợng lớn thì lại làm tăng nhiệt độ chảy của men và có tác dụng tạo đục MgO làm giảm hệ số giãn nở nhiệt nhng lại làm tăng sức căng bề mặt của men

1.5.7 ZnO

ZnO đợc dùng nhiều nh một phụ gia hạ nhiệt độ ZnO có tác dụng

t-ơng tự CaO về pht-ơng diện tạo độ bóng láng cho men, tuy nhiên khả năng đàn hồi của men tăng

1.5.8 PbO

Điểm nóng chảy của PbO là 8800C nên PbO làm giảm mạnh nhiệt độ chảy của men đặc biệt ở vùng nhiệt độ thấp (<11500C) Do PbO bay hơi mạnh ở nhiệt độ cao Các hợp chất của chì thờng rất độc, dễ hoà tan trong môi trờng axit loãng và kiềm nên thờng sử dụng PbO dới dạng frit

1.6.2 Cuốn men

Cuốn men đợc đặc trng bằng việc tìm thấy trên sản phẩm các vùng có kích thớc khác nhau không đợc tráng men Trong trờng hợp diện tích của vùng đó lớn, ta gọi là sự tróc men Trên ranh giới của các vùng đó, lớp men khá dày

1.6.3 Nứt men (rạn men)

Nứt men là hiện tợng xuất hiện các vết nứt trên lớp men sau khi nung

Đây cũng là một dạng khuyết tật hay gặp

1.7 Các tính chất kỹ thuật của sứ vệ sinh:

Sứ vệ sinh là một loại sứ kỹ thuật nên các tính chất kỹ thuật cơ, điện, nhiệt của nó là rất quan trọng Sản phẩm sứ vệ sinh phải luôn đảm bảo các tính chất kỹ thuật theo tiêu chuẩn của từng cấp loại sản phẩm Do vậy, để nghiên cứu và sử dụng đợc chủng loại sản phẩm này cần nắm vững các chỉ tiêu kỹ thuật cũng nh các yếu tố ảnh hởng, tác động lên tính chất kỹ thuật của sản phẩm trong quá trình sản xuất Từ đó rút ra những phơng hớng nghiên cứu để tạo ra sản phẩm có chất lợng cao, đảm bảo tốt các chỉ tiêu về kỹ thuật

1.7.1 Các thông số kỹ thuật của sứ vệ sinh:

Bảng 1.1: Một số thông số kỹ thuật của sứ vệ sinh

Các tiêu chuẩn Đơn vị Các chỉ tiêu

1.7.2 Yếu tổ ảnh hởng đến tính chất cơ học của sứ

Cờng độ cơ học của sứ có liên quan mật thiết đến cấu trúc của nó Cấu trúc của sản phẩm chịu ảnh hởng trực tiếp bởi các yếu tố công nghệ, việc nghiên cứu về cờng độ cơ học của sản phẩm sứ cũng chính là đi sâu vào nghiên cứu cấu trúc của chúng

Cấu trúc của các loại gốm sứ nói chung gồm 3 thành phần pha là pha tinh thể, pha thủy tinh và pha khí Mỗi pha đều có bản chất hóa lý riêng và hàm lợng riêng, khi đi sâu vào nghiên cứu vi cấu trúc của chúng sẽ biết đợc bản chất cụ thể của từng pha, đặc trng cấu trúc của từng pha Hàm lợng, thành phần, tính chất, sự phân bố cũng nh tỷ lệ định lợng của các pha này trong xơng sứ có ảnh hởng trực tiếp đến cờng độ cơ học của sản phẩm gốm sứ

1.7.2.1 ảnh hởng bởi hàm lợng, thành phần của các pha

Trong vật liệu gốm sứ, hàm lợng của các pha khác nhau thì cờng độ cơ học của sản phẩm cũng khác nhau do mỗi pha đều có đặc trng riêng về modun đàn hồi E

Modun đàn hồi càng lớn thì cờng độ cơ học càng lớn, điều này đã đợc chứng minh bằng thực nghiệm Mối quan hệ giữa cờng độ chịu uốn và modun đàn hồi đợc biểu thị theo công thức sau:

σU = 10-3 E = 10-3 (V1E1 + V2E2 + + VnEn) (KG/cm2)

Trong đó:

σU: Cờng độ chịu uốn của vật liệu, KG/cm2

E: modun đàn hồi của vật liệu, KG/cm2

Vi: phần trăm thể tích của pha i,%

Ei: modun đàn hồi của pha i, KG/cm2

Công thức trên cho thấy, cờng độ chịu uốn tỷ lệ thuận với mudun đàn hồi Trong hệ nhiều pha, modun đàn hồi của hệ đợc tính theo tổng của modun đàn hồi nhân với phần trăm thể tích của các pha thành phần Nh vậy trọng hệ nhiều pha nh gốm sứ thì cờng độ uốn phụ thuộc vào hàm lợng của cả pha tinh thể, pha thủy tinh và pha khí (lỗ xốp) Sự có mặt của pha khí và pha thủy tinh đặc biệt là pha khí làm giảm mạnh mudun đàn hối dẫn đến làm giảm mạnh cờng độ cơ học của sản phẩm

Khi nghiên cứu về ảnh hởng của các lỗ xốp tới modun đàn hồi trong vật liệu gốm sứ một số nhà khoa học đã rút ra đợc mối quan hệ giữa modun

đàn hồi với hàm lợng pha khí hay lỗ xốp nh sau:

E = E0 (1 - 1,9X2) (KG/cm2)Trong đó:

E: modun đàn hồi của vật liệu, KG/cm2

E0: modun đàn hồi của sứ không có lỗ xốp, KG/cm2.X: độ xốp của vật liệu gốn sứ, %

Nh vậy, khi độ xốp của sản phẩm tăng thì modul đàn hồi giảm rất nhanh làm cho cờng độ của sản phẩm cũng giảm theo

Nghiên cứu về ảnh hởng của lỗ xốp tới cờng độ cơ học của vật liệu gốm sứ, các nhà khoa học cũng đã đa ra đợc biểu thức diễn tả quan hệ giữa c-ờng độ cơ học của vật liệu và lỗ xốp nh sau:

σ = σ0.e-p.n ( KG/cm2 )

Trong đó :

σ: Cờng độ cơ học của mẫu sứ, KG/cm2

σ0: cờng độ cơ học của mẫu sứ không có lỗ xốp, KG/cm2 n:

Hệ số Phụ thuộc từng loại vật liệu, với vật liệu gồm n = 4 ữ 7

P: phần thể tích của lỗ xốp, %

Biểu thức trên cho thấy cờng độ cơ học σ tỷ lệ nghịch với hàm lợng của lỗ xốp theo hàm số mũ e-P chứng tỏ rằng khi hàm lợng lỗ xốp tăng thì c-ờng độ cơ học sẽ giảm rất nhanh Bằng đồ thị, biểu thức trên đợc diễn tả nh hình 1.1 sau:

10 20 40 60 80 1001

0,5

Hình 1.1 Quan hệ giữa cờng độ cơ học và hàm lợng lỗ xốp

Đồ thị trên cho thấy khi độ xốp tăng 10% thì cờng độ cơ học tơng đối giảm đi một nửa Nh vậy, lỗ xốp có ảnh hởng rất lớn tới cờng độ cơ học của vật liệu

Đối với pha thuỷ tinh, nó cũng có tác động mạnh đến cờng độ cơ học của sản phẩm Nh đã đề cập ở phần trên, do cờng độ cơ học (hay modun đàn hồi) của pha thuỷ tinh không lớn lắm song cấu trúc cần giảm xuống đến mức tối thiểu nhng phải đủ để liên kết tinh thể và điền đầy đủ vào các lỗ xốp để giảm hàm lợng của pha khí Đồng thời, chất lợng của pha thuỷ tinh cũng phải

đợc cải thiện sao cho có modun đàn hồi cao, khả năng thấm ớt tốt

Giữa hàm lợng của pha thuỷ tinh và pha tinh thể có một số mối quan

hệ biểu thị cờng độ cơ học của vật liệu:

) ) 1 (

) 1 (

3 2

3 2

−

−

− +

− +

σ σ

Trong đó:

σ: Cờng độ cơ học của toàn vật liệu (Kg/cm2)

σTT: cờng độ cơ học của nền thuỷ tinh, (Kg/cm2)

VK: phần thể tích của pha tinh thể, (%)

K: hệ số, K = Ethuỷ tinh /Etinh thể

Ethuỷ tinh: modun đàn hồi của pha thuỷ tinh, (Kg/cm2)

Etinh thể: modun đàn hồi trung bình của pha tinh thể, (Kg/cm2)

Công thức trên cho thấy ảnh hởng của tỷ lệ pha thuỷ tinh và pha tinh thể tới cờng độ cơ học của vật liệu Khi hàm lợng pha thuỷ tinh giảm thì phần trăm thể tích của pha tinh thể VK tăng Khi đó tử số sẽ tăng nhanh hơn mẫu

số nên cờng độ cơ học của vật liệu tăng lên

1.7.2.2 ảnh hởng bởi hình dạng, kích thớc của tinh thể

Trong cấu trúc của vật liệu gốm sứ nhiều loại tinh thể khác nhau đợc phân bố trên nền thuỷ tinh Mỗi loại tinh thể có một đặc trng riêng về kích

thớc, hình dạng, sự phân bố và phụ thuộc vào chế độ nung, chất khoáng hoá, nguyên liệu đầu

Phổ biến trong cấu trúc xơng sứ là các tinh thể mulit và thạch anh tàn d

Các tinh thể mulit thờng có dạng hình lăng trụ, hình kim trong đó mulit nguyên sinh thì kích thớc tinh thể nhỏ, khoảng 3 ữ 5àm, còn mulit thứ sinh thì kích thớc tinh thể hình kim rất nhỏ và nằm đan xen tạo nên một mạng lới không gian vững chắc Khi có lực cơ học tác dụng thì các mạng lới tinh thể này trở thành một vật cản làm cho lực cơ học bị phân bố theo mọi h-ớng nên suy yếu đi Vì vậy, trong cấu trúc xơng sứ nếu tạo ra đợc nhiều tinh thể mulit nguyên sinh, thứ sinh thì cấu trúc sẽ vững chắc và làm cờng độ cơ học của vật liệu tăng lên nhiều

Các hạt thạch anh tàn d nằm rời rạc nhau thờng có dạng không đối xứng, có cờng độ cơ học nhỏ hơn tinh thể mulit nên khi có mặt trong cấu trúc của xơng sứ nó cũng góp phần làm tăng cờng độ cơ học Tuy nhiên thạch anh có nhiều dạng thù hình khác nhau, khi đốt nóng và làm nguội thì sự biến

đổi thù hình của nó sẽ tạo ra các ứng suất cơ học trong vật liệu Nếu hiện ợng này không có sự kiểm soát công nghệ thì nó sẽ làm cho cờng độ cơ học

t-bị giảm xuống Còn khi có sự kiểm soát công nghệ, các hạt thạch anh đợc nghiền mịn, phân bố đều trong cấu trúc thì nó sẽ tạo ra một ứng suất nén tại vùng biên giới giữa các hạt thạch anh tàn d và pha thuỷ tinh nền làm cho ứng suất nén phân bố trong toàn vật liệu nên cờng độ cơ học của sứ đợc tăng lên

Kích thớc của các tinh thể cũng có ảnh hởng mạnh đến cờng độ cơ học của sản phẩm và đợc biểu diễn qua công thức sau:

σu = K d-g (Kg/cm2)Trong đó:

σu: cờng độ chịu uốn của vật liệu, Kg/cm2

K: hệ số Knudsen, đối với vật liệu gốm K = 0,75

d: kích thớc hạt tinh thể, cm

g: hằng số phụ thuộc vào từng loại vật liệu gốm, g = 0,75 ữ 1

Công thức trên cho thấy cờng độ cơ học tỷ lệ nghịch với kích thớc các tinh thể Các tinh thể có kích thớc càng lớn thì cờng độ cơ học càng giảm xuống Điều này đợc giải thích là do các tinh thể luôn luôn tồn những khuyết tật ở bên trong mạng lới Tinh thể có kích thớc càng lớn thì cấu trúc càng nhiều khuyết tật Khi có lực tác dụng thì tại vị trí của những khuyết tật sẽ hình thành nên các vết vi nứt, dần dần làm phá huỷ cấu trúc của vật liệu Vì vậy, các tinh thể có kích thớc càng lớn thì cờng độ cơ học càng giảm xuống.

Sự phân bố của các pha trong cấu trúc cũng có ảnh hởng đến cờng độ cơ học của sản phẩm Trên một nền thuỷ tinh, nếu các tinh thể đợc phân bố

đều, đan xen nhau theo nhiều hớng thì cờng độ cơ học của sản phẩm rất cao Các bọt khí nếu phân bố đều kích thớc bọt khí nhỏ thì càng hạn chế đợc sự suy giảm cờng độ cơ học của sản phẩm

1.7.2.3 ảnh hởng của khuyết tật trong sản phẩm

Các khuyết tật trong cấu trúc của vật liệu làm giảm đáng kể cờng độ cơ học vì khi có lực tác dụng thì chính tại những vị trí khuyết tật này sẽ hình thành nên vết nứt và là trung tâm phát triển các vết nứt Tuy nhiên trong sản phẩm gốm sứ luôn luôn tồn tại những khuyết tật ở nhiều dạng khác nhau Một số loại khuyết tật thờng gặp trong sản phẩm gốm sứ gồm có: các vết nứt

tế vi trong cấu trúc (vết nứt Griddith), các vết xớc bề mặt, các khuyết tật trong tinh thể nh lệch mạng Các lỗ xốp trong vật liệu nh lỗ xốp hở, lỗ xốp kín cũng có thể xem nh là một loại khuyết tật trong sản phẩm Nguyên nhân

lỗ xốp làm giảm cờng độ cơ học là do nó làm giảm tiết diện ngang chịu lực của vật liệu Khi có lỗ xốp thì lực tác dụng sẽ tập trung vào những vùng còn lại trong vật liệu làm những vùng này phải chịu một lực tác dụng cao hơn so với vật liệu không có lỗ xốp

Sau khi phân tích, nghiên cứu sự ảnh hởng của yếu tố đến tính chất cơ học của vật liệu sứ có thể rút ra một số nhận xét và phơng pháp nhằm nâng cao cờng độ cơ học cho vật liệu nh sau:

Giảm lợng pha khí và pha thuỷ tinh xuống mức tối thiểu, lợng pha thuỷ tinh cần giảm xuống nhng phải đủ để thấm ớt các hạt pha rắn và vào các

đặn theo nhiều hớng khác nhau

Quá trình gia công nguyên liệu cần đạt độ đồng nhất cao để các pha hình thành đợc phân bố đều trong cấu trúc

Đảm bảo độ kết khối tốt để giảm độ xốp của sản phẩm

Pha thuỷ tinh phải có chất lợng tốt để cờng độ cơ học của nền thuỷ tinh

đ-ợc tăng lên, đồng thời phải hoà tan tốt các vật chất rắn để kết tinh ra nhiều tinh thể

1.8 ảnh hởng của fenspat đến các tính chất của sứ:

Theo tác giả, nguyên liệu fenspat quyết định phần lớn đến các tính chất của sứ Do vậy, việc nghiên cứu ảnh hởng của fenspat đến quá trình tạo sứ và đến các tính chất của sứ sẽ có một ý nghĩa lớn về khoa học và thực tế

Trong công trình nghiên cứu này, hàm lợng fenspat trong phối liệu thay

đổi từ 23 - 3% Các số liệu nghiên cứu cho thấy, việc hạ thấp hàm lợng fenspat từ 23% xuống 5% (Tơng ứng với tổng hàm lợng R2O giảm từ 4,3% xuống 2,04%)

đã làm cho khoảng trạng kết khối giảm từ 1000C đến 700C Giảm tiếp tục hàm lợng fenspat xuống 3% (tổng hàm lợng R2O = 1,76%) thì khoảng trạng thái kết khối giảm xuống còn 500C Về cấu trúc và thành phần pha của sứ, khi giảm hàm lợng fenspat trong các mẫu sứ từ 23% xuống còn 3% thì lợng mulit tăng từ 32 - 50%, gần đạt đến hàm hàm lợng mulit lý thuyết, đồng thời kích thớc của các tinh thể mulit tăng lên do nhiệt độ nung quá cao, vợt quá

14500C làm cho một phần mulit bị hoà tan và tái kết tinh lại từ chất lỏng nóng chẩy

Tuy nhiên nguyên liệu fenspat là chất trợ chẩy rất tốt để giảm tối đa nhiệt độ nung gốm sứ, tạo cho sứ kết khối tốt hơn và tạo ra pha thuỷ tinh nóng sớm tạo điều kiện kết tinh ra tinh thể mulit Khảo sát nhiệt độ nung, quá trình, tốc độ tạo khoáng mulit để đa ra đờng cong nung thích hợp sao cho hàm lợng mulit kết tinh là lớn nhất.

Nh vậy có rất nhiều các công trình nghiên cứu để nâng cao các tính chất cơ, nhiệt, điện của các sản phẩm gốm sứ Các công trình này đều đa ra

đợc những hớng đi tốt, cải thiện rõ rệt các tính chất của sản phẩm Qua đó có thể thấy rằng để nâng cao các tính chất kỹ thuật của sản phẩm thì chủ đạo đi vào nghiên cứu cấu trúc pha, thành phần và hàm lợng các pha Các vấn đề này đợc thực hiện bằng cách cải tiến các bài phối liệu để tăng hàm lợng các loại nguyên liệu tham gia tạo tinh thể, cải thiện tính chất của pha thuỷ tinh…

1.9 Tác dụng của chất khoáng hoá đến quá trình kết tinh các tinh thể mulit

Mulit là một loại tinh thể rất phổ biến trong gốm sứ và nó có tác dụng tốt

đối với cấu trúc của sứ, loại khoáng này mong muốn tạo ra càng nhiều càng tốt

Một trong những phơng pháp kích thích cho quá trình kết tinh các tinh thể mulit là sử dụng chất khoáng hoá Để nghiên cứu tác dụng của các chất khoáng hoá khác nhau đến sự tạo thành mulit, các tác giả đã sử dụng một số chất khoáng hoá nh: Cao, BaCO3, Talc,TiO2, MnO2 Các chất này sử dụng ở dạng riêng lẻ hoặc kết hợp, đợc trộn vào trong các phối liệu có thành phần, xuất xứ của nguyên liệu giống nhau Các phối liệu đợc nghiền mịn, tạo hình mẫu thí nghiệm rồi sau đó sấy, nung Nhiệt độ kết khối của các phối liệu đợc xác

định thông qua sự kết hợp giữa độ hút nớc của mẫu sau nung và sự dãn nở nhiệt của mẫu Hàm lợng khoáng mulit đợc xác định phơng pháp phân tích Rơnghen Toàn bộ quá trình nghiên cứu đã làm thấy rõ đợc ảnh hởng của các chất khoáng hoá lên nhiệt độ kết khối và lợng khoáng mulit tạo thành Tác giả đa ra một số kết luận sau:

- Các chất khoáng hoá nhìn chung đều có ảnh hởng tốt đến quá trình tạo mulit trong cấu trúc của vật liệu, giảm đợc nhiệt độ nung xuống.

- Oxit CaO có vai trò là chất khoáng hoá tốt khi hàm lợng từ 2,15 - 4,6%, nếu hàm lợng lớn hơn thì lợng mulit sẽ giảm xuống

- Trong 3 chất khoáng hoá CaO, MgO (đi từ bột Talc), BaO (từ BaCO3) thì BaO có tác dụng trội hơn CaO và MgO, nó hỗ trợ cho việc tái kết tinh mulit ở mức độ tơng đối cao, nhiệt độ kết khối hạ đến 800C so với phối liệu gốm thông thờng

- Các chất khoáng hoá TiO2 và MnO2 nếu dùng ở dạng riêng lẻ thì tác dụng khoáng hoá của nó thể hiện không rõ nét Tuy nhiên nếu chúng đợc sử dụng ở dạng tổ hợp TiO2 + MnO2 thì nhiệt độ kết khối của sản phẩm có thể giảm xuống 1000C đồng thời lợng mulit đợc tăng lên

- Trong 5 loại chất khoáng hoá thì BaO là chất có tác dụng mạnh nhất

nó vừa cho phép hạ nhiệt độ kết khối của sứ vừa làm tăng mạnh độ bền cơ của sản phẩm do tăng hàm lợng mulit lên

Phần II: Phơng pháp nghiên cứu

2.1 Chuẩn bị phối liệu nghiên cứu

Trong quy trình công nghệ sản xuất các sản phẩm gốm sứ, nguyên liệu

là một trong những nhân tố quan trọng hàng đầu, nó ảnh hởng rất lớn đến tất cả các công đoạn trong quá trình sản xuất và chất lợng sản phẩm Các chủng loại sản phẩm gốm sứ khác nhau thì yêu cầu về các nguyên liệu, tính chất của các nguyên liệu là khác nhau Vì vậy việc lựa chọn nguyên liệu để nghiên cứu sao cho phù hợp với công nghệ sản xuất là rất cần thiết

2.1.1 Lựa chọn các loại nguyên liệu sản xuất xơng sứ

Tất cả các nguyên liệu đợc lựa chọn để thực nghiệm đều đang đợc sử dụng trong sản xuất tại Công ty Sứ Thanh Trì Hà Nội

Đối với sản phẩm sứ vệ sinh, các nguyên liệu đợc lựa chọn để sử dụng bao gồm: cao lanh, đất sét, thạch anh, fenspat và bột talc

Cao lanh và đất sét là hai loại nguyên liệu dẻo, trong sản xuất sứ vệ sinh tổng hàm lợng cao lanh và đất sét trong phối liệu vào khoảng 50 ữ 60%

để đảm bảo cờng độ của sản phẩm mộc Cao lanh đợc lựa chọn là cao lanh Yên Bái và cao lanh Đức Anh Đây là hai loại cao lanh có chất lợng tốt ở Việt Nam, độ ổn định cao, trữ lợng lớn, hàm lợng Al2O3 tơng đối cao Đất sét

đợc lựa chọn là đất sét trắng Trúc Thôn Loại đất sét này có chất lợng tốt, độ

ổn định cao, trữ lợng lớn, độ dẻo cao, hàm lợng tạp sắt ít Cao lanh Yên Bái

và đất sét Trúc Thôn là hai loại nguyên liệu rất phù hợp cho sản xuất sứ cách

điện cao thế và hiện đang đợc sử dụng phổ biến ở các công ty sản xuất sứ vệ sinh của nớc ta

Fenspat là loại fenspat Phú Thọ đã qua sơ chế, nghiền mịn, loại fenspat này có độ chẩy tốt, hàm lợng kiềm tơng đối cao, độ tinh khiết cao

Thạch anh là loại nguyên liệu gầy đợc lựa chọn là thạch anh Yên Bái, loại này có độ tinh khiết tơng đối cao, hàm lợng SiO2 chiếm tới 99%

Bột talc là loại bột talc đang đợc dùng để sản xuất men tại công ty, hàm lợng MgO khá cao khoảng 25%, hàm lợng SiO2 cao

Bảng 2.1 Các tiêu chuẩn về ngoại quan, độ ẩm, sót sàng, lu biến.

T

Tên NL

Các thông số Ngoại quan W SS 41 SS 63 SS 74 SS 100 V 0 G T 0 G %TTL

1 Feldspar

(Phú Thọ)

Màu trắng xám, không lẫn tạp chất hoặc nguyên liệu khác < 2% <10% > 280 < 0,35

2 Bột talc Mầu trắng < 2% < 5%

3 Thạch anh Màu trắng sữa, hơi đục, không lẫn

tạp chất lạ hoặc nguyên liệu khác <2% <5%

4 Cao lanh

Màu trắng hoặc vàng nhạt dạng bột, dạng cục bóp nhẹ dễ vỡ nhỏ Không lẫn tạp chất lạ và nguyên liệu khác

0,5-1,8

4 Đất sét

Màu trắng phớt xám, có ánh mỡ, không lẫn tạp chất hoặc nguyên liệu khác

<10% <4% >250 T1>5 0,5-2

5 Xơng sứ

nghiền

Màu trắng xám không lẫn tạp chất lạ hoặc nguyên liệu khác <2% 10%

2.1.2 Các nguyên liệu cho sản xuất men

Bảng 2.3 Các tiêu chuẩn về ngoại quan, độ ẩm, sót sàng, lu biến.

hoÆc nguyªn liÖu kh¸c,

tan hÕt trong axÝt HCl lo ng ·

Bảng 2.4 Các tiêu chuẩn về thành phần hoá:

Bảng 2.5 Thành phần hoá của một số hoá chất khác

- Silicat Ziêcôn (ZrSiO4):

- Cacboxy Metyl Cenlulozơ (CMC):

+ Mất khi nung 88ữ92%

+ Tl ỷ lệ pha sol 7 ữ 8 % trong 100 % nớc, khuấy kỹ thành sol

+ Độ PH của sol từ 8 ữ 10

+Dùng từ 4 ữ 5% sol trong 100% phần men sống, thêm 0,1% chất chống vữa khuấy đều để trong điều kiện môi trờng không thay đổi độ ẩm sau

8 giờ thông số V không tăng quá 15 độ

2.1.3 Chuẩn bị các mẫu nghiên cứu

Các bài phối liệu khác nhau đợc gia công và chuẩn bị mẫu theo một phơng pháp giống nhau

Nguyên liệu ban đầu đợc lựa chọn là các nguyên liệu đang sản xuất ổn

định tại công ty Sứ Thanh Trì, làm sạch, sấy khô rồi bảo quản trong các xô nhựa để tránh hút ẩm trở lại

Nguyên liệu đợc cân theo bài phối liệu với độ chính xác ± 0,01g Nạp phối liệu vào máy nghiền bi, mỗi mẻ nghiền 10000g, nạp thành 2 lần theo quy trình sau đây:

- Lần 1 nạp các nguyên liệu cao lanh, thạch anh, fenspat, bột talc thời gian nghiền lần 1 là 2,5 giờ

- Lần 2 nạp tiếp các nguyên liệu đất sét thời gian nghiền lần 2 là 1 giờ

- Tỷ lệ bi: liệu = 1,5 : 1

- Phối liệu sau khi nghiền đảm bảo độ sót sàng 16.600 lỗ/cm2 là 0,4 -0,45%

Phối liệu sau khi nghiền đợc lọc qua sàng 1mm vào các xô 12 lít rồi

đ-ợc ngâm ủ trong 48 giờ, mỗi ngày khuấy 2 lần mỗi lần 30phút bằng máy khuấy chân vịt

Trớc khi đổ rót hồ đợc khuấy đều trong 30 phút bằng máy khuấy chân vịt

Tạo hình bằng phơng pháp đổ rót trên khuôn thạch cao đang sản xuất tại công ty sứ Thanh Trì

Sấy khô mẫu tại tủ sấy sau đó để nguội rồi kiểm tra các tính chất

2.2 Các tiêu chuẩn của hồ và men

Bảng 2.6 Tiêu chuẩn cho hồ ra máy và hồ đổ rót

Thời gian đổ rót để đạt đợc lớp mộc dầy 9,5mm: 135±15 (phút)

Bảng 2.7 Tiêu chuẩn cho men sản xuất

2.3 Các phơng pháp trong nghiên cứu

2.3.1 Phơng pháp kiểm tra độ co sấy, co nung, co toàn phần, độ hút nớc

Mẫu đo co sấy, co nung đợc tạo ra bằng cách đổ rót hồ thí nghiệm vào khuôn thạch cao có kích thức 5x70x300 mm Thực hiện quá trình chuẩn bị khuôn, đổ rót, lu khuôn, tháo khuôn nh trong thực tế sản xuất, thời gian từ khi đổ hồ vào khuôn lu hồ đến khi ra mẫu và thực hiện các thao tác khoảng 3 giờ vì các mẫu thí nghiệm đổ rót trong các khuôn hút 2 mặt Tất cả các mẫu

đều thực hiện nh nhau

- Sau khi tháo khuôn cắt thanh mộc ra thành các miếng mẫu nhỏ có kích thớc 5x70x70mm

- Chỉnh thớc kẹp để khoảng cách giữa hai đầu thớc là 50 mm

- ấn hai đầu thớc kẹp xuống các miếng mẫu theo 2 đờng chéo của nó để tạo ra hai cặp dấu

- Đánh dấu ký hiệu lên các miếng mẫu

Cân 2 miếng mẫu để xác định độ ẩm mộc tại thời điểm đo m1(g).Ghi kết quả m1 lên miếng mẫu

- Sấy tự nhiên các miếng mẫu trong 24 giờ và sấy cỡng bức trong tủ sấy

ở 1050C đến khối lợng không đổi

- Sau sấy đo lại khoảng cách của các cặp dấu : b (mm)

- Cân lại khối lợng các miếng mộc sau khi sấy m2 (g)

- Các miếng mẫu sau đó nung trong lò sản xuất cùng với vòng đo nhiệt

độ

- Đo lại khoảng cách giữa hai cặp dấu sau nung a(mm)

* Tính và ghi kết quả :

- Độ ẩm của mẫu khi bóc khuôn đợc tính theo công thức :

- Độ co nung và co toàn phần đợc tính theo công thức :

Kết quả độ co sấy, co nung, co toàn phần của 1 mẫu là trung bình cộng kết quả của 4 miếng mẫu Nếu giữa các mẫu của 1 sản phẩm có kết quả sai khác hơn 20% thì bỏ mẫu đi hoặc làm lại

* Kiểm tra độ hút nớc

- Mẫu thí nghiệm đợc làm từ hồ thí nghiệm

- Đánh dấu mẫu, cho mẫu vào luộc trong nồi, đáy nồi có lới đỡ mẫu,

đun sôi đều trong thời gian 3 giờ tính từ lúc sôi

- Đủ thời gian, đem mẫu ra rửa nớc lạnh sau đó dùng khăn ớt thấm nhẹ

và cân mẫu : có trọng lợng G2 (g)

(%) 100 1

2 1

x m

m m

W = −

(%) 100

(%) 100

=

a a CTP

- Sau khi cân xong, cho toàn bộ mẫu vào khay sấy khô ở nhiệt độ 1050C

đến khối lợng không đổi

- Sau đó cân lại toàn bộ các mẫu trên theo đúng ký hiệu mẫu đã đánh dấu có khối lợng là G1 (g)

Độ hút nớc của mẫu đợc tính theo công thức :

Kết quả đánh giá độ hút nớc cho một loại sản phẩm đợc tính trung bình của ba mẫu

Nếu giữa các mẫu của 1 sản phẩm sai khác hơn 20% thì phải kiểm tra lại

2.3.2 Phơng pháp kiểm tra cờng độ mộc của hồ đổ rót.

* Chuẩn bị mẫu

- Chuẩn bị các thanh mộc kích thớc 2cm*1cm*20cm

- Sấy tự nhiên các thanh mộc trong không khí tối thiểu là 24 giờ

- Sau sấy tự nhiên, sấy khô các thanh mộc trong tủ sấy ở 1050C tối thiểu trong 4 giờ Đảm bảo độ ẩm mẫu ≈ 0%

- Kết thúc quá trình sấy làm nguội các thanh mộc trong không khí, để cho nguội bằng nhiệt độ môi trờng và đo ngay Nếu mẫu để ngoài không khí quá 2 giờ thì phải sấy lại

- Đặt ngay ngắn thanh mộc lên giá đo, đa lỡi dao của máy đo tỳ lên thanh mộc Chỉnh 2 giá đỡ để tỷ lệ khoảng cách giữa 2 giá đỡ và chiều dày thanh lớn hơn 6 lần Treo tải trọng lên và thêm cát vào xô treo cho đến khi gãy thanh mộc, tốc độ thêm cát nhỏ hơn 100 g/phút

- Cân lợng cát trong xô treo, đo kích thớc tiết diện thanh mộc tại điểm gãy, ghi vào phiếu các kết quả: khối lợng xô, kích thớc dài, rộng của thanh mộc (tiết diện)

Po : Khối lợng cát trong cốc treo (kg)

L1 : Khoảng cách từ điểm tỳ lên thanh đến trục quay ( thực tế 20 cm)L2 : Khoảng cách từ cốc treo đến điểm tỳ lên thanh ( thực tế 30 cm)

b,h : Chiều dài, rộng của thiết diện thanh tại điểm gãy (cm)

2.3.3 Xác định khối lợng riêng, hàm lợng lỗ xốp kín của sản phẩm sứ

Khối lợng riêng, hàm lợng lỗ xốp kín là tính chất quan trọng để biểu thị độ sít đặc của cấu trúc vật liệu, mức độ điền đầy của pha thuỷ tinh vào các

lỗ xốp trong quá trình nung Để xác định các đại lợng này, trớc hết phải xác

định độ xốp biểu kiến, khối lợng thể tích của các mẫu Sau đó các mẫu đợc nghiền mịn trong cối mã não đến kích thớc hạt < 10 àm rồi xác định khối l-ợng riêng và độ xốp kín theo quy trình nh sau:

- Dùng bình định mức dung tích 50ml (hoặc 25ml) rửa sạch, sấy khô, để nguội và cân khối lợng G0 (g)

).

/ ( 2

2 kg cm bh

PL

- Mẫu sau khi nghiền mịn, sấy khô, đề nguội, lấy khoảng 5g cho vào bình định mức, cân khối lợng bình + mẫu G1 (g).

- Dùng dung môi dầu hoả (khả năng thấm ớt cao) cho vào 1/2 bình,

đung sôi lăn tăn trên bếp cách cát trong 30 phút

- Để nguội bình đến nhiệt độ thờng, thêm dầu hoả đến vạch định mức, cân khối lợng bình + mẫu + dầu hoả G2(g)

- Rửa sạch bình, sấy khô, để nguội , cho thêm dầu hoả vào bình đến vạch định mức, cân khối lợng bình + dầu hoả G3 (g)

- Các lần cân chỉ sử dụng một loại cân có độ c hính xác 0,001g

Khối lợng riêng và hàm lợng lỗ xốp kín của mẫu đợc tính toán nh sau:

Khối lợng riêng:

2 0 1 3

0 1

) (

) )(

(

P P P P

P P

−

− +

−

−

λHàm lợng lỗ xốp kín: Xk = Xt - Xbk (%)

Trong đó:

γr: khối lợng riêng của mẫu thí nghiệm, g/cm3

δ: khối lợng riêng của dung môi của ở nhiệt độ thí nghiệm, g/cm3, ở nhiệt độ 300C dầu hoả có δ = 0,783g/cm3

λ: khối lợng riêng của không khí ở nhiệt độ thí nghiệm ở nhiệt độ

2

3

h b

l P

σ (KG/cm2)Trong đó:

σU : cờng độ chịu uốn của mẫu, kg/cm2

P: áp lực ép tại thời điểm mẫu bị gãy, KG

l: khoảng cách giữa hai gối đỡ , cm

b: chiều rộng của mẫu tại vị trí gãy,cm

h: chiều cao của mẫu tại vị trí gãy, cm

Thiết bị xác định cờng độ uốn là máy ép thuỷ lực 5 tấn của Liên Xô

cũ Mẫu ép là mẫu sau khi nung đã nung ở nhịet độ kết khối đợc làm nguội

đến nhiệt độ phòng Mẫu phải phẳng không có các vết nứt, các vết vỡ trên bề mặt và ở góc cạnh

2.3.5 Khảo sát hệ số giãn nở nhiệt

Hệ số giãn nở nhiệt là một tính chất nhiệt lý quan trọng của sản phẩm

sứ kỹ thuật nói chung và sứ cao thế nói riêng Thông qua hệ số giãn nở nhiệt

có thể đánh giá đợc mức độ tạo ứng suất của sản phẩm khi nó phải làm việc trong điều kiện nhiệt độ thay đổi Hệ số giãn nở nhiệt của phối liệu khác nhau đợc xác đinh bằng thiết bị đilatomet thạch anh

Mẫu sau khi nung đợc ca cắt và mài phẳng 2 đầu, đảm bảo kích thớc mẫu 1 x b x h = 40 x 12 x 10 mm Lắp đặt mẫu vào thiết bị, kiểm tra mức độ

ổn định, yên tĩnh của mẫu và các bộ phận trong thiết bị, sau đó tiến hành đo

ở nhiệt độ từ 200C ữ 10000C (đối với xơng sứ); tiến hành đo ở nhiệt độ từ

200C ữ 6000C ( đối với men), tốc độ nâng nhiệt độ: 50C/phút ( kết quả kiểm tra tại Trung tâm gốm sứ - Viện vật liệu xây dựng)

Hệ số giãn nở nhiệt trung bình của các mẫu trong các khoảng nhiệt độ

đợc tính toán nh sau:

1 1

ở nhiệt độ nung hợp lý Sự xuất hiện các tinh thể đợc xác định thông qua các pick đặc trng trên đồ thị (Kết quả kiểm tra tại Trung tâm gốm sứ - Viện vật liệu xây dựng).

2.3.7 Phơng pháp kiểm tra độ chảy máng nghiêng

- Chuẩn bị mẫu, dụng cụ: Chuẩn bị 500g mẫu, 3 miếng mộc kích thớc 5

x 100 x 100 mm, 01 mángchảy, 20g mẫu men chuẩn (đã sấy khô), 01 cối chày sứ, 01 bình nớc nhỏ

- Sấy khô hoàn toàn 100g mẫu men cần thử

- Cân 6g mẫu khô và cho vào cối sứ

- Dùng chày nghiền nhỏ mẫu trong cối

- Dùng bình nớc nhỏ 40-50 giọt (2 - 2,5g) nớc vào mẫu

- Dùng tay nhào trộn, vê viên mẫu thử.,vét hết lợng men bám trên tay, cối vào viên mẫu

- Trên một máng nghiêng có thể thử đợc 6 mẫu men

- Đặt máng nghiêng, 3 miếng mộc đã đợc tráng men, vòng đo nhiệt độ vào cùng một vị trí trong lò sản xuất

- Kết quả: Độ chảy của men cần thử (mm).

2.3.8 Phơng pháp kiểm tra độ bền rạn men

- Chuẩn bị mẫu: Mẫu là các miếng sứ tráng men trên bề mặt, các miếng

sứ với các bài phối liệu khác nhau của xơng và của men, chúng đợc nung ở các nhiệt độ nung khác nhau

- Đánh dấu ký hiệu các mẫu sứ

- Đặt các mãu trong nồi hấp có áp suất 6 Bar, lu ở áp suất lớn nhất trong

2 giờ

- Lấy mẫu ra đặt trong bình thuỷ tinh, sau đó dùng xanh etylen phết trên các bề mặt các mẫu Các mẫu nếu có vết rạn nhỏ sẽ bị xanh etylen làm cho xuất hiện các vết rạn

- Kết quả kiểm tra tại Trung tâm gốm sứ - Viện vật liệu xây dựng

2.3.9 Phơng pháp kiểm tra các tính chất của men

Những sự thay đổi này chỉ ra sự

xuất hiện của các pha lỏng

(mặc dù với độ nhớt rất cao),

làm cho khí không thẩm thấu qua men đợc

Nhiệt độ bán cầu

ở nhiệt độ này mẫu thử có dạng

hình bán cầu Đó là nhiệt độ nóng chảy

2.3.10 Phơng pháp chụp kính hiển vi điện tử

- Để làm sáng tỏ hơn về thành hàm lợng của các pha: Pha thuỷ tinh, pha tinh thể và các lỗ xốp trong xơng gốm sứ, kính hiển vi điện tử với độ khuyết

Phần III Phần thực nghiệm

3.1 Kết qủa thực nghiệm bài xơng

3.1.1 Chuẩn bị phối liệu nghiên cứu

Trong quy trình công nghệ sản xuất các sản phẩm gốm sứ, nguyên liệu

là một trong những nhân tố quan trọng hàng đầu, nó ảnh hởng rất lớn đến tất cả các công đoạn trong quá trình sản xuất và chất lợng sản phẩm Các chủng loại sản phẩm gốm sứ khác nhau thì yêu cầu về các nguyên liệu, tính chất của các nguyên liệu là khác nhau Vì vậy việc lựa chọn nguyên liệu để nghiên cứu sao cho phù hợp với công nghệ sản xuất là rất cần thiết

3.1.2 Lựa chọn các bài phối liệu

Các nguyên liệu sau khi đợc đồng nhất và đợc đóng bao gói, lu kho tại phòng kỹ thuật Công ty sứ Thanh Trì Lấy mẫu và đi kiểm tra thành phần hoá học tại viện vật liệu xây dựng - Bộ xây dựng

Bảng 3.1.Thành phần hóa của một số nguyên liệu sử dụng trong sản

xuất xơng sứ

MKN SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO K 2 O Na 2 O