Chương 6 Chương 6 Nung Vai trò quan trọng nhất, ảnh hưởng quyết định đến chất lượng và giá thành Gồm các quá trình phản ứng nhiệt độ cao giữa các cấu tử quá trình kết khối, xuất hiện pha lỏng,[.]
Chương Nung Vai trò… quan trọng nhất, ảnh hưởng định đến chất lượng giá thành Gồm trình: phản ứng nhiệt độ cao cấu tử trình kết khối, xuất pha lỏng, hoà tan tái kết tinh tinh thể (trao đổi nhiệt trao đổi chất gồm biến đổi hoá học biến đổi pha diễn phức tạp.) Tạo vi cấu trúc mới: vật liệu 6.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH NUNG 6.1.1 Hiện tượng kết khối Kết khối trình giảm bề mặt phần tử vật chất: bên - bên – diện tích tiếp xúc Hình thành phát triển mối liên kết hạt: nhiệt độ áp suất Kết quả: biến lổ xốp, thể tích nhỏ Tăng cường cầu nối hạt vật thể Đánh giá trình kết khối qua thơng số tính chất: Tính chất lý hóa điện: Cường độ, độ hút nước, độ bền hóa, bền điện… Lý thuyết kết khối Đối với tượng kết khối có mặt pha rắn có giả thuyết sau: Thuyết biến dạng dẻo (Frenkel) Thuyết ngưng tụ bốc Kysunsky Thuyết khuyếch tán Kingery Thuyết khuếch tán Mô hình khảo sát hai hạt vật thể có dạng trịn + q trình khuyếch tán vật chất r A B 2R R: bán kính hạt, r xác định A B 2R-R Tuỳ thuộc vào nhiệt độ mà tượng khuyếch tán xảy ranh giới bề mặt hay thể tích vật thể mà có khác trị số hệ số khuyếch tán (chủ yếu khuyếch tán khuyết tật, gọi vacance) Thực chất vấn đề xét mối liên hệ thay đổi thể tích hay chiều dài với nhiệt độ thời gian kết khối Trường hợp xảy khuyếch tán thể tích theo Frenkel mối tương quan chúng biểu diễn phương trình sau V- thay đổi thể tích V0- thể tích ban đầu n- số điểm tiếp xúc σ- sức căng bề mặt δ- khoảng cách nguyên tử; D- hệ số khuyếch tán K- số Bolzmann; T- nhiệt độ tuyệt đối (K) a- bán kính lổ xốp t- thời gian Trong trường hợp khuyếch tán thể tích trị số D tính sau X- bán kính tiếp xúc hai hạt Nếu tính với trường hợp co theo chiều dài cơng thức tính sau: R-bán kính hạt; cịn r tính Thể tích hệ giảm dần lổ xốp lấp đầy biến thành lổ xốp kín tách Độ xốp cịn lại chừng 10% q trình kết khối chậm lại song không dừng hẳn Nếu độ xốp đạt khoảng 8-10% hạt khơng bị ngăn cách bọt khí mà tiếp xúc với bắt đầu trình tái kết tinh Nếu trì lâu hay tăng nhiệt độ thể tích hạt đạt vượt kích thước hạt vật liệu ban đầu khoảng 23 lần giai đoạn kết tinh: tạo mầm, mầm lớn lên thành tinh thể thực sự, tinh thể trưởng thành Quá trình xảy song song với trình kết khối Động lực trình tái kết tinh lượng tự hệ Nung (đọc thêm) Gốm sứ cần phải nung lần để tạo sản phẩm cứng đá, bền nước hóa Các sản phẩm tráng men theo công nghệ truyền thống nung hai lần Buicuit (bisque firing: nung đạt đến cường độ định để tráng men mà không bị hư hỏng) Sản phẩm không tráng men nung nung lần Các sản phẩm tráng men nung hai lần nung đến đạt cường độ tối thiểu trừ sứ cứng nung đến kết khối (mature) Sản phẩm sau nung lần tráng men nung đến chảy bóng lống (glost firing) nhiệt độ thấp Xu hướng đại bỏ giai đoạn nung lần men nguyên liệu nên q trình nung thực lần Nung xương sứ: Các yếu tố ảnh hưởng Từ thành phần xương Nước tự do, nước liên kết Đốt cháy tách hợp chất hữu hỗn hợp Đốt chát tách hợp chất sunphur; Oxh-Kh hợp phần Thay đổi thể tích Thay đổi tích đột ngột chuyển pha hay làm lạnh Nhiệt độ kết khối Các yếu tố chuẩn bị mộc Kích thước hạt tỷ lệ Hình dạng sản phẩm Khả khí, độ dẫn nhiệt độ dẻo nhiệt độ khác Các yếu tố phương pháp nung Thời gian nhiệt cần thiết, cấu trúc lò Sự khác mẫu, thời gian khác mẫu đạt đến nhietj độ nung Điều khiển phương pháp nhiệt Quá trình nung men: Phản ứng có pha lỏng Nâng nhiệt hạ nhiệt đồng Oxi hóa cặn carbon trước tráng men Kết khối (nóng chảy) men khơng giảm độ nhớt men phủ tồn sản phẩm Các trình phân hủy oxy hóa Carbon Bắt đầu 4000C tạo CO2 CO H2O Tạo carbon tự xương Khi nước bay oxy vào xương tạo cháy carbon Do cần có oxy CO2 H2O nên q trình cần phải hồn thành trước q trình kết khối bặt đầu Q trình oxy hóa cần hồn thành 9500C Về mặt lý thuyết ta có Tách carbon từ 1hr 9000C 8000C 1024h; 870 810 512h; 880 820 256; 890 830 128; 900 840 64h; 910 850 32; 920 860 16; 930 Ksks 940 Kl Ll Kk Kk Ll Kkk 950 960 970 980 990 1000 30 15 7.5 3.75 1.9 56s 28 14 3.5 C + H2O = CO + H2 C + H2O = CO2 + H2 C + CO2 = 2CO Carbonat MgCO3 bắt đầu phân hủy 4080C CaCO3 bắt đầu 8940C Lượng khí nói chung khơng đủ để gây ảnh hưởng làm xáo trộn gia nhiệt chậm để phản ứng khác xảy nhiệt độ Sulphat Các loại muối sulphat khác phân hủy nhiệt độ khác Quá trình nâng hay làm giảm nhiệt độ tùy thuộc vào điều kiện nung Ví dụ MgSO4 có hại cho men phân hủy nhanh nhiệt độ 5000C khơng có hại phân hủy chậm SO2 khí có hại mơi trường khí lị gia nhiệt chậm quanh nhiệt độ gia nhiệt nhanh có hại Sự khí xảy nhiệt độ ứng với trình bắt đầu trình thủy tinh hóa gây phồng men (bloat) hay rộp men (blister) Iron pyrite 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 4FeS2 + 13O2 = 2Fe2O3 + 8SO3 Các vết đốm đen (black core) nguyên nhân sulphat sắt bền nhiệt độ 5000C dễ dàng kết hợp với SiO2 tạo đốm thủy tinh đen Nếu thủy tinh tạo lớp bọc xung quanh muối sulphat sắt kết gây phồng men tiếp tục gia nhiệt đến nhiệt độ cuối Giảm nguy hại cách thêm NH4Cl 0.25% vào đất sét khô với nước tạo hình q trình nung tăng 7-8% mà khơng bị ảnh hưởng tượng black core Vệt đốm vàng hay hồng (Yellow core hay pink spot) Sulphat sắt bị phân hủy nhiệt độ cao tạo oxit sắt SO3 Fe2O3 kết hợp với silicate tạo hợp chất có màu thấp phản ứng oxit sắt tự nhiệt độ thấp Sự có mặt đồng thời carbon sulfur Cháy carbon trước, sulfur không nhận oxygen carbon oxy hóa hết Đồng thời nhiệt độ tăng điều làm tăng cường thay đổi việc hình thành sulphat với nguy haik Oxyt sắt Tạo màu tạo ra khí O2 Phân hủy thành O2 11000C tùy thuộc vào thành phần khác xương 0.1% F2O3 tích khí O2 30% so với thể tích xương Như cần giảm lượng sắt oxit trước kết khối cách điều chỉnh mơi trường lị Cần khử oxit sắt