Đề tài nghiên cứu chất điện giải dùng trong gốm sứ

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH i DANH MỤC BẢNG ii LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GỐM SỨ 2 1.1 Gốm sứ 2 1.1.1 Khái niệm 2 1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển 3 1.2 Phân loại 4 1.1.3 Quy trình sản xuất gốm sứ 5 1.1.3.1 Các nguyên liệu 6 1.1.3.2 Gia công và chuẩn bị phối liệu 6 1.1.3.3 Tạo hình 7 1.1.3.4 Sấy 8 1.1.3.5 Trang trí sản phẩm 8 1.1.3.6 Nung 9 1.3 Vai trò của chất điện giải 9 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 2.1 Phương tiện 12 2.1.1 Nguyên liệu 12 2.1.2 Thiết bị và dụng cụ 12 2.2 Phương pháp nghiên cứu 12 CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM 14 3.1 Thiết lập đơn phối liệu 14 3.2 Gia công và chuẩn bị phối liệu 14 4.2 Tiến hành thí nghiệm 15 4.2.1 Xác định độ lưu động của hồ bằng nước 15 4.2.1.1 Cách tiến hành 15 4.2.1.2 Kết quả thí nghiệm 15 4.2.2 Xác định độ lưu động của hồ pha loãng bằng chất điện giải 15 4.2.2.1 Cách tiến hành 15 4.2.2.2 Kết quả thí nghiệm 16 4.3 Nhận xét và kết luận 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách i DANH MỤC HÌNH Hình 1-1 Một số sản phẩm làm từ gốm sứ 2 Hnh 1-2 Sơ đ quy trnh sản xut gốm sứ 5 Hình 1-3 Mô hình cu trúc mixen hạt sét 10 Hình 2-1 Cốc đo độ nhớt vicozimet 13 Hình 3-1 Máy nghiền bi siêu tốc 14 Hình 3-2 Ảnh hưởng của cht điện giải tới thời gian chảy của huyền phù phối liệu 1 18 Hình 3-3 Ảnh hưởng của cht điện giải tới thời gian chảy của huyền phù phối liệu 2 21 Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách ii DANH MỤC BẢNG Bảng 3-1 Đơn phối liệu gốm sứ 14 Bảng 3-2 Kết quả xác định bằng cht điện giải Na 2 SiO 3 phối liệu 1 16 Bảng 3-3 Kết quả xác định bằng cht điện giải NaOH phối liệu 1 17 Bảng 3-4 Kết quả xác định bằng cht điện giải Na 2 SiO 3 phối liệu 2 19 Bảng 3-5 Kết quả xác định bằng cht điện giải NaOH phối liệu 2 20 Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách 1 LỜI MỞ ĐẦU Trong đời sống con người gốm sứ là một loại đồ dùng rất phổ biến ở mọi thời đại luôn luôn có mặt và đáp ứng được nhu cầu thẩm mỹ trong đời sống lẫn nhu cầu trong sinh hoạt đời thường, không những thế gốm sứ còn là vật liệu quan trong các nghành công nghiệp khác. Vì vậy, gốm sứ là một trong những vật liệu quan trọng trong đời sống con người. Hiện nay, gốm sứ rất phong phú và đa dạng nhiều mẫu mã đòi hỏi các nghành sản xuất gốm sứ phải cạnh tranh về số lượng, chất lượng, mẫu mã và giá cả thị trường như vậy đòi hỏi nghành sản xuất gốm sứ phải đưa ra các giải pháp tối ưu để giúp nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm nguyên vật liệu và thời gian sản xuất để có thể cạnh tranh trong thị trường, vì vậy ở đề tài tiểu luận nghiên cứu chất điện giải dùng trong gốm sứ này nhằm vào các vật liệu sản xuất từ gốm sứ dùng cho đời sống sinh hoạt tiết kiệm được thời gian sản xuất cũng như nguyên liệu trong quá trình phối trộn hồ gốm sứ, vì thế chất điện giải dùng để cắt giảm thời gian pha trộn và bớt đi lượng nước sử dụng rất quan trọng trong khâu gia công phối liệu gốm sứ. Chất điện giải sử dụng trong đề tài nghiên cứu này là Natri silicat (Na 2 SiO 3 ) hay còn gọi là thuỷ tinh lỏng và Natri hidroxit (NaOH) với mục đích để chọn ra chất nào tối ưu nhất trong quá trình pha loãng hồ gốm sứ, bớt đi lượng nước nhiều nhất và thời gian pha loãng tối ưu nhất. Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách 2 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ GỐM SỨ 1.1 Gốm sứ 1.1.1 Khái niệm Gốm sứ (Ceramic) là các vật liệu vô cơ không kim loại có cấu trúc dị thể, thành phần khoáng và hoá khác nhau, được sản xuất trên cơ sở nguyên liệu dạng bột mịn, tạo hình, sấy rồi đem nung đến kết khối ở nhiệt độ cao tạo thành các vật liệu đồ gia dụng, đồ mỹ nghệ hay trong xây dựng. Khái niệm gốm sứ cần được hiểu theo nghĩa rộng,bao gồm một lớp rất lớn các sản phẩm công nghệ được ứng dụng trong các lĩnh vực hết sức khác nhau. Đặc trưng cơ bản của quá trình công nghệ ceramic là quá trình nhiệt độ cao. Nhờ nhiệt độ cao, các quá trình phản ứng pha rắn và kết khối (có thể có pha lỏng với độ nhớt cao) xảy ra trong phối liệu, tạo nên sản phẩm độ bền cơ và các tính chất cần thiết khác. Hình 1-1 Một số sản phẩm làm từ gốm sứ Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách 3 1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển Gốm sứ là một trong những nghành công nghiệp có từ rất lâu đời. Tính từ 24.000 năm trước công nguyên, các đồ vật được làm từ đất sét và các chất liệu khác với hình thù khác nhau, sau đó chúng được nung với nhiệt độ cao để tạo thành vật dụng trong đời sống. Thời xưa, người ta dùng các loại giỏ đan để đựng nước, nước dưới sông có lẫn sét, khi nước được đổ ra ngoài thì còn lại các lớp đất sét bám vào giỏ đan, khi để giỏ dưới ánh nắng lâu ngày, lớp đất sét khô lại. Khi bóc lớp đất sét khô ra người ta thấy có dạng hình như chiếc giỏ. Từ đó, người ta phát hiện ra công dụng của sét. Các lò nung đồ gốm được làm từ gạch cách nhiệt, hỗn hợp rơm và đất sét bởi người Ai Cập cổ. Sau đó họ dùng đất sét mịn và hàm lượng thạch anh cao để làm cho sản phẩm đẹp và tinh tế hơn. Để tạo bề mặt ngoài nhẵn bóng họ dùng một hòn đá nhãn sát lên bề mặt sản phẩm gốm và đồng thời phủ lên các sản phẩm gốm màu khác nhau. Tiếp đó, để sản phẩm không bị rổ bề mặt thì họ phủ một loại chất liệu lên bề mặt gốm đó chính là men tráng ngày nay gồm thạch anh, soda và một loại khoáng chất chưa đồng. Sau khi phủ lớp men lên sản phẩm họ có độ sáng bóng như gương. Tại Hy Lạp thì phát triển mạnh các sản phẩm gốm mỹ thuật với nghệ thuật trang trí bằng những hoa văn tinh xảo và đồng thời được trang trí bằng những hình ảnh mô tả cuộc sống đời thường và các câu chuyện về các vị thần, anh hùng của họ. Khoảng 10.000 năm sau, tại Ấn Độ và Mesopotamia xuất hiện những viên gạch đầu tiên và cùng thời điểm này con người biết sử dụng gốm sứ cho việc trữ nước và thực thẩm. Vào khoảng 8000 năm trước công nguyên người Ai Cập phát hiện ra thuỷ tinh, khi đó người ta nung đồ gốm ở một nhiệt độ cao, tạo nên lớp men màu trên đồ gốm đến những năm 1500 trước công nguyên, thuỷ được sản xuất độc lập khỏi gốm. Tại Trung Quốc sản xuất gốm sứ sáng màu được làm từ một loại sét dẻo và tinh khiết được gọi là cao lanh. Quá trình nung từng màu riêng biệt khi vẽ chúng tạo ra các màu sắc trang trí trên đồ gốm. Các vật dụng làm từ gốm tại Trung Quốc được ưa chuộng tại Châu Âu. Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách 4 Cuối thế kỉ 16, đồ gốm sứ trở nên phổ biến do việc thông thương qua lại giữa các nước trở nên dễ dàng với các tuyến đường thương mại qua Manila, đưa gốm sứ từ Trung Quốc sang Mexico và Châu Âu. Nữa đầu thế kỷ 19, các vật liệu gốm sứ cách điện trở nên phổ biến trong các lĩnh vực di động, radio, truyền hình, máy tính và vật liệu thuỷ tinh,…Từ đó gốm sứ là trở nên phổ biến và tiện dụng với đời sống con người. 1.1.2 Phân loại Vật liệu gốm có nhiều cách phân loại khác nhau tuỳ theo các mục đích sử dụng và quan điểm. Dưới đây là một số cách phân loại chủ yếu: - Theo thành phần hoá học và pha: vật liệu hệ Al 2 O 3 – SiO 3 , hệ MgO – SiO 2 , hệ Al 2 O 3 – SiO 2 – CaO, thuỷ tinh… - Theo độ xốp của vật liệu: vật liệu xốp, sít đặc, kết khối,… - Theo cấu trúc hạt vật liệu: gốm thô, gốm mịn - Theo công dụng của vật liệu: gốm xây dựng, gốm mỹ thuật, gốm kỹ thuật,… - Theo truyền thống hình thành: đất nung, sành sứ, bán sứ, fajans… - Theo thành phần khoáng chính trong dản phẩm: gốm mulit, gốm corund,… Để hiểu rõ bản chất vật liệu và những biến đổi trong đó, xem xét các vật liệu ceramic theo thành phần hoá học và thành phần pha của chúng là thuận lợi nhất. Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách 5 1.1.3. Quy trình sản xuất gốm sứ Hình 1-2 Sơ đ quy trình sản xuất gốm sứ Nguyên liệu dạng tự nhiên hoặc kỹ thuật được phối liệu theo những tỷ lệ thành phần và cỡ hạt cần thiết theo đơn phối liệu, nghiền đủ mịn, tạo hình bằng những phương pháp khác nhau rồi đem nung. Tùy thuộc vào chủng loại sản phẩm, có thể có công nghệ nung sản phẩm một lần hoặc hai lần. Nếu kể tới nung màu trang trí trên men, sản phẩm có thể phải qua lửa lần thứ ba. Với các sản phẩm gốm thô thông thường như gốm thô, gốm mỹ nghệ, phổ biến là phương pháp nung một lần. Sản phẩm được tạo hình, trang trí và nung hoàn thiện trong một lần nung duy nhất. Với phương pháp nung hai lần, sản phẩm được tạo hình thành mộc. Mộc được nung trước một lần (khoảng 800 – 900 o C), đem tráng men, sau đó nung lần thứ hai, gọi là nung hoàn thiện (thường từ 1200 o C trở lên). Khái niệm nhiệt độ nung sản phẩm Tạo hình Sấy Trang trí sản phẩm Nung Sản phẩm Gia công – phối liệu Nguyên liệu Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách 6 thường chỉ nhiệt độ nung lần này (trong một số ít trường hợp, nhiệt độ nung lần thứ hai không phải là nhiệt độ nung cao nhất). Để tăng hiệu quả thẩm mỹ, người ta trang trí lên men, rồi nung lần thứ ba ở nhiệt độ thấp hơn (thường khoảng 720 – 800 o C, hoặc thấp hơn), để màu bám chặt vào men. 1.1.3.1 Các nguyên liệu Nguyên liệu chính để sản xuất gốm sứ gồm 2 loại phổ biến đó là nguyên liệu dẻo gồm cao lanh, đất sét; và nguyên liệu gầy gồm thạch anh (quartz), tràng thạch (fenspat), hoạt thạch (talc),… Ngoài ra, nguyên liệu khác là hợp chất của CaO, BaO, MgO,… Các nguyên liệu kỹ thuật: B 2 O 3 , TiO 2 , Al 2 O 3 … Nguyên liệu được phối liệu theo những tỷ lệ thành phần có trong nguyên liệu dẻo và gầy cần thiết theo đơn phối liệu, được nghiền mịn, tạo hình, trang trí bằng những phương pháp khác nhau rồi đem nung. Tùy thuộc vào loại sản phẩm, có thể có công nghệ nung sản phẩm một lần hoặc hai lần. Với phương pháp nung một lần, sản phẩm được tạo hình, trang trí và nung hoàn toàn trong một lần nung duy nhất. Với phương pháp nung hai lần, sản phẩm được tạo thành mộc. Mộc được nung trước một lần (khoảng 800 – 900 o C), đem tráng men, sau đó nung lần thứ hai (thường từ 1200 o C trở lên). Để tăng hiệu quả thẩm mỹ, người ta dùng màu để trang trí trên men rồi nung lần thứ ba với nhiệt độ thấp hơn (khoảng 720 – 800 o C) để màu bám chặt vào lớp men. Khi sản xuất chất màu và men màu, thường dùng các oxit mang màu như: Cr 2 O 3 , CoO, MnO 2 , PbO, K 2 O, Na 2 O, Al 2 O 3 , B 2 O 3 , SnO 2 , Li 2 O, CaO, MgO, ZnO 1.1.3.2 Gia công và chuẩn bị phối liệu - Nghiền: là quá trình nghiền có tác dụng trộn, làm tăng diện tích bề mặt hạt vật liệu tránh sự kết tụ lại, ngoài ra nó còn tăng mức hoạt hóa bề mặt vật liệu và làm đồng nhất phối liệu do kết hợp trộn nguyên liệu đồng thời trong máy nghiền. Trong tự nhiên đất sét có độ mịn cao hơn các loại nguyên liệu khác, còn tràng thạch nói chung có thể có cỡ hạt thô hơn cát do đóng vai trò là chất chảy. Thường phải tiến hành nghiền theo nhiều giai đoạn: nghiền thô, nghiền nhỏ và nghiền mịn. Độ mịn [...]... dụng nước và chất điện giải tốt hơn, tiết kiệm hơn so với dùng đơn phối liệu 2 21 Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách Kết luận rằng khi tiến hành pha loãng hồ gốm sứ ta sử dụng đơn phối liệu 1 và sử dụng chất điện giải Na2SiO3 (thuỷ tinh lỏng) thì tiết kiệm hơn về mặt kinh tế, thời gian và đạt năng suất cao hơn đơn phối liệu 2 22 Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn... 20 Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách Đồ thị biểu diễn thời gian chảy và hàm lượng chất điện giải khô của Na2SiO3 và NaOH ở phối liệu 2 Hình 3-3 Ảnh hưởng của chất điện giải tới thời gian chảy của huyền phù phối liệu 2 Cũng như ở phối liệu 1 kết quả cho thấy chất điện giải Na2SiO3 cho khoảng rộng độ chảy chuẩn 10 cm3/10s nhiều hơn so với NaOH và thời gian pha trộn chất điện. .. hơn NaOH cho thấy lượng dùng tiết kiệm hơn 18 Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách b) Kết quả đo được ở phối liệu 2 Độ lưu động của hồ pha loãng bằng chất điện giải ở phối liệu 2: Bảng 3-4 Kết quả xác định bằng chất điện giải Na2SiO3 phối liệu 2 Lượng chất điện giải Thời gian chảy (s) thêm vào (ml) Lượng chất điện giải khô (g) 1,5 27,77 0,96525 1,7 23,45 1,09395 1,9 20,65 1,22265... 16,34 2,25225 3,6 10,10 2,31660 3,8 14,01 2,44530 4,0 18,22 2,57400 4,2 23,44 2,70270 4,4 26,75 2,83140 19 Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách Bảng 3-5 Kết quả xác định bằng chất điện giải NaOH phối liệu 2 Lượng chất điện giải Thời gian chảy (s) thêm vào(ml) Lượng chất điện giải khô (g) 6,8 26.76 1,667360 7,0 24,77 1,7164000 7,2 23,78 1,765440 7,4 21,76 1,814480 7,6 18,23 1,863520... Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách Tiến hành pha loãng hồ bằng chất điện giải cho đến khi nào có độ lưu động tiêu chuẩn nghĩa là 100cm3 hồ chảy trong 10 giây 4.2.2.2 Kết quả thí nghiệm a) Kết quả đo được ở phối liệu 1 Độ lưu động của hồ pha loãng bằng chất điện giải ở phối liệu 1: Bảng 3-2 Kết quả xác định bằng chất điện giải Na2SiO3 phối liệu 1 Lượng chất điện giải Thời gian chảy... chất điện giải khô của Na2SiO3 và NaOH ở phối liệu 1 Hình 3-2 Ảnh hưởng của chất điện giải tới thời gian chảy của huyền phù phối liệu 1 Kết quả cho thấy chất điện giải Na2SiO3 cho khoảng rộng độ chảy chuẩn 10 cm3/10s nhiều hơn so với NaOH và thời gian pha trộn chất điện giải đạt hồ chuẩn nhanh hơn so với NaOH Đồng thời lượng dùng Na2SiO3 ít hơn NaOH cho thấy lượng dùng tiết kiệm hơn 18 Nghiên cứu chất. .. khi ta thêm 1 lượng chất điện giải nếu có dư trong khoảng đó thì cũng không ảnh hưởng nhiều đến độ chảy chuẩn của hồ Vì vậy, sử dụng chất điện giải Na2SiO3 (thuỷ tinh lỏng) trong gốm sứ là tốt nhất và tiết kiệm lượng nước lẫn số lượng chất điện giải thêm vào hơn là sử dụng chất điện giải NaOH Đồng thời kết quả còn cho thấy ở phối liệu 1 lượng chất điện giải thêm vào ít hơn so với phối liệu 2, kể cả... của chất điện giải Chất điện giải có vai trò quan trọng ảnh hưởng lớn đến việc hình thành trạng thái dẻo của phối liệu Trong thực tế khi tìm thấy những tinh thể lý thuyết ở sét, mà thường chỉ là những “tinh thể thực tế” với những khuyết tật tinh thể khác nhau Dạng thông thường nhất ở 9 Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách khoảng sét là một số cation hoá trị lớn (Al3+, Si+, ) trong. .. Lượng chất điện giải khô (g) 1,5 21,76 0,96525 1,7 19,52 1,09395 1,9 17,44 1,22265 2,1 15,96 1,35135 2,3 11,02 1,48005 2,5 10,32 1,60875 2,6 10,22 1,67310 2,7 10,23 1,73745 2,8 10,56 1,80180 2,9 10,33 1,86615 3,0 10,02 1,93050 3,2 13,87 2,05920 3,4 16,67 2,18790 3,6 19,78 2,31660 3,8 23,54 2,44530 16 Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn Việt Bách Bảng 3-3 Kết quả xác định bằng chất điện giải. .. 1 Lượng chất điện giải Thời gian chảy (s) thêm vào (mL) Lượng chất điện giải khô (g) 6,2 27,87 1,52024 6,4 24,09 1,56928 6,6 22,45 1,61832 6,8 20,12 1,66736 7,0 17,78 1,71640 7,2 15,55 1,76544 7,4 13,77 1,81448 7,6 10,54 1,86352 7,8 14,45 1,91256 8,0 17,56 1,96160 8,2 18,98 2,01064 8,4 21,12 2,05968 8,6 24,76 2,10872 8,8 26,87 2,15776 9,0 28,01 2,20680 17 Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: . vì thế chất điện giải dùng để cắt giảm thời gian pha trộn và bớt đi lượng nước sử dụng rất quan trọng trong khâu gia công phối liệu gốm sứ. Chất điện giải sử dụng trong đề tài nghiên cứu này. pha loãng bằng chất điện giải 15 4.2.2.1 Cách tiến hành 15 4.2.2.2 Kết quả thí nghiệm 16 4.3 Nhận xét và kết luận 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO 23 Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: Nguyễn. chọn ra chất nào tối ưu nhất trong quá trình pha loãng hồ gốm sứ, bớt đi lượng nước nhiều nhất và thời gian pha loãng tối ưu nhất. Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ GVHD: