bài giảng vật liệu silicat gốm sứ

1 VAÄT LIEÄU GOÁM SÖÙ VAÄT LIEÄU GOÁM SÖÙ P1: C P1: C ông nghệ và nguyên liệu ông nghệ và nguyên liệu 2 Công nghệ và vật liệu Công nghệ và vật liệu 3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU GỐM SỨ PHÂN LOẠI VẬT LIỆU GỐM SỨ Những phương pháp phân loại chủ yếu là Những phương pháp phân loại chủ yếu là : : – Theo thành phần hóa và thành phần pha: Theo thành phần hóa và thành phần pha: vật liệu hệ vật liệu hệ Al Al 2 2 O O 3 3 -SiO -SiO 2 2 , hệ MgO-SiO , hệ MgO-SiO 2 2 , hệ Al , hệ Al 2 2 O O 3 3 -SiO -SiO 2 2 -CaO, thủy -CaO, thủy tinh tinh – Theo độ xốp của vật liệu: Theo độ xốp của vật liệu: vật liệu xốp, sít đặc, kết vật liệu xốp, sít đặc, kết khối khối – Theo cấu trúc hạt vật liệu: Theo cấu trúc hạt vật liệu: gốm thô, gốm mòn gốm thô, gốm mòn – Theo công dụng của vật liệu: Theo công dụng của vật liệu: gốm xây dựng, gốm mỹ gốm xây dựng, gốm mỹ thuật, gốm kỹ thuật thuật, gốm kỹ thuật – Theo truyền thống hình thành: Theo truyền thống hình thành: đất nung, sành, sứ, bán đất nung, sành, sứ, bán sứ, fajans, sứ, fajans, malorca malorca – Theo thành phần khoáng chính trong sản phẩm: Theo thành phần khoáng chính trong sản phẩm: gốm gốm mul mul i i t, gốm corund t, gốm corund 4 CÁC NHÓM SẢN PHẨM GỐM SỨ CÁC NHÓM SẢN PHẨM GỐM SỨ – Vật liệu từ các hợp chất silicat Vật liệu từ các hợp chất silicat – Vật liệu từ oxyt tinh khiết Vật liệu từ oxyt tinh khiết – Đơn tinh thể Đơn tinh thể – Các loại nitrid, carbid, borid và silicid Các loại nitrid, carbid, borid và silicid – Gốm thủy tinh Gốm thủy tinh – Vật liệu điện kỹ thuật (sứ cách điện, bán dẫn, sợi Vật liệu điện kỹ thuật (sứ cách điện, bán dẫn, sợi quang dẫn quang dẫn 5 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHUNG SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CHUNG – Nguyên liệu dạng tự nhiên hoặc kỹ thuật được phối liệu Nguyên liệu dạng tự nhiên hoặc kỹ thuật được phối liệu theo những tỷ lệ thành phần hóa, thành phần khoáng và theo những tỷ lệ thành phần hóa, thành phần khoáng và cỡ hạt cần thiết theo đơn phối liệu, nghiền đủ mòn, tạo cỡ hạt cần thiết theo đơn phối liệu, nghiền đủ mòn, tạo hình bằng những phương pháp khác nhau rồi đem nung. hình bằng những phương pháp khác nhau rồi đem nung. – C C ó thể có công nghệ nung sản phẩm một ó thể có công nghệ nung sản phẩm một , , hai lần. Nếu hai lần. Nếu kể tới nung màu trang trí trên men, sản phẩm có thể phải kể tới nung màu trang trí trên men, sản phẩm có thể phải qua lửa lần thứ ba hoặc nhiều hơn. qua lửa lần thứ ba hoặc nhiều hơn. SƠ ĐỒ QT SƠ ĐỒ QT SẢN XUẤT SẢN XUẤT MỘT SỐ MỘT SỐ SẢN PHẨM SẢN PHẨM GỐM THEO GỐM THEO CÁC PP TẠO CÁC PP TẠO HÌNH KHÁC HÌNH KHÁC NHAU NHAU N g u y e ân l i e äu N g h i e àn t r o än S a áy p h u n K h o b o ät k h o â E Ùp t a ïo h ì n h S a áy T r a ùn g m e n N u n g K h o p h a ân l o a ïi S a ûn p h a åm H O 2 P h e á p h a åm v a ø đ a át t h a ûi a ) B e å h u y e àn p h u ø B ơ m T a ïo h ì n h H O 2 L o ïc e ùp Đ a át d e ûo P h e á p h a åm Đ a át t h a ûi S a áy T r a ùn g m e n N u n g K h o p h a ân l o a ïi S a ûn p h a åm N g u y e ân l i e äu M a ùy n g h i e àn t r o än b ) U Û B e å h u y e àn p h u ø R o ùt v a øo k h u o ân T r a ùn g m e n H O 2 M o äc S a áy N u n g P h a ân l o a ïi S a ûn p h a åm N g u y e ân l i e äu M a ùy n g h i e àn t r o än c ) ( h o à r o ùt ) PP ÉP BÁN KHÔ PP ÉP DẺO PP ĐỔ RÓT Hệ đất sét-nước Hệ đất sét-nước Để tạo hình các sản phẩm gốm sứ, nguyên liệu (trường Để tạo hình các sản phẩm gốm sứ, nguyên liệu (trường hợp nguyên liệu chủ yếu là đất sét) phải trộn thành hỗn hợp nguyên liệu chủ yếu là đất sét) phải trộn thành hỗn hợp với nước. Lượng nước cần thiết có quan hệ chặt chẽ hợp với nước. Lượng nước cần thiết có quan hệ chặt chẽ với phương pháp tạo hình. với phương pháp tạo hình.  phương pháp tạo hình ép khô phương pháp tạo hình ép khô ( ( độ ẩm thường từ độ ẩm thường từ 4 4 ÷ ÷ 8% 8% ) ) ; ; hoặc bán khô hoặc bán khô (10 (10 ÷ ÷ 18 18 % % ) ) ; , ; ,  phương pháp tạo hình dẻo phương pháp tạo hình dẻo ( ( từ 20 từ 20 ÷ ÷ 25% 25% ) ) . .  Khi lượng nước tăng hơn (35 Khi lượng nước tăng hơn (35 ÷ ÷ 50%), đất sét bò mất tính 50%), đất sét bò mất tính dẻo, biến thành hệ bùn nhão hoặc hơn nữa (50% dẻo, biến thành hệ bùn nhão hoặc hơn nữa (50% ÷ ÷ 60%), thành hệ huyền phù đất sét-nước 60%), thành hệ huyền phù đất sét-nước ( ( đất sét là pha đất sét là pha phân tán còn nước là môi trường phân tán phân tán còn nước là môi trường phân tán ) ) . Huyền phù . Huyền phù hệ đất sét-nước đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hệ đất sét-nước đóng vai trò quan trọng trong việc tạo hình các sản phẩm bằng phương pháp đổ rót. hình các sản phẩm bằng phương pháp đổ rót. – Để huyền phù ổn đònh, người ta có thể dùng phương pháp Để huyền phù ổn đònh, người ta có thể dùng phương pháp làm bền tónh điện hoặc phương pháp hấp phụ po làm bền tónh điện hoặc phương pháp hấp phụ po lyme lyme . . SƠ ĐỒ QT SẢN XUẤT MỘT SỐ SẢN PHẨM SƠ ĐỒ QT SẢN XUẤT MỘT SỐ SẢN PHẨM GỐM TỪ CÁC OXIT TINH KHIẾT, CARBID, GỐM TỪ CÁC OXIT TINH KHIẾT, CARBID, SILICID SILICID Tạo bột oxit carbid, silicid,borid, nitrid Tạo hình Nung kết khối Sản phẩm Chất tạo dẻo 9 CƠ SỞ HÓA LÝ QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘ CAO CƠ SỞ HÓA LÝ QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘ CAO – Tn theo phương trình cơ bản của nhiệt động Tn theo phương trình cơ bản của nhiệt động học học – Cơ chế chuyển chất trong chất rắn là cơ chế Cơ chế chuyển chất trong chất rắn là cơ chế khuếch tán, động lực quá trình là sự chênh lệch khuếch tán, động lực quá trình là sự chênh lệch nồng nồng độ. độ. – Phản ứng không hoàn toàn và Phản ứng không hoàn toàn và lu lu ơn ln ơn ln ï tồn tại ï tồn tại các pha giả bền các pha giả bền . . – Kết khối Kết khối dẫn đến dẫn đến sự co rút, giảm thể tích, thay sự co rút, giảm thể tích, thay đổi độ hút nước, tăng trọng lượng riêng và tăng đổi độ hút nước, tăng trọng lượng riêng và tăng độ bền cơ của vật liệu sau khi gia nhiệt. độ bền cơ của vật liệu sau khi gia nhiệt.  Kết khối Kết khối thuần túy thuần túy  kết khối có mặt pha lỏng kết khối có mặt pha lỏng Các cơ chế chuyển chất trong quá trình kết khối Khuếch tán thể tích (1, 2, 5) Khuếch tán bề mặt (3) Quá trình bay hơi, ngưng tụ (4) (Source: From Physical Ceramics: Principles for Ceramic Science and Engineering, by Y.M. Chiang, D. Birnie, and W.D. Kingery, Fig. 5-40. Copyright © 1997 John Wiley & Sons, Inc. This material is used by permission of John Wiley & Sons, Inc.) [...]... HÌNH Trong công nghệ vật liệu nói chung, công nghệ gốm nói riêng, ngoài các tính chất phụ thuộc bản chất hóa học và cấu trúc (thành phần hóa, thành phần khoáng), các nguyên liệu còn được phân loại theo vai trò của nó trong quá trình tạo hình Theo đặc trưng công nghệ, người ta phân loại các nguyên liệu trong công nghệ gốm sứ thành ba nhóm chính: Nhóm nguyên liệu dẻo Nhóm nguyên liệu không dẻo Chất chảy... nhân hóa học và chất nóng chảy Không tan trong các axit, trừ axit HF Silicat zircon chủ yếu dùng trong lónh vực vật liệu chòu lửa cao cấp do rất bền hóa và bền nhiệt (gạch chòu lửa cho lò nấu thủy tinh, phễu rót trong công nghệ luyện kim, vật liệu bền hóa ) Chất tạo đục cho men gốm sứ hiện nay có thành phần chủ yếu là ZrSiO4 NHÓM NGUYÊN LIỆU KỸ THUẬT BO 31 2 3: Oxit bor là thành phần của một số thủy tinh... nguyên liệu thường ở dạng thù hình bền vững ở nhiệt độ cao; kích thước hạt là yếu tố quyết đònh độ bền cơ và do đó các chất phụ gia phải tác dụng tăng hệ số khuếch tán và giảm kích thước hạt 12 NGUYÊN LIỆU NGUYÊN LIỆU Ổn đònh thành phần và tính chất nguyên liệu luôn là yêu cầu hàng đầu trong sản xuất công nghiệp Nguyên liệu tự nhiên: sử dụng hầu hết trong các vật liệu ceramic truyền thống Nguyên liệu. .. nhiều NHÓM NGUYÊN LIỆU KỸ THUẬT 29 TiO2: Titan có thể tạo nhiều hợp chất với oxy Trong số đó, có ý nghóa nhất với kỹ thuật là TiO2 Hầu hết TiO2 thương mại được dùng làm bột màu (pigment) trắng Trong công nghệ silicat, oxit titan được dùng làm các loại men tráng kim loại và gốm sứ, trong thành phần một số thủy tinh đặc biệt, chất tạo mầm kết tinh cho gốm thủy tinh và là nguyên liệu để làm gốm titan (cermet)... TRÀNG THẠCH 21     nguyên liệu cung cấp đồng thời SiO2, Al2O3 Na2O, K2O, CaO Thành phần gồm các khoáng alumo -silicat không chứa nước Trong công nghệ gốm sứ, tràng thạch kiềm là thành phần vật liệu gầy, không có tính dẻo Tràng thạch luôn đóng vai trò chất chảy trong mộc và men gốm sứ (là pha thủy tinh sau khi nung) TRÀNG THẠCH 22    Tràng thạch Kali khi nóng chảy ở 1150oC bò phân hủy thành... dạng tự nhiên hoặc làm nguyên liệu sản xuất gạch gốm NGUYÊN LIỆU CUNG CẤP CaO 25 Đá vôi (CaCO3) là loại đá rất phổ biến trong tự nhiên (CaCO 3 kỹ    thuật có tên thương mại là bột nhẹ) Đá vôi là nguyên liệu chủ yếu cho công nghệ sản xuất chất kết dính vôi, xi măng Poóclăng và công nghệ thủy tinh Trong công nghệ gốm sứ, CaO là thành phần quan trọng của một số xương gốm và men Tạp chất lẫn trong... 3- Chất chảy: thuộc về nhóm nguyên liệu gầy, tuy nhiên vai trò chính của nhóm vật liệu này là tạo pha lỏng khi nung, giúp tăng nhanh quá trình phản ứng và kết khối Điển hình cho nhóm này là các loại tràng thạch kiềm và kiềm thổ, sau đó là nhóm nguyên liệu cung cấp: PbO, B2O3 và các oxit kiềm: R2O (R: Na+, K+, Li+) CHƯƠNG 3: GIA CÔNG NGUYÊN LIỆU VÀ CHUẨN BỊ PHỐI LIỆU TẠO HÌNH ... thuật Nguyên liệu cung cấp Li2O là Li2CO3 hoặc ở dạng các khoáng tự nhiên và các tràng thạch liti Oxit liti Li2O làm giảm mạnh nhiệt độ chảy Li2CO3 tác dụng mạnh với platin, cần chú ý khi sử dụng Nguyên liệu chứa liti được sử dụng nhiều trong công nghệ sản xuất gốm thủy tinh, thủy tinh kỹ thuật ánh sáng, dụng cụ đo chính xác, dụng cụ nấu ăn NHÓM NGUYÊN LIỆU KỸ THUẬT 33 PbO: được đưa vào phối liệu bằng... leucite là 1693oC Trong khoảng nhiệt độ chảy khá rộng này, độ nhớt pha lỏng lớn, sản phẩm nung ít bò biến dạng Nhờ có tràng thạch, khoảng nung sứ và bán sứ rộng, dễ nung hơn và tràng thạch kali là nguyên liệu không thể thiếu để sản xuất các sản phẩm sứ, bán sứ Hệ tràng thạch Kali  Orthoclase KAS6  Leucite KAS4 23 TRÀNG THẠCH 24  Pecmatit: là loại đá gồm tràng thạch Kali, quartz (có thể đến 30%)... khiết 99%, phải bảo quản trong bình khô ráo vì rất dễ hút ẩm Nguyên liệu rất ít khi ở dạng oxit mà thường ở dạng axit boric H3BO3 hoặc borax Na2B4O7.10H2O NHÓM NGUYÊN LIỆU KỸ THUẬT NGUYÊN LIỆU CUNG CẤP OXIT KIỀM (R O) 32 2 Nguyên liệu cung cấp Na2O: sunfat natri Na2SO4, sa Na2CO3 hoặc nitrat natri NaNO3 và muối ăn clorua natri NaCl Nguyên liệu cung cấp K2O chủ yếu là: K2CO3 (pôtas), và hoặc KNO3 (selit . mul mul i i t, gốm corund t, gốm corund 4 CÁC NHÓM SẢN PHẨM GỐM SỨ CÁC NHÓM SẢN PHẨM GỐM SỨ – Vật liệu từ các hợp chất silicat Vật liệu từ các hợp chất silicat – Vật liệu từ oxyt tinh khiết Vật liệu. vật liệu: Theo độ xốp của vật liệu: vật liệu xốp, sít đặc, kết vật liệu xốp, sít đặc, kết khối khối – Theo cấu trúc hạt vật liệu: Theo cấu trúc hạt vật liệu: gốm thô, gốm mòn gốm. SÖÙ P1: C P1: C ông nghệ và nguyên liệu ông nghệ và nguyên liệu 2 Công nghệ và vật liệu Công nghệ và vật liệu 3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU GỐM SỨ PHÂN LOẠI VẬT LIỆU GỐM SỨ Những phương pháp phân loại