Tieu luan vật liệu học ngành hóa đề tài tìm hiểu về vật liệu gốm

33 517 0
Tieu luan vật liệu học ngành hóa đề tài tìm hiểu về vật liệu gốm

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CƠ SỞ MIỀN TRUNG- KHOA CÔNG NGHỆ MÔN HỌC: VẬT LIỆU HỌC NGÀNH HÓA ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU GỐM GVHD: Ths NGUYỄN THỊ PHƯƠNG ANH Sinh viên thực hiện: TRẦN HỮU THÁI Mã số sinh viên: 11009705 Lớp :DHHD7QN SVTH: Trần Hữu Thái Trang GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Lời nói đầu Sự phát triển xã hội loài người gắn liền với phát triển công cụ sản xuất kỉ thuật mà phần lớn hai điều đề định phần lớn nhờ vật liệu Xã hội loài người phát triển qua nhiều thời kì khác gắn liền với phát triển công cụ lao động Ở thời tiền sử người biết sử dụng vật liệu tự nhiên như: gỗ đá, đất sét… để làm vật liệu chế tạo công cụ lao động Đến Thời kì sau phát kim loại người biết tạo nhiều vật liệu có bước tiến quan trọng tạo nhiều công cụ sản xuất, máy móc thiết bị…cho suất lao động không ngừng tăng lên Tuy có nhiều vật liệu thay phát có nhiều ưu điểm dường có số vật liệu theo người từ xưa đến mà thay Một số Vật liệu gốm , có nhiều ưu điểm mà nhiều vật liệu khác khó thay được, chiếm vị trí quan trọng sống người Một nhữn liệu sử dụng nhiều ngành vật liệu học đại gốm Nhận thấy tầm quan trọng em định thực đề tài môn Vật liệu học ngành hóa đề tài tìm hiểu Vật liệu gốm Hy vọng cho nhìn chung nhất, kiến thức vật liệu gốm, quy trình sản xuất ứng dụng ngành vật liệu nói chung vật liệu ngành hóa nói riêng Đề tài hoàn thành hướng dẫn dẫn tận tình Giảng viên môn Vật liệu học ngành hóa Th.s Nguyễn Thị Phương Anh Tuy cố gắng tìm hiểu tài liệu học hỏi từ nhiều nguồn để hoàn thành đề tài khó tránh khỏi thiếu sót qua Tiểu luận mong cô đánh giá góp ý đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Trần Hữu Thái Trang GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Quảng Ngãi, ngày 11 tháng 12 năm 2013 Sinh viên thực SVTH: Trần Hữu Thái Trang GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm SƠ LƯỢC HÓA HỌC SILICAT Nguyên tố silic, ký hiệu hoá học Si, khối lượng nguyên tử 28.09, số thứ tự bảng tuần hoàn Hóa học 14, thuộc Phân Nhóm Chính nhóm IV Silic chiếm 27% khl vỏ đất mà nghiên cứu Là nguyên tố chủ yếu khoáng vật đất đá (giống cacbon thành phần tất chất hữu cơ, nguyên tố quan trọng giới thực vật động vật) Trong thiên nhiên silic tồn dạng hợp chất: - SiO , chẳng hạn cát, thạch anh, điatômit (là dạng SiO vô định 2 hình) - Muối axit silicic (silicat) Phổ biến thiên nhiên aluminôsilicat, nghĩa silicat mà thành phần có nhôm Chẳng hạn tràng thạch, mica, cao lanh Các đất đá phức tạp phổ biến granit, gnai cấu tạo từ tinh thể thạch anh, fenspat mica Các axit silicic silicat SiO ôxit axit, ứng với axit silicic tan nước, công thức chung nSiO mH O Người ta tách 2 trạng thái tự axit ôctôsilicic axit mêtasilicic - Axit octôsilicic H SiO Ví dụ: silicat từ axit khoáng ôlivin 4 (Mg,Fe) SiO hay 2FeO.SiO (ôctôsilicat manhê sắt); - Axit metasilicic H SiO Ví dụ silicat từ axit khoáng vôlastônit CaSiO hay CaO.SiO (mêtasilicat canxi) - Axit pôlisilicic: chứng tồn chúng Tuy nhiên muối chúng (silicat) phong phú Ví dụ muối từ axit giả sử này: SVTH: Trần Hữu Thái Trang GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm + Khoáng ôctôklaz KAlSi O (hay K O.Al O 6SiO ) (trisilicat 2 aluminôkali) + Khoáng caolinit H Al Si O (hay Al O 2SiO 2H O) 2 2 + Mica trắng H K Al Si O (hay K O.3Al O 6SiO 2H O) 6 24 2 2 + Amian CaMg Si O (hay CaO.3MgO.4SiO ) 12 Các silicat đặc biệt phổ biến thiên nhiên Fenspat (tràng thạch), mica, đất sét, amian, hoạt thạch (talc) (3MgO.4SiO H O) nhiều khoáng vật khác 2 silicat thiên nhiên Công thức hoá học hợp chất silicat Khá phức tạp Không có tồn nghĩa axit silisic tương ứng Người ta viết khác đôi chút theo nguyên tắc muối axit chứa ôxy coi hợp chất ôxit axit với ôxit baz (hoặc ôxit baz muối kép) Ví dụ: CaCO hợp chất CaO CO , Al (SO ) hợp chất Al O 2 3 SO v.v Có thể viết công thức hoá học silicat = ôxit tạo thành silicat theo thứ tự cation từ thấp đến cao, chúng dấu chấm, cuối ôxit silic (SiO ) Các ôxyt viết hàng Công thức hoá học hợp chất silicat dùng để biểu diễn thành phần hoá học định khoáng chất silicat có cấu trúc tinh thể Ngoặc đơn cong có công thức hoá học thể thay đồng hình cation cho Công thức Seger Đây biến thể công thức hoá học dùng để biểu diễn thành phần hoá SVTH: Trần Hữu Thái Trang GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm học có thay đổi men gốm sứ có cấu trúc vô định hình (bản chất men gốm sứ thuỷ tinh) Công thức Seger viết theo thứ tự nhóm ôxit, nhóm có nhiều hàng khác sau: ôxit baz (chủ yếu ôxit kim loại kiềm kiềm thổ) + ôxit trung tính + ôxit axit, tổng ôxit baz kim loại kiềm kiềm thổ quy Cấu trúc hợp chất (khoáng) silica nhiệt nguyên liệu thiên nhiên hay nhân tạo có chứa hợp chất silic (chủ yếu hợp chất silic thiên nhiên điôxit silic SiO khoáng silicat) Cái tên silicat chọn ngành sản xuất công nghiệp lấy nguyên liệu điôxyt silic khoáng silicat, ngành công nghiệp silicat Trong tài liệu nước ngoài, từ ceramics dùng để chung cho tất sản phẩm silicat hay dùng để riêng cho gốm sứ GIỚI THIỆU VỀ GỐM 2.1 ĐỊNH NGHĨA Gốm: vật liệu vô không kim loại, có cấu trúc đa tinh thể, gồm pha thủy tinh Nguyên liệu để sản xuất gốm gồm phần hay tất đất sét hay cao lanh Phối liệu sản xuất gốm tạo hình thiêu kết nhiệt độ cao làm cho vật liệu có tính chất lư hóa đặc trưng Từ gốm c̣n dùng để sản phẩm làm từ vật liệu gốm Gốm sứ: sứ vật liệu gốm mịn không thấm nước khí (< 0,5%) SVTH: Trần Hữu Thái Trang GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm thường có màu trắng Sứ có độ bền học cao, tính ổn định nhiệt hóa học tốt Sứ dùng để sản xuất đồ gia dụng, đồ mỹ nghệ hay xây dựng 1.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Rất khó xác định xác nghề đồ gốm đời, nghĩa bao gồm tŕnh tạo hình, sấy nung, biến nguyên liệu đất sét thành đồ gốm Người ta cho nghề gốm bắt đầu vùng Trung Đông Ai Cập khoảng 4500 - 4000 năm TCN Khoảng 4000 - 3000 năm TCN đă hình thành số trung tâm gốm vùng Trong thời gian đă phát minh bàn xoay Một bước tiến lớn phía trước việc phát minh thủy tinh khoảng 2000 - 1000 năm TCN, tạo điều kiện để phát minh men gốm mà tiếng hỗn hợp Ai Cập, hỗn hợp đất sét, cát tro gỗ làm vai trò chất trợ dung oxit đồng hay mangan để tạo màu Sau nung làm cho bề mặt gốm có lớp nhẵn bóng có màu Thời Trung Cổ Châu Âu đă có trung tâm lớn sản xuất đồ gốm Faenza Italia (từ dó danh từ faience hay c̣òn gọi sành), hay Mallorca ḥòn đảo Địa Trung Hải (từ có tên mặt hàng majolica, có nghĩa sành Loại sành xương có màu, xốp, tráng men đục trang trí nhiều màu sắc) Vào năm 600 TCN nước Trung Hoa cổ đă sản xuất đồ sứ Đến kỷ SCN (đời Đường) nghề sứ Trung Quốc đă phát triển Đến kỷ 16 đời nhà Thanh bước vào thời kỳ cực thịnh SVTH: Trần Hữu Thái Trang GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Ở Châu Âu măi đến năm 1709, người Đức Johann Friedrich Bottger đă sản xuất đồ sứ giống đồ sứ Trung Quốc Năm 1759 người Anh Josial Wedgwood xuất sành dạng đá (một loại sành có xương mịn, trắng, kết khối tương đối tốt, chất lượng hẳn sành thông thường chưa đồ sứ) Trong 1/4 cuối kỷ 18 sành dạng đá đă đẩy lùi mặt hàng majolica Trong kỷ 19 châu Âu mặt hàng thay cho đồ sứ đắt tiền Chỉ sau giá hàng sứ rẻ đi, với tính chất tuyệt vời đẩy lùi mặt hàng sành dạng đá Ở Việt Nam, ông cha ta đă sản xuất đồ gốm từ thời thượng cổ, cách 4500 năm Vào thời đầu vua Hùng đă có gốm Phùng Nguyên, g̣ò Mun (Vĩnh Phú) nung nhiệt độ 800 900 C, xương gốm bắt đầu tinh luyện Từ kỷ 11 đă sản xuất gốm men Đại Việt tiếng với trung tâm Hà Bắc, Thanh Hóa, Thăng Long, Đà Nẵng Từ thời Trần có gốm Thiên Trường (Hà Nam Ninh) với sản phẩm bát đĩa, b́nh lọ phủ men ngọc, men nâu Từ cuối đời Trần vào kỷ 14 bắt đầu hình thành làng gốm Bát Tràng tiếng đến ngày 1.3 PHÂN LOẠI ĐỒ GỐM Theo cấu trúc tính chất sản phẩm: gốm thô, gốm mịn, gốm đặc biệt Theo mặt hàng: thực chất phân loại theo nguyên liệu chủ yếu sản xuất sản phẩm gạch ngói, sành tràng thạch, sành đá vôi, sứ frit, sứ corundon Theo lĩnh vực sử dụng: theo nhóm sản phẩm có đặc tính kĩ thuật giống Nó cho ta khái niệm chung vai trò ngành kĩ thuật gốm kinh tế quốc dân: Gốm dân dụng, gốm mỹ nghệ, gốm hóa học, gốm dùng kỉ SVTH: Trần Hữu Thái Trang GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm thuật điện vô tuyến, NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT GỐM Theo truyền thống người ta chia nguyên liệu để sản xuất gốm sứ làm loại : Nguyên liệu dẻo: loại cao lanh đất sét, chúng tạo điều kiện để tạo hình phối liệu dẻo Tính dẻo khoáng sét mà Nguyên liệu không dẻo, loại gọi nguyên liệu đầy: làm giảm co ngót sấy nung, tạo điều kiện để chống nứt sấy nung, đồng thời làm giảm khả tạo hình So với nguyên liệu dẻo th́ nguyên liệu đầy có hạt thô hơn, hạt thường không xốp, tương đối ổn định không biến tính nung, nung không co ngót Nguyên liệu đầy điển thạch anh, corundon, đất sét nung (samốt) v.v Nguyên liệu không dẻo, loại gọi chất trợ dung : theo quan điểm tạo hình sấy theo loại nguyên liệu tương tự loại 2, chức tạo pha lỏng nung Điều tạo điều kiện thúc đẩy nhanh tŕnh kết khối Điển hình cho loại tràng thạch alkali hay nguyên liệu chứa oxyt kiềm thổ chẳng hạn Đứng mặt chất tạo thành vật liệu gốm th́ nhóm (nguyên liệu dẻo) quan trọng v́ khoáng caolinit đất sét sau tŕnh nung hình thành pha tinh thể mullit, khoáng đóng vai trò định hình thành nên tính chất gốm Định nghĩa nguyên liệu dẻo: nguyên liệu trộn với nước tạo nên vật thể dẻo SVTH: Trần Hữu Thái Trang GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm tạo hình Tiếp theo nhóm 3: chức tạo pha lỏng nung Sau nung tồn dạng pha thủy tinh Nhóm nguyên liệu đầy, thực đóng vai trò quan trọng việc hình thành nên tính chất sứ Chẳng hạn corundon α-Al O làm cho sản phẩm sứ có độ bền bền điện cao Nguyên liệu gia công để có cỡ hạt thích hợp, sau phối theo thành phần định, sau tŕnh nung cứng sít đặc lại vật liệu có thành phần pha yêu cầu để sản phẩm có tính chất kỹ thuật định Ngoài loại nguyên liệu đă nêu trên, công nghiệp sản xuất gốm kĩ thuật người ta dùng nguyên liệu tổng hợp oxit TiO , Al O , ThO , 2 BeO loại nguyên liệu khác Để sản xuất khuôn người ta dùng thạch cao, nhựa êpôxy Để sản xuất bao nung vật liệu chịu lửa hổ trợ nung người ta dùng samốt, SiC, α-Al O Để sản xuất chất màu men người ta dùng oxit mang màu Cr O , CoO, CrO , MnO , hay oxit đất số kim loại quư Au, Ag, Pt SVTH: Trần Hữu Thái Trang 10 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm - Dạng vô định hình bao gồm đá cuội (flint) diatomit Đá cuội loại có độ cứng cao, độ bào mòn nhỏ bề mặt nhẵn th́ dùng làm bi nghiền để nghiền nguyên liệu, phối liệu gốm sứ tốt Khi sử dụng thạch anh điều phải quan tâm đầy đủ đến đặc tính biến đổi thù hình Đặc điểm làm phải quan tâm đầy đủ đến giai đoạn nung có biến đổi thù hình quặc (có kèm theo biến đổi thể tích) để không làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Hình nêu lên sơ đồ tóm tắt biến đổi thù hình tính chất dạng Yêu cầu chung thạch anh dùng công nghiệp gốm sứ hàm lượng SiO cao lượng ôxyt gây màu tốt 2.2.3 Các loại nguyên liệu khác Công nghiệp gốm sứ c̣n dùng nhiều loại nguyên liệu khác hoạt thạch (talc) 3MgO.4SiO 2H O, đá vôi CaCO , đôlômit CaCO MgCO (trong 2 3 CaCO chiếm 3 54.27% TL, MgCO chiếm 45.73% TL), hợp chất chứa BaO, TiO , Zr O , Al O 2 3 v.v Ngoài c̣n dùng ôxyt thuộc họ đất La O , BeO, ThO , hay ôxyt thuộc nhóm chuyển tiếp CoO, Cr O v.v thường dùng để sản xuất chất màu Khi sử dụng hợp chất thiên nhiên hoạt thạch, đá vôi v.v cần lưu ý đến lượng tạp chất trước hết Fe O , TiO , MnO v.v có hợp chất v́ 2 ôxyt làm giảm chất lượng sản phẩm (ví dụ gây màu) Trong nhiều trường hợp chúng dùng nguyên liệu chính, số trường hợp khác dùng phụ gia 2.2.4 Nguyên liệu làm khuôn Phổ biến người ta hay dùng khuôn thạch cao Ngày xưa người ta dùng khuôn gỗ Trong thiên nhiên thạch cao tồn dạng đihydrat sulfat canxi CaSO 2H O (với 21 % nước kết tinh) Lúc sản xuất khuôn người ta dùng thạch cao chứa 0.5 phân tử nước (CaSO 0.5H O), dạng thạnh cao nhận cách sấy bột thạch cao sống CaSO 2H O nhiệt độ 170 C Khi trộn thạch cao chứa 0.5 phân tử nước với lượng nước thích hợp (thường từ 50 -55 % khối lượng) thực phản ứng hydrat hóa (gọi tŕnh đóng rắn) cho cường độ học cao độ xốp lớn SVTH: Trần Hữu Thái Trang 19 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Chú ý sấy 180 C, đặc biệt đến gần 300 C th́ làm giảm chí hẳn 0 khả hydrat hóa Hiện thạch cao người ta dùng nhựa nhân tạo polyester hay epoxy GIA CÔNG VÀ CHUẨN BỊ PHỐI LIỆU Giữ vai trò quan trọng tạo điều kiện cải thiện nhiều tính chất nguyên phối liệu chất lượng sản phẩm nung Bao gồm : -Làm giàu tuyển chọn nguyên liệu - Gia công thô gia công trung bình loại nguyên liệu - Gia công tinh (nghiền mịn) nguyên phối liệu - Chuẩn bị phối liệu theo yêu cầu loại sản phẩm phù hợp với phương pháp tạo hình khác 3.1 NGHIỀN Tạo độ mịn cho nguyên phối liệu, tạo điều kiện cho phản ứng nhiệt độ cao nung Vì diện tích tiếp xúc hạt lớn, mặt khác tŕnh nghiền mịn tạo số khuyết tật bề mặt tinh thể vật chất nhiều Chia làm ba loại: nghiền thô, nghiền trung bình nghiền mịn 3.1.1 Nghiền thô nghiền trung bình Nhằm đập nghiền nguyên liệu dạng cục lớn đến yêu cầu cho phép nạp vào máy nghiền mịn Thường dùng máy đập búa, đập hàm, nghiền bánh xe cho thạch anh, tràng thạch Thường dùng máy thái đất, máy nghiền trục trơn hay máy nghiền trục loại có cho nguyên liệu mềm đá phấn, đất sét, cao lanh 3.1.2 Nghiền mịn Yêu cầu nghiền mịn kích thước hạt vật liệu sau nghiền phải ≤ 63 µm (tức qua hết sàng 10000 lỗ/cm ) cỡ hạt từ 1- 20 µm phải chiếm đa số Nguyên liệu nạp vào máy nghiền bi thường yêu cầu ≤ mm 3.2 CHUẨN BỊ PHỐI LIỆU : Yêu cầu việc chuẩn bị phối liệu : - Đạt độ xác cao thành phần hoá tỉ lệ loại cỡ hạt, thành SVTH: Trần Hữu Thái Trang 20 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm phần phối liệu tính chất kĩ thuật khâu khác dây chuyền công nghệ để đảm bảo tính chất cần mong muốn loại sản phẩm sau nung - Đạt độ đồng cao thành phần hoá, thành phần hạt, lượng nước tạo hình, chất điện giải hay loại phụ gia v.v phối liệu theo thời gian vị trí khác 3.2.1 Kiểm tra nguyên liệu tính phối liệu Người ta thường tiến hành nghiêm ngặt việc kiểm tra chất lượng đầu vào tất loại nguyên liệu dùng cho tŕnh sản xuất, sản phẩm gốm có yêu cầu chất lượng cao (như gốm mịn, gốm kỹ thuật ) Việc kiểm tra bao gồm: phân tích thành phần hoá, thành phần khoáng, tính chất công nghệ nguyên liệu (chẳng hạn độ dẻo lượng nước tạo hình thích hợp đất sét, khả đổ rót, độ mịn, độ co sấy nung v.v ) để từ tính toán phối liệu sản xuất xương (hay men) bao gồm cấp phối nguyên liệu một, tính theo % trọng lượng hay phần trọng lượng 3.2.2 Chuẩn bị phối liệu: Mục đích việc chuẩn bị phối liệu là: - Tạo phối liệu theo cấp phối - Tiếp tục nghiền mịn loại nguyên liệu đến cỡ hạt yêu cầu - Tạo hoà trộn đồng tất loại nguyên liệu phối liệu, có độ ẩm đồng nhất, có thông số công nghệ tối ưu phù hợp với công đoạn tạo hình Phương pháp chuẩn bị phối liệu truyền thống nghiền trộn chung loại nguyên liệu thành huyền phù nước máy nghiền bi (phuơng pháp nghiền bi ướt) Khi máy nghiền bi quay, chà xát, va đập bi đạn vào vào thân thùng nghiền làm cho liệu nghiền mịn trộn Cho đến phương pháp hiệu có ưu điểm sau: - Nước môi trường tốt giúp tăng cường tŕnh nghiền trộn đều, phối liệu đạt độ đồng cao - Đất sét, cao lanh thường có độ ẩm dao động, ta cần định xác độ ẩm SVTH: Trần Hữu Thái Trang 21 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm để tính lượng nước cho vào nghiền (mà không cần sấy khô nguyên liệu chọn phương pháp nghiền khô) - Tiêu tốn lượng để nghiền bé nhiều so với nghiền khô - Hồ sau nghiền đem dùng để tạo hình đổ rót hay tạo hình dẻo sau qua ép lọc khung Tŕnh tự nghiền sau: trước hết người ta nghiền nguyên liệu gầy với khoảng 10% đất sét hay cao lanh lọc (để điều chỉnh độ nhớt huyền phù ngăn cản lắng) Lượng đất sét cao lanh lọc c̣n lại khuấy thành huyền phù bể khuấy, sau qua kiểm tra thành phần hạt hai huyền phù trộn chung với bể khuấy trộn Hồ phải có độ nhớt biểu kiến thích hợp (0,2-1 Pa.s) trọng lượng thể tích lớn Thời gian nghiền phụ thuộc vào độ lớn thùng nghiền độ mịn nguyên liệu dao động khoảng 10-60 h Người ta theo tŕnh tự nghiền nguyên liệu đầu vào đạt yêu cầu, nghĩa đất sét, caolin lọc đă trạng thái hạt mịn đạt yêu cầu (ở đất sét số lượng hạt ≤ µm lớn 50%) Chỉ c̣n thạch anh tràng thạch cần phải nghiền mịn Nếu ta dùng cao lanh không lọc (có lượng hạt thô-chủ yếu cát cao lanh-lớn) th́ phải điều chỉnh tŕnh nghiền để nghiền cao lanh Người ta nghiền trộn tất nguyên liệu máy nghiền bi mà không cần dùng máy khuấy trộn 3.2.3 Tính phối liệu : 3.2.3.1 Phối liệu nhóm gốm xây dựng : Cơ sở để chọn phối liệu định hướng nhóm thành phần hoá học lư thuyết biểu đồ Apgutchinit biểu đồ thành phần tỷ lệ cỡ hạt theo Winkler 3.2.3.2 Phối liệu sành đá vôi : Đất sét cao lanh khoảng 62 % Quăc hay cát khoảng 26 % Đá vôi hay đá phấn khoảng 12 % 3.2.3.3 Sành trường thạch (hay sành cứng) : Đất sét trắng đến 40 % Cao lanh đến 20 % SVTH: Trần Hữu Thái Trang 22 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Trường thạch đến % Phối liệu nung nhiệt độ ≥ 1300 C 3.2.3.4 Phối liệu loại sứ : Theo hệ ba cấu tử T-Q-F Gilchrist Klinefenter năm 1928 Trong : T- vật chất sét tính theo khoáng caolinit Q- thạch anh (SiO ) F- trường thạch kali nguyên chất 3.2.4 Chuẩn bị gia công phối liệu gốm thô : Mặt hàng gốm thô chủ yếu sử dụng lĩnh vực xây dựng dân dụng bao gồm gạch ngói, ống sành thoát nước dẫn nước, gạch klinker, chum, vại, vật liệu chịu axit loại vật liệu xây dựng dạng dăm, sỏi nhân tạo keramzit, aglôpôrit v.v 3.2.4.1 Gia công tự nhiên sơ Khai thác nguyên liệu dồn thành đống mỏ hay kho Nếu nguyên liệu có độ cứng cao, dạng cục (đất đồi) th́ tiến hành ngâm tẩm lô riêng có phun nước thỏa đáng Khâu xúc tiến tŕnh hydrat hóa, trương nở thể tích, kết làm cho độ cứng giảm, độ dẻo tăng 3.2.4.2 Gia công khí Nói chung gốm thô thường gia công chuẩn bị theo phương pháp sau : - Chuẩn bị phối liệu phương pháp ướt - Chuẩn bị phối liệu phương pháp khô - Chuẩn bị phối liệu phương pháp bán khô hay nửa khô, nửa ướt - Chuẩn bị phối liệu phương pháp nhiệt 3.2.5 Chuẩn bị phối liệu gốm mịn (gốm tinh) : Yêu cầu chuẩn bị phối liệu kỹ kể khâu tuyển chọn nguyên liệu ban đầu mặt hàng sứ cao cấp Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất gốm mịn đất sét trắng, cao lanh tràng thạch Các loại nguyên liệu phần lớn phân loại, tuyển chọn, gia công thô, trung bình mỏ sở gia công riêng, có trường hợp độ mịn đă đạt yêu cầu ≤ 63 µm 3.3 KIỂM TRA KỸ THUẬT PHỐI LIỆU Nội dung kiểm tra bao gồm : SVTH: Trần Hữu Thái Trang 23 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm - Kiểm tra độ xác đồng thành phần hóa, thành phần hạt độ ẩm - Kiểm tra màu sắc đất mộc sau nung - Kiểm tra số tính chất kỹ thuật phối liệu nhiệt độ thường: độ dẻo, cường độ mộc, độ co sấy v.v - Kiểm tra tính chất phối liệu nhiệt độ cao (chủ yếu nhiêt độ nung TẠO HÌNH Mục đích khâu tạo yêu cầu thoả măn tiêu kích thước, hình dạng hình học, độ đồng bán thành phẩm sản phẩm Theo mức độ đồng (thành phần, độ ẩm, mật độ cấu trúc) phương pháp tạo hình đạt th́ tổng quát xếp theo thứ tự sau: - Đổ rót sản phẩm rỗng (hồ thừa) - Đổ rót sản phẩm đặc (rót hồ đầy) - Xây máy (loại đầu nén) - Xây máy (loại dao bản) kể vuốt, gắn ráp tay - Ép bán khô - Ép dẻo - Nện đập thủ công 4.1 CHỌN PHƯƠNG PHÁP TẠO H̀NH Cơ sở để lựa chọn phương pháp tạo hình bao gồm nhiều yếu tố song tổng quát điều chủ yếu sau: - Hình dạng tính chất đặc trưng loại sản phẩm - Tính chất kỹ thuật phối liệu - Năng suất giá thành (phụ) Căn vào hình dáng sản phẩm để chọn phương pháp tạo hình chưa đủ, mà điều quan trọng phải vào đặc tính kỹ thuật phối liệu chọn phương pháp tối ưu Phối liệu có độ dẻo cao: xây máy, ép dẻo hay tiện dẻo Phối liệu dẻo vừa: ép dẻo, đổ rót Phối liệu dẻo độ đồng cao: ép bán khô, nện đập thủ côngcác sản SVTH: Trần Hữu Thái Trang 24 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm phẩm hình dạng đơn giản Khi phối liệu thỏa măn nhiều phương pháp tạo hình th́ chọn phương pháp có suất cao hình dáng sản phẩm cho phép Khi yêu cầu độ xác sản phẩm không cao lắm, chấp nhận kích thước khuôn (chính kích thước sản phẩm lúc tạo hình) sau: S : độ co tổng (%) L : chiều dài sản phẩm sau nung, L : chiều dài sản phẩm ướt (bằng kích thước khuôn) 4.2 CÁC PHƯƠNG PHAP TẠO HÌNH 4.2.1 Tạo hình dẻo : Phương pháp tạo hình dẻo bao gồm vuốt bệ quay, gắn ráp khuôn thạch cao (chum, vại), xây máy bàn tua dao hay đầu nén, ép dẻo loại máy (ép ngói gạch máy ép ngói hay máy đùn ép chân không) Cơ sở phương pháp dựa vào tính dẻo nguyên liệu, phối liệu (tức đất sét cao lanh) Để đơn giản, thừa nhận hổn hợp đất sét cao lanh hay phối liệu gốm sứ (dạng phân tán dẻo) thuộc loại vật thể kiểu Bingham hình 13 (là loại vật thể có tính chất kiểu HUK kết hợp với vật thể kiếu Newton hay Stverman), nghĩa có tác dụng lực bên vật thể đàn hồi, phương tŕnh lưu biến chịu chi phối định luật Huk định luật Newton Người ta chia biến dạng làm ba loại : - Biến dạng đàn hồi tức thời (10 - 10 s) -10 -3 - Biến dạng đàn hồi chậm (sau - 10 s) - Biến dạng dẻo: hoàn toàn không thuận nghịch SVTH: Trần Hữu Thái Trang 25 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Hình 4.2 Quan hệ tốc độ biến dạng phụ thuộc vào ứng suất tiếp tuyến loại vật thể điển hình A-chất lỏng Newton (phụ thuộc tuyến tính), B-chất lỏng giả dẻo không Newton có độ sánh dương, C-vật iệu dăn nở, D-gradient vận tốc, τ-ứng suất tiếp tuyến, τ -giới hạn ḍng o SVTH: Trần Hữu Thái Trang 26 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Vai trò nước hổn hợp chứa đất sét, tùy hàm lượng nước mà đặc tính hổn hợp đất sét khác Đối với phối liệu dẻo lượng nước vừa đủ để hạt sét hydrat hóa hoàn toàn hổn hợp có độ dẻo cực đại Màng nước hấp phụ mỏng bao quanh hạt sét đóng vai trò bôi trơn, định độ linh động ảnh hưởng đến lực SVTH: Trần Hữu Thái Trang 27 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Van-der-Walls, tượng đóng sánh, khả keo tụ hôn hợp đất sét -nước Khả keo tụ hổn hợp có vai trò lớn v́ đặc điểm loại cấu trúc keo tụ có biến dạng đàn hồi chậm lớn, ảnh hưởng tốt đến tính dẻo Độ ẩm tạo hình thích hợp máy đùn ép chân không hầu hết loại phối liệu dao động khoảng 22 - 26 % Với hồ đổ rót tượng lại không mong muốn Kết nghiên cứu nhiều loại phối liệu dều rằng: Ở trạng thái làm việc độ bền dẻo loại nguyên liệu, phối liệu dao động giới hạn hẹp từ (611).10 dyn/cm Điều có nghĩa là: tổng lực liên kết phân tử hạt vật liệu -5 phối liệu khác gần số Lượng nước ứng với trạng thái phối liệu có độ bền dẻo cực đại lượng nước tạo hình thích hợp 4.2.2 Tạo hình phương pháp đổ rót 4.3 CÁC DẠNG KHUYẾT TẬT DO TẠO HÌNH Yêu cầu sản phẩm lúc tạo hình đạt hình dáng mong muốn Kích thước xác, mật độ đồng đều, không bị rạn nứt, bị vết xước hay rỗ mặt Mỗi phương pháp tạo hình có dạng khuyết tật khác nguyên nhân khác nhau: thiết bị, phối liệu, thao tác công nhân Các dạng khuyết tật phương pháp tạo hình dẻo: nứt, biến hình, vết xước mặt hay mặt ngoài, thành dày hay mỏng không đều, mật độ mộc vị trí khác sản phẩm chênh lệch v.v Nguyên nhân phối liệu có độ đồng kém, độ ẩm không (quá lớn công nhân dùng nước bôi trơn đem vào), lượng không khí phối liệu c̣n lớn không Nguyên nhân thiết bị: cấu máy tạo hình chưa thật hợp lý Các máy đùn ép chân không tránh khỏi khuyết tật nứt, rạn chân chim hay chữ S Nguyên nhân phối liệu chịu tác dụng lực ép (ma sát với thành) vị trí không mật độ không đồng Ở sát thành ma sát lớn, tâm ma sát giảm dần tiến tới không Sản phẩm gốm mịn tạo hình máy bàn tua dao th́ dạng khuyết tật hay gặp nứt, xước mặt, rỗ, biến hình kích thước dày mỏng không v.v Dạng khuyết tật thường tạo điều kiện thuận lợi cho khuyết tật nứt, biến hình lúc sửa, sấy SVTH: Trần Hữu Thái Trang 28 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Để giảm khuyết tật dạng tạo hình dẻo cần có quy tŕnh công nghệ xác, thực nghiêm túc, công tác kiểm tra kỹ thuật phải tiến hành thường xuyên Các dạng khuyết tật phương pháp đổ rót : tính chất hồ đổ rót tŕnh tạo hình thay đổi nhiều so với phối liệu dẻo lúc rót phần hồ thừa (sử dụng lượng hồ thừa chung với hồ nghiền) dễ làm thay đổi tỷ trọng hồ Tính chất khuôn thạch cao ca sản xuất thay đổi mạmh: độ ẩm khuôn kéo theo khả hút nước khuôn thay đổi đáng kể, khuôn đă dùng lâu Khi đổ rót loại sản phẩm kích thước lớn, hình dáng lại phức tạp thường phải rót hồ vào khuôn nhiều lần (rót hồ bổ sung), thời gian đổ rót dài thay đổi tính chất hồ xảy sản phẩm (hồ dễ lắng, đóng sánh) 5.2 KỸ THUẬT SẤY Yêu cầu chung thiết bị sấy - Tốc độ sấy lớn cho phép song đảm bảo chất lượng sản phẩm - Tiêu tốn nhiệt riêng - Sấy đảm bảo đồng - Cuờng độ bốc ẩm đơn vị (m ) thiết bị lớn - Dễ điều chỉnh thông số động lực sấy - Cơ giới hoá việc bốc dỡ, vận chuyển sản phẩm đạt điều kiện vệ sinh Trong yêu cầu trên, yêu cầu đạt độ đồng quan trọng Phối liệu chứa vật chất sét cao lanh nói chung khó sấy Để đạt mục đích sấy nhanh, an toàn, rẻ, loại sản phẩm với đặc tính kỹ thuật phối liệu riêng cần nghiên cứu kỹ để xây dựng cho chúng chế độ sấy tối ưu Việc lựa chọn động lực sấy hợp lư góp phần hạ giá thành Việc cần dựa vào tiêu chuẩn chất lượng loại sản phẩm để chọn cho Sấy sản phẩm gốm xây dựng đ̣i hỏi chất lượng sản phẩm mặt màu sắc không nghiêm ngặt, cho phép chọn lọc sấy tunel, động lực sấy khói lò hay không khí nóng gia nhiệt khói lò Sản phẩm gốm tinh vi sứ dân dụng (bát, đĩa, ấm chén), sứ vệ sinh, sứ cách điện v.v đ̣i hỏi màu sắc trắng, trong, sạch, cần chọn động lực sấy không khí nóng SVTH: Trần Hữu Thái Trang 29 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm gia nhiệt nước nhiệt Sấy loại sản phẩm chọn thiết bị sấy phải vào hình dạng, kích thước khối lượng loại sản phẩm Với sứ cách điện cao thế, phương thức sấy nhanh, an toàn, đại sấy cao tần Ở gradient nhiệt độ gradient độ ẩm chiều NUNG Nung khâu quan trọng kỹ thuật sản xuất gốm sứ Nó ảnh hưởng định đến chất lượng giá thành Khi nung, cụ thể vật liệu xảy phản ứng nhiệt độ cao cấu tử nguyên liệu, tŕnh kết khối, tŕnh xuất pha lỏng, tŕnh hoà tan tái kết tinh tinh thể Tóm lại, nói tổng quát nung xảy đồng thời tŕnh trao đổi nhiệt trao đổi chất, qúa tŕnh lại biến đổi hoá học biến đổi pha diễn phức tạp Tuy nhiên, điều quan trọng kết tŕnh nung: tạo vật liệu có vi cấu trúc Cấu trúc xương sản phẩm gốm hệ thống nhiều pha phức tạp bao gồm pha thuỷ tinh, pha tinh thể pha khí Tỉ lệ số lượng pha thành phần pha xương sản phẩm, xác định tính chất vật lư xương sản phẩm Vi cấu trúc vật liệu định nghĩa đặc điểm vi cấu tạo vật liệu, thể qua hình dạng kích thước hạt, cách phân bố, hướng tiếp xúc hạt, số lượng chất lượng pha thuỷ tinh diện lổ xốp Chúng ta biết pha rắn tinh thể tồn hai dạng: tinh thể đơn (trong đơn vị cấu trúc nguyên tử, ion, phân tử xếp lặp lặp lại theo chu kỳ cách hoàn chỉnh suốt toàn mẫu vât), hay dạng pha rắn đa tinh thể Pha tinh thể cấu trúc vật liệu gốm sứ pha rắn đa tinh thể, tạo nên từ tập hợp nhiều hạt tinh thể, hay gọi ngắn gọn hạt Các hạt xếp sát cạnh nhau, cách vùng có cấu trúc không trật tự gọi biên giới hạt hình 21 Trong vật liệu gốm sứ điển hình hạt có kích thước nằm khoảng 1-50 µm nh́n thấy kính hiển vi Quá trinh nung điều kiện để hình thành nên vật liệu mới, mà thân tŕnh chứa đựng nguy cơ: làm cho sản phẩm bị biến dạng hay chí phá hoại nguyên vẹn nó, tức làm cho sản phẩm SVTH: Trần Hữu Thái Trang 30 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm bị cong vênh hay chí nứt, vỡ Điều đặc biệt dễ xảy dùng nguyên liệu đất sét nhạy nung SVTH: Trần Hữu Thái Trang 31 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Lời kết Gốm vật liệu tìm người sử dụng từ xưa với nhiều công dụng từ vật gia dụng đến chi tiết kỉ thuật phức tạp Gốm vật liệu có nhiều ưu điểm mà vật liệu khác không tránh khỏi số nhược điểm mà yêu cầu vật liệu tối ưu có Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu sản xuất gốm phong phú đa dạng với nhu cầu lớn nên việc nghiên cứu phát triển vật liệu gốm hướng tốt cần thiết việc phát triển ngành vật liệu Qua tiểu luận giúp em có nhiều kiến thức quý báu vatatj liệu học ngành hóa nói chung vật liệu gốm nói riêng Giúp em có nhìn phát triển công cụ sản xuất, khoa học kỉ thuật thông qua ngành vật liệu học góp phần lớn giúp ích cho môn học Vật liệu học ngành hóa em hiểu SVTH: Trần Hữu Thái Trang 32 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Xuân Yên, Huỳnh Đức Minh, Nguyễn Thu Thuỷ, Kỹ thuật sản xuất gốm sứ, Trường ĐHBK Hà Nội 1995 [2] Đỗ Quang Minh, Kỹ thuật sản xuất vật liệu gốm sứ, Trường ĐHBK TpHCM 2002 [3] Nguyễn Văn Dũng, Giáo trình công nghệ sản xuât gốm sứ, Trường đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, 2005 SVTH: Trần Hữu Thái Trang 33 [...]... triển vật liệu gốm sẽ là một hướng đi tốt và cần thiết trong việc phát triển ngành vật liệu hiện nay Qua bài tiểu luận này đã giúp em có rất nhiều kiến thức quý báu về vatatj liệu học ngành hóa nói chung và vật liệu gốm nói riêng Giúp em có cái nhìn mới hơn về sự phát triển của công cụ sản xuất, khoa học kỉ thuật thông qua ngành vật liệu học góp phần lớn giúp ích cho môn học Vật liệu học ngành hóa của... Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Lời kết Gốm là một vật liệu được tìm ra và được con người sử dụng từ xưa với nhiều công dụng từ những vật gia dụng đến những chi tiết kỉ thuật phức tạp Gốm là một vật liệu có nhiều ưu điểm mà các vật liệu khác không có được nhưng nó vẫn không tránh khỏi một số nhược điểm mà yêu cầu một vật liệu tối ưu có được Ở Việt Nam nguồn nguyên liệu sản xuất gốm là rất phong... ngành hóa của em được hiểu quả hơn SVTH: Trần Hữu Thái Trang 32 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Xuân Yên, Huỳnh Đức Minh, Nguyễn Thu Thuỷ, Kỹ thuật sản xuất gốm sứ, Trường ĐHBK Hà Nội 1995 [2] Đỗ Quang Minh, Kỹ thuật sản xuất vật liệu gốm sứ, Trường ĐHBK TpHCM 2002 [3] Nguyễn Văn Dũng, Giáo trình công nghệ sản xuât gốm sứ, Trường đại học Bách khoa Thành... Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Hình 4.2 Quan hệ giữa tốc độ biến dạng phụ thuộc vào ứng suất tiếp tuyến của các loại vật thể điển hình A-chất lỏng Newton (phụ thuộc tuyến tính), B-chất lỏng giả dẻo không Newton có độ sánh dương, C -vật iệu dăn nở, D-gradient vận tốc, τ-ứng suất tiếp tuyến, τ -giới hạn ḍng o SVTH: Trần Hữu Thái Trang 26 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Vai trò... GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Trường thạch đến 6 % Phối liệu này nung ở nhiệt độ ≥ 1300 C 0 3.2.3.4 Phối liệu các loại sứ : Theo hệ ba cấu tử T-Q-F của Gilchrist và Klinefenter năm 1928 Trong đó : T- vật chất sét tính theo khoáng caolinit Q- thạch anh (SiO ) 2 F- trường thạch kali nguyên chất 3.2.4 Chuẩn bị và gia công phối liệu gốm thô : Mặt hàng gốm thô chủ yếu là sử dụng trong... khí Nói chung gốm thô thường gia công và chuẩn bị theo các phương pháp sau : - Chuẩn bị phối liệu bằng phương pháp ướt - Chuẩn bị phối liệu bằng phương pháp khô - Chuẩn bị phối liệu bằng phương pháp bán khô hay nửa khô, nửa ướt - Chuẩn bị phối liệu bằng phương pháp nhiệt 3.2.5 Chuẩn bị phối liệu gốm mịn (gốm tinh) : Yêu cầu chuẩn bị phối liệu rất kỹ càng kể cả khâu tuyển chọn nguyên liệu ban đầu nhất... hạt vật liệu sau khi nghiền phải ≤ 63 µm (tức qua hết sàng 10000 lỗ/cm ) trong đó cỡ hạt từ 1- 20 µm phải chiếm đa số 2 Nguyên liệu nạp vào máy nghiền bi thường yêu cầu ≤ 1 mm 3.2 CHUẨN BỊ PHỐI LIỆU : Yêu cầu cơ bản của việc chuẩn bị phối liệu là : - Đạt được độ chính xác cao nhất về thành phần hoá và tỉ lệ các loại cỡ hạt, thành SVTH: Trần Hữu Thái Trang 20 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật. .. cấp Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất gốm mịn là đất sét trắng, cao lanh và tràng thạch Các loại nguyên liệu này phần lớn được phân loại, tuyển chọn, gia công thô, trung bình tại mỏ hoặc ở các cơ sở gia công riêng, có trường hợp độ mịn đă đạt yêu cầu ≤ 63 µm 3.3 KIỂM TRA KỸ THUẬT PHỐI LIỆU Nội dung kiểm tra bao gồm : SVTH: Trần Hữu Thái Trang 23 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm - Kiểm... phản ứng hydrat hóa (gọi là quá tŕnh đóng rắn) cho cường độ cơ học khá cao nhưng độ xốp lớn SVTH: Trần Hữu Thái Trang 19 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm Chú ý nếu sấy trên 180 C, đặc biệt đến gần 300 C th́ sẽ làm giảm thậm chí mất hẳn 0 0 khả năng hydrat hóa Hiện nay ngoài thạch cao người ta còn dùng nhựa nhân tạo polyester hay epoxy 3 GIA CÔNG VÀ CHUẨN BỊ PHỐI LIỆU Giữ vai trò... hoá và khoáng vật : Cao lanh và đất sét xét theo thành phần hoá, thành phần khoáng cũng như cấu trúc bao gồm 28 loại đơn khoáng khác nhau, chia thành các nhóm khoáng Mỗi nhóm khoáng bao gồm các đơn khoáng có cấu trúc hoặc tính chất gần giống SVTH: Trần Hữu Thái Trang 11 GVHD: Ths Nguyễn Thị Phương Anh Đề tài: Vật liệu gốm nhau Ba nhóm khoáng quan trọng nhất đối với ngành công nghiệp gốm sứ là: 2.1.2.1 ... liệu sử dụng nhiều ngành vật liệu học đại gốm Nhận thấy tầm quan trọng em định thực đề tài môn Vật liệu học ngành hóa đề tài tìm hiểu Vật liệu gốm Hy vọng cho nhìn chung nhất, kiến thức vật liệu. .. vatatj liệu học ngành hóa nói chung vật liệu gốm nói riêng Giúp em có nhìn phát triển công cụ sản xuất, khoa học kỉ thuật thông qua ngành vật liệu học góp phần lớn giúp ích cho môn học Vật liệu học. .. thức vật liệu gốm, quy trình sản xuất ứng dụng ngành vật liệu nói chung vật liệu ngành hóa nói riêng Đề tài hoàn thành hướng dẫn dẫn tận tình Giảng viên môn Vật liệu học ngành hóa Th.s Nguyễn

Ngày đăng: 14/04/2016, 23:27

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan