Công nghệ chế tạo gốm sứ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC MƠN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO GỐM SỨ TP Hồ Chí Minh - Năm 2016 TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC MƠN HỌC: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ĐỀ TÀI: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO GỐM SỨ Danh sách thành viên NHÓM 3: - Nguyễn Minh Luân Nguyễn Quốc Cường Nguyễn Võ Thuỳ Vi Lê Thị Thu Thảo Lý Long Hùng Thái Thị Hồng Uyên Trần Quốc Huy 2004140140 2004140023 2004140333 2004140263 2004140094 2004140330 2004140104 GVHD: HỒNG VĂN HUỆ Đề tài: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO GỐM SỨ - Nhóm 3Trang TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TP Hồ Chí Minh - Năm 2016 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Gốm nhóm vật liệu số vật liệu vô Khái niệm vật liệu gốm có liên quan đến hai nội dung phương pháp công nghệ chế tạo đặc điểm cấu trúc vật liệu Bên cạnh nội dung liên quan đến đặc tính lý hóa trội phạm vi áp dụng vật liệu Động lực phát triển ngành gốm năm gần là: - Nhu cầu vật liệu có tính đặc biệt Khả hồn thiện thiết bị sản xuất Sự hiểu biết ngày sâu sắc khoa học, công nghệ Nghiên cứu công nghệ chế tạo gốm cao cấp hướng nghiên cứu công nghệ đại Gốm cao cấp sản phẩm cơng nghệ vật liệu trí tuệ cao, sản xuất ứng dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp giới Gốm chịu mài mịn, chịu nhiệt, chịu sốc nhiệt từ lâu ứng dụng rộng rãi làm dụng cụ cắt gọt, khuôn kéo sợi kim loại, khuôn đột dập, chi tiết dẫn sợi máy dệt, đệm, lăn lò nung gốm sứ,… nghiên cứu để thay loại hợp kim đặc biệt dùng làm piston, xilanh, số hãng sản xuất xe Nhật, Mỹ, Italia, Đức,… Gốm hóa học, đặc biệt gốm chịu tác dụng hóa học nhiệt độ cao, dùng làm chén nung, nồi nấu kim loại, bình điện phân muối nóng chảy,… sở nghiên cứu sản xuất Gốm điện, điện tử với tổ hợp đa dạng mang lại tính đặc biệt tính siêu dẫn, bán dẫn, cách điện,… chiếm ưu nhu cầu sử dụng công nghiệp điện điện tử giới Các loại gốm chịu lửa, gốm từ, gốm xốp,… không ngừng nghiên cứu, sản xuất ứng dụng ngành công nghiệp khác Đề tài: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO GỐM SỨ - Nhóm 3Trang TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng loại gốm cao cấp công tác nghiên cứu sản xuất công nghiệp ngày tăng Gốm kỹ thuật chất lượng cao sử dụng phổ biến với khối lượng lớn ngành công nghiệp khác nhau: ngành sản xuất gốm sứ (mỗi năm sản xuất khoảng 1200 – 1500 bi nghiền cao nhôm, khoảng 600 – 800 loại kê, lăn) ngành dệt (các loại khuôn dẫn sợi chế tạo gốm kết cấu sở Al2O3, Si3N4 ZrO2), ngành chế tạo thiết bị dụng cụ (hàng trăm sợi gốm, chịu nhiệt, cách nhiệt, lượng lớn gốm dùng để chế tạo dụng cụ cắt gọt, khuôn kéo dây kim loại, nồi, chén nấu chảy kim loại, chén phá mẫu), ngành y tế (gốm làm rang, gốm thay xương…) Hầu hết ngành kỹ thuật khác điện, điện tử, dầu khí, luyện kim,… sở nghiên cứu khoa họ cở viện nghiên cứu, trường kỹ thuật,… có nhu cầu sử dụng gốm cao cấp dạng dụng cụ, chi tiết thay thế, vật liệu sản xuất,… (Báo Công Nghiệp, 2010) Lĩnh vực gốm cao cấp quan tâm nghiên cứu có xu hướng phát triển Việt Nam Vài năm gần số sở nghiên cứu khoa học, số sở sản xuất bắt đầu nghiên cứu chế thử vật liệu gốm cao cấp Ngành gốm sứ Việt Nam có vai trò quan trọng nên kinh tế quốc dân, tạo việc làm thu nhập cho phận công nhân lao động số địa phương nước Hiện nay, sản phẩm gốm sứ gia dụng đáp ứng khoảng 90% nhu cầu tiêu dung nước xuất Mỗi năm giá trị xuất ngành đạt 260 triệu USD, chiếm 0,5% giá trị GDP (Bộ Công Nghiệp, năm 2003) I Đề tài: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO GỐM SỨ - Nhóm 3Trang TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Chương 1: 1.1 TỔNG QUAN VỀ GỐM SỨ GIỚI THIỆU VỀ GỐM SỨ (CERAMIC) Công nghệ sản xuất gốm sứ cịn mang tính thực nghiệm, ngun liệu phần lớn dạng tự nhiên lao động thủ cơng cịn đóng vai trị to lớn tồn quan điểm xem ceramic trình sản xuất sản phẩm gốm thơ, đất nung , gốm mỹ nghệ… Đặc trưng trình cơng nghệ q trình nghiệt độ cao Khái niệm gốm sứ hiểu theo cơng nghệ sản xuất Các sản phẩm gốm sứ sản xuất từ nguyên liệu dạng bột mịn, tạo hình đem nung đến kết khối nhiệt độ cao 1.2 PHÂN LOẠI CÁC SẢN PHẨM GỐM SỨ Có nhiều cách phân loại sản phẩm gốm sứ, ví dụ gồm cách phân loại sau: - TP hóa pha gồm có hệ Al2O3.SiO2 , hệ MgO SiO2 , hệ Al2O3.SiO2.CaO, hệ thủy tinh - Độ xốp vật liệu gồm có vật liệu xốp, vật liệu sít đặc, vật liệu kết khối Cấu trúc hạt vật liệu gồm có gốm thơ, gốm mịn, gốm đặc biệt Cơng dụng vật liệu gồm có gốm xây dựng, gốm mỹ thuật, gốm kỹ thuật,… Thành phần khống sản phẩm gồm có gốm mulit, gốm corund,… Truyền thống hình thành gồm có sành, đất nung, bán sứ, sứ Tuy nhiên sâu tìm hiểu cách phân loại theo cấu trúc hạt vật liệu, chia gốm thành ba loại: 1.2.1 Gốm thơ Cịn gọi gốm xây dựng, phần lớn loại sản phẩm nhóm dùng làm vật liệu xây dựng, gồm lọai gạch ngói, vật liệu nhẹ nhân tạo, sành dạng đá 1.2.1.1 Gạch ngói Được dùng xây dựng, yêu cầu chất lượng tốt, giá thành thấp Có yêu cầu kỹ thuật đạt tiêu nhà nước như: - Gạch xây, độ bền chống nén quan trọng Yêu cầu 80kg/cm Hệ số hóa mềm ≥0.8 Đề tài: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO GỐM SỨ - Nhóm 3Trang TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - Ngói, độ bền chống uốn tiêu quan trọng, cần đạt σuốn ≥ 70kg/viên - Độ hút nước -14% Bên cạnh đó, kích thước, độ cong vênh ngói đáng quan tâm 1.2.1.2 Vật liệu nhẹ nhân tạo Keramzit loại phụ gia nhân tạo để sản xuất bêtơng nhẹ, có khả cách nhiệt tốt dùng làm panel xây tường Nếu nhà làm bê tông nhẹ giảm 50% trọng lượng nhà, tường panel keramzit mỏng ½ lần, sức lao động giảm 10 lần so với tường xây gạch Cấu trúc keramzit vật thể xốp có nhiều lỗ xốp nhỏ hình cầu ngăn cách màng thủy tinh mỏng Khối lượng keramit phụ thuộc vào độ phồng nguyên liệu Nguyên liệu chủ yếu sản xuất keramzit đất sét có chứa nhiều khống monmorilonit Yêu cầu nung keramzit phải nung nhanh 1.2.1.3 Sành dạng đá Có độ sít đặc cao, độ cứng lớn, cấu trúc mịn, xương khơng màu hay màu nâu Nhóm sản phẩm gồm gạch clinke, lát nền, ống dẫn thoát nước, sành dân dụng chum, vại… 1.2.2 Gốm mịn Có xương kết khối cao, độ xốp bé, cấu trúc mịn thường bọc lớp men mỏng đẹp Được sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác dân dụng, mỹ nghệ, xây dựng, ngành công nghiệp khác Sản phẩm phân thành ba nhóm sành mịn, bán sứ, sứ: 1.2.2.1 Sành mịn Là mặt hàng thông dụng sinh hoạt hàng ngày, gồm dụng cụ gia đình, hàng mỹ nghệ, gạch men, sành vệ sinh… 1.2.2.2 Bán sứ Tùy theo hàm lượng tràng thạch, bán sứ có xương khơng trong, chí có mầu sẫm Sản phẩm loại kết khối tốt, cường độ học cao, song độ kém, phần lớn mặt hàng Đề tài: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO GỐM SỨ - Nhóm 3Trang TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC dày Mặt hàng nung lần hai lần Nhiệt độ nung 1230 – 1290 0C Có thể hàng dân dụng Cơng nghệ sản xuất bán sứ giống hệt sản xuất sứ mềm 1.2.2.3 Sứ Là sản phẩm chứa đất sét, cao lanh, cát tràng thạch nung kết khối tạo xương tương đối trắng (China) Độ cứng theo thang Mohs 6-7 , bền cơ, bền điện, bền nhiệt, bền hóa Có loại: Sứ dân dụng sứ mỹ nghệ, sứ vệ sinh, sứ hóa học, sứ cách điện cao 1.2.3 Gốm đặc biệt Là loại gốm có nhiều tính chất đặc biệt độ chịu lửa cao, độ bền bền hóa cao, ngồi cịn có nhiều tính chất điện đặc biệt khác Gốm đặc biệt gồm loại: - Gốm đơn oxyt : Gốm corindon, gốm zircon, … - Gốm bán dẫn - Gốm từ tính - Hợp kim – Gốm …  Gốm đơn oxyt Là loại sản phẩm làm loại oxyt có độ chịu lửa cao Oxyt dạng nguyên liệu tự nhiên hay nhân tạo Gồm loại gốm corindon, gốm zircon, gốm beri, gốm magiê… Gốm corindon: Gốm corindon ( α – Al2O3) có tính chất sau: - Nhiệt độ chảy: 20500C - Khối lượng riêng 3.99 – (g/cm3) - Độ cứng thang Mohs : - Độ bền học nhiệt độ thường ép 30000 KG/ cm2 uốn 5000 KG/ cm2 Gốm corindon sử dụng lĩnh vực khác nhau, gạch chịu lửa corindon dùng lò điện nấu thép, lò silicat ngành công nghiệp khác Nồi chén coridon dùng để nấu kim loại oxyt nhiệt độ cao Trong ngành khí, sử dụng dao tiện corindon ưu việt loại dao khác Trong kỹ thuật vô tuyến điện tử, gốm corindon dùng làm vỏ cách nhiệt đèn chân không, đế đèn điện…Trên máy bay tên lửa, gốm Đề tài: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO GỐM SỨ - Nhóm 3Trang TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC corindon dùng để lót buồng máy động phản lực làm ống phun lửa, làm lớp mạ chịu nhiệt độ cao bảo vệ kim loại Mặt khác gốm corindon dùng làm đồ trang sức Gốm zircon Gốm zircon có nhiệt độ nóng chảy cao, khoảng 27000C Nhiệt độ biến dạng tải trọng 1.75kg/cm2 khoảng 2100 – 22500C Gốm zircon có độ bền cao, đến 30 lần đốt nóng 8000C làm nguội nước lạnh Cường độ ép (ở nhiệt độ thường) khoảng 20000kg/cm2 Có độ bền hóa cao, nhiệt độ thường bền với loại khí Ở nhiệt độ cao(20000C) không tác dụng với kim loại kiềm, cacbonat, axit( trừ H 2SO4, HF) Dùng làm chén nung nấu chảy kim loại (iridi 14400C), dùng nấu chảy platin 30 lần Sản phẩm dùng để lót lò nhiệt độ cao Sản phẩm Zircon ổn định lò nấu thép chịu 1200 lần nấu mà khơng cần sửa chữa Zircon oxyt cịn dùng làm lớp mạ chịu nhiệt độ cao chống bào mòn cho chi tiết động phản lực 1.3 TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG CỦA GỐM SỨ 1.3.1 Tính chất Các sản phẩm gốm sứ có cường độ học cao, bền nhiệt gốm zircon chịu đựng nhiệt độ 18000C, bền hóa, bền điện Ngồi số loại gốm kỹ thuật cịn có tính chất tính áp điện, tính bán dẫn độ cứng cao sau kim cương ví dụ gốm corindon có độ cứng theo thang Mohs 1.3.2 Ứng dụng: Sản phẩm gốm sứ sử dụng lĩnh vực - Dân dụng: chum, vại, chén, tách, tranh gốm trang trí, bình hoa… - Xây dựng: gạch, ngói,… - Kỹ thuật điện điện tử: Cầu chì, tụ điện,… - Vơ tuyến điện tử: làm vỏ cách nhiệt đèn chân không, đế đèn điện… - Tự động hóa: Dao mài khí, sản xuất xe máy - Y học: giả ( Zircon oxyt) Chương 2: NGUYÊN LIỆU Đề tài: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO GỐM SỨ - Nhóm 3Trang TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 2.1 NGUỒN NGUYÊN LIỆU 2.1.1 Nguồn nguyên liệu thiên nhiên Đất sét Là nguyên liệu đất chứa nhóm khống alumo – silicat ngậm nước, có cấu trúc lớp (khoáng sét) với độ phân tán cao Các khống gồm: - Khống caolinhit: Al2(Si2O5)(OH)4 - Khống halloysit: Al2(Si2O5)(OH)4 2H2O - Khoáng montmorillonit: Al2(Si2O5)2(OH)2 - Khoáng pirophilit : Al2(Si2O5)2(OH)2 - Khống illit( mica) Thành phần hóa đất sét nằm giới hạn: SiO2 : 43 – 56% Al2O3 : 30 – 38% Fe2O3 : 0.1 – 1.5% MKN :10 – 15% Tính dẻo đất sét giải thích theo hai hướng, thành phần có khống có tính dẻo montmorillonit, halloysit đất sét có tính dẻo Mặt khác kích thước hạt nhỏ ( thuộc hệ keo) đất sét có tính dẻo Đất sét ngun liệu cung cấp SiO2, Al2O3 , có vai trị quan trọng sản xuất vật liệu silicat, thành phần xương sứ cổ điển Tùy theo thành phần khoáng mà đất sét có nhiều tên gọi khác bentonite ( thành phần chứa chủ yếu khoáng montmorillonit), kaolanh(caolinhit),… a>Bentonite Là đất sét, khống montmorillonit, cỡ hạt mịn bentonite dẻo, dùng làm chất bôi trơn mũi khoan khoan địa chất Trong cơng nghệ gốm sứ bentonite dùng với hàm lượng từ -4%, với lý phối liệu nhiều bentonite có tính Đề tài: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO GỐM SỨ - Nhóm 3Trang TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC dẻo cao dễ tạo hình, nhược điểm độ co rút lớn sấy dễ gây biến dạng sản phẩm b>Cao lanh Thành phần khống caolinhit, tính dẻo thực tế cao lanh có dẻo cao lanh có lẫn khống dẻo (halloysit), có lẫn hạt mịn Cao lanh dùng chung với đất sét để làm xương gốm sứ, nâng cao độ bền cho xương Mặt khác cao lanh dùng men, tạo độ ổn định cho men, chống lắng cho men c>Pirophilit Cũng đất sét, khống pirophilit.Thực tế, pirophilit đơi bị xếp vào nhóm talc có thay đồng hình cấu trúc Bảng – Thành phần hóa học nguyên liệu SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO Na2O+ K2 O MKN Cao lanh (Lý thuyết) 46.6 39.5 Cao lanh (nóng chảy) 44.52 34.39 0.3 – 1.0 0.1 – 1.0 0.2 – 1.2 0.1 – 0.7 0.1 – 0.5 Đất sét chịu lửa 57.5- 68.3 31 - 38 0.6 -3.0 0.1 – 1.5 13.9 11 – 13.5  Xác định cỡ hạt đất sét: Đất sét Đất sét xốp làm sành 45 – 60 45 – 75 24 – 38 15 - 37 0.5 – 1.2 0.7 – 4.5 0.1 – 1.3 0.1 – 1.0 0.1 – 2.0 0.1 – 2.0 Đất sét làm gạch 60 -80 – 20 – 15 10 - 15 3–5 – 18 0–3 3–1 -Theo phương pháp sàng : Đây phương pháp học đơn giản Người ta dùng sàng với kích cỡ mắt sàng khác để phân loại hạt đất sét Phương pháp không hiệu với loại hạt kích thước nhỏ 10µm Thực tế, thường phân loại phương pháp ướt -Theo phương pháp lắng: nguyên tắc dựa vào định luật Stốc Tốc độ lắng hạt nhỏ môi trường chất lỏng( nước) tỷ lệ với kích thước hạt CT (SGK Đỗ Quang Minh) Đề tài: CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO GỐM SỨ - Nhóm 3Trang 10 ... Công Nghiệp, năm 2003) I Đề tài: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO GỐM SỨ - Nhóm 3Trang TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Chương 1: 1.1 TỔNG QUAN VỀ GỐM SỨ GIỚI THIỆU VỀ GỐM SỨ... dụng ngành công nghiệp khác Đề tài: CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO GỐM SỨ - Nhóm 3Trang TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Ở Việt Nam, nhu cầu sử dụng loại gốm cao cấp công tác... (các loại khuôn dẫn sợi chế tạo gốm kết cấu sở Al2O3, Si3N4 ZrO2), ngành chế tạo thiết bị dụng cụ (hàng trăm sợi gốm, chịu nhiệt, cách nhiệt, lượng lớn gốm dùng để chế tạo dụng cụ cắt gọt, khuôn