CHƯƠNG 3 TAO HINH

I.Khái niệm -Tạo hình q trình tạo cho sản phẩm gốm xây dựng thõa mãn tiêu kích thước, hình dạng hình học, độ đồng sảm phẩm mộc -Quá trình tạo hình phụ thuộc vào nhiều yếu tố công đoạn trước sau Theo mức độ đồng thành phần nguyên liệu, độ ẩm, mật độ cấu trúc vật liệu, gốm phương pháp sau: -Đổ rót -Ép dẻo -Ép bán khơ II-Lựa chọn phương pháp tạo hình -u cầu: phương pháp tạo hình lựa chọn phải phương pháp tạo hình tối ưu Các yếu tố ảnh hưởng đến phương pháp tạo hình : - Hình dạng tính chất đặc trưng loại sản phẩm -Tính chất kỹ thuật phối liệu -Năng suất giá thành Tính dẻo khả tạo hình đất sét -Khả tạo hình đất sét đặc tính quan trọng đất sét, tính dẻo -Đặc trưng tính dẻo đất sét vừa có “độ dẻo dai” tốt, lại vừa có “độ chảy dẻo” cao, hay nói cách khác vừa có độ bền kéo cao, vừa có ma sát thấp, làm tăng khả trượt phần tử -Tính dẻo sét khả tiếp nhận nước để thành “trạng thái dẻo”, mà tác dụng lực học trạng thái bị biến dạng hình dạng hình thành giữ nguyên lực học ngừng tác động nhờ có đặc tính sét, mà từ thời sơ khai, hai bàn tay, người cổ xưa tạo hình dạng khác đồ vật để sau qua gia nhiệt thành sản phẩm phục vụ cho đời sống Các yếu tố tác động chủ yếu lên độ dẻo đất sét -Nguồn gốc hình thành lịch sử khống sét chứa đất sét -Các công đoạn gia công thực trước -Thời gian tiếp xúc phối liệu nước -Nhiệt độ môi trường xung quanh -Hàm lượng nước hỗn hợp phối liệu -Tỷ trọng chất điện giải chứa phối liệu Vai trò cấu trúc tinh thể: Các khống sét có cấu trúc lớp Đặc điểm cấu trúc lực liên kết lớp yếu nhiều so với lực liên kết cấu tử lớp, nhờ lớp dễ dàng trượt so với nhau, dễ dàng tách thành mỏng, tức có độ phân tách cao Do đó, nội lực chống lại tách rời hạt phối liệu gốm lớn gấp 10 lần lực chống lại dịch chuyển (đổi chỗ) tương đối - tức lực trượt - chúng Nhờ đặc điểm mà sét có độ dẻo cao Chính khả trượt tốt tạo cảm giác mỡ màng khống có cấu trúc lớp hồn chỉnh độ phân tách cao chẳng hạn talc, mica, loại sét mịn bentonit… Cỡ hạt sét đóng vai trò quan trọng độ dẻo Nói chung, khống sét có cỡ hạt mịn, mà hạt mịn thuận tiện cho việc tạo thành phối liệu dẻo, mao dẫn nhỏ hạt thô nên cần lượng nước cần thiết nhỏ để đạt tới độ dẻo cực đại Vai trò nước nhào trộn Nước có vai trò thiết yếu dễ nhận độ dẻo Trong phối liệu, nước bao quanh hạt sét nằm lỗ xốp Nhờ sức căng bề mặt lớn, lớp nước hấp thụ tạo thành màng mỏng giữ chặt hạt vật chất rắn với Khi ta làm giảm sức căng bề mặt nước dung mơi, qua làm yếu hiệu ứng màng giữ gắn kết, khả hố dẻo tạo hình tập hợp giảm Do phần lớn phụ gia đưa vào nước làm tăng sức căng bề mặt Phần nước nằm hạt hoạt động chất bôi trơn giúp cho di chuyển (dẻo) hạt dễ dàng Khi trộn nước vào phối liệu khô, hỗn hợp chuyển dần từ trạng thái không dẻo sang trạng thái dẻo tới tỷ lệ nước định ta đạt được”trạng thái tạo hình tối ưu” phối liệu Lượng nước tương ứng trạng thái gọi “lượng nước tạo dẻo” Vai trò phụ gia Các phụ gia nói chất điện giải có vai trò quan trọng, ảnh hưởng lớn đến việc hình thành trạng thái dẻo phối liệu Trong thực tế tìm thấy tinh thể lý thuyết sét, mà thường “tinh thể thực tế” (real crystals) với khuyết tật tinh thể khác Dạng thơng thường khống sét số cation hoá trị lớn (Al 3+; Si4+ )trong mạng tinh thể thay cation kiềm kiềm thổ hố trị nhỏ Kết q trình cân điện tích bị phá vỡ, khống sét biểu bên ngồi mơt điện tích âm Trong mơi trường có điện tích, Cation bị kéo vào bề mặt hạt sét Điều giải thích bao thay đổi giá trị pH thường gây ảnh hưởng mạnh đến độ dẻo sét người ta sử dụng hoá chất tương ứng để xử lý, cải thiện giá trị dẻo cho loại sét, chẳng hạn natri carbonat cho sét axit axit acêtic cho sét kiềm Việc sử dụng phụ gia ảnh hưởng đến nguyên liệu: - Dẻo so với chưa xư lý, - Cần nước gia công đạt độ dẻo mong muốn, - Cần lực nhỏ để ép vào khn (vì dẻo hơn), - Cấu trúc vật lý cải thiện, với sét dễ phân lớp khuynh hướng phân lớp giảm đi, - Sản phẩm dễ tạo hình hơn, nứt bể góc hơn, - Sản phẩm sấy khơ nhạy cảm với nước ngâm nước ~ 10 phút mà không bị tan rã, - Nhiêt độ nung giảm vật liệu chặt hơn, - Sản phẩm nung có độ bền nén uốn cao hơn, - Độ hút nước giảm đi, chủ yếu phân lớp giảm đi, - Màu phối liệu thường sáng Vai trò áp lực tạo hình Trong quan hệ lưu biến học, hỗn hợp đất sét cao lanh coi vật thể có tác dụng lực bên ngồi, vật thể đàn hồi, phương trình lưu biến tuân theo định luật Hook định luật Newton -Biến dạng đàn hồi tức thời: biến dạng thuận nghịch, có tác dụng làm xoay hay uốn hạt vật thể -Biến dạng đàn hồi chậm: tốc độ biến dạng chậm, lực ngừng tác dụng, biến dạng phục hồi chậm (vần mang tính thuận nghịch) Có tác dụng làm dịch chuyển hay trượt hạt vật thể không làm đứt mối liên kết cấu trúc -Biến dạng dẻo: xuất lực tác dụng vượt ứng suất cắt tới hạn (giới hạn chảy) Khi q trình biến dạng khơng thuận nghịch tốc độ biến dạng không đổi, cấu trúc bị phá hủy phần -Nguyên liệu có khả biến dạng đàn hồi chậm lớn dễ tạo hình, vật liệu có khả bù trừ cho ứng suất xuất vật thể, tạo điều kiện cho phối liệu bị đứt, vỡ tạo hình -Lượng nước ứng với trạng thái phối liệu có độ bền dẻo cực đại lượng nước tạo hình thích hợp Giá trị thường nằm giới hạn độ ẩm hấp phụ độ ẩm hạt sét hydrat hóa hòan tồn -Do đó: đất sét có độ mịn mịn, độ dẻo cao độ ẩm tạo hình thích hợp lớn -Để đánh giá tính tạo hình phối liệu, sản xuất người ta thường xác định theo số dẻo Nguyên tắc hoạt động: -Tạo áp lực ép lên vật liệu sét -Phá vỡ liên kết cấu trúc khống sét -Tạo thành dòng phối liệu liên tục -Tạo thành dòng phối liệu có mức độ đồng tăng dần -Nguyên liệu sử dụng: đất sét, cao lanh có độ dẻo cao -Lực ép tạo hình : -Đất sét dẻo: 0,2 -0,3 MPa -Đất sét dẻo: 0,8- 0,9 Mpa -Tốc độ tạo hình : 7- 21 m/ph (10- 18.000 viên/h) Tạo hình bán khơ -Q trình tạo hình dẻo tiêu tốn thời gian sấy, lượng sấy, tăng chu kỳ sản xuất, sản phẩm sau sấy bị khuyết tật nhiều Do đó, việc giảm độ ẩm tạo hình, tạo áp lực ép lớn tăng độ xác sản phẩm, giảm phế phẩm, tiết kiệm lượng Nguyên tắc hoạt động: -Sự ép chặt hạt vật liệu làm giảm lực nội ma sát hạt -Giảm thể tích khơng khí bên phối liệu, làm tăng liên kết hạt với độ ẩm thấp Lý thuyết trình ép bán khơ -Q trình ép bán khơ làm chặt hỗn hợp bột ép với trình biến đổi hóa lý pha rắn, lỏng khí Khi bị ép chặt, phối liệu bột ép chuyển dịch theo nhiều hướng khác nhau, phá vỡ lỗ rỗng lớn, hạt lấp đầy lỗ rỗng với khơng khí ra, diện tích tiếp xúc tăng lên -Áp lực ép tăng hạt nén lại, với biến dạng xuất hiện, lượng ẩm phân phối , kết dính hạt lại -Càng tăng lực ép lượng khơng khí khơng kịp thoát bị nén lại, ngăn cản tiếp xúc hạt bột Quá trình biến dạng làm hạt thay đổi hình dạng, có phân phối lại ứng suất bên hạt Lực ép tăng ứng suất tác dụng tăng -Quá trình ép bán khơ phụ thuộc vào -Tính chất bột ép -Chế độ ép -Độ ẩm phối liệu trị số ép Tạo hình thiết bị ép bán khơ -Độ ẩm 5-8%: bột áp có độ ẩm thấp, làm giảm tính khơng đồng sản phẩm mộc, cần lực ép lớn, áp lực ép đạt đến 15 MPa -Độ ẩm 8-12%: độ ẩm vừa đủ, làm tăng lực liên kết hạt bột ép, lực ép tạo hình vừa đủ, áp lực ép 7-10 MPa -Độ ẩm 12 -18%: độ ẩm lớn, tính khơng đồng cao, làm giảm tác dụng lực ép tạo hình, cần sấy để giảm độ ẩm bột ép, áp lực ép Mpa -Thiết bị ép: -Theo phương pháp truyền lực ép: ép dập, ép đòn bẩy, ép thủy lực -Theo phương lực ép: ép phía hay ép hai phía -Theo chu kỳ tác động: ép bậc hay ép nhiều bậc Tạo hình thiết bị ép bán khơ Khi lực ép đạt giá trò max bề mặt tiếp xúc hạt tăng lên ,cường độ lớn Nếu độ ẩm cao ,hạt nhỏ cản trở trình thoát khí ,dễ gây tượng phân lớp Hệ số nén : H kn  h Trong : H chiều cao bột ép trước ép h Chiều cao sản phẩm sau ép Hệ số Kn có mối quan hệ với Khối lượng thể tích bột ép sản phẩm sau ép : γ sau nén = γbột ép Knén 3-Tạo hình đổ rót -Phương pháp đúc rót hồ phương pháp chủ yếu tạo hình sản phẩm có hình dáng phức tạp, chủ yếu tạo hinh khuôn thạch cao -Nguyên tắc: -Khả đát sét tạo huyền phù ổn định -Tính lưu biến hồ phối liệu -Quá trình hấp thụ hạt ống mao dẫn để tạo thành sản phẩm bề mặt khuôn Các yếu tố ảnh hưởng đến khả tạo thành hồ -Vận tốc tạo thành lớp sản phẩm bề mặt khuôn phụ thuộc vào: -Vận tốc hút nước hồ khuôn -Thành phần hạt phối liệu -Tỷ lệ pha rắn pha lỏng hỗn hợp hồ -Vận tốc khuyếch tán hồ nước qua lớp xương mộc sản phẩm Các phương pháp tạo hình hồ đổ rót -Phương pháp đúc rót hồ đầy: -Q trình bám khn tạo thành sản phẩm mộc diễn hai thành khuôn thạch cao -Dùng để chế tạo sản phẩm có hình dáng phức tạp, chiều dáy lớn -Độ ẩm hồ phối liệu: 30-36% -Độ ẩm xương sản phẩm mộc: 20-22% -Nhược điểm: khn gồm nhiều mảnh, hình dáng khn phức tạp -Phương pháp đúc rót hồ thừa: -Q trình bám khn tạo thành sản phẩm mộc diễn thành khuôn thạch cao -Dùng để chế tạo sản phẩm có hình dáng phức tạp, thành mỏng -Hồ phối liệu đổ rót vào khn thạch cao, chiều cao lớp hồ thường nhiều yêu cầu sản phẩm -Sau sản phẩm đạt yêu cầu phần hồ thừa thu hồi lại -Nhược điểm: chiều dày thành sản phẩm khơng đồng -Phương pháp liên hợp: -Q trình tạo hình sản phẩm cách kết hợp phương pháp đúc rót hồ thừa đúc rót hồ đầy -Sản phẩm tạo hình khn thạch cao, sau tháo khn, chỉnh sửa hình dạng kích thước gắn lại vào khn thạch cao , sau trình tạo hình giai đoạn -Phương pháp tự động hóa, tạo hình dây chuyền -Nhược điểm: trình tạo hình gồm nhiều giai đoạn, số cơng đoạn thủ cơng, chi phí đầu tư ban đầu lớn Các khuyết tật trình tạo hình: -Tạo hình dẻo: -Phân thành lớp riêng biệt chưa gia công kỹ -Vết rạn nứt cạnh góc sản phẩm mộc -Vết nứt nước nhào trộn nhiệt -Khuyết tật bề mặt chế độ nhào trộn khơng thích hợp -Khuyết tật tạo hình gây phân bố ẩm -Tạo hình bán khơ: -Vết nứt phân lớp cạnh -Vết lõm bề mặt sản phẩm mộc -Khuyết tật mặt -Độ ẩm sản phẩm mộc khơng đồng -Kích thước sản phẩm khơng -Tạo hình đúc rót: -Các vết đúc rót -Lỗ thơng bọt khí -Cấu trúc khơng đồng -Chiều dày không đồng -Biến dạng sản phẩm -Vết nứt ... phẩm sau ép : γ sau nén = γbột ép Knén 3- Tạo hình đổ rót -Phương pháp đúc rót hồ phương pháp chủ yếu tạo hình sản phẩm có hình dáng phức tạp, chủ yếu tạo hinh khuôn thạch cao -Nguyên tắc: -Khả... thạch cao -Dùng để chế tạo sản phẩm có hình dáng phức tạp, chiều dáy lớn -Độ ẩm hồ phối liệu: 30 -36 % -Độ ẩm xương sản phẩm mộc: 20-22% -Nhược điểm: khn gồm nhiều mảnh, hình dáng khn phức tạp... (real crystals) với khuyết tật tinh thể khác Dạng thơng thường khống sét số cation hoá trị lớn (Al 3+ ; Si4+ )trong mạng tinh thể thay cation kiềm kiềm thổ hoá trị nhỏ Kết q trình cân điện tích bị