Nghiên cứu ứng dụng tạo men kết tinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ HUỲNH TRANG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TẠO MEN KẾT TINH Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ HÓA VÔ CƠ Mã số ngành: 02.10.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS ĐỖ QUANG MINH Cán chấm nhận xét 1: PGS.TSKH LÊ XUÂN HẢI Cán chấm nhận xét 2: TS HOÀNG ĐÔNG NAM Luận văn bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ, TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 28 tháng 12 năm 2005 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HOÏC - ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp.HCM, ngày 30 tháng 06 năm 2005 NHIỆM VỤ LÀM LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ HUỲNH TRANG Phái: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 03/09/1978 Nơi sinh: AN GIANG Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ VÔ CƠ MSHV: CNHH13.033 I TÊN ĐỀ TÀI Nghiên cứu ứng dụng tạo men kết tinh II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Từ men sở F6170, ZnO xúc tác kết tinh TiO2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng kết tinh tạo sản phẩm men kết tinh III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/2005 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/06/2005 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH TS ĐỖ QUANG MINH BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH TS.ĐỖ QUANG MINH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày 30 tháng 06 năm 2005 TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐH TRƯỞNG KHOA QUẢN LÝ NGÀNH LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, giúp đỡ lớn từ phía gia đình, thầy cô bạn bè Em xin chân thành cảm ơn thầy Đỗ Quang Minh tận tình hướng dẫn, bảo, động viên tạo điều kiện thuận lợi trình thực Em xin chân thành cảm ơn người Trung Tâm silicat hỗ trợ suốt trình làm thí nghiệm Tôi xin cảm ơn tất bạn bè giúp sức cho theo kịp tiến độ hoàn thành luận văn thời hạn TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong ngành gốm sứ, men kết tinh (còn gọi men tinh thể) dùng trang trí gốm mỹ nghệ đẹp tinh thể tạo thành có màu khác với màu pha thủy tinh tạo hiệu ứng lạ mắt tinh thể có hình dạng phong phú nên làm tăng giá trị sản phẩm nhiều Men kết tinh có công nghệ sản xuất đặc biệt so với loại men trang trí khác Để tạo men kết tinh phải có chế độ gia công nhiệt công phu, men phải có tính chất thành phần phù hợp để tinh thể tạo thành Trong đó, chế độ gia nhiệt chiếm phần quan trọng, giai đoạn tốn nhiều thời gian công sức Để xác định chế độï nung men có nhiều phương pháp phương pháp chọn phải thuận tiện đem lại kết cao Vì vậy, đề tài xoay quanh vấn đề khảo sát thí nghiệm tìm chế độ gia nhiệt, thành phần men để tạo men kết tinh cách có sở khoa học có tính thuyết phục cao Sau đó, ứng dụng kết tìm tạo sản phẩm tráng men kết tinh ABSTRACT Crystalline glaze is used to decorate for art pottery, which is very beautiful bacause the colour of crystal different from the colour of glass matrix This is very attractive and it have many different shape crystal, very plentiful and diversified which depen on componet of glaze and heating treament This glaze have specially process of production comparing to different glazes To make crystalline glaze, the viscosity of glaze should be suitable to create seeding and the crystal can see by snake-eye So, important thing is control carefully heating treament: crystalline temperature to soak Normal, crytalline temperature is look for by traditional method but this method cost a lot of time and effort, not high yield because the crystalline temperatureis not exactly due to glaze is not stable Base on crystalline of glaze is isothermal process, so crystalline temperature can be find by DTA method combine to X-Ray which allow to know all occuring of glaze Using DTA method save time and can control firing After knowing crystalline temperature, applied on the vase The result is quite good, can save time Crystalline glaze is more stable and Willemite crystal is formed TiO2 is seeding in the crystalline of Willemite With the DTA method, the temperature crytalline is found easily any glaze Mục Lục Lời cảm ơn i Tóm tắt luận văn ii Muïc luïc .iii PHAÀN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT A.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MEN I PHAÂN LOAÏI MEN Phân loại theo cấu trúc .2 Phân loại theo cảm quan II SƠ LƯC MEN KEÁT TINH B LÝ THUYẾT TẠO MEN KẾT TINH I SƠ LƯC VỀ THỦY TINH Trạng thái thủy tinh Tính chất nhiệt thủy tinh .6 II SỰ KẾT TINH CUÛA PHA THUÛY TINH .7 Giai đoạn tạo mầm 1.1 Taïo mầm đồng thể .8 1.2 Tạo mầm dị thể 10 Giai đoạn phát triển tinh thể 12 2.1 Phát triển tinh thể từ dung dịch loãng 13 2.2 Phát triển tinh thể từ dung dịch đậm đặc 13 III MEN KEÁT TINH 17 C CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG TẠO TINH THỂ CỦA MEN 22 Thành phần hóa hàm lượng 22 1.1 Thành phần hóa 22 1.2 Haøm lượng oxit 24 Độ nhớt 24 Nhiệt độ tạo mầm phát triển tinh theÅ 25 Nhieät ñoä nung 26 Hình dạng sản phẩm 26 D CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG KẾT TINH CUÛA MEN 26 I PHƯƠNG PHÁP ĐA NHIEÄT 27 II PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHIỆT VI SAI DTA 27 III PHƯƠNG PHÁP ĐO NHIỄU XẠ RƠNGHEN 29 Nguyên lý chung phương pháp nhiễu xạ Rơnghen 30 Phân tích theo phương pháp Debai – Serek 30 PHAÀN II THỰC NGHIỆM .31 I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 32 II TIEÁN TRÌNH THÍ NGHIỆM 32 III NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 32 Nguyên liệu 32 1.1 Nguyên liệu men 32 1.2 Nguyên liệu xương 33 Thiết bị thí nghiệm 33 IV.THỰC NGHIỆM 34 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt để tìm công thức men phù hợp 34 1.1 Sự ảnh hưởng ZnO 34 1.2 nh hưởng nhiệt độ 36 1.3 Khảo sát ảnh hưởng chất tạo mầm kết tinh TiO2 38 Khảo sát khoảng nhiệt độ keát tinh 41 2.1.Chuẩn bị mẫu 42 2.2 Bố trí thí nghiệm 42 2.3 Điều kiện thí nghiệm 43 2.4 Kết đo DTA 44 Chụp kính hiển vi điện tử tinh thể tạo thành 49 Khảo sát nhiệt độ nung 49 Ứng dụng kết thu từ phân tích DTA tạo sản phẩm men keát tinh 50 5.1 Chuẩn bị mộc 50 5.2 Traùng men 50 5.3 Chế độ nung 51 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC LÝ LỊCH -1 - PHẦN I -2 - A GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MEN Men lớp thủy tinh bao phủ bên sản phẩm gốm sứ với mục đích bảo vệ (như: chống thấâm nước ) men có vai trò quan trọng trang trí để nâng cao giá trị sản phẩm I PHÂN LOẠI MEN Tuỳ vào cách phân loại mà có nhiều loại men Sau số cách phân loại men: Phân loại theo cấu trúc - Men có cấu trúc pha thủy tinh - Men có pha tinh thể kết tinh từ pha thủy tinh Có loại: + Men đục: tinh thể kết tinh lại từ pha thủy tinh có kích thước nhỏ cỡ hệ keo tinh thể nghiền mịn trộn lẫn vào men frit hấp lại có khả tạo đục + Men kết tinh: có chế độ làm nguội thích hợp gây kết tinh phần từ pha thuỷ tinh Phân loại theo cảm quan, có cách sau: - Men màu: cho chất tạo màu bền nhiệt oxit màu vào men - Men rạn: men nhận hệ số giãn nở men xương khác - Men co: men có chứa thành phần có sức căng bề mặt lớn - Men khử: thu cách nung môi trường khử, khử oxit kim loại có nhiều hoá trị tạo nhiều màu tùy theo hóa trị Men có dạng + Men ngũ sắc: bề mặt sản phẩm phủ lớp kim loại mỏng hình thành trình nung men môi trường khử + Men đỏ huyết dụ (đỏ đồng) + Men Saladon - Men kết tinh: men nhận có chế độ gia nhiệt phù hợp Tinh thể tạo thành có màu khác với pha thủy tinh tạo nên hiệu ứng lạ mắt nên sử dụng để trang trí sản phẩm gốm mỹ nghệ Phần PHỤ LỤC Cơ sở lý thuyết phương pháp phân tích DTA Phương trình vi phân truyền nhiệt sở lý thuyết phương pháp phân tích nhiệt vi sai Phương trình vi phân truyền nhiệt có biến đổi hóa học hay biến đổi pha kèm theo thu nhiệt hay tỏa nhiệt viết hệ tọa độ trụ ∂T ∂ 2T ∂ 2T ∂ 2T ∂ T (t ) ] ± q ( r , ϕ , z , t ) = a[ × + + + × ∂t r ∂r ∂r ∂z ϕ ∂ϕ r, ϕ, z : hệ tọa độ trụ T: nhiệt độ nung mẫu (oC) a: hệ số truyền nhiệt độ (J/cm.s.oC) a= λ ρc λ: hệ số dẫn nhiệt ρ: khối lượng riêng c: nhiệt dung riêng t: thời gian q: biến đổi nhiệt hiệu ứng từ trình hóa lý Nghiệm phương trình giải thực nghiệm Để giải phải có số giả thiết phương trình đơn giản thí nghiệm phải bố trí giống giả thiết để nghiệm phương trình nghiệm Sau điều kiện để giải phương trình truyền nhiệt: - Nhiệt độ lò phải biến đổi tuyến tính theo thời gian: T(t) = To + bt To: nhiệt độ ban đầu, nhiệt độ môi trường lò b: tốc độ nâng nhiệt ⇒ ∂T (t ) ∂T = b× ∂t ∂t ∂T ∂ T ∂ T ∂ 2T ∂ 2T ± q ( r , ϕ , z , t ) = a[ × + + + × ] ⇒ b× ∂t r ∂r ∂r ∂z ϕ ∂ϕ - Các đường đẳng nhiệt đường tròn đồng tâm, không phụ thuộc góc ϕ ∂ 2T =0 ∂ϕ - Và điểm bề mặt mẫu, cách trục z đoạn r nhận nhiệt lượng không phụ thuộc vào tọa độ z ∂ 2T =0 ∂z Từ giả thiết ta thu phương trình vi phân cho mẫu hình trụ sau: ∂ T ∂ 2T ∂T ] b× ± q ( r , t ) = a[ × + ∂t r ∂ r ∂r Trong thí nghiệm phân tích DTA ta sử dụng hai mẫu: mẫu chuẩn mẫu thử Do đó, phương trình vi phân mẫu chuẩn mẫu thử sau: (mẫu thử mẫu chuẩn hình trụ)ï Phương trình mẫu: ∂Tm ∂T ∂ 2T b× ) ± q m (r , t ) = a m ( + ∂t rm ∂rm ∂rm2 (*) Phương trình chuẩn: b× ∂Tc ∂T ∂ 2T ) ± qc (r , t ) = ac ( × + ∂t rc ∂t ∂rc2 (**) Vì phương pháp ứng dụng chênh lệch nhiệt độ mẫu chuẩn Ta lấy phương trình (*) trừ phương trình (**) Ta được: b× ∂ (Tm − Tc ) ∂T ∂ 2T ∂T ∂ 2T )] + ± [q m (rm , t ) − q c (rc , t )] = [a m ( × + ) − ac ( × rc ∂rc ∂rc2 rm ∂rm ∂rm ∂t Để cho phương trình với lý thuyết, thực tế phải đảm bảo: - Hai chén đựng mẫu chuẩn phải đồng chất bán kính - Mẫu chuẩn chất trơ nhiệt ⇒ qc(rc,t) = - Hệ số dẫn nhiệt mẫu chuẩn khác không đáng kể ac ≈ am ⇒ b× ∂ (Tm − Tc ) ± q m (rm , t ) = ∂t ⇔ b× ∂ (Tm − Tc ) = ± q m (rm , t ) ∂t Từ phương trình cuối ta xác định hiệu ứng nhiệt trình thông qua chênh lệch nhiệt độ mẫu chuẩn KẾT QUẢ ĐO RƠNGHEN ĐIỂM (Ở NHIỆT ĐỘ 880oC) KẾT QUẢ ĐO RƠNGHEN ĐIỂM (Ở NHIỆT ĐỘ 1040oC) KẾT QUẢ ĐO DTA 5% TiO2 KẾT QUẢ ĐO DTA 5% TiO2 (HÌNH PHÓNG TO) KẾT QUẢ ĐO DTA 7% TiO2 ĐƯỜNG ĐO DTA MẪU M0 VÀ Al2O3 LÝ LỊCH KHOA HỌC Họ & tên: LÊ HUỲNH TRANG Ngày tháng năm sinh: 03/09/1978 Nơi sinh: AN GIANG Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ HÓA VÔ CƠ MSHV: CNHH13.033 Quá trình học tập: • 1984 – 1987: học trường Núi Sập, huyện Thoại Sơn, tỉnh An Gang • 1987 – 1993: học trường PTCS Thanh An, huyện Dầu Tiếng, tỉnh Bình Dương • 1993 – 1996: Học trường THPT Dầu Tiếng, huyện Dầu Tiếng, tỉnh Bình Dương • 1996 – 2001: học đại học trường Đại Học Bách Khoa, Tp.HCM, ngành công nghệ hóa vô – silicat • 2002 – nay: học cao học trường Đại Học Bách Khoa, Tp.HCM, ngành công nghệ hóa vô – silicat Quá trình làm việc: • 2001 – 2003: làm việc công ty TNHH Engar • 2003 – 1/2005: làm việc công ty TNHH Gốm Sứ Giang Tây ... THUYẾT TẠO MEN KẾT TINH Về chất men thủy tinh nên kết tinh men giống kết tinh từ pha thủy tinh, ta xem sở lý thuyết kết tinh pha thủy tinh sở lý thuyết men kết tinh -6 - I SƠ LƯC VỀ THỦY TINH. .. CNHH13.033 I TÊN ĐỀ TÀI Nghiên cứu ứng dụng tạo men kết tinh II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG Từ men sở F6170, ZnO xúc tác kết tinh TiO2 Khảo sát yếu tố ảnh hưởng kết tinh tạo sản phẩm men kết tinh III NGÀY GIAO... xảy men nên điều khiển trình nung Để tìm nhiệt độ kết tinh men theo phương pháp DTA ta phải so hai mẫu: mẫu men kết tinh mẫu men không kết tinh Cả hai men sử dụng loại nguyên liệu men kết tinh