Nghiên cứu công nghệ đúc mẫu chảy chế độ hấp thạch cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BÙI BỈNH HÀ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - BÙI BỈNH HÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐÚC MẪU CHẢY – CHẾ ĐỘ HẤP KHUÔN THẠCH CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT VẬT LIỆU KHÓA 2010 Hà Nội – 2010 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu MỞ ĐẦU Đúc mẫu chảy cơng nghệ tạo hình cổ xưa biết đến Lịch sử đúc mẫu chảy có từ hàng nghìn năm trước Phương pháp đúc ban đầu dùng để đúc tượng, đồ trang sức với mẫu làm từ sáp ong tự nhiên, khuôn làm thủ công từ đất sét Các sản phẩm đúc mẫu chảy tìm thấy khắp nơi giới: tượng văn minh Harappan Ấn độ (2500 đến 2000 năm trước công nguyên); lăng mộ Tutankhamun Ai Cập (1333 đên 1324 năm trước công nguyên), Từ 5000 năm trước mẫu làm từ sáp ong công nghệ sáp đại ngày với vật liệu chịu lửa hợp kim đặc biệt, đúc mẫu chảy cho phép sản xuất chi tiết có độ xác suất cao nhiều loại hợp kim Phương pháp thường đắt so với đúc khuôn kim loại khn cát chi phí thiết bị thấp Phương pháp đúc đúc chi tiết có hình dạng phức tạp, loại khó đúc phương pháp đúc thơng dụng Chi tiết đúc phương pháp đúc mẫu chảy không cần phải gia công bề mặt nhiều Văn mơ tả q trình đúc mẫu chảy sớm biết đến viết nhà sư Theophilus khoảng 1100 năm trước công nguyên Nhà sư mô tả nhiều q trình, cơng thức sản xuất có công thức sản xuất giấy da Cuốn sách sử dụng nhà điêu khắc thợ kim hoàn Benvenuto Cellini (1500 – 1571), người sử dụng phương pháp để đúc tượng Perseus with the Head of Medusa lưu giữ bảo tàng Loggia dei Lanzi Florence, Italia Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu Tượng Perseus with the Head of Medusa bảo tàng Loggia dei Lanzi Florence, Italia Đúc mẫu chảy dùng vào sản xuất công nghiệp vào cuối kỷ 19, nha sỹ dùng phương pháp để đúc trám Ứng dụng phương pháp đúc phát triển mạnh tiến sỹ William H Taggart (Chicago) Ông nghiên cứu hợp chất sáp làm mẫu có tính chất tuyệt vời máy đúc áp lực dùng khí nén Trong năm 1940, Chiến tranh Thế giới II tăng nhu cầu chi tiết với độ xác hình dạng hợp kim mà đúc phương pháp truyền thống, cần phải gia công nhiều Các nhà sản xuất vũ khí phải chuyển sang dùng đúc mẫu chảy Sau chiến tranh, sản phẩm đúc mẫu chảy sử dụng nhiều công nghiệp, thương mại Đúc mẫu chảy sử dụng nhiều giới Các dịng sản phẩm đúc cơng nghệ mẫu chảy ngày nhiều có chất lượng cao tỷ lệ sản phẩm hư hỏng thấp Tuy nhiên nước ta, có số doanh nghiệp tư nhân sử dụng công nghệ đúc mẫu chảy, để sản xuất sản phẩm trang trí mỹ nghệ Chính mà cần phải phát triển cơng nghệ đúc xác Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu Theo nghiên cứu trước đây, ta thấy công nghệ đúc mẫu chảy với vật liệu làm khn thạch cao cho sản phẩm có độ xác, độ nhẵn bề mặt cao Tuy nhiên, sau đúc xong sản phẩm xuất nhiều khuyết tật, không điền đầy, xốp… Nguyên nhân chủ yếu sáp nước thoát chưa hết q trình hấp nước, sáp Do vậy, hướng nghiên cứu đề tài tìm chế độ hấp để nước tăng độ bền khn cơng nghệ mẫu chảy khn thạch cao Khi sản phẩm đúc đạt tiêu chí đề công nghệ đúc mẫu chảy Trong công nghệ đúc mẫu chảy sử dụng khn thạch cao khâu nước độ bền khn vơ quan trọng Nếu nước thành phẩm để lại khuyết tật, cịn độ bền khn khơng đạt khn bị nứt Nghiên cứu thạch cao dùng đúc mẫu chảy Việt Nam chưa có cơng trình nghiên cứu chun sâu hồn thiện loại vật liệu làm khn Chỉ có luận án tốt nghiệp sinh viên lớp Vật liệu Cơng nghệ đúc khóa 48, 49, 50 bắt đầu nghiên cứu tính chất loại vật liệu làm khn Với đồ án tốt nghiệp sinh viên khóa 48 đưa quy trình cơng nghệ đúc mẫu chảy khn thạch cao, hồn thiện cơng nghệ tạo mẫu sáp có nghiên cứu phần hỗn hợp khuôn thạch cao trình nung khn thạch cao trước rót Đồ án tốt nghiệp sinh viên khóa 49 đưa quy trình chế độ hấp tiếp tục nghiên cứu chế độ nung Chế độ nung mà đồ án đưa cịn chưa hồn thiện mặt cơng nghệ để nung khn rót khơng bị sơi lại tốn q nhiều thời gian Điều tốn đưa vào sản xuất Nguyên nhân chế độ hấp chưa thoát hết lượng nước cần thiết trình nung sau nâng nhiệt nhanh mà khn không bị nứt Đồ án tốt nghiệp sinh viên khóa 50 hồn thiện quy trình chế độ hấp Tuy nhiên đồ án chưa đưa chất giải thích tượng xảy trình Các luận án tốt nghiệp nói nghiên cứu sơ qua tính chất độ bền thạch cao làm khuôn thông qua thực nghiệm chưa đề cập, nghiên cứu sâu vào chất loại thạch cao Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu làm khuôn đúc mẫu chảy Đồng thời nguồn thạch cao đúc trường Việt Nam chưa có Chúng ta có loại thạch cao sau thị trường Việt Nam: loại thạch cao xây dựng chất lượng thấp nhập từ mỏ thạch cao Bản Tưng, mỏ thạch cao Na Đôn Lào loại thạch cao xây dựng cao cấp nhập từ Thái Lan với số loại thạch cao tái sinh Việt Nam Tuy nhiên nguồn chất lượng loại thạch cao hồn tồn khơng ổn định Từ tên đề tài là.” NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐÚC MẪU CHẢY - CHẾ ĐỘ HẤP KHUÔN THẠCH CAO”, mục đích để cải thiện loại thạch cao xây dựng có chất lượng thấp từ mỏ thạch cao bên Lào thành loại thạch cao đúc có tính chất tốt phù hợp cho đúc mẫu chảy đồng thời hoàn thiện chế độ hấp, đưa chế độ hấp tối ưu Chế độ hấp tối ưu chế độ hấp cho khuôn thạch cao sau hấp lượng nước tốt với ngun cơng đồng thời cải thiện phần độ cứng, độ bền khuôn Trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu cụ thể sở lý thuyết xảy q trình hấp để giải thích q trình xảy hấp mẫu nồi hấp đồng thời đưa chế độ hấp hợp lý tạo điều kiện tối ưu cho q trình nung sau Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu CHƯƠNG I TỔNG QUAN Đúc mẫu chảy 1.1 Tổng quan Đúc mẫu chảy phương pháp đúc xác, theo tên gọi nó, làm cho mẫu sáp chảy lỏng chất lỏng khỏi khn Mẫu chảy phải khỏi khn để lại hốc khn có hình dáng vật cần đúc Rót kim loại lỏng vào khuôn, kim loại đông đặc tạo thành vật đúc Hiện phương pháp đúc sử dụng rộng rãi công nghệ cho phép đúc chi tiết có tiêu mà phương pháp đúc thơng thường khác khó đáp ứng Đúc mẫu chảy có đặc điểm quan trọng sau: ‐ Sử dụng mẫu lần, vật đúc cần mẫu Mẫu chảy sau làm xong nhiệm vụ tạo hình khn ‐ Mẫu khơng có miếng rời, đậu gác ‐ Khuôn thuộc loại khuôn vỏ mỏng, dày khoảng 1,5 ÷ 4,0 mm, khơng có mặt phẳng, mặt làm việc nhẵn ‐ Rót khn nhiệt độ cao tạo điều kiện điền đầy bổ ngót tốt Do đặc điểm phương pháp cho phép chế tạo vật đúc có hình dạng phức tạp, cỡ trọng lượng từ vài gam đến 5000 kg, đạt xác cấp ÷ độ bóng bề mặt cấp ÷ Như ta thấy ưu điểm phương pháp này, là: ‐ Đúc chi tiết có hình thù phức tạp, thành mỏng tới 0,5 mm, thép ‐ Có độ xác cao, từ cấp đến cấp ‐ Độ nhẵn bề mặt cao, từ cấp đến cấp ‐ Khơng có mặt phân khuôn Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu ‐ Sau đúc xong vật đúc không cần gia công gia công Tuy nhiên phương pháp đúc mẫu chảy cịn tồn nhược điểm cần phải khắc phục là: Vật liệu làm mẫu (sáp) có nhiệt độ làm việc thấp dễ bị biến dạng nhiệt độ xưởng đúc Trong điều kiện khí hậu nhiệt đới Việt Nam, cần nghiên cứu thêm số hóa chất chất dẻo khác để nâng cao nhiệt độ biến mềm nhiệt độ làm việc cho mẫu, ví dụ nhựa PVC Để khắc phục nhược điểm phương pháp đúc mẫu chảy chất làm mẫu chảy cần phải đảm bảo yêu cầu sau: ‐ Nhiệt độ nóng chảy khơng cao, khoảng 600C ÷ 1000C để thuận tiện q trình chế tạo mẫu ‐ Nhiệt độ biến mềm cao, không thấp 350C ÷ 450C để mẫu khơng bị biến dạng trước tạo hình khn ‐ Co nở nung nóng làm nguội phải nhỏ ổn định ‐ In hình khn cao su tốt: Chính xác hình dạng, kích thước Bề mặt nhẵn Thấm ướt huyền phù tốt ‐ Có độ bền độ cứng cao ‐ Trơ hóa học với khn cao su khuôn gốm ‐ Rẻ, dễ kiếm không độc hại Các công đoạn phương pháp đúc mẫu chảy bao gồm: Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu Mẫu gốc Tạo khuôn cho mẫu sáp Tạo mẫu sáp Gắn mẫu hệ thống rót thành chùm mẫu Làm khn Loại bỏ mẫu khỏi khn Nung khn Rót kim loại lỏng vào khuôn Làm nguội tháo dỡ vật 1.2 Đúc mẫu chảy với vật liệu làm khuôn thạch cao Với phương pháp đúc mẫu chảy thông thường, vật liệu làm khuôn cát thạch anh, cát zirconi với chất dính etylsilicat thủy tinh lỏng Vỏ khn bao gồm lớp dạng huyền phù, lớp ngồi lớp cát rắc Khn chế tạo cách nhúng mẫu chùm mẫu vào huyền phù, nhấc khỏi huyền phù, rắc cát khô lên bề mặt mẫu, sấy khô, lại nhúng vào huyền phù Lặp lại quy trình nhiều lần để tạo lớp vỏ rắn có chiều dày ÷ 10 mm tùy thuộc vào kích thước vật đúc Lưu ý, độ hạt cát rắc lên bề mặt sau lớn Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu Với vật liệu làm khuôn thạch cao phương pháp chế tạo khn khác Q trình làm khn chia làm phần chủ yếu : phần khn ngồi in hình vật đúc phận thao Phần khn ngồi địi hỏi phải khống chế tốt dung sai, thao làm tách biệt hộp làm thao.Thạch cao đúc trộn với loại vật liệu chịu lửa nước tạo thành hỗn hợp dùng để đổ khuôn Hỗn hợp sau đổ vào mẫu đợi khoảng đến 15 phút cho đặc Sau khn đóng rắn hồn tồn, chúng tiến hành sáp Q trình sáp tiến hành nhiều phương pháp: dùng khí nóng, dùng lửa trực tiếp, ngâm khuôn mẫu dung dịch tẩy sáp, luộc nước sơi Mục đích q trình làm hồn tồn gần hồn tồn mẫu sáp khn Tiếp theo q trình nung khn Khn đặt vào lị sấy, để sấy tự nước liên kết bên phân tử Khn sấy khơ lị băng tải lập trình trước để trình nước điều khiển xác nhằm đảm bảo mà không bị sốc nhiệt Thao sấy khô theo cách tương tự, thường thời gian với khn bên ngồi Sấy khơ khn yếu tố then chốt đúc khn thạch cao, việc hết ẩm vơ quan trọng Nếu khơng rót kim loại dẫn đến tượng khơng khí ngồi gây sơi khn Chu trình sấy khn 2600c khoảng từ 12 đến 16 thông thường sử dụng khuôn thạch cao nhằm đảm bảo khả rót nhơm kẽm Khi rót đồng, khn thường sấy 700 – 8500c, thời gian thường dài 1,5 lần để khử triệt để nước Sau sấy khô, phận thao, vỏ bao ngoài, cốt đúc lắp ghép lại Sau khn giữ gá cố định trước rót Q trình rót thực hồn tồn mơi trường chân khơng, sử dụng máy hút chân khơng, ngồi rót trực tiếp lợi dụng áp lực trọng lực gây Lựa chọn phương pháp rót đặc biệt phụ thuộc vào khả trang thiết bị yêu cầu chất lượng vật đúc Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu Tính chất cách nhiệt khuôn thạch cao qua sấy giúp thời gian đông đặc kim loại đủ dài cho phép điền đầy phần mỏng, đồng thời với khả thơng khí khn thạch cao lượng khí định qua khuôn Hơn nữa, với thời gian đông đặc tương đối dài kết hợp với việc rót mơi trường chân khơng cho vật đúc có chất lượng tốt Sau nguội, khuôn phá dỡ cẩn thận, tháo bỏ hệ thống rót đậu Ngồi dùng chất mài mịn axit để xử lý vật đúc Ưu điểm phương pháp đúc mẫu chảy khuôn thạch cao so với phương pháp đúc mẫu chảy khn gốm vật liệu làm khuôn rẻ, thao tác làm khuôn đơn giản Thạch cao 2.1 Các pha hệ Canxi Sunphat nước (CaSO4 – H2O) Hệ canxi sunphat nước tồn nhiều pha khác Khi nghiên cứu pha tạo thành, Wirching [19] Hand nhận thấy có năm pha rắn tồn hệ canxi sunphat nước Trong đó, bốn pha hệ tồn nhiệt độ thường, canxi sunphat dihydrat (CaSO4.2H2O hay dihydrat), canxin sunphat hemihydrat (CaSO4.½H2O hay hemihydrat), canxi sunphat khan CaSO4 dạng anhydrit hòa tan (hay anhydryt III) canxi sunphat khan dạng anhydrit khơng hịa tan (hay anhydrit II) Pha lại canxi sunphat anhydrit nhiệt độ cao (hay anhydrit I) Cả ba dạng anhydrit có cơng thức hóa học CaSO4 khối lượng phân tử 136,14 có khác tính chất điều kiện tồn dạng Anhydrit III không tồn tự nhiên mà tạo thành trình sản xuất cách nung khống có chứa canxi sunphat hydrat khoảng nhiệt độ từ 2000C đến 3000C, xảy q trình nước hồn tồn CaSO4.2H2O theo phương trình: Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu Áp suất hấp Độ cứng Khối lượng mẫu (g) (atm) (Shore A) Trước hấp Sau hấp Lượng nước thoát % 84,96 123,46 115,96 6,09 1,5 85,30 126,83 117,20 7,53 85,49 128,65 116,73 9,28 2,5 85,91 123,43 108,56 12,03 86,35 126,44 106,31 15,92 3,5 86,45 124,37 102,53 17,56 Bảng 7: Kết đo mẫu điều kiện áp suất hấp khác Áp suất thay đổi (atm) ÷ 1,5 1,5 ÷ 2 ÷ 2,5 2,5 ÷ % lượng nước thoát tăng 1,44 1,75 2,76 3,88 Bảng 8: Độ tăng % lượng nước tăng áp suất Hình 29: Đồ thị biểu diễn quan hệ độ cứng – áp suất hấp 59 ÷ 3,5 1,64 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu Trong đồ thị hình 29 giá trị độ cứng áp suất hấp atm độ cứng mẫu trước đưa vào hấp Ta thấy với áp suất hấp từ đến 2,0 atm, thời gian hấp 120 phút độ cứng mẫu sau hấp thấp độ cứng mẫu trước hấp Điều điều kiện hấp đến 2,0 atm thời gian 120 phút thạch cao nước tự lượng nước tự thoát mãnh liệt làm cho độ cứng mẫu giảm Cịn đến 2,5 atm bắt đầu có nước liên kết sau tự làm cho độ cứng thạch cao tăng lên Tại điều kiện atm lượng nước liên kết nhiều 2,5 atm có hình thành pha αCaSO4.0,5H20 độ cứng thạch cao tăng so với ban đầu chưa hấp Còn với áp suất 3,5 atm độ cứng thạch cao có tăng so với 3,0 atm tăng độ cứng không nhiều nước liên kết chuyển hóa để hình thành pha αCaSO4.0,5H20 lúc chậm lại Hình 30: Đồ thị biểu diễn quan hệ % lượng nước thoát – áp suất Từ đồ thị hình 30 ta thấy nhận xét, giai đoạn đến atm lượng nước tăng ta tăng áp suất hấp Nhưng tăng áp suất hấp từ đến 3,5 atm lượng nước có tăng khơng cịn nhiều trước Điều chứng minh cho nhận xét đưa đúng: từ giai 60 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu đoạn atm với thời gian hấp 120 phút có nước tự có phần nước liên kết với áp suất hấp 3,5 atm thời gian hấp 120 phút lúc tự do, trình nước liên kết khiến cho q lượng nước tăng Từ hai đồ thị ta chọn áp suất hấp tối ưu atm áp suất lượng nước thoát lớn độ cứng mẫu cải thiện Mặc dù 3.5 atm lượng nước thoát nhiều độ bền mẫu sau hấp cao độ bền mẫu trước hấp ta chọn áp suất hấp hợp lý atm do: - Dựa vào bảng ta thấy từ atm đến atm % lượng nước thoát tăng nhiều dần tăng áp suất (từ 2,5 atm đến atm % lượng nước thoát tăng thêm 3,88%) Nhưng từ atm đến 3,5 atm % lượng nước lại tăng (chỉ cịn 1,64%) Cịn atm mẫu bị phá hủy áp suất cao - Độ cứng tăng ta tăng áp suất Với áp suất atm 3,5 atm độ cứng mẫu chênh lệch khơng nhiều Tại áp suất 3,5 atm độ cứng có tăng so với atm không đáng kể Điều chứng tỏ với áp suất 3atm áp suất phù hợp cho trình nước thạch cao phù hợp cho q trình chuyển hóa thạch cao từ β sang α đồng thời áp suất giải vấn đề kinh tế đưa vào sản xuất thực tiễn tăng áp suất từ atm lên 3,5 atm chi phí tăng lên mà hiệu tăng khơng nhiều Ảnh hưởng thời gian hấp đến độ cứng độ thoát nước thạch cao β sau hấp Sau tìm áp suất hấp hợp lý loại thạch cao β atm ta tiếp tục làm thí nghiệm để tìm thời gian hấp hợp lý cách thay đổi thời gian hấp Các mẫu làm thí nghiệm giống thí nghiệm :Ø48 x 50 (mm); tỷ lệ nước : thạch cao : 10 Áp suất nồi hấp atm giữ nguyên suốt trình hấp 61 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu Độ thoát nước độ cứng đo mẫu (và lấy giá trị trung bình) sau khoảng thời gian hấp khác nhau: 30 phút; 60 phút; 90 phút; 120 phút; 150 phút; 180 phút; 210 phút; 240 phút; 300 phút; 480 phút Kết trình bày bảng và biểu đồ đây: Thời gian hấp (phút) Khối lượng mẫu (g) Độ cứng (Shore A) Trước hấp Sau hấp Lượng nước thoát % 60 81,87 129,52 118,97 8,13 90 84,03 124,07 109,23 11,98 120 86,35 126,44 106,31 15,92 150 87,15 135,13 106,42 21,27 180 87,60 125,86 94,26 25,13 210 87,88 123,24 92,03 25,32 240 88,11 120,74 90,05 25,42 300 88,22 124,38 92,24 25,84 480 88,46 121,43 88,85 26,83 Bảng : Kết đo độ cứng % nước thời gian hấp khác Hình 31: Đồ thị biểu diễn quan hệ: Độ cứng mẫu thạch cao – thời gian hấp 62 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu Từ đồ thị ta thấy độ cứng thạch cao tăng dần ta tăng thời gian hấp Độ cứng thạch cao phút độ cứng mẫu thạch cao sau đóng rắn trước đưa vào hấp Ta thấy với thời gian hấp 90 phút độ cứng mẫu thạch cao sau hấp bé độ cứng mẫu thạch cao trước đưa vào hấp Nguyên nhân với thời gian hấp mẫu thạch cao nước tự dạng nước thoát khỏi mẫu gây mẫu bị xốp chưa có chuyển biến pha độ cứng mẫu thạch cao bị giảm Nhưng với thời gian hấp từ 120 phút trở bắt đầu có nước liên kết có chuyển biến pha, pha αCaSO4.½H2O hình thành làm tăng độ cứng mẫu Độ cứng mẫu tăng mạnh khoảng thời gian đến 150 phút cịn sau độ tăng độ cứng mẫu giảm dần sau thời gian hấp 240 phút độ cứng mẫu tăng chậm Nguyên nhân độ cứng tăng chậm tốc độ tạo thành pha αCaSO4.½ H2O bị chậm Hình 32: Đồ thị biểu diễn quan hệ % lượng nước thoát – thời gian hấp Từ đồ thị biểu diễn quan hệ % lượng nước thoát – thời gian hấp ta thấy % lượng nước thoát tăng ta tăng thời gian hấp Tuy nhiên sau thời gian hấp 180 phút ta tiếp tục kéo dài thời gian hấp lượng nước tăng khơng đáng kể Điều chứng tỏ với áp suất hấp atm sau thời gian hấp 180 phút mẫu thạch cao tự Sau tự 63 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu lượng nước khơng cịn nhiều cịn q trình nước liên kết xảy Từ đồ thị ta chọn thời gian hấp tối ưu áp suất hấp atm 180 phút Vì với thời gian hấp 180 phút độ cứng lượng nước mẫu đủ đảm bảo yêu cầu trình hấp tăng phần độ cứng cho khuôn quan trọng phần lớn lượng nước khn tạo điều kiện cho trình nung sau hấp vừa tốn thời gian đồng thời đảm bảo độ bền, cứng khuôn Kết cấu trúc thạch cao 6.1 Kết phân tích nguyên liệu thạch cao đầu vào phương pháp nhiễu xạ tia X (XRF) Hình 33: Kết phân tích ngun liệu thạch cao đầu vào phương pháp nhiễu xạ tia X (XRF) 64 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu Kết phân tích cho thấy thạch cao nguyên liệu thạch cao CaSO4.0,5H2O có cấu trúc phân tử dạng monoclinic Đây cấu trúc βCaSO4.0,5H2O 6.2 Kết phân tích mẫu thạch cao sau hấp phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) - Kết phân tích mẫu thạch cao sau hấp 60 phút áp suất atm nhiệt độ hấp 1050C Hình 34: Kết phân tích mẫu thạch cao sau hấp 60 phút với áp suất hấp atm phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Kết phân tích mẫu thạch cao sau hấp 60 phút, áp suất hấp atm cho thấy mẫu tồn thạch cao CaSO4.2H2O Kết phân tích chứng tỏ với thời gian hấp 60 phút mẫu chưa nước liên kết, có nước tự Kết hoàn toàn phù hợp với kết luận nước mẫu thạch cao phần 65 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu - Kết phân tích mẫu thạch cao sau hấp 180 phút áp suất atm nhiệt độ hấp 1050C Hình 35: Kết phân tích mẫu thạch cao sau hấp 180 phút với áp suất hấp atm phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) Kết phân tích mẫu thạch cao sau hấp 180 phút, áp suất hấp atm cho thấy mẫu thạch cao có pha CaSO4.2H2O αCaSO4.2H2O Kết phân tích chứng tỏ với thời gian hấp 180 phút mẫu có chuyển pha để tạo thành pha αCaSO4.2H2O Kết hoàn toàn phù hợp với kết luận nước mẫu thạch cao phần Từ kết phân tích ta thấy với điều kiện hấp áp suất atm nhiệt độ hấp 1050C sau 30 phút mẫu nước dư chưa có chuyển đổi cấu trúc sang αCaSO4.0,5H2O Nhưng sau 180 phút mẫu có chuyển biến sang αCaSO4.0,5H2O Lúc tỷ lệ chuyến biến 40% 66 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trên sở số kết nghiên cứu trình trình xảy thạch cao trình hấp thiết bị autoclave cho phép rút số kết luận: Đã nghiên cứu ảnh hưởng áp suất hấp đến độ thoát nước độ cứng thạch cao Khi ta tăng áp suất hấp độ cứng độ nước thạch cao tăng Nhưng với áp suất lớn từ atm trở mẫu bị phá hủy Với điều kiện áp suất tăng từ atm đến atm độ cứng độ nước mẫu tăng nhanh dần Nhưng ta tăng áp suất hấp từ atm thành 3,5 atm kết thu độ nước độ cứng có tăng lên độ tăng lại khơng nhiều Do áp suất hấp hợp lý điều kiện thí nghiệm atm Đã nghiên cứu ảnh hưởng thời gian hấp đến độ thoát nước độ cứng thạch cao cho thấy tăng thời gian hấp độ nước độ cứng thạch cao tăng Nhưng giai đoạn 180 phút đầu độ thoát nước độ cứng thạch cao tăng nhanh Cịn giai đoạn sau 180 phút độ nước độ cứng thạch cao có tăng chậm gần không đáng kể Với thời gian hấp 180 phút mẫu hồn tồn nước tự có nước liên kết để tạo thành pha α-hemihydrat Tỷ lệ pha α-hemihydrat đạt 40% Do công nghệ đúc mẫu chảy khn thạch cao sau q trình hấp cịn q trình nung khn thạch cao nhiệt độ cao ta không cần phải kéo dài thời gian hấp để tăng thêm lượng nước thoát Với lượng nước lại mẫu sau hấp 180 phút nước liên kết ta hồn tồn đảm bảo điều kiện để mẫu nung không cần phải qua khâu giữ nhiệt nhiệt độ thấp mà không bị nứt Đã thực trình chuyển pha thạch cao thành α-hemihydrat điều kiện hấp thiết bị hấp autoclave Với áp suất atm thời gian hấp 180 phút lượng α-hemihydrat chuyển hóa đạt 40% 67 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu Đã chuẩn hóa nguồn nguyên liệu đầu vào cách sấy thạch cao nhiệt độ 1300C điều kiện thường Kết sau 120 phút kể từ đạt nhiệt thạch cao xây dựng chuyển hóa hoàn toàn thành dạng β-hemidydrat Dạng thạch cao hoàn toàn đáp ứng tiêu chuẩn thạch cao đúc theo tiêu chuẩn ASTM Với nguồn nguyên liệu đầu vào ta hồn tồn loại bỏ ngun nhân sai số kết khơng xác nguồn nguyên liệu đầu vào Do thời gian điều kiện thí nghiệm có hạn, đề tài hoàn toàn chưa nghiên cứu hết yếu tố ảnh hưởng đến trình hấp thạch cao thiết bị Autoclave mà nghiên cứu hoàn thiện mặt cơng nghệ để đưa vào sản xuất Trong mặt lý thuyết trình hấp thạch cao thiết bị Autoclave cịn có nhiều khoảng trống chưa nghiên cứu đầy đủ Để hoàn thiện mặt lý thuyết trình hấp thạch cao Autoclave, tác giả xin đưa số kiến nghị hướng nghiên cứu để hồn thiện cơng nghệ đúc mẫu chảy quy mô sản xuát thực tế sau: Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ nước nồi hấp đến độ thoát nước, độ cứng tỷ lệ pha α-hemihydrat hình thành Nghiên cứu ảnh hưởng kích thước hình dạng khn thực tế đến độ thoát nước, độ cứng tỷ lệ pha α-hemihydrat hình thành phần mềm mô Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng thời gian hấp đến độ thoát nước, độ cứng Mở rộng thời gian nghiên cứu để tìm thời gian mà mẫu đạt 100% pha α-hemihydrat Nghiên cứu thêm việc cho thêm chất xúc tiến vào trình hấp để thúc đẩy tạo điều kiện cho trình hấp xảy nhanh dễ dàng 68 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu TÀI LIỆU THAM KHẢO A J Lewry, J Williamson (1994), The setting of gypsum plaster, Part 1: The hydration of calcium sulphate hemihydrat, Journal of materials science, 29, pp 5279 – 5284 Abdel Aziz, A Khalil (1972), Gypsum plaster, III – Preparation, Constitution and some properties of α hemihydrat, Transaction Journal of Britain Ceramic Society, 71 (7), pp 217 – 221 Akazawa Hakuichi, Nishimura Kenichi (1978), Process for producing α type calcium sulphate hemihydrate, Pat US 4069300 Aleksandra Kostic-Pulek (2004), The treatment of gypsum as a product of the flue gas desulphurization process, Ceramics – Silikasty, 49, pp 115 - 119 American society for testing and materials (2003), Annual book of ASTM Standards 2003, VOLUME 04.06 Nguyễn An (1972), Kỹ thuật sản xuất phân khoáng, Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp Avin Rechard Ingram, James Joseph Eberl (1952), Menthod of making plaster of Paris product, Pat US 2605191 B N Arzamaxov (2000), Vật liệu học, Nhà xuất giáo dục Bailie Andrewn Jameison, Rhodes Tom Blacas, Cunningham Kenneth Gerard (1965), Set – retarded calcium sulphate hemihydrat, Pat 999487 10 La Văn Bình (2000), Khoa học công nghệ vật liệu, Đại học Bách Khoa Hà Nội 11 Lương Duyên Bình, et, al (1996), Vật lý đại cương, Tập : Cơ – Nhiệt, Nhà xuất giáo dục 12 Trần Bính, Nguyễn Ngọc Thắng (1996), Hướng dẫn thí nghiệm hóa phân tích, Đại học Bách Khoa Hà Nội 13 Bold Jeorg, et, al (1988), Process for converting calcium sulphate dihydrate into alpha hemihydrat, Pat DE 3709393 69 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu 14 C Yuan, S Jones, S Blackburn (2004), The influece of autoclave steam on polymer and organic fibre modified ceramic shells, Journal of the European Ceramic Society 2, pp 1081 – 1087 15 Nguyễn Hữu Dũng (2006), Các phương pháp đúc đặc biệt, Đại học Bách Khoa Hà Nội 16 Egon Cherdron, et, al (1963), Improments or in relating to the production of calcium sulphate alpha hemihydrat crystals, Pat GB 992468 17 Elmer S Johnson, Arlington Heights (1959), Process of calcining gypsum, Pat, US 2907667 18 Francis Robert Himsworth, John Stanley Dunn (1938), Calciumsulphate plaster, Pat US 2113375 19 Franz Wirsching (1985), Ullmann’s encyclopedia of chemical technology, Vol A4: Calcium sulphate, New York 20 Gerald Waterworth Cafferata (1964), Improments and relating to the production of calcium sulphate hemihydrate, Pat GB 1079502 21 Gerald Waterworth Cafferata (1969), Production of plaster of Paris, Pat US 3423172 22 Gilbert A Hoggatt (1952), Method of producing gypsum plaster, Pat US 2616789 23 Gopalakrishnan Sethuraman, Claudette Braw, Ronald S Finkelstein (2002), Method of producing calcium sulphate alpha hemihydrate, Pat US 20020164281 A1 24 Guangren Quian, et, al (2002), Autoclave properties of kirschsteinite-based steel slag, Cement and concrete research 32, pp 1377 – 1382 25 Nguyễn Hạnh (1996), Cơ sở lý thuyết hóa học, Phần 2: Nhiệt động hóa học, động hóa học điện hóa học, Nhà xuất giáo dục 26 Hermann Ruter, Ludwigshafen Rhine (1968), Production of alpha calcium sulfate hemihydrate, Pat US 3410655 70 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu 27 Helmut Knorre, Manfred Langer, Wolfgang Fisher (1978), Setting retarder, Pat 4124406 28 Helmut Knorre, Manfred Langer, Peter Leidl (1978), D, L tartric acid as retarder for gypsum plaster, Pat 4094693 29 Henry Kenedy Skripton (1979), Calcium sulphate hemihydrate plaster, Pat US 4157264 30 Henry Tiemann, Ilka Sotje, et, al (2002), Calcium sulfate hemihydrate in statoliths of deap-sea medusae, Journal of the chemical society, Dalton transactions: Inorganic Chemistry, (7), pp 1266 – 1268 31 J J Anna, et, al (1980), Process for the preparation of calcium sulphate hemihydrate and calcium sulphate hemihydrate obtained by this process, Pat EP 0012448 32 J W Mullin (1972), Crystallisation, London, Butterworths 33 James Joseph Eberl, Moylan, Edmu thelen, Wayne, HaroldL Heller, Narberth (1974), Calcium sulfate whisker fibers and the method for the manufacture thereof, Pat US 3822340 34 James P Schaffer, Ashok Sacena, Stephen D Antolovich, Thomas H Sanders, Steven B Warner (1999), The science and design of materials, 2nd edn, Mc Graw – Hill 35 James R Clifton (1971), Infrared spectra of supposed α and β forms of calsium sulphate hemihydrate, Nature physical science, 232(9) pp 125 – 126 36 Jere H Brophy, Robert M Rose, John Wulff (1970), Structure and Properties of Materials, Vol 2, Themodynamics of structure, New York 37 John Bensted, Satya Prakash Varma (1971), Infrared spectra of calcium sulphate hemihydrate, Nature physical science, 232(23) pp 174 – 175 38 John Bensted, Satya Prakash Varma (1972), Investigation of α and β forms of calcium sulphate hemihydrate, Cement technology, 3(2), pp 67 – 70 71 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu 39 John Sorbie Berrie, Graham Edward Wolley (1978), Manufacture of calcium sulphate alpha hemihydrate, Pat US 4120737 40 Joseph Karni, E’yal Karni (1995), Gypsum in contruction: origin and properties, Materials and structure, 28(3), pp.92 – 100 41 Jyuniti Kosugi, Yoshihiko Kudo, Kiyoshi Tagaya (1978), Method for the production of alpha type calcium sulphate hemihydrate, Pat US 4091080 42 Koslowski Thomas (1991), Process for making calcium sulfate hemihydrate from calcium sulfate dihydrate, Pat US 50015449 43 M P Luxan, F Derrego, A Laborde ( 1995), Ancient gypsum mortars from S.t Engracia (Zaragoza, Spain) : Characteration, Indentification of additives and treatments, Cement and Concrete Research, 25(8), pp 1755 – 1765 44 Martin S Bloom, Martin Granger Brawn (!971), Continuous process for the production of calcium sulphate hemihydrate from gypsum, Pat US 3579300 45 Manjit Singh, Mridul Garg (1997), Retarding action of various chemicals on setting and hardening characteristics of gypsum plaster at different pH, Cement and concrete Research, 27(6), pp 947-950 46 Masashi Hayakawa, Kazunari Ueno Yoshito Yasutake (1971), Process for preparing gypsum hemihydrate, Pat US 3615189 47 Michael Patrick Shake, Salvator C Immodino, James R Wittbold (2002), Hydration enhancing additives, Pat US 6409823 B1 48 Đinh Quảng Năng (2003), Vật liệu làm khuôn cát, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 49 Noel J Ray (2001), Dental materials science, Chaper 2: Dental plaster and stone, 4nd edn, New Millenium 50 P F Schofield, I C Stretton, K S.Kinght, S Hull, C C Wilson (2001), Hydrous mineral – making the bedrock, Science highkights, pp 40 – 41 51 Pradip K Mandal, Tanuj K Mandal (2002), Anion water in gypsum (CaSO4.2H2O) and hemihydrate (CaSO4.½H2O), Cement and concrete research, 32(2), pp 313 – 316 72 Luận văn thạc sỹ khoa học chuyên ngành Kỹ thuật vật liệu 52 R J Hand (1994), The kinetics of hydration of calcium sulphate hemihydrate: A critical comparition of models in the literature, Cement and Concrete Research, 24(5), pp 885 – 895 53 R J Hand (1997), Calcium sulphate hemihydrates: a review, British Ceramic Transaction, 96(3), pp 116 – 120 54 S Follner, A Wolter, K Helming, C Silber, H Bartels, H Follner (2002), On the real structure of gypsum crystals, Crystal research and technology, 37(2-3), pp 207 – 218 55 Salvator C Immodino, Therese Espinoza, Richard B Stevens, Charles J Miller (2002), Efficient set accelerator for plaster, Pat US 6379458 B1 56 La Thế Vinh (2000), Nghiên cứu biến tính polyme vô làm chất phủ bảo vệ, Luận văn thạc sỹ, Đại học Bách Khoa Hà Nội 57 W A Hammond (1953), Encyclopedia of chemical technology, New York 58 W F Cole, C J Lancucki (1974), Arefinement of the crystal structure of gypsum CaSO4.2H2O, Acta Crystallography, Section B, 30, PP 921 – 929 59 Wilbur S Randel, Manvek C Dailey (1933), High strength calcined gypsum and process of manufacturing the same, Pat US 1901051 60 Y K Rao, Allen M Alper (1970), Phase diagrams, Materials science and technology, Vol 1: Theory, principles and techniques of phase diagram, Academic press, New York 73 ... tài là.” NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ ĐÚC MẪU CHẢY - CHẾ ĐỘ HẤP KHN THẠCH CAO? ??, mục đích để cải thiện loại thạch cao xây dựng có chất lượng thấp từ mỏ thạch cao bên Lào thành loại thạch cao đúc có tính... cho đúc mẫu chảy đồng thời hoàn thiện chế độ hấp, đưa chế độ hấp tối ưu Chế độ hấp tối ưu chế độ hấp cho khn thạch cao sau hấp lượng nước tốt với ngun cơng đồng thời cải thiện phần độ cứng, độ. .. trình hấp thoát nước, sáp Do vậy, hướng nghiên cứu đề tài tìm chế độ hấp để nước tăng độ bền khuôn công nghệ mẫu chảy khn thạch cao Khi sản phẩm đúc đạt tiêu chí đề cơng nghệ đúc mẫu chảy Trong công