b/ Sửa hàng mộc
2.2.6. Hoàn thiện và phân loại sản phẩm
Công đoạn cuối cùng của thợ gốm là hoàn thiện sản phẩm (nếu cần): trang trí hoa văn, gia công cơ học….
Thợ gốm phân loại sản phẩm trước khi đóng hàng hay cho vào kho hàng hay đem trưng bày.
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Nứt sản phẩm
Nứt là một trong những khuyết tật nghiêm trọng nhất và thường xuyên xảy ra khi nung gốm. Nó không đơn giản chỉ làm ảnh hưởng đến tính thẩm mỹ, tính chất cơ học và vật lý của xương mà còn có thể phá hủy hoàn toàn sản phẩm đó.
Nứt xảy ra do nhiều nguyên nhân khác nhau, trong giới hạn của đề tài chỉ nghiên cứu nứt vật liệu xảy ra ở giai đoạn nung sản phẩm.
Dựa vào sự khác nhau về kích thước của các vết nứt người ta có thể chia ra làm hai loại sau:
3.1.1. Nứt tế vi Đặc điểm Đặc điểm
Các vết nứt tế vi nằm bên trong vật liệu không gây phá hủy vật liệu, không thể phát hiện bằng mắt thường hoặc kính lúp chỉ có thể phát hiện được khi dùng các phương pháp kiểm tra như siêu âm, kiểm tra từ tính, chụp X quang….
Các vết nứt tế vi tạo thành một mạng lưới trong vật liệu và chúng có ảnh hưởng đáng kể đến các tính chất cơ – lý của vật liệu. Trong quá trình được sử dụng hay làm việc nó sẽ phát triển rộng ra tạo thành các vết nứt thô dại.
Nguyên nhân
1. Do sự xuất hiện của ứng suất dư khá lớn tại các tiểu vùng ở giai đoạn làm nguội trong quá trình nung. Sự hình thành các ứng suất dư chủ yếu là do sự chênh lệch hệ số giãn nở nhiệt giữa các loại tinh thể khác nhau hoặc giữa các tinh thể và pha thủy tinh. Ứng suất dư còn có thể xuất hiện do giãn nở nhiệt dị hướng của các tinh thể cùng loại được phân bố lộn xộn trong vật liệu [4, 107].
2. Có các vết vi nứt trong vi cấu trúc do sự thay đổi thể tích của pha tinh thể trong quá trình biến đổi thù hình.
Cách khắc phục
Để khống chế không có khuyết tật xuất hiện trong giai đoạn làm nguội thì phải đảm bảo làm nguội chậm trong các khoảng nhiệt độ có biến đổi thù hình và không xuất hiện ứng suất dư đáng kể.
- Khoảng chuyển hóa trong quá trình đóng rắn pha lỏng nóng chảy.
- Khoảng hạ nhiệt độ từ 650 – 5000C, tại đây diễn ra hiện tượng biến đổi thù hình của - quắc về - quắc.
- Khoảng hạ nhiệt độ từ 280 – 1000C, tại đây diễn ra hiện tượng biến đổi thù hình của cristobolit [2, 217].
3.1.2. Nứt thô dại
Nứt thô dại là khuyết tật nghiêm trọng hay gặp nhất. Có hai nguyên nhân chủ yếu gây nên hiện tượng này. Thứ nhất, là do vết nứt tế vi phát triển thành (không xét đến). Thứ hai, là do sự giãn nở vì nhiệt trong quá trình nung. Dựa vào đặc điểm của vết nứt ta có thể biết được nứt xảy ra khi nâng nhiệt hay hạ nhiệt. Trong thực tế sản xuất nứt ở giai đoạn hạ nhiệt xảy ra nhiều hơn so với giai đoạn nâng nhiệt và thường xảy ra đối với các sản phẩm có kích thước tương đối lớn còn đối với các sản phẩm có kích thước nhỏ thì ít hơn và nếu có thì cũng khó phát hiện hơn.
3.1.2.1. Nứt ở giai đoạn nâng nhiệt
Đặc điểm
Nứt ở giai đoạn nâng nhiệt là do sản phẩm chưa được sứ hoá, vẫn xuất hiện trạng thái nguyên hạt. Đặc trưng nứt bề mặt nứt thô, miệng nứt hình răng
cưa, do sau khi nứt vẫn còn nung ở nhiệt độ cao, vì vậy mà miệng nứt trơn tròn, trong khe nứt có thể dính men.
Hình 3.1: Khuyết tật nứt ở giai đoạn nâng nhiệt
Nguyên nhân và cách khắc phục
1. Tách nước lý học
Nứt ở giai đoạn nâng nhiệt xảy ra nhiều ở phần viền của xương, nhất là ở đoạn trước vùng tiền nung, giai đoạn sau khi bốc hơi, nguyên nhân chủ yếu là thành phần nước trong xương gốm vào lò tương đối cao mà đầu lò dài nhiệt độ lại tăng quá gấp, tốc độ truyền nhiệt lớn hơn tốc độ truyền hơi nước hướng ra ngoài, bề mặt của xương gốm cứng hoá làm cho hơi nước bên trong không dễ thoát ra ngoài mà tạo thành nứt. Miệng vết nứt loại này tương đối to. Khi thể tích của sản phẩm tương đối lớn và độ thẩm khí của nó nhỏ, áp suất hơi nước tăng cao đến mức có thể làm nổ sản phẩm.
Hiện tượng nêu trên có thể khắc phục bằng cách hạn chế tốc độ nâng nhiệt vào thời gian nung ban đầu, từ nhiệt độ bình thường đến 200 – 3000C.
Đối với sản phẩm tường mỏng cũng như loại khối đặc được sấy khô tốt, hiện tượng thoát ẩm không hạn chế tốc độ tăng nhiệt độ.
2. Ứng suất cơ học
Ứng suất cơ học xuất hiện trong vật liệu nung do giãn nở nhiệt có quan hệ trực tiếp với tốc độ đốt nóng dẫn đến sự thay đổi thể tích. Ngoài ra, các quá trình hóa lý xảy ra trong xương cũng làm thay đổi thể tích xương tùy theo nhiệt độ nung và vận tốc đốt nóng. Đốt nóng gây chênh lệch nhiệt độ phía trong và ngoài sản phẩm, các lớp phía ngoài chịu ứng suất nén và các lớp bên trong chịu ứng suất kéo.
Chênh lệch nhiệt độ cực đại cho phép trong sản phẩm (Tmax) vượt quá giới hạn cho phép trong vật liệu sẽ xuất hiện vết nứt (hoặc phá hủy sản phẩm) vì gốm là vật liệu giòn và có cường độ kéo nhỏ. Tmax phụ thuộc vào đại lượng hệ số giãn nở nhiệt, độ bền cơ học và mođun đàn hồi của vật liệu. Trong quá trình đốt nóng, chênh lệch nhiệt độ cực đại cho phép bị thay đổi cùng với sự thay đổi các tính chất vật lý đã nêu. Đối với các giai đoạn riêng biệt của quá trình đốt nóng người ta có thể tìm Tmax bằng tính toán hoặc thực nghiệm. Tốc độ đốt nóng Vmax được diễn tả bằng biểu thức gần đúng sau đây:
2 max . . max A a T V (0 C/h) Trong đó: a – hệ số độ dẫn nhiệt độ, m2/h.
- chiều dày quy ước của vật thể, đó là tỷ số giữa thể tích và bề mặt hiệu dụng của vật thể (bề mặt tham gia vào trao đổi nhiệt với bên ngoài), m.
A – hệ số kể đến hình dạng của vật thể (đối với bảng phẳng vô hạn Amax: 0,5; đối với khối: 0,2; đối với hình cầu: 0,167).
Biểu thức nêu trên áp dụng cho trạng thái vật thể còn đàn hồi và được sử dụng để đánh giá định tính vai trò của các yếu tố riêng biệt. Trong trường hợp có các hiệu ứng thu hoặc tỏa nhiệt trong vật thể thì việc áp dụng biểu thức Vmax có nhiều phức tạp.
Ứng suất cơ học xuất hiện do sản phẩm co khi kết khối là ứng suất kéo và ngược chiều với ứng suất cơ học gây nên bởi giãn nở nhiệt. Độ co sản phẩm kết khối vào khoảng 10 – 15 %, lớn hơn nhiều lần so với đại lượng giãn nở nhiệt của sản phẩm trước lúc kết khối. Khoảng nhiệt độ làm tăng nhanh mật độ thông thường đến 300 – 4000C. Biến đổi thể tích của sản phẩm trong khoảng nhiệt độ nêu trên xảy ra rất mạnh, mạnh hơn nhiều so với giãn nở nhiệt gây ra trước đó, do vậy dễ dẫn đến nứt, biến dạng và các khuyết tật khác trong sản phẩm. Đại lượng chênh lệch nhiệt độ cho phép vào giai đoạn kết khối mạnh của sản phẩm, tương ứng là Vmax, cần được giảm xuống một cách thỏa đáng cho dù nhiều sản phẩm đã có trạng thái dẻo. Cần có những kiểu lò nung đảm bảo nhiệt độ đồng đều trong lò, hạ thấp tổn thất nhiệt độ do tích lũy và tỏa ra môi trường chung quanh. Lò cần được tự động hóa để điều chỉnh quy trình nung, tăng cường quá trình cháy và tạo đối lưu tốt các dòng khí trong lò, điều chỉnh môi trường khí trong lò dễ dàng [4, 105 - 106].
Trong thực tế, nếu nung bằng lò gas thì việc xác định nhiệt độ trong lò nung là dễ dàng vì vậy người ta có thể khống chế được nhiệt độ nung hay nói cách khác là có thể khống chế được độ lửa nhưng nếu sử dụng nhiên liệu đốt là than thì việc này khó khăn hơn vì vậy trước mỗi một lò nung, khi thay bằng chất than khác người ta thường đốt thử xem chất than có thay đổi gì so với chuyến
than trước không từ đó thay đổi lượng than và lượng chất độn (xỉ, đất) vào lò nung cho phù hợp (đối với các lò sử dụng nhiên liệu đốt là than). Thông thường sử dụng hỗn hợp 3 than + 1 xỉ + 2 đất sẽ tạo ra nhiên liệu để đốt lò.
3.1.2.2. Nứt ở giai đoạn hạ nhiệt
Đặc điểm
Nứt ở giai đoạn hạ nhiệt còn gọi là nứt gió hoặc nứt nguội, xảy ra khi sản phẩm qua nung đã sứ hoá ở nhiệt độ cao, vết nứt trơn bóng bề mặt, miệng sắc nhọn.
(Gốm Bát Tràng) (Gốm Chu Đậu) Hình 3.2: Khuyết tật nứt ở giai đoạn hạ nhiệt
Nguyên nhân và cách khắc phục
1. Khi giai đoạn cung cấp năng lượng (giai đoạn nung) kết thúc và giai đoạn làm nguội sản phẩm bắt đầu, trong xương diễn ra các quá trình biến đổi thù hình, kết tinh thứ cấp từ pha lỏng nóng chảy quá bão hòa và pha lỏng nóng chảy đóng rắn lại thành pha thủy tinh. Khi nhiệt độ hạ xuống, trong xương xuất hiện
ứng suất không đồng đều có thể gây nứt. Khi vật liệu có khả năng biến dạng dẻo, có thể tăng tốc độ làm nguội nhưng khi sản phẩm chuyển sang trạng thái dòn thì tốc độ làm nguội phải giảm xuống.
2. Do hiện tượng biến đổi thù hình của một số khoảng có mặt trong nhiều sản phẩm gốm sứ (thạch anh, cristobalit…). Biến đổi thù hình các khoáng ở vùng nhiệt độ thấp kèm theo hiệu ứng thay đổi thể tích dẫn đến nứt vỡ sản phẩm. Do vậy tốc độ làm nguội trong khoảng nhiệt độ biến đổi thù hình cần phải chậm dãi [4, 107].
3. Ngoài ra, cũng có thể do thao tác vào lò không ổn định, sản phẩm vào lò nung không liên tục, bị trống một đoạn lớn trong lò dẫn đến sự thay đổi nhiệt độ và dòng khí trong lò. Vì vậy lò cần được tự động hóa, môi trường khí trong lò phải đảm bảo vệ sinh.
Trong các lò nung hiện đại thường dùng nhiên liệu là khí hóa lỏng (còn gọi là khí gas hay PLG), khí thiên nhiên hay khí than. Khí thiên nhiên và khí gas vận chuyển dễ dàng, nhiệt trị khá, quá trình cháy được điều chỉnh dễ dàng, kiểm soát được nhiệt độ trong là thông qua dây dẫn và nhiệt kế và không sinh ra tro bụi đảm bảo vệ sinh môi trường trong lò cũng như môi trường chung. Tuy nhiên, cần phải hết sức cẩn thận bởi hỗn hợp không khí và khí thiên nhiên hay khí gas rất dễ nổ.
Đối với các sản phẩm tiêu tốn nhiều nguyên liệu và lao động, nếu sản phẩm có những vết nứt nhỏ thì người ta thường sửa chữa lại vết nứt đó bằng cách làm sạch vết nứt, dùng giấy giáp đánh sạch rồi dùng hồ để gắn lại.
Hình 3.3. Hình ảnh sau khi vứt nứt đã được gắn hồ
3.2. Biến dạng sản phẩm
Có rất nhiều loại biến dạng sản phẩm ví dụ như độ phẳng của sản phẩm, biến dạng hình dạng sản phẩm….
Hình 3.4: Khuyết tật biến dạng hình dạng sản phẩm
Đại đa số khuyết tật biến dạng bởi nung không đúng, nhiệt độ trong lò nung không đều hoặc nhiệt độ quá cao, làm cho vật liệu ở bộ phận nhiệt độ cao có sự co ngót tương đối lớn hoặc mềm hóa tương đối mạnh, hay xảy ra hiện tượng quá lửa sinh ra biến dạng, phồng…. Đương nhiên còn có rất nhiều yếu tố
khác có thể tạo ra thành khuyết tật biến dạng, ví dụ như: hiệu ứng máy không ổn định, phối liệu không đúng, tạo hình mật độ không đều… đến các công đoạn ở trước đó đều có thể lưu lại nguy cơ tiềm ẩn sinh ra biến dạng.
Ngoài ra, quá trình đốt cháy tạp chất hữu cơ cũng là một trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng xương gốm bị phồng, do sự thoát khí CO2 trong phản ứng phân hủy cacbonat hay thoát khí oxi khi khử Fe3+ xảy ra sau khi quá trình kết khối đã kết thúc, khi mà bề mặt xương đã đóng kín và có độ thẩm khí rất thấp. Chiều dày xương sản phẩm và vận tốc nâng nhiệt độ có ý nghĩa quan trọng, xương càng mỏng và vận tốc nâng nhiệt độ càng chậm thì càng khó bị phồng.
Khóa luận nghiên cứu cụ thể đến biến dạng khi nung gạch ceramic 3.2.1. Khuyết tật độ phẳng đa gạch
Khi độ chênh lệch nhiệt độ ở trên và dưới con lăn trong lò tương đối lớn, một mặt gạch nhiệt độ tương đối cao, ví dụ như mặt trên của xương gạch chịu nhiệt độ tương đối cao, thì sự co ngót lớn sinh ra lõm xuống, ngược lại khi nhiệt độ ở trên con lăn tương đối thấp thì sẽ sinh ra biến dạng lồi lên.
3.2.2. Bốn góc của viên gạch vểnh lên
Nếu viên gạch ở vị trí mép lò thì không nghiêm trọng. Nếu chưa khống chế phù hợp sự khác biệt nhiệt độ ở trên và dưới con lăn, thì khuyết tật này xảy ra nhiều; lấy kích thước trung bình làm chuẩn, biện pháp khắc phục là: nếu kích thước gạch ra lò là chính xác, hạ thấp nhiệt độ phía trên con lăn từ 5 – 1000C và nâng cao nhiệt độ phía dưới con lăn tương ứng. Nếu kích thước gạch ra lò hơi to thì ngược lại, nâng cao nhiệt độ phía dưới con lăn từ 5 - 1000C hoặc 5 - 1000C trở lên, nếu kích thước gạch ra lò hơi nhỏ thì ngược lại giảm nhiệt độ phía dưới con lăn từ 5 - 1000C.
3.2.3. Cong góc dưới
Khuyết tật này hoàn toàn cùng loại với vểnh góc, chỉ là sự tương phản khác biệt nhiệt độ ở trên và dưới con lăn. Mặt gạch sinh ra cong góc dưới tức là nhiệt độ phía dưới con lăn cao hơn nhiệt độ phía trên, phương pháp giải quyết tương ứng với cách thức kể trên.
3.2.4. Đường cong
Đường viền của gạch đang thẳng dần dần lõm xuống, nếu là gạch chữ nhật, chiều dài rõ hơn chiều ngang, tần suất sinh ra khuyết tật này hầu như cố định mà còn đồng nhất toàn lò, như gạch ở vào vị trí bên rìa lò thì không nghiêm trọng. Khuyết tật có thể sinh ra trong quá trình nung, đặc biệt là khi tồn tại nhiệt độ phía trên con lăn cao hơn nhiệt độ phía dưới con lăn trong kỳ và sau khi nâng nhiệt. Biện pháp khắc phục là: nếu như kích thước ra lò chính xác, hạ thấp nhiệt độ phía trên con lăn từ 5 - 1000C, hoặc dựa vào kết quả sau khi điều chỉnh phạm vi nhiệt độ này trở lên và nâng nhiệt độ phía dưới con lăn tương ứng; nếu kích thước gạch ra lò hơi nhỏ, thì chỉ hạ thấp nhiệt độ phía dưới con lăn từ 5 - 1000C. 3.2.5. Đường cong phía trên song song
Hai bên đầu trước và sau gạch, chỗ cong cách đường viền khoảng 7 – 8 cm, gạch ở vào cạnh lò thì khuyết tật này không nghiêm trọng, khả năng hay xảy ra ở đoạn tiền nung tức là khi ở nhiệt độ khoảng 850 - 9000C, thấp hơn 50 - 1000C so với nhiệt độ cao nhất, phương pháp uốn nắn là nâng cao nhiệt độ trên con lăn và hạ thấp nhiệt độ dưới con lăn, làm cho nó hơi lõm xuống, nhưng tuyệt nhiên không thể lồi lên. Như vậy, khi gạch trên con lăn liên tục tiến về phía trước, duy trì sự bằng phẳng ở điểm lồi ra, lợi dụng hiện tượng mềm hoá ở nhiệt độ cao, xương gạch có thể vì tác dụng ứng lực mà phục hồi bằng phẳng.
Ở đầu trước sau gạch, chỗ cong lên cách đường biên khoảng 7 – 8 cm, tiếp theo sau đó uốn cong xuống cách biên 3 cm, tần suất tạo ra khuyết tật này hầu như cố định mà còn đồng nhất trên toàn bộ lò; nhưng nếu gạch ở vào vị trí mép lò thì không nghiêm trọng, nguyên nhân phát sinh thì rất nhiều:
+ Có khả năng là ở khu gió làm lạnh nhanh, gạch khi tiến về phía trước tự