b/ Sửa hàng mộc
3.4. Khuyết tật men
Men như là lớp áo phủ lên xương, tương tự như quần áo trên cơ thể con người. Vì vậy, chất lượng của lớp men phủ ảnh hưởng đáng kể đến giá trị của sản phẩm, đặc biệt là về giá trị thẩm mỹ. Tuy nhiên, không phải khi nào sản phẩm ra khỏi lò cũng có lớp men như chúng ta mong muốn mà có thể có nhiều khuyết tật. Các loại khuyết tật men rất đa dạng, nguyên nhân của chúng càng đa dạng hơn. Khóa luận chỉ nêu ra một số khuyết tật men thường gặp.
3.4.1. Màu sắc kém Đặc điểm
Xuất hiện màu sắc đậm nhạt khác nhau không mong muốn trên một sản phẩm hoặc đậm nhạt khác nhau trên mỗi sản phẩm của cùng một loại mặt hàng. Ngoài ra mặt men xuất hiện màu khác lạ không giống màu vốn có của nó.
Hình 3.7: Khuyết tật màu sắc kém
a. Trên hai sản phẩm của cùng một mặt hàng b. Trên một sản phẩm
Nguyên nhân và cách khắc phục
1. Nguồn gốc chủ yếu hình thành khuyết tật này là ở chất màu (không xét đến trong phạm vi của đề tài).
2. Đối với quá trình nung
- Chủ yếu do sự biến đổi nhiệt độ nung và sự sai khác của lò. Ví dụ: sản phẩm men màu lá cọ lấy Fe2O3 là nguyên liệu chủ yếu của phụ gia màu, khi nhiệt độ cao hơn 250oC thì sinh ra phản ứng hoá học sau: (250o
C trở lên)
2Fe2O3 ---> 4FeO + O2 (màu đỏ) (màu đen)
Do hình thành FeO mà mặt men sinh ra có màu sắc khác thường, màu đen tro. Tùy theo tỉ lệ của Fe2O3 và FeO mà men có màu sắc khác nhau. Khi biến đổi nhiệt độ nung dùng màu vàng crôm làm phụ gia chế men cũng sẽ xảy ra khuyết điểm kém màu như vậy [9].
- Ngoài ra, môi trường nung có ảnh hưởng đặc biệt lên màu của xương, làm hưởng tới màu của men. Các sản phẩm gốm sứ chủ yếu được nung trong môi trường oxi hóa (quá trình đốt cháy nhiên liệu trong điều kiện thừa không khí, lượng oxi dư 2 - 5 %), môi trường này làm xương gốm có màu đỏ, hay đôi khi gây ra các khuyết tật vết màu vàng đối với sứ xương trắng (khi trong phối liệu có một lượng nhỏ FeO, Fe2O3). Môi trường khử (do quá trình đốt cháy nhiên liệu trong điều kiện thiếu oxi, lượng oxi thiếu hơn 1%) có thể xảy ra:
+ Màu xám của kim loại (đối với gạch clinker, trường hợp này Fe2O3 bị khử về Fe3O4)
+ Màu xám xanh (đối với gốm titanat, trường hợp này TiO2 bị khử về Ti2O3) [2, 208].
Chính sự sai khác về màu sắc của xương gốm dẫn đến sự sai khác về màu sắc của sản phẩm. Bởi vậy, muốn khắc phục khuyết điểm kém màu sắc trong khi nung chủ yếu là bảo đảm sự ổn định nhiệt độ và không khí trong lò cũng như cần xác định được các điều kiện xuất hiện các oxit (ví dụ như mức oxi hóa, nhiệt độ phân hủy và nhiệt độ tạo thành hợp chất) để chúng tồn tại ổn định.
3.4.2. Hiện tượng bọt khí Đặc điểm
Bọt khí trong men được hình thành khi nung sản phẩm. Các bọt khí này có thể là các khí thoát ra từ các lỗ xốp trong xương, của nước bốc hơi hoặc là sản phẩm của các phản ứng cháy tạp chất hữu cơ, phản ứng phân huỷ của các chất trong xương và men gốm. Bọt khí tạo nên các miệng phễu tròn kín và hở với kích thước khác nhau trên bề mặt men. Các miệng phễu hở và nhỏ được gọi là lỗ chân kim, còn lớn hơn được gọi là lỗ chân lông. Các miệng phễu kín tạo nên cấu trúc sần vỏ trứng, vỏ cam ở bề mặt men.
Bọt khí không những làm giảm độ bóng và mỹ quan của men, mà còn làm tăng nguy cơ đọng bẩn, đọng ẩm trên bề mặt men.
Hình 3.8: Khuyết tật bọt khí trên bề mặt Hình 3.9: Khuyết tật bọt khí của một bình hoa (sần dạng vỏ trứng) (dạng lỗ chân kim)
Hình 3.10: Khuyết tật bọt khí (dạng lỗ chân lông).
Nguyên nhân và cách khắc phục:
- Phân hủy và tỏa khí của các nguyên liệu, tạp chất nằm trong thành phần xương men. Ví dụ như quá trình bay hơi của nước, quá trình phân hủy muối cacbonat....
- Các lỗ xốp không khí hình thành trong xương, men sau khi sấy tách nước. Bọt khí còn lẫn trong men tráng lên sản phẩm cũng thuộc dạng lỗ xốp này.
- Nhiên liệu cháy không hoàn toàn trong lò khi nung tạo tàn cacbon rơi vào xương, men trước lúc nóng chảy.
- Nung sản phẩm trong môi trường khử cũng tạo điều kiện tỏa khí. Cụ thể như sau:
Ở nhiệt độ cao, không khí nằm giữa các hạt rắn trong xương, men cùng với các nguồn khí do cháy tạp hữu cơ và phân huỷ nguyên liệu sẽ toả ra khi men đang chảy. Do độ nhớt của men lúc này khá cao nên khí bị giữ lại và nằm ở dạng lỗ xốp kín trong men, hoặc do có tạp chất trong men, nghiền men không đạt. Có thể do tráng men khi xương còn quá nóng (làm hình thành hơi nước trong men). Lúc này, bọt khí khá lớn, nằm giữa lớp men chứ không lên sát bề mặt men.
Khi tăng nhiệt độ nung, độ nhớt của men giảm xuống, các bọt khí tăng thể tích do sự giãn nở nhiệt và do các bọt khí nhỏ liên kết lại thành các bọt lớn hơn, chúng dịch chuyển đến gần bề mặt men. Nếu kết thúc nung ở khoảng nhiệt độ này và bắt đầu thực hiện quá trình làm nguội thì các bọt khí bị co lại về thể tích, nó kéo màng men mỏng bên trên xuống dẫn đến việc hình thành các miệng phễu kín nằm bên trên bọt khí. Nhìn bề mặt lớp men trong trường hợp này có dạng sần vỏ trứng, vỏ cam và độ bóng lớp men bị giảm đi. Các miệng phễu nằm trên bọt khí thường có kích thước 25 – 40 mm hoặc lớn hơn, tập trung sát bề mặt và có thể thấy được bằng mắt thường. Cấu trúc sần vỏ trứng trên bề mặt men không
những phụ thuộc vào kích thước bọt mà còn phụ thuộc vào khoảng cách của bọt với bề mặt men.
Nếu tiếp tục tăng cao nhiệt độ nung thì độ nhớt của men càng giảm và kích thước bọt càng tăng lên. Bọt di chuyển thuận lợi qua lớp men ít nhớt để thoát ra ngoài. Tại bề mặt men, bọt bị vỡ ra và để lại các miệng phễu khuyết men. Khi đó, nếu độ linh động của lớp men không đủ cao thì tốc độ dàn men từ các vị trí xung quanh vào vị trí khuyết men chậm, dẫn đến nhiều miệng phễu không được lấp đầy men khi làm nguội, tạo thành các miệng phễu hở với kích thước lớn nhỏ khác nhau gọi là các lỗ chân lông, chân kim. Trạng thái bọt khí thoát ra khỏi bề mặt men này gọi là trạng thái sôi men và nhiệt độ tương ứng là nhiệt độ sôi men. Giai đoạn này nếu tiến hành lưu nhiệt đủ lâu, thậm chí có thể tăng nhiệt độ nung sản phẩm lên một ít thì các bọt khí trong men tiếp tục thoát ra, các miệng phễu đã hình thành sẽ được hàn lại nhanh chóng và bề mặt men được bóng láng hơn [7].
Đối với các sản phẩm mắc khuyết tật bọt khí nhưng ở những vị trí khuất hay những sản phẩm có màu men đậm và sáng màu, làm cho khó nhận ra nhất là khi có ánh sáng mạnh thì trong thực tế người ta có thể khắc phục bằng cách chấm màu lên những bọt khí đó sẽ che được phần nào khuyết điểm này.
3.4.3. Cuốn men Đặc điểm
Cuốn men là hiện tượng trên bề mặt sản phẩm có những vùng trống với hình dạng, kích thước khác nhau không được phủ men. Men ở rìa các vùng trống thường nhô lên và dày hơn. Người ta cũng lợi dụng hiện tượng này để trang trí.
Hình 3.11: Khuyết tật cuốn men trên sản phẩm gốm
Nguyên nhân và cách khắc phục:
Nguyên nhân do trong thành phần hóa học của men chứa các oxit có sức căng bề mặt lớn như Al2O3, MgO, ZnO, CaO, SnO2, NiO, V2O5, Cr2O3…. Sức căng bề mặt thường có khuynh hướng thu nhỏ ranh giới tiếp xúc của pha lỏng. Tại ranh giới giữa pha rắn - lỏng, khí – lỏng hay lỏng - lỏng sẽ hình thành sức căng bề mặt, điều này đóng vai trò quan trọng trong quá trình thấm ướt. Một số men khi chảy lỏng có khuynh hướng tự co lại thành hình cầu làm cho men không bám vào xương gốm.
Hình 3.12: Minh họa cách xác định hiện tượng thấm ướt của men
Có thể điều chỉnh sức căng bề mặt mà không cần thay đổi thành phần hoá bằng cách thay đổi nhiệt độ nung nhưng để làm điều này nhất thiết phải điều chỉnh phối liệu xương.
Cuốn men xuất phát từ vết nứt men hoặc từ vị trí tróc men ở vùng nhiệt độ thấp do men liên kết yếu với xương. Khi men chảy, do độ nhớt, sức căng bề mặt của men cao cũng như độ thấm ướt của men không tốt nên các khe nứt, điểm tróc men không những không được hàn lại mà còn bị kéo rộng ra và để lại các vùng khuyết men. Đến giai đoạn nóng chảy men dưới tác dụng của lực căng bề mặt sinh ra co ngót men. Nếu độ nhớt, sức căng bề mặt của men giảm xuống, độ thấm ướt của xương bởi men tốt hơn thì các vết nứt, vết tróc men có thể được hàn lại hoàn toàn hoặc một phần.
Các nguyên nhân gây nên phá huỷ cấu trúc lớp men ở vùng nhiệt độ thấp có ảnh hưởng quyết định đến hiện tượng cuốn men. Nếu bề mặt men không hình thành các vết nứt, vết tróc thì rất khó xảy ra hiện tượng cuốn men. Vì vậy, khi nung phải giảm nhỏ tốc độ nâng nhiệt giai đoạn bắt đầu vùng tiền nung để tránh lớp men sinh ra nứt khe, kéo dài thời gian bảo tồn ngọn lửa cao phù hợp ở vùng nung để khắc phục sự thiếu độ dính lớn khi nhiệt độ cao và tính chảy kém của men. Bề mặt của xương bị bẩn như đọng bụi, dính vết dầu mỡ làm cho men khó bám vào xương cũng là một trong các nguyên nhân gây nên hiện tượng này.
Có thể tăng độ bám dính của men vào xương để men không bị tróc ra ở vùng nhiệt độ thấp bằng cách đưa vào men các chất liên kết như đất sét dẻo và các loại keo hữu cơ. Sét bentonit đưa vào men với lượng 1 – 3% làm tăng đáng kể độ bền của lớp men cũng như độ bám dính của men vào xương. Tuy nhiên đưa một lượng lớn sét dẻo vào men lại có thể gây nên các vết nứt, vết tróc ở lớp men khi sấy hoặc nung ở nhiệt độ thấp [7].
3.4.4. Nứt men Đặc điểm
Trên bề mặt men hình thành một mạng lưới các vết nứt nhỏ, tuy nhiên đôi khi có thể khá lớn và sâu. Vết nứt có thể hình thành ngay sau khi mở lò hay sau một thời gian. Men bị nứt nói chung là không mong muốn, đặc biệt đối với các sản phẩm dùng để chứa chất lỏng hay thực phẩm.
Hình 3.13: Khuyết tật nứt men với những kích cỡ khác nhau trên bề mặt sản phẩm
Tuy nhiên đôi khi người ta vẫn chủ động làm loại men nứt để trang trí lên các loại gốm mỹ nghệ.
Hình 3.14: Men nứt do con người tạo ra để trang trí
- Thay đổi nhiệt độ đột ngột gây nên sốc nhiệt.
- Nung cao lửa làm nóng chảy thạch anh trong xương và làm thay đổi hệ số dãn nở nhiệt độ của men.
- Nếu xương xốp và sản phẩm có những phần không tráng men, trong quá trình sử dụng xương sẽ hút ẩm và giãn nở.
- Xương và men cố kết kém. Do hệ số dãn nở nhiệt độ của xương thấp hơn men quá một giới hạn, khi làm nguội trong lớp men xuất hiện ứng suất kéo và men bị nứt [4, 272].
Người ta dùng nhiều phương pháp khác nhau để nhận biết tương quan độ giãn nở nhiệt giữa xương và men. Một trong các phương pháp là đổ bột liệu men vào một nửa chiều cao của chén đất mộc cần nghiên cứu (kích thước H – 2cm, - 4 cm), nung chảy men trong chén rồi làm nguội. Nếu men nứt là dấu hiệu độ giãn nở nhiệt của men lớn hơn xương, nếu chén nứt – độ giãn nở nhiệt của xương lớn hơn men.
Đánh giá chính xác nhất độ phù hợp xương men là xác định hệ số giãn nở nhiệt của xương và men trên thiết bị đilatomét thạch anh. Thực tế cho thấy những sản phẩm có dạng hình cầu dễ gây ra hiện tượng nứt men hơn các hình dạng khác do có sức căng bề mặt lớn.
Cách khắc phục
Hạn chế những nguyên nhân gây nên khuyết tật.
Trong quá trình nung sản phẩm, giữa xương và men có phản ứng hoá học để tạo ra sản phẩm phản ứng là một lớp vật chất trung gian nằm giữa xương và men. Lớp trung gian có tính chất vật lý dung hoà giữa xương và men. Sự có mặt của nó làm giảm đáng kể ứng suất trong lớp men do chênh lệch về hệ số giãn nở nhiệt giữa xương và men, qua đó làm giảm hiện tượng nứt và bong men. Chiều
dày lớp vật chất trung gian đối với các loại men khác nhau thường dao động từ 0,01 đến 0,3 mm.
3.4.5. Men không bám
Men bị tách ra, không bám vào xương và để lộ xương bên trong ra ngoài. Hiện tượng này có thể thể hiện trong một vùng nhỏ, hay có thể toàn bộ bề mặt sản phẩm đều không có men.
(Gốm Bát Tràng) (Gốm Chu Đậu) Hình 3.15: Khuyết tật men không bám trên sản phẩm gốm
Nguyên nhân do men liên kết với xương không tốt do một số nguyên nhân sau:
- Hệ số giãn nở nhiệt của xương lớn hơn của men quá một giới hạn, khi làm nguội xương co nhiều hơn và tạo nên ứng suất nén lên lớp men làm men dễ bị bong ra.
- Do mộc bị bụi bẩn hay dính chất nhờn. - Do tráng men quá dày.
- Do sấy men quá nhanh trong quá trình sấy nung. Khi đó men được tráng dày hay hàng mộc chưa được làm sạch sẽ dễ dàng có thể gây nên loại khuyết tật này. Bởi khi tăng nhiệt độ quá nhanh men chưa kịp thấm ướt, bám dính lên bề
mặt của xương thì men đã khô tạo ra hai hỗn hợp rắn tách dời nhau cũng có thể men bị co lại tập trung ở những nơi men bám được vào xương.
- Do bề mặt xương nung lần một quá bóng hay thiếu chất kết dính cần thiết trong men.
3.4.6. Rạn mặt men Đặc điểm
Bề mặt men nhìn như có các vết nứt nhỏ nhưng thực tế bề mặt của sản phẩm hoàn toàn mịn, không có vết sần như khuyết tật nứt. Khi rạn men trầm trọng xuất hiện dạng vẩy cá tròn; khi rạn men nhẹ thì xuất hiện dạng châm kim hoặc dạng hoa tuyết; khi rạn men tương đối nhẹ thì xuất hiện dạng màng hoa mốc hoặc rạn dạng sương mù.
Hình 3.16: Khuyết tật rạn mặt men (dạnh chân chim)
Nguyên nhân và cách khắc phục
Rạn mặt men bình thường rất ít xuất hiện trong quá trình nung, nhưng khi tốc độ giảm nhiệt độ vùng làm lạnh không đủ nhanh cũng có khả năng sinh ra rạn men. Nguyên nhân của việc sinh ra rạn men ngoài do sự chênh lệch hệ số giãn nở nhiệt của men và xương (xương giãn nở vì nhiệt nhiều hơn men) và thao tác không đúng thì khi vùng nung cháy không hết sinh ta nhân tố than đọng lại
trên mặt men làm thành hạt tinh thể sẽ dẫn đến gây ra rạn men, đặc biệt càng rõ khi khí thải cuộn ngược trong lò. Ngoài ra, khi trong nhiên liệu đốt, khí đốt có lưu huỳnh sẽ kết hợp dưới tác dụng nóng chảy của men hình thành tinh thể muối axit lưu huỳnh làm cho mặt men xuất hiện vết loang hoặc mặt men không rõ. Biện pháp khắc phục trong thao tác lò chủ yếu là tăng lượng gió làm lạnh nhanh, để khi làm lạnh nhiệt độ nhanh chóng giảm xuống mà vẫn có thể ngăn chặn khí đốt cuộn ngược lại [10].
Tuy nhiên, người ta vẫn chủ động tạo ra men rạn để trang trí các loại gốm