7. CHƯƠNG 7: MEN PHỦ VÀ CHẤT MÀU TRANG TRÍ SẢN PHẨM GỐM
7.1.3. Các tính chất của men
Ở đây chúng ta xét các tính chất của men có vai trò to lớn trong quá trình thành tạo nó như độ nhớt, sức căng bề mặt. Tính chất có vai trò to lớn trong quá trình thành tạo cũng như sử dụng là sự dãn nở nhiệt của men. Các tính chất sau khi men đã hình thành như độ cứng, tính chất điện, độ bền hoá học...
7.1.3.1. Sự thành tạo lớp men. Sự thành tạo lớp trung gian giữa xương và men. Độ
nhớt của men
Chiều dày lớp men tạo thành phụ thuộc vào độ xốp của xương gốm, đặc biệt khi lổ xốp nhỏ vừa (d = 50-2 nm) và vi xốp (d < 2 nm) ít hơn số lượng lổ xốp lớn (d > 50 nm), phụ thuộc vào thời gian nung men và tính chất của huyền phù, độ dày của lớp men tráng.
Khi nung trong men diễn ra các quá trình phân huỷ các chất đầu, chẳng hạn như CaCO3 và các phản ứng khác và chúng nóng chảy.
MnO2 MnO + 1/2 O2
Sb2O5 Sb203 + O2
Fe2O3 2Fe1100 304 + 1/2 O2
0C
3Fe3O4 6FeO + O2
Tại nhiệt độ tối ưu men có độ nhớt 2.102 - 2.103 Pa.s. Độ nhẵn bề mặt của men phụ thuộc vào độ nhớt đúng của nó khi nung. Nếu độ nhớt thấp men sẽ có nhiều bọt khí (do sự phân hủy, phản ứng của xương và men hay khí của môi trường trong lò bị giữ lại khi men đóng rắn trong quá trình nung) ngoi lên trên lớp bề mặt và bề mặt men cần thời gian để ổn định sau khi khí thoát ra.
Khi độ nhớt của men cao và sức căng bề mặt lớn thì khí thoát ra tạo nên trên bề mặt những kênh hình ống hay phễu (tạo khuyết tật lổ chân kim).
Khi độ nhớt của men đúng thì thì các bọt khí tập trung nơi biên giới xương-men và không làm ảnh hưởng đến bề mặt men.
Các cation kim loại kiềm làm giảm mạnh nhất độ nhớt của men theo chiều sau Li+>Na+>K+.
Sự hình thành lớp trung gian: trong thời gian nung thường nảy sinh giữa men và xương một lớp trung gian có độ dày 10-50 µm. Lớp trung gian này có thành phần hoá, hàm lượng và thành phần pha tinh thể, pha khí v.v... khác với xương và men. Sự xuất hiện lớp trung gian phụ thuộc vào thành phần hoá, thành phần hạt của xương và men, vào thời gian và nhiệt độ nung, vào độ xốp của xương...
Trong các nguyên liệu để hình thành lớp trung gian thì CaO là phụ gia tốt nhất, nó cũng chống nứt men tốt. Do vậy trong hầu hết các loại men đều có CaCO3 đưa vào. Trong quá trình nung CaO trong men tan ra thì trong xương cũng như vậy, kéo theo sự tan của những phần tử khác, qua đó lớp trung gian được hình thành và phát triển từ cả hai phía. Ngoài CaCO3 người ta còn dùng vôlastônit (CaO.SiO2) và đôlômit (có tác dụng kém hai loại kia).
Phụ gia CaCO3 cho vào men có tác dụng chống nứt men tốt do: - Tăng hệ số dãn nở cho xương.
- Tăng quá trình tạo lớp trung gian. - Cản trở sự trương nở của xương.
7.1.3.2. Sức căng bề mặt (năng lượng bề mặt)
Sức căng bề mặt của một pha lỏng tác dụng lên ranh giới của pha lỏng theo chiều hướng thu nhỏ bề mặt của nó. Đối với các silicat nóng chảy nằm trong khoảng 300 dyn/cm2.
Sức căng bề mặt của một pha lỏng silicat nóng chảy phụ thuộc vào nhiệt độ nung hay thành phần hoá của nó. Tính sức căng bề mặt theo phương pháp cộng tuỳ theo thành phần hoá của men.
Sức căng bề mặt của men tăng theo dãy sau: B2O3, ZnO, CaO, NiO, V2O5, Al2O3, MgO, SnO2, Cr2O3 và giảm theo dãy sau: SrO, BaO, SiO2, TiO2, NaO, PbO, K2O, Li2O.
7.1.3.3. Sự dãn nở nhiệt của men
Khi làm lạnh ở nhiệt độ chuyển hoá men có độ nhớt 1013 Pa.s.
Ở nhiệt độ phòng men có độ nhớt 1020 Pa.s. Cũng như một lớp thuỷ tinh ở dưới nhiệt độ chuyển hoá men có tính dòn và tính chất quyết định bây giờ, ảnh hưởng đến quan hệ giữa xương và men là hệ số dãn nở nhiệt α.
Sự khác nhau của α của xương (αx) và α của men (αm) thể hiện ra khi làm nguội sản phẩm, tức là khi cả xương và men cùng co lại.
Nếu αx < αm men chịu ứng suất kéo. Nếu αx > αm men chịu ứng suất nén.
Men chịu ứng suất nén tốt hơn nên nếu không tạo được xương và men có α bằng nhau thì tốt nhất αx > αm,tuy nhiên giới hạn cho phép là αx - αm ≤ 0.5.10-6 K-1. Trên hình 24 thể hiện tương quan giữa hệ số dãn nở nhiệt αx và αm.
Hình 24. So sánh giữa hệ số dãn nở nhiệt của xương và men
Men mỏng đi thì giảm được ứng suất giữa xương và men. Nhưng men mỏng quá (< 150 µm) thì sẽ bị sần. Như vậy men phải đạt được độ dày ít nhất 150-250 µm (0.15-0.25 mm).
7.1.3.4. Độ cứng của men
Đây là một thông số quan trọng trong quá trình sử dụng men.
- Độ bền chống lại vết xước: dùng cho gốm dân dụng, gạch men, gốm kỹ thuật. Xác định bằng kim cương hay những vật liệu có độ cứng cao xong đối chiếu với mẫu đã xác định trước.
Vd: Tấm ốp ≥ 3 Mohs, tấm lát ≥ 5 Mohs
- Độ bền lún: của một mẫu nén bằng kim cương. Cũng xác định cho các loại gốm sứ trên.
- Độ bền chống mài mòn: biểu thị bằng sự hao mòn của vật liệu sau khi mài. Tấm lát đặc biệt cần tính chất này.
7.1.3.5. Tính chất điện của men
Khả năng dẫn điện là do ảnh hưởng chính của kiềm. Hàm lượng kiềm càng cao thì khả năng dẫn diện càng lớn, ứng với sự dao động của các ion kiềm trong mạng lưới thuỷ tinh. Vì vậy men cho sứ cách điện không dùng kiềm.
0,8 PbO 0,2 Al2O3 1,7 SiO2 /0,2 ZrO2 0,2 ZnO 0,75 B2O3
Men này nung ở 8000C. PbO cao làm giảm sự dao động của các ion kiềm. Điện trở của men tăng theo các ôxit sau: CaO, BaO, B2O3, PbO, Fe2O3, MgO, ZnO, SiO2.
7.1.3.6. Độ bền hoá
Men trong quá trình sử dụng phải bền với môi trường, chẳng hạn nước, không khí (CO2), bền trong môi trường axit và kiềm loãng. Ổ đây còn có vấn đề men bền khi gốm được dùng trong thực phẩm. Men sứ trên thực tế không thải ra các chất độc hại. Vấn đề chính là ở chổ men nhẹ lửa, rất không bền với các chất axit từ trong thực phẩm.
Men sẽ bền hoá nếu ít kiềm. PbO và B2O3 cùng làm giảm độ bền hoá. Các ôxit nâng cao độ bền hoá: SiO2, Al2O3. Khi Al2O3 tăng thì độ bền hoá tăng nhưng phải < 18% nếu không sẽ làm xấu đi các tính chất của men.