1.4. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ GỐM SỨ [28]
1.4.6. Tìm hiểu về thành phần hoá học và cách chế tạo men
Men là một trong những thành phần cơ bản của gạch gốm lát nền. Nó góp phần nâng cao chất lượng, tính năng kỹ thuật và tính thẩm mỹ của sản phẩm. Thành phần chính của men là pha thủy tinh, ngoài ra còn chứa một lượng nhỏ pha tinh thể và pha
khí. Pha tinh thể trong men một phần được hình thành trong quá trình nung, phần khác do hàm lượng thạch anh tàn dư chưa phản ứng hết (hàm lượng này thường rất nhỏ - không quá 3%). Về mặt cấu trúc, men gốm được tính từ lớp trung gian (engobe), men nền (glaze) đến lớp in hoa trang trí. Men gạch gốm lát nền là loại men frit hóa có nhiều cấu tử.
Trong công nghệ nung nhanh 1 lần, men gạch gốm cần có độ bền nhiệt cao, hệ số giãn nở phù hợp giữa các lớp men với nhau và với xương gạch. Độ bền nhiệt phản ánh khả năng chịu đựng của men khi nhiệt độ thay đổi đột ngột và do các tính chất lý học của frit và men quyết định. Muốn chế tạo được men frit hóa có độ bền nhiệt, độ cứng và độ chịu mài mòn cao thì việc lựa chọn, tính toán để tạo ra một loại frit tương ứng là rất cần thiết. Việc nghiên cứu chế tạo frit và men được xác lập trên cơ sở hệ R2O - RO - B2O3 - Al2O3 - ZrO2 - SiO2. Tuy nhiên cần phải nghiên cứu tính toán để đưa ra một phối liệu phù hợp. Mặt khác cần quan tâm tới hàm lượng phụ gia tham gia frit và men, vì hàm lượng này chỉ với một tỷ lệ rất nhỏ có thể làm cho tính chất của men và frit thay đổi rất lớn.
Trong công nghệ sản xuất gạch gốm ốp lát nung nhanh 1 lần, xương gạch không cần nung trước mà đưa đi phủ men ngay và men được phủ nhiều lớp, từ lớp men lót đến lớp men nền rồi đến các lớp in hoa trang trí. Với công nghệ nung 2 lần, mộc được đưa đi nung trước, sau đó phủ men và đưa đi nung lần thứ 2; việc tráng men không cần sử dụng lớp men lót mà chỉ tráng lớp men nền, lớp in hoa trang trí rồi đưa đi nung.
Như vậy, điều khác biệt giữa công nghệ nung 1 lần và nung 2 lần chính là việc tạo được lớp men lót. Nghĩa là, nếu ta tạo thành công lớp men lót (lớp đệm trung gian giữa xương và men) là ta đã xóa đi sự cách biệt cơ bản giữa hai công nghệ sản xuất. Chính vì vậy, lớp men lót mang nhiều ý nghĩa trong việc nghiên cứu chế tạo men phục vụ công nghệ sản xuất gạch gốm ốp lát nung nhanh 1 lần. Men nền và men in hoa trang trí trong công nghệ nung 1 lần có thành phần và tính chất tương đồng các loại men trong công nghệ nung nhanh 2 lần.
Về thực chất, men lót là lớp trung gian hay còn gọi là lớp chuyển tiếp. Thực nghiệm đã chứng minh rằng, tạo được lớp men lót phù hợp sẽ cải thiện được rất nhiều tính chất của men. Việc tạo được lớp trung gian là rất cần thiết, vì lớp này, trong chừng mực nào đó đã góp phần điều hòa ứng lực xuất hiện giữa xương và men, có tác dụng làm giảm ứng suất nội. Lớp trung gian phù hợp thì men và xương dễ phù hợp với nhau hơn. Đây là một quá trình hóa lý phức tạp, bao gồm các phản ứng hóa học do bản chất khác nhau giữa xương và men, vì tính kiềm của men lớn hơn nhưng tính axit thì ngược lại. Bên cạnh quá trình hóa học còn có quá trình hòa tan thẩm thấu giữa pha lỏng và pha rắn.
Sự hình thành lớp trung gian phụ thuộc nhiều vào thành phần xương, men, nhiệt độ nung, quan hệ giữa độ xốp của xương gạch và khả năng hòa tan của các oxyt trong men. Lớp cấu trúc trung gian về thực tế luôn tự hình thành trong quá trình nung một cách thụ động, song người ta có thể chủ động tạo lớp trung gian để tạo ra sự phù hợp hơn giữa xương và lớp men. Nhờ lớp trung gian mà sự khác biệt về thành phần giữa xương và men giảm đi đáng kể, vì tại đây đã xảy ra một quá trình tương tác giữa xương và men. Đó là sự xâm nhập các chất nóng chảy của men vào lỗ xốp của xương và sự hòa trộn của pha men nóng chảy với pha lỏng của xương. Đồng thời có sự khuyếch tán các cấu tử của men vào trong xương và ngược lại có sự hòa tan tinh thể xương vào trong men. Nhờ lớp trung gian phù hợp, sự chênh lệch hệ số giãn nở giữa
xương và men giảm. Và sự chênh lệch trong phạm vi hẹp sẽ không gây khuyết tật cho men, vì men có khả năng đàn hồi trong một giới hạn nhất định trước những ứng lực sinh ra, giữ cho men không bị rạn nứt.
Bản chất men in lưới gồm 2 thành phần chính là chất chảy (men) và chất màu, trong đó, men là chủ yếu, màu chỉ chiếm một lượng rất nhỏ, thường từ 2 đến 10% (tùy loại màu). Thông thường, các chất chảy trong men in lưới là loại men trong đã qua khâu frit hóa. Nhờ việc frit hóa mà các chất khó nóng chảy trong phối liệu men in lưới được nung nóng chảy thành frit. Men in lưới nóng chảy trong quá trình nung sẽ hòa tan các chất màu và phân bố chúng đều trong men. Để tăng khả năng phát màu của chất màu gốm, người ta thường sử dụng frit trong để chế tạo men in lưới, vì frit trong và frit đục khi cùng trộn với loại màu và lượng màu nhất định thì khả năng phát màu của frit trong tốt hơn loại frit đục có chứa zircon. Men in lưới có độ mịn cao, hòa trộn với màu tốt hơn men có độ mịn thấp. Thông thường, men in lưới được nghiền mịn đảm bảo chỉ còn 0,5 - 1% trên sàng 16 000 lỗ/cm2.
Bột màu gốm là đơn chất hoặc hợp chất vô cơ có cường độ phát màu mạnh và bền ở nhiệt độ cao. Các chất màu thường là xanh, đỏ, vàng, lục, nâu... đó là nhờ khả năng hấp thụ ánh sáng có chọn lọc của các chất phát màu. Khả năng phát màu của bột màu được gọi là cường độ màu. Nhìn chung, các chất màu gốm là các oxyt kim loại khi tác dụng với các oxyt SiO2, Al2O3, B2O3 ở nhiệt độ cao tạo thành các silicate, aluminate, borate nhuộm màu. Khả năng phát màu mạnh thường là các nguyên tố chuyển tiếp và các nguyên tố hiếm như crôm, coban, niken, molipđen, zircon...
Màu sử dụng trang trí cho các sản phẩm gốm có nhiều loại khác nhau (có thể trang trí màu trên men, trong men hoặc dưới men...). Thông thường việc trang trí màu trên men có 3 cách: vẽ, in lưới và dán đề can. Để chế tạo men cho gạch gốm lát nền, công việc đầu tiên phải là nghiên cứu chế tạo frit. Frit gạch gốm lát nền được xác lập trên cơ sở hệ alumoborosilicate. Tuy nhiên mỗi lớp men gốm (lót, nền, in hoa) đều có chức năng riêng nên các frit chế tạo men cũng phải là loại frit riêng biệt, để chúng có tính chất tương thích với nhiệm vụ của các lớp men đó.
Frit cho gạch gốm lát nền là loại frit cao lửa và bền nhiệt. Muốn giải quyết vấn đề này cần phải chế tạo frit ở nhiệt độ cao. Nguyên liệu để chế tạo frit gồm đá vôi, trường thạch, thạch anh, đôlômit... Các nguyên liệu này sau khi sơ chế tới cỡ hạt d = 0,5 mm được định lượng cùng hóa chất theo bài phối liệu đã xác định. Hóa chất sử dụng nấu frit là loại hóa chất công nghiệp, như borax, boric, sôđa, oxyt kẽm, oxyt nhôm, silicatzircon... Nguyên liệu và hóa chất được cân định lượng thành phối liệu rồi trộn đều cho tới khi đồng nhất bằng máy trộn, độ ẩm trộn φ = 5%. Phối liệu frit được đem nấu trong lò quay tới nhiệt độ nóng chảy như thuỷ tinh. Nhiệt độ nấu được xác định bằng hỏa quang kế và thiết bị đo bằng tia hồng ngoại. Frit chảy tới độ đồng nhất (không còn hạt khi kéo frit thành sợi) sẽ được làm lạnh đột ngột bằng cách cho dòng frit chảy xuống bể nước lạnh. Lưu ý, nước làm lạnh phải lưu thông để nước không nóng quá. Frit sau làm lạnh đưa đi chế tạo men.
Thời gian nấu frit phụ thuộc vào dung tích lò và mức gia tăng nhiệt của lò nấu. Tuy nhiên, thời gian nấu trung bình tính từ khi nạp liệu đến khi ra lò là 6 - 8 giờ.
Phối liệu men bao gồm: Frit, nguyên liệu và hóa chất được định lượng theo bài phối liệu men đã xác lập. Phối liệu men sau khi đóng bao được đưa tới các nhà máy gạch
ceramic, nghiền bi sứ (nghiền ướt) tới độ mịn theo yêu cầu. Sau đó hồ men được lọc qua sàng rung, tuyển từ rồi đưa đi tráng lên gạch mộc và nung trong lò con lăn. Các thông số công nghệ để chế tạo frit và men là:
- Nhiệt độ nấu frit để chế tạo men lót , men in hoa: 1 400 ± 200C.
- Nhiệt độ nấu frit để chế tạo men nền: 1 450 ± 200C .
- Độ mịn của men nghiền: 0 - 0,15% trên sàng 10 000 lỗ/cm2 hoặc còn 1% trên sàng 16 000 lỗ/cm2.
- Độ nhớt của hồ men: 10 - 35 giây (tùy theo phương pháp tráng).
- Khối lượng thể tích hồ men: 1,55 - 1,83 g/cm3.
- Lượng men phủ lên gạch 300 x300 của men lót là 40 - 45 g/viên, men nền là 55 - 65 g/viên và men in hoa là 4 - 12 g/viên.
- Thời gian nung gạch trong lò con lăn: 50 - 55 phút.
- Nhiệt độ nung gạch: 1 1700C - 1 2000C.
Thành phần cơ bản của men được nghiên cứu như sau:
Bảng 1.5: Các thành phần cơ bản của men.
Tên
chỉ tiêu MKN SiO2 Al2O3 Fe2O3 RO R2O ZrO2 ZnO B2O3 Tỉ lệ
(%)
3,8- 3,9
58-
64 13-19 0,4- 0,7
3,8-
4,0 6-7 5-7
1,3-
3,2 5-10
Sơ đồ quy trình sản xuất gạch
Nguyên liệu (đất sét,kaolin, trường thạch, phụ gia…)
Ép (bán khô)
Gạch xương
Phủ men (phủ phun hoặc nhúng) In hình (phương pháp in lưới)
Nung (trong lò con lăn) Sấy phun (độ ẩm φ = 1 –2% )
Ủ với nước Nghiền bi
Thành phẩm
CHƯƠNG 2