Tài liệu Nghiên cứu công nghệ sản xuất men khắc phục khuyết tật bề mặt

  • Số trang: 59 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 302 |
  • Lượt tải: 0
nguyetha

Đã đăng 8490 tài liệu

Mô tả:

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THỦY TINH CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẤP BỘ: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MEN KHẮC PHỤC KHUYẾT TẬT BỀ MẶT” CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: KS. NGUYỄN TIẾN ĐIỆP 7609 22/01/2010 HÀ NỘI, 2009 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THỦY TINH CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CẤP BỘ: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MEN KHẮC PHỤC KHUYẾT TẬT BỀ MẶT” Thực hiện theo hợp đồng số 070.09.RD/HĐ-KHCN ngày 04/3/2009 giữa Bộ Công Thương và Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp Chủ nhiệm đề tài : KS. Nguyễn Tiến Điệp Đơn vị phối Hợp : - Công ty Cổ phần Sứ Đông Lâm - Công ty Cổ phần Sứ Hải Dương Cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Tiến Điệp HÀ NỘI, 2009 MỤC LỤC TIÊU ĐỀ SỐ TRANG MỞ ĐẦU……………………………………………………. 1 TÓM TẮT NHIỆM VỤ…………………………………….. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT………………… 5 1.1. Vai trò, tính chất của các oxit có trong men sứ. ……….. 5 1.2. Frit và men Frit. ……………………………………….. 7 1.3. Độ giãn nở nhiệt của men………………………………. 8 1.4. Diễn biến của men khi nung……………………………. 9 1.5. Các định hướng nghiên cứu……………………………. 11 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM…………………………….. 13 2.1 Phân loại các khuyết tật trên bề mặt sản phẩm gốm sứ…. 14 2.2. Khảo sát một số hệ xương và men gốc……………….. 15 2.3. Nguyên liệu sử dụng………………………………….... 19 2.4. Cở sở thiết lập các hệ men hàn vá…………………… 21 2.5. Thực nghiệm xác định các hệ Frit hàn vá (FHV) …….. 21 2.6. Chế tạo các hệ men Frit (men hàn vá – MHV) ………... 32 2.7. Xây dựng dây chuyền công nghệ (DCCN) sản xuất…… 41 CHƯƠNG 3. SẢN XUẤT THỬ NGHIỆM………………… 43 3.1 Sản xuất frit hàn vá ……………………………………... 43 3.2 Sản xuất Men hàn vá: …………………………………. 45 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ………………………………. 46 1. Kết luận…………………………………………………... 46 2. Kiến nghị…………………………………………………. 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………... 47 PHỤ LỤC 1: TÍNH TOÁN KINH TẾ……………………… 48 PHỤ LỤC 2: ĐƯỜNG CONG HẤP MEN ………………... 50 PHỤ LỤC 3: HỆ SỐ GIÃN NỞ NHIỆT THỰC NGHIỆM CỦA FRITS VÀ MEN……………………………………… 51 MỞ ĐẦU Ngành sản xuất gốm sứ nói chung hiện đang có một vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, các sản phẩm sứ dân dụng như bát cơm, bộ trà, lọ hoa đã trở thành những sản phẩm thiết yếu trong các hộ gia đình, nơi công sở, trường học… Những mặt hàng như sứ vệ sinh, gạch ốp lát thì lại không thể thiếu khi xây dựng các công trình dân dụng, chung cư, văn phòng... Nhìn chung, khi ngành sản xuất gốm sứ phát triển nó cũng sẽ thúc đẩy và hỗ trợ các ngành kinh tế khác phát triển theo. Sứ dân dụng là một trong những nhóm sản phẩm chủ đạo của ngành sản xuất gốm sứ, các sản phẩm này ngoài việc đảm bảo các yếu tố kỹ thuật nó còn phải đạt được các yêu cầu về thẩm mỹ như độ trắng, độ trong, kiểu dáng, hoa văn trang trí, đặc biệt là sự yêu cầu khắt khe về chất lượng của lớp men phủ. Sản phẩm sứ dân dụng đạt yêu cầu phải đảm bảo không tồn tại các khuyết tật trên bề mặt sản phẩm. Ngoài sứ dân dụng thì sứ vệ sinh cũng là một trong những nhóm sản phẩm chủ đạo của ngành sản xuất gốm sứ, đồng thời đây cũng là nhóm sản phẩm chủ đạo trong các công trình xây dựng hiện nay. Các mặt hàng sứ vệ sinh ngày càng đa dạng về chủng loại, sản lượng và chất lượng ngày càng tăng cao. Về công nghệ sản xuất, sứ vệ sinh là một chủng loại gốm sứ có nhiều đặc điểm khác biệt so với các sản phẩm gốm sứ thông thường. Đây là nhóm sản phẩm có hình dạng phức tạp, kích thước lớn, kiểu dáng và chất lượng sản phẩm bị chi phối nhiều bởi yếu tố thẩm mỹ. Một sản phẩm sứ vệ sinh đảm bảo chất lượng thì ngoài các yếu tố kỹ thuật như cường độ cơ học, độ hút nước, khối lượng thể tích… nó còn phải đảm bảo về chất lượng bề mặt như độ bóng, độ bám bẩn, khuyết tật men. Một trong những khó khăn lớn của các cơ sở sản xuất gốm sứ nói chung hiện nay là việc đảm bảo cho bề mặt sản phẩm không tồn tại các vị trí bị khuyết men, bỏ men, bong men... Qua khảo sát tại các cơ sở sản xuất sứ vệ sinh hiện nay, khoảng 20% sản phẩm sau nung bị các hiện tượng khuyết tật men này, còn tại các cơ sở sản xuất sứ dân dụng thì lượng này chiếm khoảng 15%. Nhìn chung, các sản phẩm này cần thiết phải được hàn vá men và nung lại để tận thu sản phẩm. Tuy nhiên, việc hàn vá men này tiêu tốn một lượng đáng kể nhiên liệu nên làm tăng chi phí sản xuất cho các doanh nghiệp, đồng thời nếu các tính chất của men vá không tương thích với men gốc, đặc biệt về màu sắc, độ co giãn, độ chảy bóng,… thì nó sẽ để lộ vết vá sau nung và sản phẩm đó tiếp tục bị loại bỏ. Chính vì vậy, việc nghiên cứu, chế tạo các hệ men vá có chất lượng cao, tính tương thích cao đối với các loại men gốc và đặc biệt là có nhiệt độ chảy thấp sẽ rất thiết thực đối với các cơ sở sản xuất vì nó sẽ làm tăng lượng sản phẩm nung thu hồi cho các cơ sở, đồng thời, khi giảm 1 được nhiệt độ nung thu hồi thì nó cũng sẽ giảm được lượng nhiên liệu tiêu hao cho việc nung luyện này. Việc tập trung nghiên cứu các hệ men vá thỏa mãn các yêu cầu nêu trên là một vấn đề mang tính kỹ thuật, có hàm lượng khoa học cao. Hơn thế nữa, nó còn góp phần giúp cho các cơ sở sản xuất tăng được doanh thu, nâng cao được năng lực tài chính, tăng sức cạnh tranh trên thị trường. Xuất phát từ những vấn đề nêu trên, Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh công nghiệp đã đăng ký với Bộ Công Thương đề tài: “Nghiên cứu Công nghệ sản xuất men khắc phục khuyết tật bề mặt”. Đề tài này được nghiên cứu trên cơ sở hai nhóm sản phẩm ban đầu là sứ dân dụng và sứ vệ sinh, sau đó có thể mở rộng phạm vi sang các nhóm sản phẩm gốm sứ khác. 2 TÓM TẮT NHIỆM VỤ ™ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Nghiên cứu, định hướng và thiết lập các bài phối liệu men khắc phục khuyết tật men. Loại men này khi dùng để khắc phục khuyết tật yêu cầu phải có nhiệt độ nung thấp. - Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất men khắc phục khuyết tật bề mặt. - Sản xuất thử nghiệm 100 kg men, thử nghiệm thực tế tại cơ sở sản xuất. ™ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tính chất, vai trò của các loại nguyên liệu, hóa chất dùng sản xuất men khắc phục khuyết tật bề mặt. - Nghiên cứu cấu trúc, tính chất của men gốc tại một số cơ sở sản xuất làm cơ sở để chế tạo men. - Tính toán, xác định các bài phối liệu, đánh giá các tính chất cơ lý của men (khoảng chảy, hệ số giãn nở nhiệt...) - Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất phù hợp với điều kiện triển khai sản xuất thực tế. - Đánh giá các thông số cơ lý của men và mức độ đồng nhất của bề mặt men sau khi khắc phục khuyết tật bằng phương pháp hàn vá. - Tổ chức sản xuất thử nghiệm 100 kg men. - Thử nghiệm thực tế việc hàn vá men trên các vị trí lỗi men của sản phẩm tại cơ sở sản xuất, đánh giá chất lượng vị trí hàn vá sau nung ở nhiệt độ hấp men. ™ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Xuất phát từ những mục tiêu nghiên cứu mà đề tài đã đặt ra, nhóm thực hiện đề tài đã triển khai phương pháp nghiên cứu dựa trên cơ sở khảo sát nhu cầu của việc hàn vá sản phẩm trong thực tế sản xuất, khảo sát các tính chất cơ lý của mẫu men gốc, tham khảo các tài liệu liên quan và các thành tựu nghiên cứu của nước ngoài trong những năm gần đây để thiết lập lên các hệ men khắc phục khuyết tật bề mặt đạt yêu cầu đề ra. Cụ thể như sau: - Khảo sát và lựa chọn nguồn nguyên liệu, hóa chất dùng cho nghiên cứu. Khảo sát các tính chất của các mẫu men lấy từ các cơ sở sản xuất như hệ số giãn nở nhiệt, thành phần hóa học, nhiệt độ chảy… đồng thời kết hợp với 3 các hệ men tham khảo của nước ngoài để thiết kế các hệ men hàn vá thích hợp dùng để khắc phục khuyết tật bề mặt. - Qua nội dung nghiên cứu thấy rằng, men hàn vá phải được chế tạo theo phương pháp frit hóa để đảm bảo việc hấp men sau hàn vá có thể thực hiện được ở khoảng nhiệt độ biến mềm của men gốc. - Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, tiến hành kiểm nghiệm các thông số kỹ thuật của sản phẩm thu được, xác định các thông số công nghệ cho phối liệu, tiến hành hàn vá trên mẫu sứ và nung lại trong lò thí nghiệm. Từ kết quả thu được sẽ tiếp tục điều chỉnh lại các thông số công nghệ nếu chưa đạt yêu cầu kỹ thuật. - Trên cơ sở triển khai nghiên cứu tại thực tế sản xuất, tiến hành hàn vá trên mẫu sứ và hấp men tại lò sản xuất, khi đạt yêu cầu sẽ tiến hành hàn vá trên một số sản phẩm cụ thể. - Khi hoàn tất việc thử nghiệm trên sản phẩm, tiến hành xây dựng quy trình công nghệ sản xuất men khắc phục khuyết tật bề mặt để tiến hành sản xuất thử nghiệm trong quy mô nhỏ. ™ K ẾT QUẢ THỰC HIỆN - Nấu thử nghiệm thành công 03 loại frit dùng để sản xuất men hàn vá. - Thử nghiệm thành công 03 bài men hàn vá dùng cho sứ dân dụng và sứ vệ sinh. - Sản xuất hơn 100 kg gồm 02 loại frit (FHV0001-3, FHV0003-3) - Sản xuất 100 kg men hàn vá: 02 loại men MHV0001 và MHV0003. - Triển khai thử nghiệm với quy mô bán công nghiệp tại nhà máy sứ Đông Lâm và công ty sứ Hải Dương. Kết quả thử nghiệm đạt yêu cầu và có xác nhận của đơn vị thử nghiệm. 4 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT Men khắc phục khuyết tật bề mặt (còn gọi là men trám vá hay men hàn vá) có nhiệt độ sử lý khi hàn vá thấp là vật liệu rất quan trọng cho các cơ sở sản xuất, đặc biệt là khi giá thành của các loại nguyên, nhiên liệu ngày càng tăng cao. Hiện tại, việc vá men trên các sản phẩm sứ dân dụng chưa được thực hiện, việc vá men cho sứ vệ sinh mới chỉ dừng lại ở các hệ men nhiệt độ cao, xấp xỉ nhiệt độ nung sản phẩm. Vì vậy, việc nghiên cứu các hệ men có nhiệt độ nóng chảy thấp là một vấn đề khá mới mẻ và đang được nhiều doanh nghiệp quan tâm. Về mặt lý thuyết, hệ men này phải đảm bảo đầy đủ các tính chất của một loại men với nhiệt độ sử dụng khi hàn vá thấp hơn so với nhiệt độ nung sản phẩm. Ngoài ra, do đặc thù của sản phẩm sứ dân dụng và sứ vệ sinh gồm nhiều hệ màu khác nhau nên men vá được chế tạo dưới dạng men không màu, sau đó tùy thuộc vào các hệ màu của sản phẩm cần vá để bổ sung chất màu cho phù hợp. Để nghiên cứu, chế tạo men gốm sứ nói chung, men khắc phục khuyết tật bề mặt nói riêng cần nắm được các vấn đề về vai trò, tính chất của các cấu tử trong men, nắm được các vấn đề về đặc tính, sự biến đổi các tính chất men trong quá trình gia nhiệt, sử lý công nghệ. Các vấn đề này sẽ được làm sáng tỏ qua các nội dung dưới đây. 1.1. Vai trò, tính chất của các oxit có trong men sứ. [5,6] Men sứ là một tập hợp gồm nhiều loại oxit khác nhau, mỗi oxit có một vai trò nhất định và tác động lên hệ men theo nhiều hướng khác nhau tùy thuộc vào hàm lượng và chủng loại của các nguyên liệu sử dụng. Để thiết kế được bài men có thông số kỹ thuật đề ra cần khảo sát cụ thể vai trò và tính chất của các loại oxit cũng như nguồn nguyên liệu cung cấp các oxit tương ứng. - SiO2 là một oxit cơ bản để tạo khung mạng lưới không gian cho men. Từ mạng lưới này, các oxit khác có mặt trong men sẽ đính vào đó để tạo nên các hệ men nhất định. Khi hàm lượng SiO2 trong men tăng lên thì nhiệt độ nóng chảy của men tăng lên, độ bền cơ, bền nhiệt, bền hóa cũng tăng lên nhưng hệ số giãn nở nhiệt của men sẽ được hạ xuống. Để cung cấp SiO2 có thể dùng các nguồn nguyên liệu như thạch anh, cao lanh, fenspat. Trong các loại đất sét cũng có SiO2 nhưng do mức độ tinh khiết của đất sét không cao nên người ta ít sử dụng đất sét làm nguyên liệu men, đặc biệt là các hệ men cho sứ vệ sinh, sứ dân dụng. - Al2O3 tác động đến hệ men tùy thuộc vào hàm lượng của nó ở trong men. Với hàm lượng nhỏ và mức độ tương tác tốt với các oxit khác, Al2O3 có tác dụng như một chất trợ chảy và làm cho men trở nên trong hơn, bóng hơn. 5 Khi hàm lượng Al2O3 tăng lên, nhiệt độ chảy và độ nhớt của men tăng lên, độ chảy dàn đều của men giảm, khoảng nhiệt độ chảy của men được nới rộng hơn, hệ số giãn nở nhiệt được hạ thấp, độ bền nhiệt,bền cơ, bền hóa tăng lên. Tuy nhiên, khi hàm lượng của Al2O3 cao nó sẽ làm cho men dễ bị kết tinh và gây đục men. Để cung cấp Al2O3 cho men có thể dùng các nguyên liệu như cao lanh, fenspat, hoặc có thể dùng dưới dạng Al2O3KT và dạng Al(OH)3. - Các oxit kiềm Li2O, K2O và Na2O có tác dụng trợ chảy mạnh, làm giảm độ nhớt, tăng độ trong cho men, làm cho men chảy đều, bóng láng và làm tăng hệ số giãn nở nhiệt của men. Khi tăng hàm lượng của các oxit kiềm thì khoảng chảy của men bị thu hẹp lại. Li2O với hàm lượng cao làm cho men dễ bị kết tinh và gây mờ bề mặt men. Để cung cấp Li2O có thể sử dụng các hợp chất hóa học như Li2O.Al2O3.4SiO2 (spodumen) hoặc Li2CO3. Na2O đưa vào men theo fenspat, Na2CO3 hoặc Na2B4O7.10H2O. K2O đưa vào men theo fenspat hoặc K2CO3. - CaO có tác dụng như chất trợ chảy và thể hiện tác dụng mạnh đối với men chảy ở vùng nhiệt độ cao. CaO tham gia tạo lớp trung gian giữa xương – men và làm tốt liên kết giữa chúng. CaO làm cho men cứng và bóng. Hàm lượng CaO trong men từ 2 đến 10% thể hiện tốt vai trò trợ chảy. CaO lớn hơn 18% làm cho men kết tinh và men trở nên mờ. Nói chung, hàm lượng CaO cao gây khó khăn cho nung men như làm men dễ sinh bọt, gây tật ám khói, làm cho vành sản phẩm dễ bị đọng men. CaO đưa vào men theo đá vôi, đolomit, volastonit, anoctit. - MgO có tác dụng trợ chảy, làm men bóng và tạo cho men có khoảng chảy rộng, dễ nung, đặc biệt khi hàm lượng MgO trong men thấp. Với hàm lượng lớn MgO có thể làm tăng nhiệt độ chảy men và làm men kết tinh. Một số vai trò khác của MgO là làm men cứng, hạ thấp hệ số giãn nở nhiệt, làm tăng tính đàn hồi và giảm xu hướng nứt men. MgO đưa vào men theo đolomit, talc, MgCO3. - BaO là chất trợ chảy giống như CaO, nhưng tác dụng trợ chảy của BaO mạnh hơn CaO ở vùng nhiệt độ thấp và trung bình (khoảng 12000C) và độ nhớt nhỏ hơn men canxi. Men chứa nhiều BaO có bề mặt bóng, ánh giống men chì, nhưng cứng hơn, ngoài ra men dễ bị kết tinh. Men bari độc nên thường được dùng cho gốm xây dựng. BaO đưa vào men ở dạng BaCO3, BaSO4. - SrO có tác dụng tương tự như CaO. SrO làm men cứng, bền hoá và giảm nứt men. SrO không độc, không ảnh hưởng đến màu sắc các chất màu trong men. SrO đưa vào men ở dạng SrCO3. - ZnO với hàm lượng nhỏ có tác dụng trợ chảy tốt ở vùng nhiệt độ trung bình và cao (đặc biệt khi men chứa nhiều Al2O3), làm tăng tính đàn hồi và hạ thấp xu hướng nứt men, làm tăng độ bóng và bền hoá của men, làm men phát màu tốt trừ các màu của sắt và crom. ZnO với hàm lượng lớn làm men đục và kết tinh. ZnO đưa vào men ở dạng oxyt. - PbO là chất trợ chảy mạnh ở vùng nhiệt độ thấp (950-10000C), làm men chảy đều và bóng ánh. PbO ngăn ngừa men kết tinh và giúp men phát 6 màu tốt. Men chì tác dụng mạnh với xương sản phẩm và bám chắc vào xương. ở nhiệt độ cao PbO bốc hơi rất mạnh. Men chì ít cứng, dễ tan trong axit và kiềm loãng, có độc tính cao. Độc tố tỷ lệ thuận với hàm lượng chì oxyt và với khả năng liên kết của nó với các cấu tử khác trong men. Giảm độc tố chì oxyt bằng cách Frit hoá trước để chuyển nó sang dạng silicat chì không hoà tan. Chì oxyt đưa vào men theo PbO, Pb3O4. - B2O3 là cấu tử chủ yếu trong các loại men không chứa chì với nhiệt độ chảy thấp. B2O3 là chất trợ chảy mạnh, làm giảm độ nhớt men và hoà tan tốt các oxyt tạo màu trong men. Men chứa bo chảy dàn đều kém hơn men chì, men cứng và bóng, có hệ số giãn nở nhiệt giảm và độ bền nhiệt tăng. B2O3 đưa vào men ở dạng Frit bo, vì các nguyên liệu chứa bo như H3BO3, Na2B4O7.10H2O hoà tan mạnh trong nước. - V2O5: Vanadi là một ôxít kim loại có tính axít, cho màu vàng nếu hàm lượng sử dụng khoảng đến 10%. Màu của nó yếu, tuy nhiên có thể cũng có khi dùng kết hợp với thiếc và ôxít ziricon. Màu vàng vanadi bền hơn màu vàng antimon ở nhiệt độ cao. Màu vanadi rực rỡ và ấn tượng nhất trong men chì. Pentôxít vanadi cũng là một chất trợ chảy mạnh. Ngoài dạng V2O5 chúng ta còn có thể có V2O3 • • • • Phân tử lượng: 181,9 Điểm nóng chảy: 690°C Tên gọi: Pentôxít vanadi Nguồn: Ôxít vanadi - CeO2 : Dùng cho thủy tinh quang học vì có tính chất bảo vệ khỏi tia cực tím. Kết hợp với titan cho màu vàng. Dùng làm chất làm mờ trong trường hợp cần một số hiệu quả đặc biệt trong ngành gạch men. • • • Phân tử lượng: 172 Điểm nóng chảy 2.400°C Tên gọi: Ôxít xeri, Ôxít xeri (IV) 1.2. Frit và men Frit. [2,5,6] Frit là loại vật thể dạng thuỷ tinh được tạo nên khi nấu chảy hoàn toàn phối liệu Frit (nấu chảy trong lò nồi, lò bể, lò quay gián đoạn ở nhiệt độ 125014500C), sau đó làm lạnh nhanh trong nước, sấy khô và đem nghiền nhỏ. Nguyên nhân tạo Frit là do nhiều phối liệu men dễ chảy chứa các cấu tử hoà tan mạnh trong nước (như sođa, axit boric, borax...) hoặc độc hại (như chì oxyt). Sau khi Frit hoá, các cấu tử dễ tan và độc hại đều được chuyển sang dạng các hợp chất silicat không tan và giảm độc hại của chúng. Bên cạnh đó, việc Frit hóa men sẽ tạo được độ đồng nhất trước cho men để men có khả năng nung nhanh và có thể nung ở nhiệt độ thấp. 7 Khi nghiền Frit, do đây là dạng nguyên liệu gầy nên nó dễ sa lắng và khả năng bám dính vào cốt mộc kém khi tráng men, vì vậy người ta phải bổ xung một lượng nguyên liệu dẻo khoảng 5 - 10% cao lanh, một lượng thích hợp các loại keo hữu cơ và có thể bổ xung một số cấu tử khác để điều chỉnh một số tính chất cụ thể nào đó của Frit. Hỗn hợp sau khi nghiền được gọi là men Frit. Việc nghiên cứu chế tạo men sứ cao cấp dùng để khắc phục khuyết tật bề mặt được định hướng trên cơ sở của phương pháp Frit hóa men vì với phương pháp này ta có thể sử dụng được các loại nguyên liệu một cách đa dạng hơn, đặc biệt là sau khi đã được Frit hóa và chuyển thành dạng men Frit thì việc nung lại sau khi hàn vá chỉ cần thực hiện ở khoảng nhiệt độ biến mềm của các hệ men gốc (800 – 9000C). 1.3. Độ giãn nở nhiệt của men. [6] Độ giãn nở nhiệt của men được đánh giá theo mức độ tăng chiều dài của mẫu (∆l) so với kích thước ban đầu (l0) khi đốt nóng từ nhiệt độ thường đến nhiệt độ biến mềm của nó. Độ giãn nở nhiệt của men bị ảnh hưởng chủ yếu bởi thành phần hoá học của phối liệu men. Các oxyt có ảnh hưởng khác nhau đến hệ số giãn nở nhiệt của men. Các oxyt kiềm Na2O, K2O làm tăng mạnh hệ số giãn nở nhiệt, còn các oxyt SiO2, B2O3, MgO đều hạ thấp hệ số giãn nở nhiệt của men. Al2O3 có tác dụng hạ thấp hệ số giãn nở nhiệt của men khi hàm lượng nhỏ, khoảng 4 – 8%. Các oxyt khác làm tăng có mức độ hệ số giãn nở nhiệt của men. Công thức tính toán hệ số giãn nở nhiệt thể tích β và giãn nở nhiệt dài α của men gốm như sau: β = 3α = Σpixi pi - phần trăm khối lượng của oxyt trong men. xi - thừa số tính toán đặc trưng cho độ giãn nở thể tích của oxyt (bảng 1). 8 Bảng 1: Trị số xi của các oxyt (xi.107) Oxyt SiO2 Al2O3 CaO MgO K2O Na2O B2O3 PbO BaO ZnO Li2O TiO2 Oxyt ZrO2 SnO2 Cr2O3 Fe2O3 MnO CoO NiO CuO BeO NaF CaF2 AlF3 Trị số xi 0,80 5,00 5,00 0,10 8,50 10,00 0,10 3,00 3,00 1,80 2,00 4,10 Trị số xi 2,10 2,00 5,10 4,00 2,20 4,40 4,00 2,20 4,70 7,40 2,50 4,40 Độ giãn nở của men là một trong những thông số quan trọng khi xây dựng một bài men, vì nếu giữa men và xương có sự sai khác lớn về hệ số giãn nở nhiệt (> 10 - 15%) thì lớp men sau khi nung sẽ bị rạn nứt hoặc bị bong tróc khỏi lớp xương. Khi thực hiện việc hàn vá men, ngoài việc phải đảm bảo sự tương đồng về hệ số giãn nở nhiệt với xương, lớp men hàn vá mới còn cần phải tương đồng tốt về hệ số giãn nở nhiệt với lớp men gốc để tại các vị trí giáp danh giữa 2 loại men không sinh ra ứng suất lớn, không bị rạn nứt. 1.4. Diễn biến của men khi nung [1,6]. Men trước khi nung là một hỗn hợp bột rắn, mịn và trong quá trình nung men chuyển từ trạng thái rắn sang dẻo quánh, sau đó sang trạng thái biến mềm rồi chảy lỏng. Sự biến đổi trạng thái như vậy tương tự như khi nấy chảy thuỷ tinh. Men không có nhiệt độ chảy nhất định và nhiệt độ chảy của men theo quan niệm thông thường là nhiệt độ mà men đã chảy thành một lớp dàn đều và bóng trên bề mặt sản phẩm. Các quá trình xảy ra khi nung chảy men được theo dõi bằng nhiều phương tiện khác nhau như phân tích nhiệt, kính hiển vi nhiệt độ cao, thạch học, Rơnghen, đilatomét, lò nung có các vùng nhiệt độ khác nhau v.v... Kết quả thu được bằng các phương pháp nghiên cứu khác nhau cho thấy, các quá trình cơ bản khi nung chảy men bao gồm quá trình khử nước của nguyên liệu sét, quá trình toả khí của nguyên liệu cacbonat, các phản ứng trong pha rắn (giai đoạn kết khối), men bắt đầu chảy, quá trình hoà tan và khuếch tán các sản phẩm của phản ứng phân huỷ và các hạt rắn, quá trình đồng nhất của chất nóng chảy lỏng ở nhiệt độ cao, ngoài ra còn có quá trình kết tinh ở một số loại men. 9 Nghiên cứu men bằng kính hiển vi nhiệt độ cao cho thấy diễn biến của trạng thái nóng chảy men từ nhiệt độ thấp đến nhiệt độ cao. Phối liệu men nghiên cứu được nghiền mịn và ép thành viên hình trụ cao 9 mm, đường kính 6 mm, sấy khô ở 1050C, đặt mẫu trên tấm đế platin và đưa vào lò nung kính hiển vi nhiệt độ cao. T rạng thái chảy của mẫu được quan sát bằng mắt trên màn hình và được chụp ảnh. Độ giãn nở hoặc co tương đối ∆ của mẫu theo nhiệt độ được xác định theo công thức: ∆= ∆h .100% h0 ở đây: h0 - chiều cao ban đầu của mẫu, mm ∆h - đại lượng tăng hoặc giảm chiều cao của mẫu so với kích thước ban đầu ở các nhiệt độ khác nhau, mm Gi·n në Quan hệ giữa ∆ - nhiệt độ nung được diễn tả bằng sơ đồ trên hình 1. §iÓm 3 a T, 0C 2 4 Co ∆,% 0 §iÓm 1 1 b c 3 §iÓm 4 §iÓm 5 d e Trªn ®o¹n e 5 H×nh 1. Tr¹ng th¸i nãng ch¶y cña mÉu men * Có thể thấy trên sơ đồ: 1 - Điểm nhiệt độ bắt đầu co (số 1). Từ điểm 1 đường cong đi xuống thoai thoải cho đến điểm kết khối 2. ở một vài loại men và Frit, điểm 1 thể hiện không rõ nét và trùng với điểm kết khối. Đoạn a được gọi là khoảng nhiệt độ co. Từ điểm 1, càng tăng nhiệt độ kích thước mẫu thí nghiệm càng giảm xuống. 2 - Điểm nhiệt độ kết khối (số 2). Từ điểm này đường cong đi xuống dốc hơn. Càng tăng nhiệt độ mẫu kết khối càng mạnh do pha lỏng xuất hiện. Đoạn b được gọi là khoảng nhiệt độ kết khối. Dạng hình học như cạnh, góc của mẫu tại điểm 2 không có gì thay đổi. 10 3 - Điểm nhiệt độ biến mềm (số 3) là điểm gãy trên đường cong. Sự có mặt của các lỗ xốp khí làm thể tích mẫu giãn ra và đường cong hướng lên phía trên. Đoạn c được gọi là khoảng nhiệt độ biến mềm. Tại nhiệt độ của điểm biến mềm, thấy các cạnh, góc của mẫu vo tròn lại. 4 - Điểm bắt đầu chảy (số 4) cũng là một điểm gãy trên đường cong. Từ điểm này đường cong đi xuống thoải hơn. Tăng kích thước mẫu được chấm dứt tại điểm 4. Đoạn d được gọi là khoảng nhiệt độ chảy men. Mẫu men tại nhiệt độ bắt đầu chảy có dạng hình cầu. 5 - Điểm nhiệt độ chảy dàn (số 5). Từ điểm này đường cong đi xuống với độ dốc nhỏ. Trong mẫu hầu như toàn bộ là pha lỏng. Đoạn e được gọi là khoảng nhiệt độ chảy dàn. Tại nhiệt độ điểm 5 mẫu có dạng bán cầu (chiều cao bằng bán kính bán cầu). Tại một nhiệt độ nung nào đó trên đoạn e mẫu men có dạng chảy bẹt, về thực tế men đã chảy dàn đều trên bề mặt sản phẩm tráng men ở nhiệt độ này. Các trạng thái nóng chảy men có tầm quan trọng đối với chất lượng lớp men phủ trên sản phẩm. Điểm nhiệt độ biến mềm số 3 của men thông thường phải cao hơn nhiệt độ kết thúc phản ứng toả khí trong xương sản phẩm khi nung, nếu không thì xương, men bị phồng rộp hoặc chứa nhiều bọt khí. Điểm nhiệt độ biến mềm này càng quan trọng đối với Frit và men Frit, vì nhiệt độ chảy của chúng thường là thấp. Khoảng nhiệt độ từ điểm bắt đầu chảy men đến nhiệt độ nung cuối cùng càng rộng càng tốt vì men dễ nung và ít gây khuyết tật. Việc khảo sát diễn biến của men khi nung có ý nghĩa lớn đối với quá trình nghiên cứu chế tạo men dùng khắc phục khuyết tật bề mặt. Men trám vá chế tạo ra phải có trạng thái chảy dàn đều tốt ở nhiệt độ biến mềm của các hệ men gốc. Khi đó giữa men gốc và men trám vá sẽ tạo thành một thể thống nhất về trạng thái vật lý và sản phẩm sau trám vá sẽ có được chất lượng cao. 1.5. Các định hướng nghiên cứu Xuất phát từ đặc điểm của hệ men mà nhóm đề tài dự định triển khai là cần phải tương thích với hệ men gốc của các cơ sở sản xuất, trong đó chủ đạo là việc tương thích về hệ số giãn nở nhiệt và có nhiệt độ tổng hợp men, nhiệt độ chảy men thích hợp. Do vậy, các hướng nghiên cứu cần dựa vào các số liệu khảo sát của các mẫu men lấy tại các cơ sở sản xuất, kết hợp với việc tham khảo một số bài phối liệu men sứ cao cấp của các hãng sản xuất nước ngoài. 11 Từ những lập luận nêu trên cùng với các vấn đề lý thuyết đã đề cập, nhóm thực hiện đề tài đã định hướng một số nội dung nghiên cứu như sau: - Khảo sát các tính chất cơ lý của một số hệ men gốc lấy tại các cơ sở sản xuất, cụ thể như sau: + Đối với sứ vệ sinh, nhóm đề tài sẽ lấy mẫu tại Công ty cổ phần sứ Đông Lâm. + Đối với sứ dân dụng, nhóm đề tài sẽ lấy mẫu tại Công ty cổ phần sứ Hải Dương. - Dựa trên kết quả khảo sát thành phần – tính chất của các hệ men này, nhóm đề tài xây dựng thuật toán để xác định các hệ số liên hệ giữa các kết quả thực nghiệm và tính toán lý thuyết, bao gồm: + Thành phần hóa thực phân tích + Thành phần hóa tính theo đơn nguyên liệu đã phân tích (Frit và các nguyên liệu khác) + Hệ số dãn nở nhiệt thực nghiệm + Hệ số dãn nở nhiệt tính lý thuyết theo thành phần hóa thực nghiệm. - Từ các mối liên hệ giữa kết quả thực nghiệm và lý thuyết, nhóm đề tài có thể xây dựng các hệ men khắc phục khuyết tật sát với yêu cầu đặt ra. - Để đảm bảo việc hàn vá men có thể tiến hành ở nhiệt độ 800 – 9000C thì các hệ men cần được chế tạo theo phương pháp Frit hóa, sau đó nghiền mịn Frit cùng với một số cấu tử để điều chỉnh nhiệt độ chảy và hệ số giãn nở nhiệt cho phù hợp với nhiệt độ hấp men và hệ số giãn nở nhiệt của men gốc. 12 CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ™ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tính chất, vai trò của các loại nguyên liệu, hóa chất dùng sản xuất men khắc phục khuyết tật bề mặt. - Nghiên cứu cấu trúc, tính chất của men gốc tại một số cơ sở sản xuất làm cơ sở để chế tạo men khắc phục khuyết tật bề mặt. - Tính toán, xác định các bài phối liệu, đánh giá các tính chất cơ lý của men (khoảng chảy, hệ số giãn nở nhiệt...) - Nghiên cứu quy trình công nghệ sản xuất phù hợp với điều kiện triển khai sản xuất thực tế. - Đánh giá mức độ đồng nhất của bề mặt men sau khi khắc phục khuyết tật bằng phương pháp hàn vá. - Tổ chức sản xuất thử nghiệm 100kg men - Thử nghiệm thực tế việc hàn vá men trên các vị trí lỗi men của sản phẩm tại cơ sở sản xuất, đánh giá chất lượng vị trí hàn vá sau nung ở nhiệt độ hấp men. ™ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Xuất phát từ những mục tiêu nghiên cứu mà đề tài đã đặt ra, nhóm thực hiện đề tài đã triển khai phương pháp nghiên cứu dựa trên cơ sở khảo sát nhu cầu của việc hàn vá sản phẩm trong thực tế sản xuất, khảo sát các tính chất cơ lý của mẫu men gốc, tham khảo các tài liệu liên quan và các thành tựu nghiên cứu của nước ngoài trong những năm gần đây để thiết lập lên các hệ men khắc phục khuyết tật bề mặt đạt yêu cầu đề ra. Cụ thể như sau: - Khảo sát và lựa chọn nguồn nguyên liệu, hóa chất dùng cho nghiên cứu. Khảo sát các tính chất của các mẫu men lấy từ các cơ sở sản xuất như hệ số giãn nở nhiệt, thành phần hóa học, nhiệt độ chảy… đồng thời kết hợp với các hệ men tham khảo của nước ngoài để thiết kế các hệ men hàn vá thích hợp dùng để khắc phục khuyết tật bề mặt. - Qua nội dung nghiên cứu thấy rằng, men hàn vá phải được chế tạo theo phương pháp frit hóa để đảm bảo việc hấp men sau hàn vá có thể thực hiện được ở khoảng nhiệt độ biến mềm của men gốc. - Trên cơ sở nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm, tiến hành kiểm nghiệm các thông số kỹ thuật của sản phẩm thu được, xác định các thông số công nghệ cho phối liệu, tiến hành hàn vá trên mẫu sứ và nung lại trong lò thí nghiệm. Từ kết quả thu được sẽ tiếp tục điều chỉnh lại các thông số công nghệ nếu chưa đạt yêu cầu kỹ thuật. 13 - Trên cơ sở triển khai nghiên cứu tại thực tế sản xuất, tiến hành hàn vá trên mẫu sứ và hấp men tại lò sản xuất, khi đạt yêu cầu sẽ tiến hành hàn vá trên một số sản phẩm cụ thể. - Khi hoàn tất việc thử nghiệm trên sản phẩm, tiến hành xây dựng quy trình công nghệ sản xuất men khắc phục khuyết tật bề mặt để tiến hành sản xuất thử nghiệm trong quy mô nhỏ. * Các thiết bị sử dụng cho quá trình nghiên cứu: - Thiết bị xác định hệ số giãn nở nhiệt (Dilatomet thạch anh). Thiết bị phân tích thành phần hóa theo phương pháp quang phổ. Lò nấu Frit và các thiết bị phụ trợ. Cân kỹ thuật, thiết bị đảo trộn, khuôn tạo mẫu và một số thiết bị khác. 2.1 Phân loại các khuyết tật trên bề mặt sản phẩm gốm sứ. Đối với các sản phẩm gốm sứ nói chung, sứ vệ sinh và sứ dân dụng nói riêng, Hính dạng bên ngoài của sản phẩm tráng men và chất lượng bề mặt sản phẩm là những yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng của một sản phẩm. Trong thực tế có rất nhiều dạng khuyết tật khác nhau với hình dạng và kích thước khác nhau. • Các dạng khuyết tật: - Bọt men: là hiện tượng tạo thành trên bề mặt sản phẩm các vết lõm kín hay hở làm giảm độ bóng, tạo điều kiện làm bẩn sản phẩm. Bọt men hình thành trong xương và thoát ra trong quá trình men chảy lỏng để lại lỗ tròn trên bề mặt men. - Cuốn men: Cuốn men đựợc đặc trưng bằng việc tìm thấy trên các sản phẩm các vùng có kích thước khác nhau không đựơc tráng men. Trong trường hợp diện tích các vùng đó lớn ta gọi đó là sự tróc men. Trên ranh giới các vùng đó, lớp men khá dày. • Hình dạng và kích thước các khuyết tật: Trong các sản phẩm sứ vệ sinh và sứ dân dụng, có nhiều loại khuyết tật với hình dạng khác nhau. Có thể là các vết tròn kích thước 1-5mm, hay các vết dài 1-2cm nhưng bề rộng chỉ từ 1-2mm, hay lỗi bong men có thể rộng 5-10mm. Các khuyết tật này xuất hiện rất nhiều trên bề mặt sản phẩm gốm sứ, đặc biệt là các vết châm kim. Nhóm thực hiện đề tài sau khi khảo sát thực tế đã nhận thấy rằng, tỷ lệ sản phẩm không đạt yêu cầu do các lỗ châm kim hay các vết dài 12cm nhưng bề rộng 1-2mm trên bề mặt thường nhiều hơn so với các lỗi 14 khác. Vì vậy mục tiêu chủ yếu của đề tài sẽ hướng đến việc khắc phục các lỗi bề mặt là các lỗ châm kim, hoặc các vết dài 1-2cm nhưng bề rộng chỉ 1-2mm. 2.2. Khảo sát một số hệ xương và men gốc Do đặc điểm của nội dung nghiên cứu là phải tạo ra các hệ men hàn vá có tính chất tương đồng với men nền, đặc biệt là hệ số giãn nở nhiệt, nhằm đảm bảo cho lớp men vá sau khi hấp men không bị nứt, không bị tách rời khỏi lớp men nền xung quanh. Thành phần hóa của men lại có tác động nhiều đến hệ số giãn nở nhiệt của men, muốn tăng hay giảm hệ số giãn nở nhiệt của men thì chỉ cần thay đổi tỷ lệ hoặc chủng loại của các cấu tử có tham gia vào thành phần men. Vì vậy, các hệ men gốc lấy từ các cơ sở sản xuất sứ vệ sinh và sứ dân dụng sẽ được khảo sát cụ thể về thành phần hóa học, độ giãn nở nhiệt và nhiệt độ biến mềm để có được những căn cứ tin cậy cho việc thiết lập các hệ men trám vá mới. Bên cạnh đó, nhóm thực hiện đề tài cũng tiến hành kiểm tra hệ số giãn nở nhiệt của các mẫu xương sứ dân dụng và sứ vệ sinh, để từ đó có thể thiết lập và điều chỉnh các hệ men trám vá tương đồng với men nền và xương sứ. Quy ước ký hiệu của các hệ men như sau: - Men cho sứ vệ sinh tại Công ty cổ phần sứ Đông Lâm - M1 - Xương sứ vệ sinh tại công ty cổ phần sứ Đông Lâm - X1 - Men cho sứ dân dụng tại Công ty cổ phần sứ Hải Dương - M2 - Xương sứ dân dụng tại công ty cổ phần sứ Hải Dương - X2 Kết quả thu được về thành phần hóa của các hệ men nói trên được tổng hợp lại trong bảng 2 dưới đây. Bảng 2. Thành phần hóa học của các hệ men. Mẫu Thành phần hóa học, %khối lương men SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O B2O3 ZnO ZrO2 MKN HSGNN lt M1 59,11 9,94 0,11 7,53 0,13 1,7 1,87 1,31 3,59 7,47 7,24 63,9.10-7oK-1 M2 64,42 12,43 0,15 4,81 3,1 2,32 2,09 0,88 2,68 7,13 59,7.10-7oK-1 (Kết quả phân tích: Phụ lục 1) * Nhận xét: Men cho sứ vệ sinh (M1) là hệ men đục, cấu tử chính tạo đục là ZrO2. Men cho sứ dân dụng (M2) là hệ men trong nên trong thành phần men không chứa ZrO2. Để trợ chảy cho men, ngoài các cấu tử như K2O, Na2O có trong cao lanh và fenspat thì một số cấu tử khác như CaO, ZnO, B2O3 được 15 bổ xung dưới dạng các oxit hoặc các hợp chất hóa học. Các cấu tử này ngoài tác dụng trợ chảy nó còn có các vai trò khác như làm tăng độ bóng, làm giảm độ giãn nở nhiệt của men. Theo thành phần hóa phân tích được, nhóm đề tài thực hiện tính toán hệ số dãn nở nhiệt lý thuyết của các hệ men này thu được kết quả như bảng 3. Độ giãn nở nhiệt của các hệ men M1 và M2 được khảo sát trên thiết bị Dilatomet thạch anh, kết quả được biểu thị trên hình 2 và hình 4. Hình 2: Đồ thị dãn nở nhiệt của mẫu men sứ Đông Lâm – M1 16 Hình 3: Đồ thị dãn nở nhiệt của mẫu xương sứ Đông Lâm – X1 Hình 4: Đồ thị độ dãn nở nhiệt của mẫu men sứ Hải Dương – M2 17
- Xem thêm -