Men sứ và chất màu cho gốm sứ

Men sứ và chất màu cho
gốm sứ
GVHD: TS. Phan Thị Hoàng Oanh
SVTH: Hồ Văn Kiên
Nguyễn Thị Nữ
Tống Thị Thu Hằng


2
Mục lục
Phần I. Men sứ
1. Phân loại men
1.1. Theo thành phần hóa học
1.2. Theo nhiệt độ nung
1.3. Theo cách sản xuất
2. Công thức men
3. Nguyên liệu sản xuất men
4. Tính chất men
4.1. Trạng thái lỏng
4.1.1. Tính chảy lỏng
4.1.2. Nhiệt độ nóng chảy
4.1.3. Độ nhớt
4.1.4 Sức căng bề mặt
4.2. Trạng thái rắn
4.2.1. Hệ số giãn nở nhiệt
4.2.2. Độ cứng
4.2.3. Tính cách điện
4.2.4. Độ bền hóa
5. Lớp trung gian
6. Phương pháp sản xuất men
7. Tráng men

Phần II.
Chất màu cho gốm sứ
1. Bản chất của màu sắc
2. Chất màu cho gốm sứ
3. Vai trò của một số oxit tạo
màu cơ bản
4. Một số chất màu thông dụng
4.1. Màu xanh lam
4.2. Chất màu vàng
4.3. Chất màu xanh lục
4.4. Chất màu đen và chất
màu gạch
4.4. Chất màu hồng, đỏ, tía
Tài liệu tham khảo


3
Phần I. Men sứ
Men là một lớp thủy tinh có chiều dày từ 0,15–0,4 mm
phủ lên bề mặt xương gốm sứ. Lớp thuỷ tinh này hình thành
trong quá trình nung và có tác dụng làm cho bề mặt sản
phẩm trở nên sít đặc, nhẵn bóng.


4
1. Phân loại men
1.1. Theo thành phần hóa
học
- Men có chứa chì:
PbO có tác dụng làm

giảm nhiệt độ nóng
chảy của men. Tuy
nhiên, loại này độc hại
không những đối với
người sản xuất mà còn
đối với người sử dụng.
- Men không chứa
chì: loại này thường có
nhiệt nóng chảy cao,
thường được sử dụng
trong sản xuất sứ cứng.


5
1. Phân loại men
1.2. Theo nhiệt độ nung
- Men khó chảy: là
những loại men có nhiệt độ
nóng chảy cao khoảng
(1.250-1.450°C), có độ
nhớt lớn và thường là men
kiềm thổ, men trường
thạch hoặc men đá vôi.
- Men dễ chảy: là
những loại men có nhiệt độ
nóng chảy thấp hơn
1.250°C.


6

1. Phân loại men
1.3. Theo cách sản xuất
- Men sống: các nguyên liêu dùng sản xuất men (như đất
sét, cao lanh, trường thạch và các chất chảy, ngoài ra có thể
có các oxit mang màu) được nghiền mịn.
- Men frit: là loại men đã được nấu chảy (frit hoá) trước
đó.
- Men muối: là men được tạo thành do các chất bay hơi và
bám lên bề mặt sản phẩm tạo nên.
- Men tự tạo: là men được tạo thành từ phối liệu xương
trong quá trình nung tự hình thành trên bề mặt sản phẩm một
lớp tương đối nhẵn và bóng.


7
2. Công thức men
Công thức Seger của men:
1,0 R
2
O
n
xAl
2
O
3
ySiO
2
zB
2
O

3
Trong đó:
- R
2
O
n
là các oxit bazơ, thông thường R là các kim loại sau:
Pb, K, Na, Ca, Mg, Ba, Li, Zn. Đối với men màu có thể là Co,
Ni, Cu, Mn, Fe. Tổng phần mol của các oxit này luôn luôn
bằng 1.
- Oxit lưỡng tính nằm xen kẽ giữa oxit bazơ và oxit axit,
nhóm này chủ yếu là Al
2
O
3
.
- Oxit axit bao gồm SiO
2
là chính, ngoài ra có thể có thêm
B
2
O
3
. Tổng các phần mol của oxit axit và oxit lưỡng tính
được tính quy đổi theo tổng của oxit bazơ làm chuẩn.


8
3. Nguyên liệu sản xuất men
Nguyên liệu

Oxit bazơ
Oxit lưỡng tính
Oxit axit
Al
2
O
3
Li
2
O
CaO
K
2
O; Na
2
O
PbOMgO
SrO ZnO
SiO
2
B
2
O
3
SnO
2
TiO
2
BaO
ZrO

2


9
4. Tính chất của men
4.1. Trạng thái lỏng
4.1.1. Tính chảy lỏng
Men phải chảy lỏng hoàn toàn ở nhiệt độ mong muốn.
Trong sản xuất thường dùng những yếu tố sau để điều chỉnh
sự chảy lỏng của men:
- Giảm oxit kiềm và cho thêm axit boric thì men sẽ dễ chảy
hơn.
- Tăng oxit kiềm và giảm SiO
2
sẽ làm cho men dễ chảy hơn.
- Thay SiO
2
bởi TiO
2
hoặc PbO sẽ làm giảm điểm nóng chảy.
- Thay K
+
bằng Na
+
hoặc Li
+
sẽ làm cho men dễ chảy hơn.
- Thay các anion có hóa trị 1 (như Cl
-
; F

-
;Br
-
) bởi các anion có
hóa trị 2 sẽ làm yếu cấu trúc men, do đó sẽ làm giảm nhiệt
độ nóng chảy.


10
4. Tính chất của men
4.1.2. Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ nóng chảy của men phụ thuộc vào thành phần
phối liệu và các oxit có mặt trong men. Nhiệt độ nóng chảy
của men sẽ thay đổi lớn khi một số yếu tố sau thay đổi:
- Thay đổi tỷ lệ oxit kiềm/SiO
2
(tỷ lệ càng lớn, nhiệt độ nóng
chảy càng giảm).
- Thay đổi hàm lượng Al
2
O
3
(tăng Al
2
O
3
, nhiệt độ nung sẽ
tăng).
- Bản chất các oxit kiềm.
- Hàm lượng các oxit kiềm càng lớn (nhiệt độ càng giảm).

- Phụ thuộc tỷ lệ B
2
O
3
/SiO
2
(tỷ lệ càng lớn, nhiệt độ càng
giảm)
- Phụ thuộc độ nghiền mịn của men (men càng mịn, nhiệt độ
nóng chảy càng giảm).
- Phụ thuộc thành phần khoáng của phối liệu.


11
4. Tính chất của men
4.1.3. Độ nhớt
- Độ nhớt của men sẽ thay đổi theo nhiệt độ, nhiệt độ tăng
thì độ nhớt giảm và ngược lại.
- Độ nhớt của men là một tính chất quan trọng, nó cho ta
biết:
+ Giá trị của độ nhớt ở nhiệt độ nóng chảy chỉ rõ men
nào có khả năng chảy tràn khỏi bề mặt sản phẩm khi nung
và men nào thì không.
+ Độ nhớt trong quá trình hình thành men cũng cho biết
sự thoát khí xảy ra (do các phản ứng hoá học) có dễ dàng
hay không trong quá trình nung.


12
4. Tính chất của men

4.1.4. Sức căng bề mặt
- Sức căng bề mặt là ứng suất căng tác dụng lên bề mặt
lỏng, theo chiều hướng thu nhỏ diện tích bề mặt lỏng, nếu
chất lỏng nằm tự do trong không khí.
- 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 sẽ hình thành sức căng bề mặt.
- Nếu muốn tráng 2 men chồng lên nhau và muốn có ranh
giới tiếp xúc sắc nét thì 2 men phải có sức căng bề mặt bằng
nhau.


13
4. Tính chất của men
4.2. Trạng thái rắn
4.2.1. Hệ số giãn nở nhiệt
- Ở dưới nhiệt độ chuyển hóa, yếu tố quyết định sự ảnh
hưởng đến mối quan hệ giữa xương và men là hệ số giãn
nở nhiệt (a).
- Sự chênh lệch hệ số giãn nở nhiệt của xương (a
x
) và men
(a
m
) thể hiện ra khi làm nguội sản phẩm (cả xương và men
cùng co lại).
- Sự chênh lệch này với phạm vi hẹp (a
x
– a
m

≤ 0,5.10
-6
K
-1
)
không gây khuyết tật vì men có khả năng đàn hồi trong 1
phạm vi nhất định.


14
4. Tính chất của men
4.2.2. Độ cứng
Đây là 1 thông số quan trọng trong quá trình sử dụng
men.
- Độ bền chống rạch: xác định bằng kim cương hay những
vật liệu có độ cứng cao xong rồi đối chiếu với mẫu đã xác
định trước.
- Độ bền lún: được đo bằng cách ấn một lực xác định bằng
kim cương xuống bề mặt của men, khi rút lên để lại một lỗ.
Đối chiếu, so sánh với mẫu chuẩn.
- Độ bền chống mài mòn: biểu thị bằng độ hao mòn trọng
lượng sau khi mài.


15
4. Tính chất của men
4.2.3. Tính cách điện
- Khả năng dẫn điện của men gốm là do
ảnh hưởng chính của kiềm.
- Hàm lượng kiềm càng cao càng có độ

dẫn điện lớn, ứng với sự dao động của
các ion kiềm trong mạng lưới thuỷ tinh.
- Để hạn chế điều này có thể dùng PbO
làm giảm sự dao động của các ion kiềm.


16
4. Tính chất của men
4.2.4. Độ bền hóa
- Men trong quá trình sử
dụng phải bền với môi
trường.
- Men sẽ bền hóa nếu ít
kiềm.
- PbO và B
2
O
3
cùng làm
giảm độ bền hóa.
- SiO
2
, Al
2
O
3
làm tăng độ
bền hóa. Tuy nhiên lượng
Al
2

O
3
đưa vào không được
vượt quá 18% nếu không
sẽ làm xấu đi các tính chất
khác của men.


17
5. Lớp trung gian
- Trong thời gian nung thường nảy
sinh giữa men và xương 1 lớp
trung gian có độ dày 10-50µm.
- Sự xuất hiện lớp trung gian này
phụ thuộc vào thành phần hóa,
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.


18
6. Phương pháp sản xuất men
- Phối liệu men được nghiền ướt bằng máy nghiền bi, qua sàng
10.000 lổ/cm
2
. Sau đó men được cho chảy qua hệ thống từ
trường mạnh để khử sắt.

- Men rất dễ bị sa lắng.
- 1 số biện pháp chống lắng cho men:
+ Giảm bớt độ ẩm của men, làm cho men đặc hơn.
+ Bổ sung thêm nguyên liêu dẻo vào men.
+ Thêm vào 1 ít tinh bột, dextrin (C
6
H
10
O
5
)
n
, keo xenlulozơ,
keo glutin với hàm lượng tối đa là 2-3%.
+ Thêm vào 1 ít axit yếu, bazơ yếu hoặc amoni oxalat.
+ Thêm vào 1 ít khoáng bentonit.


19
6. Phương pháp sản xuất men
- Khi sản xuất men người ta thường sử dụng men đã frit.
- Khi frit hóa cần chú ý:
+ Cần tính cả lượng nước kết tính trong nguyên liệu.
+ Tỷ lệ mol giữa oxit bazơ/ SiO
2
dao động từ 1:1 cho đến
1:3.
+ Đối với men frit kiềm và SiO
2
ít nhất phải bằng 1:2,5.

+ Trong phối liệu men frit, cần đưa thêm 1 lượng B
2
0
3
.
+ Ngoài ra 1 số trường hợp cần cho thêm Al
2
0
3
.


20
7. Tráng men
- Thường sử dụng các
phương pháp sau:
+ Dội men phía trong và
phía ngoài sản phẩm.
+ Nhúng men.
+ Phun men.
+ Chảy tràn
- Ngoài ra có thể kết hợp các
phương pháp trên.
Phần II.
Chất màu cho gốm sứ
Màu sắc mà mắt ta cảm nhận được là dựa
trên bước sóng ánh sáng. Các bước sóng khác
nhau sẽ tạo ra các màu khác nhau. Các vật thể
dưới tác động của ánh sáng chiếu vào sẽ phản
xạ lại và được thị giác.

22
1. Bản chất của màu sắc
Màu sắc bao gồm
Sắc thái màu Tông màu Cường độ màu


23
2. Chất màu cho gốm sứ
- Chất màu cho gốm sứ thuộc hệ dung dịch rắn. Cấu
trúc chất màu không hoàn chỉnh => biến dạng về cấu trúc
làm thay đổi thông số mạng lưới của tinh thể.
- Sự biến dạng xảy ra ở các dải lân cận làm cho chất
màu có thể hấp thụ cả một dải gồm nhiều bước sóng vì vậy
màu nhìn thấy không thuần khiết.
- Ngoài ra, màu sắc còn do dạng thù hình của nguyên
tố tạo nên.



24
3. Vai trò của một số oxit
tạo màu

Nhôm oxit:

Coban oxit:

Niken oxit:


Đồng oxit:

Crôm oxit:

Antimo oxit:

Sắt oxit

Mangan oxit

Thiếc oxit:

Zirconi oxit:

Titan oxit:

Kẽm oxit:

Canxi oxit:

Magie oxit:

Kali oxit và natri oxit:


25