ôn tập vật liệu silicat

Ôn tập

Quy trình sản xuất gốm sứ

Nguyên liệu
•
Nguyên liệu dẻo: khi trộn nước có tính dẻo
•
Nguyên liệu gầy: làm sp sứ tăng độ bền
cơ và nhiệt
•
Chất chảy: tạo pha lỏng khi nung

Nguyên liệu dẻo
•
Đất sét: là các khoáng alumo-silicat ngậm
nước có cấu trúc lớp, độ phân tán cao
•
Kích thước hạt bé
•
Hai lớp tinh thể cơ bản: tứ diện silic và bát
diện alumin
•
Sự thay thế các cation khác nhau trong
lớp bát diện sẽ tạo nên các khoáng sét
khác nhau

Khoáng caolinit
•
Al

2
(Si
2
O
5
) (OH)
4
hay Al
2
O
3
.2SiO
2
.2H
2
O
Gồm các lớp lặp lại của 1 tứ diện và 1 bát diện
(dày 0,72nm)
Các lớp liên kết nhau bằng liên kết hydro chặt
chẽ => giảm quá trình hydrat hóa => không
trương nở, độ dẻo kém, khả năng hấp phụ
ion kém
Khoáng halloysit Al
2
O
3
.2SiO
2
.4H
2

O : là sản
phẩm hydrat hóa của caolinit

Khoáng Montmorillonit
•
Al
2
O
3
. 4SiO
2
. H
2
O + nH
2
O
•
2 lớp tứ diện và 1 lớp bát diện
•
Vì lực hút dính Vanderwaal yếu giữa các
lớp silicat và độ hụt điện tích âm thực trong
các lớp bát diện, nước và các ion trao đổi có
thể xâm nhập vào chia tách các lớp => tính
trương nở lớn

Khoáng illit
•
Muscovit: K
2
O.3Al

2
O
3
.6SiO
2
.2H
2
O
•
Biotit: K
2
O.4MgO.2Al
2
O
3
.6SiO
2
.2H
2
O
•
Cấu trúc: có mạng lưới tinh thể tương tự
như silicat 3 lớp, giữa các lớp với nhau
được gắn kết bởi nguyên tử kali
•
Tính chất giống montmorilonit

Các tính chất kỹ thuật
•
Thành phần hạt

•
Khả năng trương nở thể tích và hấp phụ
ion
•
Độ dẻo và khả năng tạo hình
•
Sự biến đổi của đất sét và cao lanh khi
nung

Cấu trúc một số loại sét
H O
2
H O
2
O
O
7 , 2
1 0 , 1 1 0 , 0
O
1 5
C a o l i n h í t H a l l o y s i t e M u s c o v i t e M o n t m o r i l l o n i t e
L ô ùp [ S i O ] r o ài t ô ùi A l O ( O H )
L ô ùp n ö ô ùc t r o n g h a l l o s i t e
4
4 -
Ô Û v ò t r í c u ûa S i c o ù s ö ï t h a y
t h e á ñ o àn g h ì n h c u ûa A l
4 +
3 +
Ô Û v ò t r í c u ûa S i c o ù s ö ï t h a y t h e á

A l , n g o a øi r a c o øn c o ù c a ùc M g
t r u n g h o øa ñ i e än
4 +
3 + 2 +

Nhóm nguyên liệu gầy
•
Tràng thạch: là các hợp chất alumo-silicat
không chứa nước, trong thành phần còn
có Na
2
O, K
2
O, và CaO
•
Ít tồn tại ở dạng đơn khoáng mà tồn tại hh
đồng hình. Vd: plagioclaz, orthokalza.
•
Tác dụng: tạo pha lỏng trong quá trình
nung, hạ nhiệt độ nung và thúc đẩy qtr kết
khối

Thạch anh
11
Khi biến đổi thù hình, thể tích riêng biến đổi khá lớn.
u cầu: hàm lượng SiO
2
càng cao và lượng các oxit gây màu lớn

Các nguyên liệu khác

•
Hoạt thạch, đá vôi, đôlomit
•
Các hợp chất chứa BaO, TiO
2
, Zr
2
O
3
…
•
Các oxit kim loại chuyển tiếp: sx chất màu
•
Nguyên liệu làm khuôn: thạch cao
•

C a S O . 2 H O
4 2
( Ñ a ù t h a ïc h c a o )
1 8 0 2 0 0 C
÷
o
C a S O . 0 , 5 H O
4 2
( T h a ïc h c a o k h a n )
2 2 0 2 5 0 C
÷
o
C a S O
4

( T h a ïc h c a o c h e át )
H O
2
( T a ïo k h u o ân )
C a S O . n H O ( n > 2 )
4 2
S a áy 4 5 6 0 C
÷
o
C a S O . 0 , 5 H O
4 2
H O t ö ø ñ a át s e ùt
d e ûo , h u y e àn p h u ø
2
K h u o ân s ö û d u ïn g
( n 2 : n ö ô ùc l y ù h o ïc )
≥

Chuẩn bị phối liệu
•
Nhằm đạt độ chính xác cao nhất về thành
phần hóa, tp hạt, lượng nước tạo hình
•
Phân loại sơ bộ => nghiền
•
Nghiền qua nhiều giai đoạn: thô, TB, mịn
•
Thường dùng máy nghiền bi ướt
•
Tác dụng: tránh sự kết tụ, tăng hoạt động

hoạt hóa bề mặt, làm đồng nhất phối liệu

Tạo hình
•
3 phương pháp chính: ép (4 – 18%), dẻo
(10 – 25%), đổ rót (35-60%)
•
Huyền phù đất sét – nước ổn định khi hạt
đất sét nhỏ
•
Để làm bền: pp tĩnh điện hoặc polyme,
ngăn các hạt sét lại gần nhau => kết tụ

Các pp tạo hình
•
Đổ rót: khuôn thạch cao hút nước từ
huyền phù, hồ chuyển động bám vào
thành khuôn
•
Dẻo: phối liệu phải đồng nhất hóa: qua
máy lọc ép khung bản => máy luyện Lento
=> ủ => tạo hình
•
Ép: ép nhiều lần, loại bỏ bọt khí và ứng
suất dư

Gia công nhiệt sản phẩm: sấy
•
Làm tăng độ bền cơ của mộc
•

Loại bỏ nước liên kết lý học
•
Chế độ sấy: Gia nhiệt – gd tốc độ sấy
không đổi – gd tốc độ sấy giảm
•
Xuất hiện ứng suất cơ do chênh lệch độ
ẩm => cần tìm chế độ sấy tối ưu
•
Sau khi sấy, mộc thô cỡ hạt mịn có độ bền
cơ học cao hơn

Gia công nhiệt sp: nung
•
Là quá trình gia nhiệt sp gốm sứ đến nhiệt
độ cao nhất và làm nguội sp đến nhiệt độ
thường
•
Xảy ra các pứ ở nhiệt độ cao, qtr kết khối,
xuất hiện pha lỏng, hòa tan và tái kết tinh
tinh thể => tạo ra vật liệu mới có vi cấu
trúc mới
•
Chứa đựng nguy cơ: biến dạng, cong
vênh, nứt vỡ

Chế độ nung
•
Nhiệt độ nung
•
Thời gian nung

•
Môi trường nung
•
Nâng nhiệt độ
•
Thời gian lưu
•
Giảm nhiệt độ

Men
•
Các tính chất quan trọng của men:
- Sự hình thành lớp trung gian
-
Trong quá trình tạo men: độ nhớt, sức
căng bề mặt
-
QT tạo men và sử dụng: độ dãn nở
-
QT sau khi hình thành: độ cứng, tính chất
điện, độ bền hóa học

Công thức men Seger
x RO a X
2
O
3
b YO
2

y R
2
O
•
Trong đó: x + y = 1
•
RO và R
2
O là chất trợ dung
•
X
2
O
3
tạo tính bền nhiệt, làm cứng và bền
men, nhiệt độ nung cao (0.1 – 1.5)
•
YO
2
là oxit tạo thủy tinh, làm nhiệt độ men
nung cao (1.5 – 15)

Một số nguyên liệu chính
•
PbO: Tnc thấp, chảy tốt và bóng, độc
•
Na
2
O, K
2

O: dễ chảy, hay dùng thêm B
2
O
3
•
Li
2
O: là chất giúp chảy mạnh
•
CaO: tăng chiều dày lớp trung gian, chống
bong, nứt men, tạo men mờ
•
MgO: lượng nhỏ tăng độ bóng men, chống
nứt
•
ZnO: tăng độ chảy láng
•
Al
2
O
3
: Tăng độ bền màu, độ nhớt, độ bền
hóa

Một số nguyên liệu chính
•
SiO
2
: quyết định độ chảy của men, tao pha
thủy tinh

•
B
2
O
3
: thay thế SiO
2
, CaO, hạ Tnc
•
SnO
2
: tạo đục
•
TiO
2
:dùng chung với ZnO cho hiệu quả
đục rất tốt
•
ZrO
2
: dùng thay SnO
2

Màu
•
Chất tạo màu: sắc tố
•
Chất mang màu: hợp chất tạo khoáng có
mạng tinh thể nhất định
•

Chất tạo thủy tinh: xác định sự liên kết
chặt chẽ giữa chất màu gốm và men
•
Chất trợ màu: có tác dụng tăng cường tác
dụng của chất màu

Chất mang màu
Spinel Loại 1: Công thức: XO.Y
2
O
3
Spinel Loại 2: CT 2XO.YO
2
Sự thay thế đồng hình giữa X và Y

trong
cấu trúc spinel tạo ra 1 loạt các chất mang
màu ổn định
Granat: 3 XO.Y
2
O
3
.3ZO
2
Chất mang màu khác: là các oxit không màu
có cấu trúc tinh thể. Các oxit tạo màu hòa
tan vào nó tạo dd rắn

Các loại trang trí màu
•

Màu trên men: sau khi vẽ màu lên men,
nhiệt độ nung 600 – 800
o
C => phong phú
•
Màu dưới men: Vẽ màu lên xương đã
nung hoặc mộc đã sấy khô – tráng men –
nung (1250- 1430
o
C), màu bền, ko pp
•
Màu trong men: màu bền, gam màu
phong phú hơn