Nghiên cứu giải pháp giảm giá thành , tăng tính cạnh tranh đối với sản phẩm công ty Sứ Thanh Trì

Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
Phần Mở đầu
Trong những năm gần đây, nhờ chuyển đổi sang cơ chế thị trờng với
nền kinh tế hàng hoá nhiều thành phần đã tạo điều kiện cho thị trờng hàng
hoá nói chung và thị trờng vật liệu nói riêng ở Việt Nam phát triển mạnh mẽ.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, tốc độ xây dựng cơ bản
ngày càng gia tăng kéo theo nhu cầu về vật liệu xây dựng ngày càng cao cả
về số lợng, chất lợng và chủng loại.
Theo định hớng quy hoạch tổng thể phát triển đô thị của Việt Nam
trong những năm tới, chính phủ đã và sẽ quy hoạch và xắp xếp lại các đô thị
loại I và loại II, mở rộng và phát triển các đô thị mới trên cơ sở gắn liền với
quy hoạch tổng thể phát triển các khu công nghiệp, khu chế xuất và khu công
nghệ cao
Đây chính là những nhân tố thúc đẩy sự phát triển của ngành xây
dựng, sản xuất vật liệu xây dựng nói chung đặc biệt là các sản phẩm trang trí,
hoàn thiện cao cấp sử dụng trong xây dựng nh gạch ốp lát và sứ vệ sinh.
Trong thời gian qua, sứ vệ sinh là một sản phẩm cao cấp đã đợc nhiều
cơ sở trong và ngoài nớc đầu t mới, mở rộng các dây truyền sản xuất, đổi mới
trang thiết bị và công nghệ, xây dựng các dây truyền sản xuất đồng bộ, tiên
tiến và hiện đại. Theo thống kê, tổng công suất thiết kế của các nhà máy sứ
vệ sinh ở Việt Nam năm 2005 khoảng 3,2 triệu sản phẩm.
Công Ty Sứ Thanh Trì là một Công ty đi đầu trong công nghệ sản xuất
sứ vệ sinh ở Việt Nam. Hiện nay Công ty đang từng bớc đổi mới chiều sâu về
chất lợng sản phẩm cũng nh chủng loại đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của
thị trờng trong nớc và xuất khẩu. Trớc nhu cầu ngày càng cao của thị trờng về
các chỉ tiêu kỹ thuật và chất lợng sản phẩm, đặc biệt giảm giá thành sản
phẩm, đồng thời tăng chất lợng sản phẩm thúc đẩy tính cạnh tranh trên thị tr-
ờng trong và ngoài nớc, đó chính là nhu cầu cần phải đa ra nghiên cứu.
Học viên: Nguyễn Thái Bình
1
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005

Đi sâu nghiên cứu việc ổn định và nâng cao chất lợng kỹ thuật của sản
phẩm sứ vệ sinh đó là sự phù hợp xơng men, độ biến dạng của sản phẩm và
đặc biệt đó là độ bóng đẹp của bề mặt men.
Đi sâu nghiên cứu việc giảm giá thành sản phẩm tăng tính cạnh tranh
khốc liệt của thị trờng đó là giảm tiêu hao, chi phí và đặc biệt là giảm nhiệt
độ nung các sản phẩm gốm sứ. Theo tính toán khi giảm nhiệt độ nung xuống
đợc 50
0
C thì tiết kiệm đợc 12 - 15% chi phí nhiên liệu sử dụng.
Hiện nay trên thế giới mà đi đầu là các hãng SITI, SACMI, WELCO,
NASSETTI nhiệt độ nung cao nhất để nung sứ chỉ khoảng 1200 - 1220
0
C
nung trên lò nung nhanh Tuynell. Các chuyên gia CERAMICER - vơng quốc
anh đẫ nhiều lần khuyến cáo với Công ty Sứ Thanh Trì nên giảm nhiệt độ
nung cao nhất để nung sứ xuống còn 1200 - 1220
0
C vừa tiết kiệm đợc chi phí
nhiên liệu vừa tăng tuổi thọ cho lò nung Tuynell; giảm giá thành sản phẩm,
tăng tính cạnh tranh trên thị trờng.
Nội dung của đề tài cũng chính là vấn đề đang nẩy sinh và đang cần
tìm phơng hớng giải quyết đối với Công ty Sứ Thanh Trì.
Học viên: Nguyễn Thái Bình
2
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
Phần I: Cơ sở lý thuyết
1.1. Các nguyên liệu để chế tạo Gốm sứ
Đối với các sản phẩm gốm sứ nói chung các nguyên liệu chính để sản
xuất xơng sứ gồm cao lanh, đất sét, thạch anh, fenspat trong đó cao lanh và
đất sét đợc gọi là nguyên liệu dẻo còn thạch anh và fenspat đợc gọi là nguyên

liệu gầy. Ngoài ra trong công nghiệp gốm sứ phần quan trọng nữa phải kể
đến là men, nguyên liệu để sản xuất men gồm có: cao lanh, thạch anh,
fenspat, wolastonit, ZrSiO4, bột nhẹ CaCO3, bột talc, oxyt kẽm ZnO,
BaCO3, clorua Côban, CMC
Mỗi loại nguyên liệu đều có tính chất đặc trng riêng về nguồn gốc,
tính chất, ứng dụng của nó đối với toàn bộ quá trình chế tạo sản phẩm. Để
hiểu biết và sử dụng đợc các loại nguyên liệu trên cần khảo sát cụ thể về từng
loại nguyên liệu.
1.1.1. Cao lanh và đất sét
Cao lanh và đất sét là một loại vật chất sét, đợc hình thành do quá trình
phong hóa của các loại đá chứa kiềm có nguồn gốc từ pegmatit, fenspat,
granit, đá mai, đá hoa cơng.
Trong cao lanh, khoáng chiếm đa số là caolínt. Các khoáng này thờng
có dạng hình tấm, lá với kích thớc tơng đối thô từ 0,1ữ 3 àm nên nguyên liệu
này có độ dẻo kém. Tuy nhiên, đây là một loại nguyên liệu có độ tinh khiết
cao, đặc biệt có hàm lợng Al
2
O
3
rất lớn ( 30 ữ 28%). Trong phối liệu, cao
lanh là một nguồn chính để tạo ra khoáng mulit do sự phân hủy của caolinit
trong quá trình nung. Đây là một loại khoáng quan trọng trong cấu trúc của
xơng sứ vì nó có các tính chất kỹ thuật cơ, điện, nhiệt rất tốt.
Trong đất sét thờng tồn tại các loại khoáng caolinit, montmorilonit,
mica. Đặc điểm nổi bật của đất sét là có kích thớc hạt tơng đối mịn, đờng
kinh hạt thờng từ 0,06 ữ1àm, trong đó một số loại sét có hàm lợng hạt d =
0,06 àm chiếm tới 40% còn ở các loại đất sét thông thờng thì hàm lợng này
Học viên: Nguyễn Thái Bình
3
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005

là 20 ữ 30%. Do đất sét có kích thớc hạt tơng đối mịn nên có độ dẻo cao và
trở thành một nguyên liệu dẻo tốt cho quá trình sản xuất, đặc biệt quan trọng
trong quá trình tạo hình sản phẩm gốm sứ. Nó làm tăng cờng độ mộc của sản
phẩm, đồng thời góp phần cùng với cao lanh để tạo ra khoáng mulit nhiều
hơn.
Trong nguyên liệu đất sét nói chung, các loại tạp khoáng thờng gặp là
thạch anh, trờng thạch, các muối cacbonat, các tạp sắt, TiO
2
, các loại muối
tan nh muối sunfat, muối clorua, thạch cao, chất hữu cơ. Các loại tạp chất
khoáng này ảnh hởng đến tính chất của nguyên liệu theo nhiều hớng khác
nhau.
- Tạp khoáng thạch anh thờng gặp trong dạng cát với hàm lợng tơng
đối lớn, trong cao lanh nó chiếm tời 30 ữ 40%. Sự có mặt của thạch anh làm
tăng độ khó chảy của nguyên liệu sét, từ đó nó ảnh hởng đến nhiệt độ nung
của sản phẩm.
- Tạp cacbonat CaCO
3
, MgCO
3
lẫn trong nguyên liệu, khi nung sản
phẩm sẽ bị xốp do sự phồng rộp của các tạp, làm cho cờng độ cơ học của sản
phẩm bị giảm xuống. Để giảm tác hại của các tạp này thì phải nghiền nguyên
liệu đến độ mịn hạt yêu cầu sao cho các hạt CaCO
3
, MgCO
3
phân tán đều
trong nguyên liệu.
- Tạp khoáng sắt lẫn trong nguyên liệu thờng tồn tại ở dạng FeS

2
,
Fe
2
O
3
. nH
2
O, Fe(OH)
3
. Nếu chúng không đợc nghiền để phân tán đều thì khi
nung nó sẽ chảy ra thành các vết đen rất to trong sản phẩm, ảnh hởng đến các
tính chất kỹ thuật và mỹ thuật của sản phẩm.
- Thạch cao lẫn trong nguyên liệu sét khi nung ở nhiệt độ cao thờng
tác dụng với các cấu tử khác tạo thành những vết thủy tinh chảy ra bề mặt sản
phẩm làm mất tính thẩm mỹ và giảm các tính chất kỹ thuật của sản phẩm.
- Các loại tạp chất khác nh TiO
2
, các muối tan sunfat, clorua thờng gây
ảnh hởng đến màu sắc của sản phẩm nh tăng cờng sự nhuộm màu của Fe
2
O
3
,
tạo các vết muối loang lổ trên bề mặt, các vật chất hữu cơ lần nhiều trong
Học viên: Nguyễn Thái Bình
4
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
nguyên liệu sẽ làm cho sản phẩm bị phồng rộp khi nung do khi chúng cháy
sẽ tạo ra khí CO

2
với hàm lợng lớn.
* Đất sét:
Đất sét có các đặc tính khoáng học gồm caolinite, các khoáng mica
nh là montmorilonit và muscovite, quartz và một lợng nhỏ feldspar và
cacbonate.
Các phân tích cỡ hạt của đất sét cho biết sự phân bố cỡ hạt mịn: cỡ hạt
chủ yếu trong khoảng 0,5 - 10 àm. Đất sét có các tính chất sau:
- Khả năng điện giải tốt.
- Tốc độ tạo hình nhanh.
- Cờng độ mộc tốt.
- Có khả năng thuỷ tinh hoá hoàn toàn tại tại 1200
0
C và độ thay đổi kích
thớc thấp.
- Cờng độ sau nung tốt.
- Mộc sau nung hơi ngả mầu xám do hàm lợng TiO
2
và Fe
2
O
3
thấp.
Đặc biệt các tính chất lu biến và khả năng thuỷ tinh hoá tốt với giá trị c-
ờng độ cao. Với các đặc tính kỹ thuật trên cho thấy nguyên liệu phù hợp đối
với việc chế tạo hồ để tạo hình sản phẩm sứ vệ sinh.
* Cao lanh:
Cao lanh có các đặc tính chủ yếu gồm kaolinite và một lợng nhỏ quartz,
các khoáng mica, fenspat cùng với tạp chất hữu cơ.
Hình nhiễm xạ tia X cho thấy:

- Các peak thu nhiệt tại 100 - 200
0
C do mất nớc lý học.
- Các peak toả nhiệt tại nhiệt độ khoảng 591
0
C do liên quan tới việc
hình thành mới các pha tinh thể do biến đổi thù hình sang metakaolin.
Peak tỏa nhiệt liên quan đến việc đốt cháy các tạp chất hữu cơ không
quan sát đợc. Lợng tạp chất trong nguyên liệu thấp và nó đợc chứng minh
bằng việc giảm nhỏ về khối lợng trên biểu đồ phân tích nhiệt giữa khoảng
nhiệt độ 200 và 450
0
C. Ngoài ra, trên biểu đồ phân tích nhiệt khối lợng giảm
Học viên: Nguyễn Thái Bình
5
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
do mất nớc vật lý và mất nớc hoá học tơng ứng với từng giải nhiệt độ. Các
phân tích cỡ hạt cho thấy giải phân bố cỡ lớn với giá trị lớn giữa 50 và
200àm. Phân tích sót sàng 180, 125 và 63 àm cho thấy sót sàng thấp, đặc
biệt lợng sót sàng 65àm lớn hơn 5% cho thấy nguyên liệu này dùng để sử
dụng trong việc chế tạo xơng sứ vệ sinh.
Từ quan điểm nhìn nhận từ góc độ kỹ thuật Cao lanh có các đặc điểm
sau:
- Có khả năng điện giải kém, và cần bổ sung lợng nớc và chất điện giải
lớn.
- Có tốc độ tạo độ dày trên thạch cao lớn.
- Có cờng độ mộc sau sấy và sau nung cao.
- Có xu hớng thuỷ tinh hoá thấp.
- Mẫu nung có mầu ngà voi.
* Nhìn chung, chất lợng của các nguyên liệu cao lanh và đất sét

không những phụ thuộc vào thành phần khoáng hàm lợng khoáng mà còn
phụ thuộc cả vào hàm lợng và các loại tạp chất lẫn trong nguyên liệu.
1.1.2. Thạch anh
Thạch anh là một loại khoáng rất phổ biến trong lớp vỏ trái đất, chúng
tồn tại ở hai dạng chính là dạng tinh thể và dạng vô định hình. Trong thành
phần của phối liệu gốm sứ, hàm lợng SiO
2
chiếm 60 ữ 70% trong đó một l-
ợng lớn SiO
2
là do cao lanh, đất sét mang vào, phần còn lại thờng từ cát thạch
anh đa vào.
Trong xơng gốm sứ, thạch anh đóng vai trò là một nguyên liệu gầy để
giảm độ co cho sản phẩm trong quá trình sấy, nung. Trong quá trình nung nó
cùng với fenspat và các tạp chất tạo nên pha thủy tinh hòa tan các vật chất rắn
để kết tinh ra các tinh thể, pha mới. Khi có mặt của SiO
2
trong pha thủy tinh
thì nó làm cho pha thủy tinh có độ nhớt cao hơn nên chống đợc sự biến dạng
cho sản phẩm khi nung. Ngoài ra, thạch anh còn góp phần tạo nên các tinh
thể mulit để nâng cao các tính chất kỹ thuật của sản phẩm. Tuy nhiên, trong
Học viên: Nguyễn Thái Bình
6
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
quá trình đốt nóng và làm nguội thì thạch anh có sự biến đổi thù hình rất
phức tạp nên trong quá trình nung luyện phải kiểm soát đợc những khoảng
nhiệt độ biến đổi thù hình để tránh gây nứt vỡ sản phẩm.
1.1.3. Fenspat
Fenspat là một loại khoáng Alumosilicat chứa kiềm và kiềm thổ với
hàm lợng tơng đối lớn. Về mặt hóa học, fenspat có 3 dạng chính là fenspat

kali (orhoclaz) K
2
O. AL
2
O
3
. 6SiO
2
, fenspat natri (Albit) Na
2
O. Al
2
O
3
. 6SiO
2
và fenspat canxi (anothit) CaO. Al
2
O
3
. 2SiO
2
. Các dạng đơn khoáng này rất
hiếm, chủ yếu nó tồn ở dạng hỗn hợp đồng hình giữa các fenspat đơn
khoáng bao gồm hỗn hợp đồng hình orthoclaz - abit (là hỗn hợp đồng hình
của fenspat kali và fenspat natri (K, Na)
2
O. Al
2
O

3
. 6SiO
2
và hỗn hợp đồng
hình albit anothit (là hỗn hợp đồng hình của fenspat natri và fenspat canxi, có
tên gọi chung là plagioclaz).
Trong số các hỗn hợp đồng hình của fenspat thì fenspat kali - natri đợc
sử dụng phổ biến trong các bài phối liệu. Do sự khác biệt về tính chất giữa
hai loại fenspat kali và fenspat natri nên các loại fenspat kiềm có tỷ lệ K/Na
khác nhau sẽ có ảnh hởng khác nhau lên các thông số kỹ thuật của sản phẩm.
Fenspat natri có nhiệt độ chảy thấp, khoảng chảy hẹp, độ nhớt nhỏ. Trong
phối liệu nó làm cho pha thủy tinh xuất hiện sớm, nhiệt độ kết khối của xơng
thấp. Fenspat kali có nhiệt độ chảy cao hơn, khoảng chảy rộng hơn, độ nhớt
cao hơn so với fenspat natri nên khi có mặt trong phối liệu nó làm cho xơng
có nhiệt độ kết khối cao hơn. Đồng thời oxit K
2
O trong fenspat kali có độ
hoạt tính bề mặt tơng đối tốt nên nó làm giảm mạnh sức căng bề mặt của pha
thủy tinh.
1.1.4. Bột talc
Là một loại nguyên liệu bổ xung đáng kể oxit kim loại kiềm thổ, có
hàm lợng MgO lớn ( >25% ), hàm lợng CaO (Từ 7 - 9 %), nhằm giảm nhiệt
độ nung xơng gốm sứ.
Học viên: Nguyễn Thái Bình
7
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
1.1.5. Các nguyên liệu để chế tạo men
- Fenspat, Cao lanh, bột talc, Thạch anh: Nh dã giới thiệu ở trên.
- Wolátonit: Một loại nguyên liệu tự nhiên cung cấp chính CaO và SiO
2

cho men, việc sử dụng wolastonit trong men có vai trò rất quan trọng không
những trong việc hạ nhiệt độ chẩy cho men ( vì nó cung cấp oxit kim loại
kiềm thổ CaO ) mà còn làm giảm thiểu lợng khí CO
2
thoát ra trong men khi
nung do khi sử dụng bột nhẹ ( Ca CO
3
) và do vậy làm giảm khuyết tật bọt
khí nâng cao chất lợng bề mặt men.
- Oxit kẽm, Zr SiO
2
, BaCO
3
: Cung cấp các oxits ZnO, ZrO
2
, BaO.
1.2. Nghiên cứu cấu trúc pha của sứ vệ sinh
Trong sản xuất gốm sứ nói chung, việc sử dụng các loại nguyên liệu
khác nhau trong các bài phối liệu sẽ dẫn tới sự thay đổi về thành phần hóa
của phối liệu cũng nh của xơng sứ, từ đó sẽ dẫn đến sự thay đổi về thành
phần pha một cách tơng ứng. Nghĩa là có một sự thay đổi về tính chất, cấu
trúc hàm lợng của pha tinh thể, pha thủy tinh và pha khí có trong xơng sứ,
khi đó sẽ có sự thay đổi về các tính chất của sản phẩm. Trong vật liệu gốm sứ
luôn tồn tại 3 thành phần pha là các pha tinh thể, pha thủy tinh và pha khí.
Các nhóm sản phẩm khác nhau thì quan hệ tỷ lợng giữa các pha này là khác
nhau. Toàn bộ các tính chất cơ, lý, nhiệt, điện của sản phẩm gốm sứ đều phụ
thuộc chủ yếu vào quan hệ định lợng giữa các pha. Vì vậy, để cải thiện, nâng
cao chất lợng sản phẩm thì phải điều chỉnh hàm lợng, chất lợng, chủng loại
của các pha trong cấu trúc.
* Đối với pha khí:

Trong sản phẩm gốm sứ luôn tồn tại một lợng pha khí nhất định và nó
có ảnh hởng xấu đến các tính chất kỹ thuật của sản phẩm. Khi lợng pha khí
lớn thì cờng độ cơ học của sản phẩm giảm vì pha khí có modun đàn hồi E = 0
(KG/cm
2
). Tính chất điện của sản phẩm giảm vì các phân tử khí bị ion hóa ở
điện thế cao làm tăng độ dẫn điện của sản phẩm. Vì vậy trong nghiên cứu
cũng nh trong sản xuất, hàm lợng pha khí luôn cần đợc giảm xuống mức tối
Học viên: Nguyễn Thái Bình
8
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
thiểu để giảm những ảnh hởng của nó tới các tính kỹ thuật của sản phẩm. Để
giảm lợng pha khí thì trong công nghệ sản xuất, quá trình tạo phối liệu phải
tách hết các bột khí lẫn trong phôi liệu, quá trình nung luyện phải đảm bảo
độ kết khối tốt, nhiệt độ nung đủ cao để tạo ra pha thuy tinh có độ linh động
lớn, sức căng bề mặt nhỏ để có thể chui vào các ngóc ngách lấp đầy các lỗ
xốp.
* Đối với pha thủy tinh:
Pha thủy tinh là một thành phần rất quan trọng trong xơng gốm sứ. Nó
có tác dụng tạo nên một mạng lới không gian, gắn liền các hạt tinh thể và
điền đầy vào các lỗ xốp để giảm tới mức tổi thiểu hàm lợng của pha khí. Tuy
nhiên, do các tính chất kỹ thuật của pha thủy tinh kém hơn so với pha tinh
thể, đặc biệt là cờng độ cơ học của pha thủy tinh thấp hơn nhiều so với pha
tinh thể nên trong xơng gốm sứ hàm lợng pha thủy tinh cần đợc giảm xuống
mức tối thiểu nhng phải đủ để liên kết các hạt tinh thể và điền và lỗ xốp. Chất
lợng của pha thủy tinh có thể đợc cải thiện bằng cách bổ xung thêm hàm l-
ợng Al
2
O
3

vào trong phối liệu từ cao lanh để tăng hàm lợng của Al
2
O
3
trong
pha thủy tinh, đồng thời nếu đa vào loại fenspat có hàm lợng K
2
O cao thì sức
căng bề mặt của pha thủy tinh giảm mạnh, khả năng thấm ớt và hoà tan lớn,
pha thủy tinh sẽ trở thành một môi trờng tốt, thuận lợi để các hạt vật chất rắn
khuyếch tán, hòa tan và tạo ra tinh thể mới một cách dễ dàng. Khi chất lợng
của pha thủy tinh đã đợc cải thiện tốt hơn thì lợng pha thủy tinh cần thiết ở
trong xơng gốm sứ cũng sẽ đợc giảm xuống một cách thích hợp.
Pha thủy tinh ở trạng thái nóng chảy có vai trò quan trọng trong việc
quyết định lên đờng hớng hình thành cấu trúc của xơng, của các loại tinh thể
cũng nh quyết định đến tốc độ kết khối của xơng. Đối với pha thủy tinh ở
trạng thái nóng chảy lỏng thì độ nhớt, sức căng bề mặt là tính chất đặc biệt
quan trọng để thúc đẩy cho quá trình kết khối nhanh hơn, làm tăng nhanh
quá trình hòa tan của các hạt vật chất rắn, các tàn d của đất sét phân hủy, xúc
tiến cho mulit nguyên sinh tái kết tinh thành mulit thứ sinh với số lợng nhiều
hơn, đan xen nhau dày đặc hơn.
Học viên: Nguyễn Thái Bình
9
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
Trong phối liệu gốm sứ, fenspat đa vào có tác dụng tốt trong việc tạo
pha thủy tinh. Nh vậy, mặc dù pha thủy tinh có độ nhớt nhỏ, tạo điều kiện
thuận lợi cho các vật chất rắn hoà tan và kết tinh thành tinh thể.
* Đối với pha tinh thể:
Pha tinh thể là thành phần quan trọng nhất trong cấu trúc của xơng sứ,
nó có cờng độ cơ học cao, tổn thất điện môi nhỏ, giãn nở nhiệt nhỏ. Vì vậy,

pha tinh thể cần phải có với lợng lớn nhất có thể, đặc biệt là các tinh thể nh
mulit nguyên sinh, mulit thứ sinh, sự tạo thành các tinh thể cũng nh mức độ
và khả năng liên kết của bề mặt các tinh thể với pha thủy tinh phụ thuộc rất
lớn vào hàm lợng và tính chất của pha thủy tinh. Nh đã đề cập ở trên, trong
pha thủy tinh của xơng sứ thì các chủng loại fenspat là nhân tố quyết định lên
chất lợng của pha thủy tinh.
1.3. Đặc trng cấu trúc của men - Cơ chế tạo thành thuỷ tinh
trong men gốm
1.3.1. Cấu trúc của men gốm
Cấu trúc của lớp men đợc hình thành do tác dụng tơng hỗ của men với
môi trờng trong quá trình nung và do phản ứng nóng chảy giữa các cấu tử của
lớp men.
Men gốm hình thành và đợc tính từ lớp cấu trúc trung gian. Lớp men
thông thờng dày từ 100àm - 0,5mm và hầu nh là pha thuỷ tinh thuần khiết,
nó chỉ chứa rất ít hạt thạch anh hoặc bọt khí.
Về mặt định lợng, thuỷ tinh trong suốt là pha chủ yếu của men, ngoài ra
có pha tinh thể. Pha tinh thể trong men có hai dạng: một dạng là những tinh
thể mới đợc thành tạo và một dạng là tinh thể tàn d.
1.3.2. Cơ chế của sự tạo thành thuỷ tinh trong men gốm
Thuỷ tinh đợc định nghĩa nh một sản phẩm vô cơ nóng chảy, đợc làm
lạnh trong điều kiện đặc biệt, không xảy ra việc kết tinh. Nh vậy, thuỷ tinh có
thể đợc coi nh là một chất lỏng đợc làm lạnh quá mức, nó là một chất rắn vô
Học viên: Nguyễn Thái Bình
10
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
định hình trong đó cấu trúc của chất lỏng hỗn loạn ở nhiệt độ cao và đợc
phân bố lại ở dạng cố định trong trạng thái cân bằng không bền.
Trạng thái thuỷ tinh đợc hình thành trên cơ sở nung nóng chảy các thành
phần trong men. Đó là:
- Thành phần tạo khung thuỷ tinh: SiO

2
, B
2
O
3
- Những chất gây biến tính: Na
2
O, K
2
O, PbO, B
2
O
3
.
- Những chất ổn định: CaO, MgO
- Những chất gây mờ đục thuỷ tinh: ZrO
2
, SnO
2
, TiO
2
.
Có thể cho rằng, thuỷ tinh có cấu tạo mạng lới, chủ yếu từ silic và oxy.
Thuỷ tinh trong men cũng có các tứ diện phân bố lệch lạc nh thuỷ tinh silicat.
1.4. Các tính chất đặc trng của men:
1.4.1. Độ nhớt
Men không có điểm nóng chảy xác định mà có sự thay đổi dần từ trạng
thái dẻo quánh sang trạng thái chảy lỏng. Do vậy độ nhớt cũng sẽ thay đổi
dần theo nhiệt độ, nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm và ngợc lại.
Tuy nhiên, độ nhớt của men còn phụ thuộc vào thành phần hoá, nghĩa là

phụ thuộc vào hàm lợng các oxyt có trong thành phần men.
Các oxyt ảnh hởng đến độ nhớt thành các nhóm sau:
SiO
2
, Al
2
O
3
, ZrO
2
, SnO
2
... luôn làm tăng độ nhớt.
Oxyt Na
2
O, K
2
O, Li
2
O, PbO luôn làm giảm độ nhớt của men.
Các oxyt CaO, MgO, BaO, ZnO, B
2
O
3
ảnh hởng đến độ nhớt khá phức
tạp, tuỳ điều kiện cụ thể mà nó có thể làm tăng hay giảm độ nhớt của men.
1.4.2. Sức căng bề mặt và độ thấm ớt
Sức căng bề mặt lớn, khả năng thấm ớt của men đối với xơng kém, kéo
theo các khuyết tật nh phồng rộp, nứt men, bọt sủi tăm, cuốn men... Tuy
nhiên, độ thấm ớt của men còn phụ thuộc vào tính chất bề mặt của xơng

gốm.
Sức căng bề mặt phụ thuộc vào nhiệt độ và thành phần hoá của men.
Học viên: Nguyễn Thái Bình
11
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
Các oxyt làm giảm sức căng bề mặt ở những mức độ khác nhau là B
2
O
3
,
Li
2
O, K
2
O, Na
2
O, PbO. Các oxyt làm tăng sức căng bề mặt là MgO, Al
2
O
3
,
SiO
2
... Đối với ZnO, BaO thì tuỳ điều kiện cụ thể mà chúng có thể làm tăng
hay giảm sức căng bề mặt của men.
1.4.3. Sự giãn nở của men
Quá trình giãn nở của men cũng tơng tự nh thuỷ tinh, khi làm nguội dới
điểm chuyển hoá men sẽ bị đóng rắn. Điều mong muốn là hệ số giãn nở của
men phải phù hợp với hệ số giãn nở của xơng ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ
chuyển hoá.

Thông thờng, hệ số giãn nở nhiệt của men lớn hơn nhiều so với xơng
nung sơ bộ thì có thể gây các vết nứt (rạn) hình sợi tóc. Nếu hệ số giản nở
nhiệt của men nhỏ hơn nhiều so với xơng, có thể xảy ra hiện tợng bong men.
Theo kinh nghiệm, ngời ta xác định hệ số giãn nở của men
Tăng theo dãy sau: Al
2
O
3
, K
2
O, Na
2
O, Li
2
O. Và giảm theo dãy sau:
CaO, ZnO, MgO, SnO
2
, B
2
O
3
, SiO
2
.
1.5. Các oxyt và ảnh hởng của chúng đến đặc tính của men
1.5.1. Oxyt silic (SiO
2
)
Là một oxit không thể thiếu đợc trong thành phần của men, oxit
SiO

2
tạo khung thuỷ tinh cho men.
Hàm lợng oxit SiO
2
ảnh hởng rất phức tạp đến độ nhớt, độ bền của
men.
1.5.2. Al
2
O
3
Al
2
O
3
có nhiệt độ nóng chảy cao 2040
0
C. Al
2
O
3
có tác dụng tăng độ
nhớt, tăng độ bền hoá, tăng nhiệt độ chảy của men một cách rõ rệt, làm bề
mặt men khô. Tuy nhiên, Al
2
O
3
có tác dụng tốt trong việc kéo dài khoảng
chảy của men, hạn chế việc tạo kết tinh.
1.5.3. R
2

O
Về mặt hoá học, oxyt kim loại kiềm là một phụ gia hạ nhiệt độ chảy
rất mạnh. Kiềm có khả năng chảy tốt nên có thể thay thế cho PbO và
Học viên: Nguyễn Thái Bình
12
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
B
2
O
3
. Độ nhớt của men kiềm nhỏ nên dễ chảy. Các chất kiềm làm tăng
hệ số giãn nở tăng độ sáng của men.
1.5.4. CaO
Tuy điểm nóng chảy của CaO rất cao (2572
0
C), nhng trong men, CaO
có vai trò nh một phụ gia hạ nhiệt độ chảy, đặc biệt với men nóng chảy
ở nhiệt độ cao. ở vùng nhiệt độ thấp, để hạ nhiệt độ chảy, ngoài CaO
cần phải đa vào men các phụ gia khác nh ZnO, Na
2
O, K
2
O, PbO.
1.5.5. MgO
Thờng hay dùng MgO với hàm lợng nhỏ để hạ nhiệt độ chảy ở vùng
nhiệt độ cao. Nếu dùng với hàm lợng lớn thì lại làm tăng nhiệt độ chảy
của men và có tác dụng tạo đục. MgO làm giảm hệ số giãn nở nhiệt
nhng lại làm tăng sức căng bề mặt của men.
1.5.6. B
2

O
3
B
2
O
3
cũng nh Na
2
O, K
2
O là các oxyt có tác dụng hạ nhiệt độ chảy của
men rất mạnh do có điểm nóng chảy thấp (660
0
C). Tuy nhiên khi đa
B
2
O
3
vào men với hàm lợng quá lớn nó lại làm tăng độ nhớt, nhiệt độ
chảy của men. B
2
O
3
có hệ số giãn nở nhỏ do đó có khả năng chống nứt
men, nhng hàm lợng trên 12% thì lại làm cho men nứt.
1.5.7. ZnO
ZnO đợc dùng nhiều nh một phụ gia hạ nhiệt độ. ZnO có tác dụng t-
ơng tự CaO về phơng diện tạo độ bóng láng cho men, tuy nhiên khả
năng đàn hồi của men tăng.
1.5.8. PbO

Điểm nóng chảy của PbO là 880
0
C nên PbO làm giảm mạnh nhiệt độ
chảy của men. đặc biệt ở vùng nhiệt độ thấp (<1150
0
C). Do PbO bay hơi
mạnh ở nhiệt độ cao. Các hợp chất của chì thờng rất độc, dễ hoà tan trong
môi trờng axit loãng và kiềm nên thờng sử dụng PbO dới dạng frit.
Học viên: Nguyễn Thái Bình
13
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
1.5.9. BaO
BaO có thể thay thế một phần cho PbO, ở nhiệt độ trên 1120
0
C có thể
thay thế hoàn toàn.
1.6. Các khuyết tật men
1.6.1. Bọt men
Bọt men là hiện tợng 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 xơng và thoát ra trong quá trình men chảy lỏng để lại lỗ tròn trên
mặt men.
1.6.2. Cuốn men
Cuốn men đợc đặc trng bằng việc tìm thấy trên sản phẩm các vùng có
kích thớc khác nhau không đợc tráng men. Trong trờng hợp diện tích của
vùng đó lớn, ta gọi là sự tróc men. Trên ranh giới của các vùng đó, lớp men
khá dày.
1.6.3. Nứt men (rạn men)
Nứt men là hiện tợng xuất hiện các vết nứt trên lớp men sau khi nung.
Đây cũng là một dạng khuyết tật hay gặp.

1.7. Các tính chất kỹ thuật của sứ vệ sinh:
Sứ vệ sinh là một loại sứ kỹ thuật nên các tính chất kỹ thuật cơ, điện,
nhiệt của nó là rất quan trọng. Sản phẩm sứ vệ sinh phải luôn đảm bảo các
tính chất kỹ thuật theo tiêu chuẩn của từng cấp loại sản phẩm. Do vậy, để
nghiên cứu và sử dụng đợc chủng loại sản phẩm này cần nắm vững các chỉ
tiêu kỹ thuật cũng nh các yếu tố ảnh hởng, tác động lên tính chất kỹ thuật của
sản phẩm trong quá trình sản xuất. Từ đó rút ra những phơng hớng nghiên
cứu để tạo ra sản phẩm có chất lợng cao, đảm bảo tốt các chỉ tiêu về kỹ thuật.
1.7.1 Các thông số kỹ thuật của sứ vệ sinh:
Bảng 1.1: Một số thông số kỹ thuật của sứ vệ sinh
Học viên: Nguyễn Thái Bình
14
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
Các tiêu chuẩn Đơn vị Các chỉ tiêu
Độ hút nớc % < 0,5
Khối lợng thể tích g/cm
3
2,360 - 2,370
Độ xốp biểu kiến g/cm
3
< 0.05
Cờng độ chịu nén kg/cm
2
300 - 350
1.7.2. Yếu tổ ảnh hởng đến tính chất cơ học của sứ
Cờng độ cơ học của sứ có liên quan mật thiết đến cấu trúc của nó. Cấu
trúc của sản phẩm chịu ảnh hởng trực tiếp bởi các yếu tố công nghệ, việc
nghiên cứu về cờng độ cơ học của sản phẩm sứ cũng chính là đi sâu vào
nghiên cứu cấu trúc của chúng.
Cấu trúc của các loại gốm sứ nói chung gồm 3 thành phần pha là pha

tinh thể, pha thủy tinh và pha khí. Mỗi pha đều có bản chất hóa lý riêng và
hàm lợng riêng, khi đi sâu vào nghiên cứu vi cấu trúc của chúng sẽ biết đợc
bản chất cụ thể của từng pha, đặc trng cấu trúc của từng pha. Hàm lợng,
thành phần, tính chất, sự phân bố cũng nh tỷ lệ định lợng của các pha này
trong xơng sứ có ảnh hởng trực tiếp đến cờng độ cơ học của sản phẩm gốm
sứ.
1.7.2.1. ảnh hởng bởi hàm lợng, thành phần của các pha
Trong vật liệu gốm sứ, hàm lợng của các pha khác nhau thì cờng độ cơ
học của sản phẩm cũng khác nhau do mỗi pha đều có đặc trng riêng về
modun đàn hồi E.
Pha khí: E = 0 (KG/cm
2
)
Pha thuỷ tinh: E = 0,7 . 10
6
(KG/cm
2
)
Pha tinh thể
* Thạch anh tàn d : E = 0,9. 10
6
(KG/cm
2
)
* Mulit: E = (1,1 - 1,5). 10
6
(KG/cm
2
)
Học viên: Nguyễn Thái Bình

15
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
Modun đàn hồi càng lớn thì cờng độ cơ học càng lớn, điều này đã đợc
chứng minh bằng thực nghiệm. Mối quan hệ giữa cờng độ chịu uốn và
modun đàn hồi đợc biểu thị theo công thức sau:

U
= 10
-3
E = 10
-3
. (V
1
E
1
+ V
2
E
2
+ ... + V
n
E
n
) (KG/cm
2
)
Trong đó:

U
: Cờng độ chịu uốn của vật liệu, KG/cm

2
.
E: modun đàn hồi của vật liệu, KG/cm
2
V
i
: phần trăm thể tích của pha i,%.
E
i
: modun đàn hồi của pha i, KG/cm
2
.
Công thức trên cho thấy, cờng độ chịu uốn tỷ lệ thuận với mudun đàn
hồi. Trong hệ nhiều pha, modun đàn hồi của hệ đợc tính theo tổng của
modun đàn hồi nhân với phần trăm thể tích của các pha thành phần. Nh vậy
trọng hệ nhiều pha nh gốm sứ thì cờng độ uốn phụ thuộc vào hàm lợng của
cả pha tinh thể, pha thủy tinh và pha khí (lỗ xốp). Sự có mặt của pha khí và
pha thủy tinh đặc biệt là pha khí làm giảm mạnh mudun đàn hối dẫn đến làm
giảm mạnh cờng độ cơ học của sản phẩm.
Khi nghiên cứu về ảnh hởng của các lỗ xốp tới modun đàn hồi trong
vật liệu gốm sứ một số nhà khoa học đã rút ra đợc mối quan hệ giữa modun
đàn hồi với hàm lợng pha khí hay lỗ xốp nh sau:
E = E
0
(1 - 1,9X
2
) (KG/cm
2
)
Trong đó:

E: modun đàn hồi của vật liệu, KG/cm
2
.
E
0
: modun đàn hồi của sứ không có lỗ xốp, KG/cm
2
.
X: độ xốp của vật liệu gốn sứ, %.
Nh vậy, khi độ xốp của sản phẩm tăng thì modul đàn hồi giảm rất
nhanh làm cho cờng độ của sản phẩm cũng giảm theo.
Học viên: Nguyễn Thái Bình
16
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
Nghiên cứu về ảnh hởng của lỗ xốp tới cờng độ cơ học của vật liệu
gốm sứ, các nhà khoa học cũng đã đa ra đợc biểu thức diễn tả quan hệ giữa c-
ờng độ cơ học của vật liệu và lỗ xốp nh sau:
=
0
.e
-p.n
( KG/cm
2
).
Trong đó :
: Cờng độ cơ học của mẫu sứ, KG/cm
2
.

0

: cờng độ cơ học của mẫu sứ không có lỗ xốp, KG/cm
2
. n:
Hệ số Phụ thuộc từng loại vật liệu, với vật liệu gồm n = 4 ữ 7.
P: phần thể tích của lỗ xốp, %.
Biểu thức trên cho thấy cờng độ cơ học tỷ lệ nghịch với hàm lợng
của lỗ xốp theo hàm số mũ e
-P
chứng tỏ rằng khi hàm lợng lỗ xốp tăng thì c-
ờng độ cơ học sẽ giảm rất nhanh. Bằng đồ thị, biểu thức trên đợc diễn tả nh
hình 1.1 sau:
Học viên: Nguyễn Thái Bình
17
10 20 40 60 80 100
1
0,5
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
Hình 1.1. Quan hệ giữa cờng độ cơ học và hàm lợng lỗ xốp
Đồ thị trên cho thấy khi độ xốp tăng 10% thì cờng độ cơ học tơng đối
giảm đi một nửa. Nh vậy, lỗ xốp có ảnh hởng rất lớn tới cờng độ cơ học của
vật liệu.
Đối với pha thuỷ tinh, nó cũng có tác động mạnh đến cờng độ cơ học
của sản phẩm. Nh đã đề cập ở phần trên, do cờng độ cơ học (hay modun đàn
hồi) của pha thuỷ tinh không lớn lắm song cấu trúc cần giảm xuống đến mức
tối thiểu nhng phải đủ để liên kết tinh thể và điền đầy đủ vào các lỗ xốp để
giảm hàm lợng của pha khí. Đồng thời, chất lợng của pha thuỷ tinh cũng phải
đợc cải thiện sao cho có modun đàn hồi cao, khả năng thấm ớt tốt...
Giữa hàm lợng của pha thuỷ tinh và pha tinh thể có một số mối quan
hệ biểu thị cờng độ cơ học của vật liệu:
))1(

)1(
3.2
32


+
+
=
K
K
TT
VKK
VKK


Trong đó:
: Cờng độ cơ học của toàn vật liệu (Kg/cm
2
)

TT
: cờng độ cơ học của nền thuỷ tinh, (Kg/cm
2
)
V
K
: phần thể tích của pha tinh thể, (%)
K: hệ số, K = E
thuỷ tinh
/E

tinh thể
E
thuỷ tinh
: modun đàn hồi của pha thuỷ tinh, (Kg/cm
2
)
E
tinh thể
: modun đàn hồi trung bình của pha tinh thể, (Kg/cm
2
)
Công thức trên cho thấy ảnh hởng của tỷ lệ pha thuỷ tinh và pha tinh
thể tới cờng độ cơ học của vật liệu. Khi hàm lợng pha thuỷ tinh giảm thì phần
trăm thể tích của pha tinh thể V
K
tăng. Khi đó tử số sẽ tăng nhanh hơn mẫu
số nên cờng độ cơ học của vật liệu tăng lên.
1.7.2.2. ảnh hởng bởi hình dạng, kích thớc của tinh thể
Trong cấu trúc của vật liệu gốm sứ nhiều loại tinh thể khác nhau đợc
phân bố trên nền thuỷ tinh. Mỗi loại tinh thể có một đặc trng riêng về kích
Học viên: Nguyễn Thái Bình
18
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
thớc, hình dạng, sự phân bố và phụ thuộc vào chế độ nung, chất khoáng hoá,
nguyên liệu đầu...
Phổ biến trong cấu trúc xơng sứ là các tinh thể mulit và thạch anh tàn
d.
Các tinh thể mulit thờng có dạng hình lăng trụ, hình kim trong đó
mulit nguyên sinh thì kích thớc tinh thể nhỏ, khoảng 3 ữ 5àm, còn mulit thứ
sinh thì kích thớc tinh thể hình kim rất nhỏ và nằm đan xen tạo nên một

mạng lới không gian vững chắc. Khi có lực cơ học tác dụng thì các mạng lới
tinh thể này trở thành một vật cản làm cho lực cơ học bị phân bố theo mọi h-
ớng nên suy yếu đi. Vì vậy, trong cấu trúc xơng sứ nếu tạo ra đợc nhiều tinh
thể mulit nguyên sinh, thứ sinh thì cấu trúc sẽ vững chắc và làm cờng độ cơ
học của vật liệu tăng lên nhiều.
Các hạt thạch anh tàn d nằm rời rạc nhau thờng có dạng không đối
xứng, có cờng độ cơ học nhỏ hơn tinh thể mulit nên khi có mặt trong cấu trúc
của xơng sứ nó cũng góp phần làm tăng cờng độ cơ học. Tuy nhiên thạch
anh có nhiều dạng thù hình khác nhau, khi đốt nóng và làm nguội thì sự biến
đổi thù hình của nó sẽ tạo ra các ứng suất cơ học trong vật liệu. Nếu hiện t-
ợng này không có sự kiểm soát công nghệ thì nó sẽ làm cho cờng độ cơ học
bị giảm xuống. Còn khi có sự kiểm soát công nghệ, các hạt thạch anh đợc
nghiền mịn, phân bố đều trong cấu trúc thì nó sẽ tạo ra một ứng suất nén tại
vùng biên giới giữa các hạt thạch anh tàn d và pha thuỷ tinh nền làm cho ứng
suất nén phân bố trong toàn vật liệu nên cờng độ cơ học của sứ đợc tăng lên.
Kích thớc của các tinh thể cũng có ảnh hởng mạnh đến cờng độ cơ học
của sản phẩm và đợc biểu diễn qua công thức sau:

u
= K. d
-g
(Kg/cm
2
)
Trong đó:

u
: cờng độ chịu uốn của vật liệu, Kg/cm
2
.

K: hệ số Knudsen, đối với vật liệu gốm K = 0,75
d: kích thớc hạt tinh thể, cm
g: hằng số phụ thuộc vào từng loại vật liệu gốm, g = 0,75 ữ 1.
Học viên: Nguyễn Thái Bình
19
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
Công thức trên cho thấy cờng độ cơ học tỷ lệ nghịch với kích thớc các
tinh thể. Các tinh thể có kích thớc càng lớn thì cờng độ cơ học càng giảm
xuống. Điều này đợc giải thích là do các tinh thể luôn luôn tồn những khuyết
tật ở bên trong mạng lới. Tinh thể có kích thớc càng lớn thì cấu trúc càng
nhiều khuyết tật. Khi có lực tác dụng thì tại vị trí của những khuyết tật sẽ
hình thành nên các vết vi nứt, dần dần làm phá huỷ cấu trúc của vật liệu. Vì
vậy, các tinh thể có kích thớc càng lớn thì cờng độ cơ học càng giảm xuống.
Sự phân bố của các pha trong cấu trúc cũng có ảnh hởng đến cờng độ
cơ học của sản phẩm. Trên một nền thuỷ tinh, nếu các tinh thể đợc phân bố
đều, đan xen nhau theo nhiều hớng thì cờng độ cơ học của sản phẩm rất cao.
Các bọt khí nếu phân bố đều kích thớc bọt khí nhỏ thì càng hạn chế đợc sự
suy giảm cờng độ cơ học của sản phẩm.
1.7.2.3. ảnh hởng của khuyết tật trong sản phẩm
Các khuyết tật trong cấu trúc của vật liệu làm giảm đáng kể cờng độ
cơ học vì khi có lực tác dụng thì chính tại những vị trí khuyết tật này sẽ hình
thành nên vết nứt và là trung tâm phát triển các vết nứt. Tuy nhiên trong sản
phẩm gốm sứ luôn luôn tồn tại những khuyết tật ở nhiều dạng khác nhau.
Một số loại khuyết tật thờng gặp trong sản phẩm gốm sứ gồm có: các vết nứt
tế vi trong cấu trúc (vết nứt Griddith), các vết xớc bề mặt, các khuyết tật
trong tinh thể nh lệch mạng. Các lỗ xốp trong vật liệu nh lỗ xốp hở, lỗ xốp
kín cũng có thể xem nh là một loại khuyết tật trong sản phẩm. Nguyên nhân
lỗ xốp làm giảm cờng độ cơ học là do nó làm giảm tiết diện ngang chịu lực
của vật liệu. Khi có lỗ xốp thì lực tác dụng sẽ tập trung vào những vùng còn
lại trong vật liệu làm những vùng này phải chịu một lực tác dụng cao hơn so

với vật liệu không có lỗ xốp.
Sau khi phân tích, nghiên cứu sự ảnh hởng của yếu tố đến tính chất cơ
học của vật liệu sứ có thể rút ra một số nhận xét và phơng pháp nhằm nâng
cao cờng độ cơ học cho vật liệu nh sau:
Học viên: Nguyễn Thái Bình
20
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
Giảm lợng pha khí và pha thuỷ tinh xuống mức tối thiểu, lợng pha
thuỷ tinh cần giảm xuống nhng phải đủ để thấm ớt các hạt pha rắn và vào các
lỗ xốp.
Lợng thạch anh tàn d giảm xuống mức tối thiểu, các hạt thạch anh cần
phải nghiền thật mịn để phân bố đều trong cấu trúc.
Tăng lợng mulit càng nhiều càng tốt, các tinh thể mulit đặc biệt là
mulit thứ sinh cần tạo ra với số lợng lớn, kích thớc tinh thể nhỏ phân bố đều
đặn theo nhiều hớng khác nhau.
Quá trình gia công nguyên liệu cần đạt độ đồng nhất cao để các pha
hình thành đợc phân bố đều trong cấu trúc.
Đảm bảo độ kết khối tốt để giảm độ xốp của sản phẩm
Pha thuỷ tinh phải có chất lợng tốt để cờng độ cơ học của nền thuỷ tinh đ-
ợc tăng lên, đồng thời phải hoà tan tốt các vật chất rắn để kết tinh ra nhiều tinh
thể.
1.8. ảnh hởng của fenspat đến các tính chất của sứ:
Theo tác giả, nguyên liệu fenspat quyết định phần lớn đến các tính chất
của sứ. Do vậy, việc nghiên cứu ảnh hởng của fenspat đến quá trình tạo sứ và đến
các tính chất của sứ sẽ có một ý nghĩa lớn về khoa học và thực tế.
Trong công trình nghiên cứu này, hàm lợng fenspat trong phối liệu thay
đổi từ 23 - 3%. Các số liệu nghiên cứu cho thấy, việc hạ thấp hàm lợng fenspat từ
23% xuống 5% (Tơng ứng với tổng hàm lợng R
2
O giảm từ 4,3% xuống 2,04%)

đã làm cho khoảng trạng kết khối giảm từ 100
0
C đến 70
0
C. Giảm tiếp tục
hàm lợng fenspat xuống 3% (tổng hàm lợng R
2
O = 1,76%) thì khoảng trạng
thái kết khối giảm xuống còn 50
0
C. Về cấu trúc và thành phần pha của sứ,
khi giảm hàm lợng fenspat trong các mẫu sứ từ 23% xuống còn 3% thì lợng
mulit tăng từ 32 - 50%, gần đạt đến hàm hàm lợng mulit lý thuyết, đồng thời
kích thớc của các tinh thể mulit tăng lên do nhiệt độ nung quá cao, vợt quá
1450
0
C làm cho một phần mulit bị hoà tan và tái kết tinh lại từ chất lỏng
nóng chẩy.
Học viên: Nguyễn Thái Bình
21
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
Tuy nhiên nguyên liệu fenspat là chất trợ chẩy rất tốt để giảm tối đa
nhiệt độ nung gốm sứ, tạo cho sứ kết khối tốt hơn và tạo ra pha thuỷ tinh
nóng sớm tạo điều kiện kết tinh ra tinh thể mulit. Khảo sát nhiệt độ nung,
quá trình, tốc độ tạo khoáng mulit để đa ra đờng cong nung thích hợp sao cho
hàm lợng mulit kết tinh là lớn nhất.
Nh vậy có rất nhiều các công trình nghiên cứu để nâng cao các tính
chất cơ, nhiệt, điện của các sản phẩm gốm sứ. Các công trình này đều đa ra
đợc những hớng đi tốt, cải thiện rõ rệt các tính chất của sản phẩm. Qua đó có
thể thấy rằng để nâng cao các tính chất kỹ thuật của sản phẩm thì chủ đạo đi

vào nghiên cứu cấu trúc pha, thành phần và hàm lợng các pha. Các vấn đề
này đợc thực hiện bằng cách cải tiến các bài phối liệu để tăng hàm lợng các
loại nguyên liệu tham gia tạo tinh thể, cải thiện tính chất của pha thuỷ tinh
1.9. Tác dụng của chất khoáng hoá đến quá trình kết tinh
các tinh thể mulit
Mulit là một loại tinh thể rất phổ biến trong gốm sứ và nó có tác dụng tốt
đối với cấu trúc của sứ, loại khoáng này mong muốn tạo ra càng nhiều càng tốt.
Một trong những phơng pháp kích thích cho quá trình kết tinh các tinh thể
mulit là sử dụng chất khoáng hoá. Để nghiên cứu tác dụng của các chất khoáng
hoá khác nhau đến sự tạo thành mulit, các tác giả đã sử dụng một số chất khoáng
hoá nh: Cao, BaCO
3
, Talc,TiO
2
, MnO
2
... Các chất này sử dụng ở dạng riêng lẻ
hoặc kết hợp, đợc trộn vào trong các phối liệu có thành phần, xuất xứ của
nguyên liệu giống nhau. Các phối liệu đợc nghiền mịn, tạo hình mẫu thí
nghiệm rồi sau đó sấy, nung. Nhiệt độ kết khối của các phối liệu đợc xác
định thông qua sự kết hợp giữa độ hút nớc của mẫu sau nung và sự dãn nở
nhiệt của mẫu. Hàm lợng khoáng mulit đợc xác định phơng pháp phân tích
Rơnghen. Toàn bộ quá trình nghiên cứu đã làm thấy rõ đợc ảnh hởng của các
chất khoáng hoá lên nhiệt độ kết khối và lợng khoáng mulit tạo thành. Tác
giả đa ra một số kết luận sau:
Học viên: Nguyễn Thái Bình
22
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
- Các chất khoáng hoá nhìn chung đều có ảnh hởng tốt đến quá trình
tạo mulit trong cấu trúc của vật liệu, giảm đợc nhiệt độ nung xuống.

- Oxit CaO có vai trò là chất khoáng hoá tốt khi hàm lợng từ 2,15 -
4,6%, nếu hàm lợng lớn hơn thì lợng mulit sẽ giảm xuống.
- Trong 3 chất khoáng hoá CaO, MgO (đi từ bột Talc), BaO (từ BaCO
3
)
thì BaO có tác dụng trội hơn CaO và MgO, nó hỗ trợ cho việc tái kết tinh
mulit ở mức độ tơng đối cao, nhiệt độ kết khối hạ đến 80
0
C so với phối liệu
gốm thông thờng.
- Các chất khoáng hoá TiO
2
và MnO
2
nếu dùng ở dạng riêng lẻ thì tác
dụng khoáng hoá của nó thể hiện không rõ nét. Tuy nhiên nếu chúng đợc sử
dụng ở dạng tổ hợp TiO
2
+ MnO
2
thì nhiệt độ kết khối của sản phẩm có thể
giảm xuống 100
0
C đồng thời lợng mulit đợc tăng lên.
- Trong 5 loại chất khoáng hoá thì BaO là chất có tác dụng mạnh nhất
nó vừa cho phép hạ nhiệt độ kết khối của sứ vừa làm tăng mạnh độ bền cơ
của sản phẩm do tăng hàm lợng mulit lên.
Học viên: Nguyễn Thái Bình
23
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005

Phần II: Phơng pháp nghiên cứu
2.1. Chuẩn bị phối liệu nghiên cứu
Trong quy trình công nghệ sản xuất các sản phẩm gốm sứ, nguyên liệu
là một trong những nhân tố quan trọng hàng đầu, nó ảnh hởng rất lớn đến tất
cả các công đoạn trong quá trình sản xuất và chất lợng sản phẩm. Các chủng
loại sản phẩm gốm sứ khác nhau thì yêu cầu về các nguyên liệu, tính chất của
các nguyên liệu là khác nhau. Vì vậy việc lựa chọn nguyên liệu để nghiên
cứu sao cho phù hợp với công nghệ sản xuất là rất cần thiết.
2.1.1. Lựa chọn các loại nguyên liệu sản xuất xơng sứ
Tất cả các nguyên liệu đợc lựa chọn để thực nghiệm đều đang đợc sử
dụng trong sản xuất tại Công ty Sứ Thanh Trì Hà Nội.
Đối với sản phẩm sứ vệ sinh, các nguyên liệu đợc lựa chọn để sử dụng
bao gồm: cao lanh, đất sét, thạch anh, fenspat và bột talc.
Cao lanh và đất sét là hai loại nguyên liệu dẻo, trong sản xuất sứ vệ
sinh tổng hàm lợng cao lanh và đất sét trong phối liệu vào khoảng 50 ữ 60%
để đảm bảo cờng độ của sản phẩm mộc. Cao lanh đợc lựa chọn là cao lanh
Yên Bái và cao lanh Đức Anh. Đây là hai loại cao lanh có chất lợng tốt ở
Việt Nam, độ ổn định cao, trữ lợng lớn, hàm lợng Al
2
O
3
tơng đối cao. Đất sét
đợc lựa chọn là đất sét trắng Trúc Thôn. Loại đất sét này có chất lợng tốt, độ
ổn định cao, trữ lợng lớn, độ dẻo cao, hàm lợng tạp sắt ít. Cao lanh Yên Bái
và đất sét Trúc Thôn là hai loại nguyên liệu rất phù hợp cho sản xuất sứ cách
điện cao thế và hiện đang đợc sử dụng phổ biến ở các công ty sản xuất sứ vệ
sinh của nớc ta.
Fenspat là loại fenspat Phú Thọ đã qua sơ chế, nghiền mịn, loại
fenspat này có độ chẩy tốt, hàm lợng kiềm tơng đối cao, độ tinh khiết cao.
Thạch anh là loại nguyên liệu gầy đợc lựa chọn là thạch anh Yên Bái,

loại này có độ tinh khiết tơng đối cao, hàm lợng SiO
2
chiếm tới 99%.
Bột talc là loại bột talc đang đợc dùng để sản xuất men tại công ty,
hàm lợng MgO khá cao khoảng 25%, hàm lợng SiO2 cao.
Học viên: Nguyễn Thái Bình
24
Luận văn thạc sỹ Công nghệ hoá học 2005
Bảng 2.1. Các tiêu chuẩn về ngoại quan, độ ẩm, sót sàng, lu biến.
T
Tên NL
Các thông số
Ngoại quan W SS
41
SS
63
SS
74
SS
100
V
0
G T
0
G %TTL
1
Feldspar
(Phú Thọ)
Màu trắng xám, không lẫn tạp
chất hoặc nguyên liệu khác

< 2% <10% > 280 < 0,35
2 Bột talc Mầu trắng < 2% < 5%
3 Thạch anh
Màu trắng sữa, hơi đục, không lẫn
tạp chất lạ hoặc nguyên liệu khác
<2% <5%
4 Cao lanh
Màu trắng hoặc vàng nhạt dạng
bột, dạng cục bóp nhẹ dễ vỡ
nhỏ. Không lẫn tạp chất lạ và
nguyên liệu khác
<10% <8% >250 T1>5
0,5-
1,8
4 Đất sét
Màu trắng phớt xám, có ánh mỡ,
không lẫn tạp chất hoặc nguyên
liệu khác
<10% <4% >250 T1>5 0,5-2
5
Xơng sứ
nghiền
Màu trắng xám không lẫn tạp
chất lạ hoặc nguyên liệu khác
<2% 10%
Ghi chú:
- SS: Sót sàng; SS
1
; SS
2

; SS
41
... SS
100
là sót sàng 1àm; 2àm; 41àm...100àm.
- W: Độ ẩm.
- V: Độ linh động.
- T: Độ lắng.
- TTL: Thuỷ tinh lỏng dùng.
Bảng 2.2. Các tiêu chuẩn về thành phần hoá:
TT
Tên NL
Thành phần phần trăm các oxít (%)
SiO
2
Al
2
O
3
CaO Fe
2
O
3
MgO K
2
O Na
2
O MKN
1
Feldspar

(Phú Thọ)
68-74 13-18 <1 <1 <1 2,5-5 4-7 <1
2 Bột talc 50-55 6-7 <1 >25
3 Thạch anh >98 <0,5 <1,5 0,1-0,5
4 Cao lanh 48-52 33-35 <1 <1 <1 <0,2 <0,15 9-12
4 Đất sét 58-66 22-26 <1 <2 <1 1-2 0,1-0,5 6-10
5
Xơng sứ
nghiền
71,02 22,77 0,89 1,00 0,16 2,03 1,86 0,0
2.1.2. Các nguyên liệu cho sản xuất men
Bảng 2.3. Các tiêu chuẩn về ngoại quan, độ ẩm, sót sàng, lu biến.
Tên NL
Các thông số
Ngoại quan W SS
1
SS
2
SS
41
SS
74
V
0
G T
0
G %TTL
Feldspar
Phú Thọ
Màu trắng xám, không

lẫn tạp chất hoặc nguyên
< 2% <10% > 280 < 0,35
Học viên: Nguyễn Thái Bình
25