CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU GOM SU

Bieõn soaùn: Huyứnh Ngoùc Minh

1


CHÖÔNG 1:
MÔÛ ÑAÀU


PHÂN LOẠI VẬT LIỆU GỐM SỨ
Những phương pháp phân loại chủ yếu là:
 Theo thành phần hóa và thành phần pha: vật liệu hệ
Al2O3-SiO2, hệ MgO-SiO2, hệ Al2O3-SiO2-CaO, thủy tinh...
 Theo độ xốp của vật liệu: vật liệu xốp, sít đặc, kết





khối...
Theo cấu trúc hạt vật liệu: gốm thô, gốm mòn...
Theo công dụng của vật liệu: gốm xây dựng, gốm mỹ
thuật, gốm kỹ thuật...
Theo truyền thống hình thành: đất nung, sành, sứ, bán
sứ, fajans, malorca...
Theo thành phần khoáng chính trong sản phẩm: gốm
mulit, gốm corund...
3


PHÂN LOẠI VẬT LIỆU GỐM SỨ

4


CÁC NHÓM SẢN PHẨM GỐM SỨ
 Vật liệu từ các hợp chất silicat
 Vật liệu từ oxyt tinh khiết
 Đơn tinh thể
 Các loại nitrid, carbid, borid và silicid
 Gốm thủy tinh
 Vật liệu điện kỹ thuật (sứ cách điện, bán dẫn, sợi

quang dẫn
 Lớp phủ gốm tạo thành trong môi trường plasma
5


PHÂN LOẠI CERAMIC THEO CHỨC NĂNG


PHÂN LOẠI CERAMIC THEO CHỨC NĂNG (TT)

Ñoà noäi thaát



VẬT LIỆU SILICAT
SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ


Sơ đồ cơng nghệ cho gốm sứ, và vật liệu chịu lửa bao gồm các
cơng đoạn chính:
Ngun liệu
Nghiền, trộn phối liệu
Tạo hình
Sấy
Nung




12/03/16

Trong sản xuất sứ, còn thêm cơng đoạn tráng men và trang trí.
Tùy thuộc vào chủng loại sản phẩm, có thể có công nghệ nung sản
phẩm một lần hoặc hai lần. Nếu kể tới nung màu trang trí trên men,
sản phẩm có thể phải qua lửa lần thứ ba hoặc nhiều hơn.
VẬT LIỆU SILICAT

10


N g u y e ân l i e äu
2

O

SƠ ĐỒ QT SẢN
XUẤT MỘT SỐ SẢN
PHẨM GỐM THEO

CÁC PP TẠO HÌNH
KHÁC NHAU

H

N g h i e àn t r o än

2

N g u y e ân l i e äu

O

H

M a ù y n g h i e àn t r o ä n

2

O

M a ùy n g h i e à n t r o än
( h o à r o ùt )

B e å h u y e àn p h u ø
S a áy p h u n

B e å h u y e àn p h u ø
B ơ m

K h o b o ät k h o â

L o ï c e ùp

Đ a át t h a ûi

H

N g u y e ân l i e äu

R o ùt v a ø o k h u o â n

E Ùp t a ï o h ì n h

M o äc

U Û
T a ïo h ì n h

S a áy

S a áy

T r a ùn g m e n

T r a ùn g m e n

N u n g

N u n g

K h o p h a â n l o a ïi

K h o p h a â n l o a ïi

S a ûn p h a å m

S a ûn p h a åm

a)
PP ÉP BÁN KHÔ

S a áy

P h e á p h a åm

P h e á p h a å m v a ø đ a á t t h a ûi

Đ a á t d e ûo

PP Éb )P DẺO

T r a ùn g m e n

N u n g

P h a ân l o a ï i

S a ûn p h a å m

c)
PP ĐỔ
RÓT


SƠ ĐỒ QT SẢN XUẤT MỘT SỐ SẢN PHẨM GỐM
TỪ CÁC OXIT TINH KHIẾT, CARBID, SILICID
 Ngun liệu sử dụng là các hóa chất tinh khiết, khơng có nhóm

đất sét, cao lanh để tạo dẻo nên phải sử dụng các chất tạo
dẻo hữu cơ.

Tạo bột oxit carbid,
silicid,borid, nitrid

Tạo hình

Chất tạo dẻo

Nung kết khối

Sản phẩm


CHÖÔNG 2:
NGUYEÂN LIEÄU


NGUYÊN LIỆU
Ổn đònh thành phần và tính chất nguyên liệu luôn là yêu cầu

hàng đầu trong sản xuất công nghiệp.
Nguyên liệu tự nhiên: sử dụng hầu hết trong các vật liệu
ceramic truyền thống.
Nguyên liệu kỹ thuật: phần lớn ở dạng oxit kỹ thuật hoặc
các chất khi phân hủy vì nhiệt tạo các oxit.


15

PHÂN LOẠI NGUYÊN LIỆU THEO ĐẶC
TÍNH CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH
Trong công nghệ vật liệu nói chung, công nghệ gốm nói
riêng, ngoài các tính chất phụ thuộc bản chất hóa học và cấu
trúc (thành phần hóa, thành phần khoáng), các nguyên liệu
còn được phân loại theo vai trò của nó trong quá trình tạo
hình.
1.Nhóm nguyên liệu dẻo
2.Nhóm nguyên liệu gầy (không dẻo)
3.Chất chảy


16

PHÂN LOẠI NGUYÊN LIỆU THEO ĐẶC
TÍNH CÔNG NGHỆ TẠO HÌNH

1- Nhóm nguyên liệu dẻo (hoặc chất liên kết): điển hình là
nhóm đất sét, mà tính dẻo có được nhờ những khoáng có khả
năng tạo dẻo.
2- Nhóm nguyên liệu gầy (không dẻo): được đưa vào nhằm

tăng độ bền cơ của mộc thô, giảm độ co khi sấy và nung. Điển
hình là cát quắc, corund, đất sét nung kết khối (sa mốt), mảnh
gốm cùng loại...
3- Chất chảy: thuộc về nhóm nguyên liệu gầy, tuy nhiên vai
trò chính của nhóm vật liệu này là tạo pha lỏng khi nung, giúp
tăng nhanh quá trình phản ứng và kết khối. Điển hình cho
nhóm này là các loại tràng thạch kiềm và kiềm thổ, sau đó là
nhóm nguyên liệu cung cấp: PbO, B2O3... và các oxit kiềm:
R2O (R: Na+, K+, Li+)


CLAY PRODUCTS
-earthenware

e.g. plant pot
(dirty red brown, very cheap,
opaque)

-stoneware

e.g. coffee mug,
plate, bowl

(cheap, heavy, opaque)

earthenware

stoneware

-porcelain

e.g. table wares
plate, souvenirs
(clean, light, translucency)

-bone china

e.g. table wares,
souvenirs
(very clean, very expensive,
very good translucency,
light, mostly ivory colour)

porcelain

17
bone china


RAW MATERIALS for Clay Products
Clay (50%)
Plasticity  formability

Must
be clean and

Feldspar (Flux)
(30%)
Reduction for vitrification
temperature

pure enough for
products

Sand (20%)
Increasing strength

Additives may be added
for improving particular properties
18


CÁC KHOÁNG SÉT
VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT
 Đất sét: tên chung chỉ nguyên liệu
 -gồm các khoáng Alumo-silicat ngậm nước có cấu

trúc lớp với độ phân tán cao,
 -khi trộn nước có tính dẻo, (??? Giải thích)
 -khi nung kết khối rắn chắc.
 Trong đất sét rất nhiều khoáng, gọi chung là các khoáng
sét, cung cấp đồng thời SiO2 và Al2O3
 Có thể phân loại, gọi tên đất theo khoáng chính có

trong thành phần.


Giải thích tính dẻo của đất
1- Theo quan điểm cấu trúc khoáng
sé t Đất sét có tính dẻo khi trong thành phần chứa những

khoáng có tính dẻo. Ví dụ, khoáng montmorillonit và
halloysit có lớp nước nằm giữa các lớp cấu trúc, do đó làm
giảm lực liên kết giữa các lớp cấu trúc. Các lớp cấu trúc có
thể trượt đi một khoảng nhất đònh mà cấu trúc cơ bản không
bò phá vỡ, nhờ vậy, montmorillonit và halloysit có tính dẻo ,
tính trương nở.
2- Theo quan điểm kích thước hạt

Hạt đất sét có kích thước rất nhỏ (độ phân tán cao), có
thể có 20 ÷ 50% khối lượng hạt bé hơn 1µ m, đó là kích
thước hệ keo. Do tương tác đặc biệt trong liên kết của hệ keo
đất sét-nước, trong đó nước có khả năng tạo lớp vỏ mỏng
khá bền quanh hạt keo đất sét. Sự trượt lên nhau giữa lớp vỏ
nước này tạo cho đất sét tính dẻo.


Cấu trúc các khoáng sét
 Khoáng sét: [SiO4]4- liên kết

qua các
-oxy cầu: tạo mạng lưới phẳng
vô hạn một hoặc nhiều tầng.
-oxy không cầu liên kết với
nhóm Al-OH, trong đó ion
Al3+ nằm trong hình phối trí
của nhóm OH- và oxy không
tạo cầu (Al3+ thường có số
phối trí VI).
 Lớp cấu trúc qua Al3+ không

bền bằng liên kết các nhóm
cơ sở [SiO4]4-.


Cấu trúc một số khoáng sét
H 2O

O

H 2O

O
1 0 ,1

7 ,2

C a o lin h ít

O
M u s c o v ite

H a llo y s ite

4-

L ô ùp [ S i O 4 ] r o à i t ô ùi A l O ( O H )
L ô ùp n ö ô ù c t r o n g h a l l o s i t e

Ô Û v ò t r í c u ûa S i

15

1 0 ,0

4+

c o ù s ö ï th a y

t h e á ñ o àn g h ì n h c u û a A l

3+

M o n tm o r illo n ite
Ô Û v ò t r í c u ûa S i
3+

4+

c o ù s ö ï th a y th e á

A l , n g o a øi r a c o ø n c o ù c a ùc M g
t r u n g h o øa ñ i e än

2+


Thành phần hóa và khoáng 1 số loại
đất sét.

Hệ đất sét-nước
Để tạo hình các sản phẩm gốm sứ, nguyên liệu (trường hợp
nguyên liệu chủ yếu là đất sét) phải trộn thành hỗn hợp với
nước. Lượng nước cần thiết có quan hệ chặt chẽ với phương
pháp tạo hình.
 phương pháp tạo hình ép khô (độ ẩm thường từ 4 ÷ 8%);
hoặc bán khô (10 ÷ 18%); ,
 phương pháp tạo hình dẻo (từ 20 ÷ 25%).
 Khi lượng nước tăng hơn (35 ÷ 50%), đất sét bò mất tính dẻo,
biến thành hệ bùn nhão hoặc hơn nữa (50% ÷ 60%), thành
hệ huyền phù đất sét-nước (đất sét là pha phân tán còn nước
là môi trường phân tán). Huyền phù hệ đất sét-nước đóng
vai trò quan trọng trong việc tạo hình các sản phẩm bằng
phương pháp đổ rót.
 Để huyền phù ổn đònh, người ta có thể dùng phương pháp
làm bền tónh điện hoặc phương pháp hấp phụ polyme.


NGUYÊN LIỆU CUNG CẤP SiO2
26

α - β - γ - xảy ra tương đối nhanh hơn do không có sự biến
đổi mạnh cấu trúc (chỉ khác nhau về thông số, kích thước,
không khác nhau về kiểu cấu trúc)
Khi biến đổi thù hình, thể tích riêng biến đổi khá lớn dẫn
đến nứt vỡ sản phẩm.
Cung cấp từ cát, đá thạch anh, quắczit,………...


27

TRÀNG THẠCH
 Thành phần gồm các khoáng alumo-silicat kiềm, kiềm thổ

không chứa nước.
 nguyên liệu cung cấp đồng thời SiO2, Al2O3 Na2O, K2O, CaO.
 Trong công nghệ gốm sứ, tràng thạch kiềm là thành phần

vật liệu gầy, không có tính dẻo.
 Tràng thạch luôn đóng vai trò chất chảy trong mộc và men
gốm sứ (là pha thủy tinh sau khi nung).