Nghiên cứu đặc trưng, cấu trúc và tính chất của gốm hàm lượng oxit nhôm cao

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

ĐỒNG THỊ NHUNG

NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG, CẤU TRÚC VÀ TÍNH
CHẤT CỦA GỐM HÀM LƯỢNG OXIT NHÔM CAO

Chuyên ngành: Hoá phân tích
Mã số: 60.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ VĂN THỤ

THÁI NGUYÊN - 2017
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/


Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Khoa học
Đại học Thái Nguyên



Người hướng dẫn khoa học:
TS. Lê Văn Thụ

Phản biện 1: PGS.TS. Vũ Đức Lợi - Viện Hóa học - Viện Hàn lâm Khoa
học và Công nghệ Việt Nam

Phản biện 2: TS. Vương Trường Xuân - Trường Đại học Khoa học - Đại
học Thái Nguyên

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn Thạc sĩ họp tại
Phòng hội thảo – Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện Trường Đại học Khoa học – ĐH Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành đến với TS. Lê Văn Thụ.
Thầy đã giao đề tài, nhiệt tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện tốt nhất giúp tôi
thực hiện và hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Hoá phân tích nói
riêng và trong khoa Hoá học nói chung đã dạy dỗ, chỉ bảo và động viên tôi trong
thời gian tôi học tập tại trường Đại học Khoa Học - Đại Học Thái Nguyên.
Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ của Viện Hoá học-Vật liệu, Viện
Khoa học và Công nghệ Quân sự; Khoa hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; Khoa Công nghệ Hoá học, Trường Đại học Công
nghiệp Hà Nội; Viện kỹ thuật Hoá học, Sinh học và Tài liệu nghiệp vụ, Bộ Công
an đã tạo điều kiện hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong thời gian làm thực nghiệm.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, các bạn học viên cao học của bộ môn
Hoá phân tích đã luôn động viên, tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và
thực hiện luận văn này.
Hải Phòng, ngày 01 tháng 04 năm 2017

Tác giả luận văn

Đồng Thị Nhung

a
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................a
MỤC LỤC ............................................................................................................ b
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .......................................................................... d
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................e
DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................... f
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................... 3
1.1. Gốm hàm lượng oxit nhôm cao...................................................................... 3
1.1.1. Oxit nhôm .................................................................................................... 3
1.1.2. Chất kết dính ............................................................................................... 5
1.1.3. Phụ gia thiêu kết .......................................................................................... 5
1.2. Công nghệ chế tạo gốmoxit nhôm ................................................................. 6
1.2.1.Công nghệ ép tạo hình.................................................................................. 6
1.2.2. Công nghệ sấy phôi gốm ............................................................................. 9
1.2.2.1. Mục đích, yêu cầu .................................................................................... 9
1.2.2.2. Chế độ sấy .............................................................................................. 10
1.2.2.3. Phân loại thiết bị sấy .............................................................................. 12
1.2.3. Công nghệ nung thiêu kết phôi gốm ......................................................... 13
1.2.3.1. Quá trình xảy ra khi nung thiêu kết phôi gốm ....................................... 13

1.2.3.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm .............................. 17
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM ....................................................................... 20
2.1. Nguyên vật liệu ............................................................................................ 20
2.2. Thiết bị ......................................................................................................... 20
2.2.2. Thiết bị phân tích....................................................................................... 20
2.3. Thực nghiệm................................................................................................. 21
2.4.1. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) ................................................. 23
2.4.2. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (X-Ray) ................................................. 23
b
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/


2.4.3. Phương pháp phân tích nhiệt (DSC/TGA) ................................................ 24
2.4.4. Phương pháp phân tích cỡ hạt ................................................................... 25
2.4.5. Xác định tính chất cơ học của vật liệu ...................................................... 25
2.4.5.1. Đánh giá độ cứng của vật liệu gốm cao nhôm ....................................... 25
2.4.6. Phương pháp cân thủy tĩnh ........................................................................ 26
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 28
3.1. Phân tích nguyên liệu đầu ............................................................................ 28
3.4. Phân tích tính chất gốm cao nhôm ởáp lựcépkhác nhau .............................. 32
3.4.2. Phân tíchhình thái học của gốm ................................................................ 33
3.5. Phân tích tính chất của gốm cao nhômở chế độ sấy khác nhau ................... 35
3.6. Phân tích tính chất của gốm cao nhôm ở nhiệt độ thiêu kết khác nhau ....... 49
3.7. Cấu trúc và tính chất của gốm cao nhôm khi bổ sung MgO, TiO2 .............. 52
3.7.1. Phân tích thành phần pha của gốm cao nhôm ........................................... 52
3.7.2. Phân tích nhiễu xạ tia X gốm cao nhôm ................................................... 54
3.7.3. Chỉ tiêu kỹ thuật của gốm cao nhôm......................................................... 56
3.7.4. Cấu trúc hình thái học của gốm cao nhôm ................................................ 57

3.8. Phân tích và so sánh tính chất mẫu gốm chế tạođược với mẫu gốm cao nhôm
của Úc .................................................................................................................. 62
3.8.1. Phân tích và so sánh thành phần pha của gốm .......................................... 63
3.8.2. Phân tích và so sánh hình thái học của gốm ............................................. 63
3.8.3. Phân tích và so sánh chỉ tiêu kỹ thuật của gốm ........................................ 64
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 66
CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA HỌC VIÊN LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN
............................................................................................................................. 67
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 69

c
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
PVA Poly Vinyl Alcol
PEG Poly Etylen Glycol
SAPI Small Arms Protective Inserts
ESAPI Enhanced SAPI
SEM Scanning Electron Microscope
DSC Differential Scanning Calorimetry
TGA Thermal Gravimetric analysis

d
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Chỉ tiêu chất lượng chính của gốm cao nhôm .................................... 3
Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật của một số oxit nhôm hoạt tính siêu mịn.............. 4
Bảng 3.1. Phân tích tính chất cơ lý của các mẫu gốm oxit nhôm ..................... 31
Bảng 3.2. Phân tích độ cứng và tỷ trọng của gốm ở áp lực ép khác nhau ........ 33
Bảng 3.3. Tính chất của gốm cao nhôm ở nhiệt độ sấy khác nhau ................... 36
Bảng 3.4. Tính chất của gốm cao nhôm ở thời gian sấy khác nhau.................. 39
Bảng 3.5.Tính chất của gốm cao nhôm ở tốc độ sấy khác nhau ....................... 48
Bảng 3.6. Phân tích tính chất của gốm cao nhôm ở nhiệt độ thiêu kết khác nhau
........................................................................................................................... 50
Bảng 3.7. Chỉ tiêu kỹ thuật của gốm cao nhôm ................................................ 57
Bảng 3.8. So sánh đỉnh pic và cường độ pic của mẫu gốm chế tạo (a) và gốm cao
nhôm của Úc (b) ................................................................................................ 63
Bảng 3.9. So sánh chỉ tiêu kỹ thuật của mẫu gốm chế tạo được (a) và gốm cao
nhôm của Úc (b) ................................................................................................ 65

e
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của Al2O3 ................................................................ 4
Hình 1.2. Khuôn định hình tấm gốm kích thước 56 x 56 mm ............................ 8
Hình 3.1. Giản đồ phân tích cỡ hạt của -Al2O3, TiO2, MgO .......................... 28
Hình 3.2. Phân tích nhiễu xạ tia X của mẫu gốm oxit nhôm ban đầu (mẫu G0)29
Hình 3.3. Ảnh SEM của mẫu gốm oxit nhôm ban đầu (mẫu G0) .................... 30
Hình 3.4. Ảnh SEM bề mặt cắt mẫu gốm cao nhôm ở lực ép khác nhau ......... 34

Hình 3.5. Bề mặt gốm cao nhôm sau khi sấy với tốc độ gia nhiệt 5oC/phút, thời
gian giữ nhiệt 24 giờ ở 90oC (a), 100oC (b), 110oC (c), 115oC (d) và 120oC (e)36
Hình 3.6. Ảnh chụp bề mặt gốm cao nhôm sau khi sấy với nhiệt độ sấy 110 oC,
tốc độ gia nhiệt 5oC/phút trong 15 giờ (a), 20 giờ (b), 24 giờ (c), .................... 38
Hình 3.7. Ảnh chụp bề mặt gốm cao nhôm sau khi nung cùng chế độ với nhiệt độ
sấy 110 oC, thời gian sấy 24h, tốc độ gia nhiệt 3oC/ phút (a), 5oC/ phút (b), 7oC/
phút (c), 10oC/ phút (d) ..................................................................................... 47
Hình 3.8. Giản đồ phân tích nhiệt vi sai phôi gốm mộc sau khi sấy S2 ........... 48
Hình 3.9. Quá trình kết khối của các hạt oxit nhôm ......................................... 51
Hình 3.10 Giản đồ pha hai thành phần Al2O3- TiO2 ......................................... 52
Hình 3.11. Giản đồ pha hai thành phần Al2O3- MgO ....................................... 53
Hình 3.12. Giản đồ pha ba thành phần Al2O3-TiO2-MgO ................................ 54
Hình 3.13. Phân tích nhiễu xạ tia X mẫu gốm cao nhôm (G10) ....................... 55
Hình 3.14. Phân tích nhiễu xạ tia X mẫu gốm G10, độ phóng đại 10 lần ........ 56
Hình 3.15. Ảnh SEM của mẫu gốm cao nhôm G3 ........................................... 58
Hình 3.16. Ảnh SEM của mẫu gốm cao nhôm G4 ........................................... 59
Hình 3.17. Ảnh SEM của mẫu gốm cao nhôm G10 ......................................... 59
Hình 3.18. Ảnh mẫu gốm cao nhôm chế tạo được............................................ 60
Hình 3.19.Phân tích nhiễu xạ tia X mẫu gốm chế tạo (a) và gốm cao nhôm của Úc
(b) ...................................................................................................................... 62
Hình 3.20. So sánh ảnh SEM của mẫu gốm chế tạo (a) và gốm cao nhômcủa Úc
(b), độ phóng đại 3000 lần ................................................................................ 64
f
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/


MỞ ĐẦU
Người ta phân chia gốm thành hai loại chính là gốm truyền thống và gốm

đặc biệt. Gốm truyền thống là loại vật liệu vô cơ có cấu trúc đa tinh thể với một
lượng pha thủy tinh nhất định được tạo thành từ nguyên liệu bột mịn, chủ yếu là
cao lanh, đất sét. Gốm truyền thống được thiêu kết tại nhiệt độ trên 900oC để tạo
ra sản phẩm có vi cấu trúc và các chỉ tiêu cơ lý tính theo yêu cầu sử dụng. Gốm
đặc biệt là gốm được tạo thành từ các nguyên liệu như: nitrua, cacbua (SiC, B4C,
SiN4, TiB2, AlN), các gốm đơn oxit và gốm loại hệ nhị nguyên (như B4C-TiB2nền gốm) [7, 9]. Gốm đặc biệt có nhiều các tính năng quý như: khả năng chịu
nhiệt độ cao, chịu tải trọng va đập lớn, có độ bền cao, môđun đàn hồi cao và nhiều
tính năng đặc biệt khác mà các gốm truyền thống không có được.
Gốm hàm lượng oxit nhôm cao (gọi tắt là gốm cao nhôm) là gốm đơn oxit
với thành phần chính chứa α-Al2O3 trên 90% có nhiều tính chất kỹ thuật ưu việt
như: chịu va đập lớn, có độ bền cao, khả năng chịu lửa cao, cách nhiệt tốt và khả
năng chịu được thay đổi nhiệt độ lớn, hệ số dãn nở nhiệt nhỏ và có nhiều tính năng
đặc biệt khác [1, 5]. Gốm oxit nhôm có thể chế tạo ra các sản phẩm được sử dụng
rộng rãi trong kỹ thuật, trong công nghiệp hiện đại kể cả các lĩnh vực cần các chỉ
tiêu cơ lý hóa đặc biệt cao như: chế tạo bi nghiền công nghiệp, làm buồng lót động
cơ phản lực, ống phun lửa, ống chịu nhiệt trong lò nung... Gốm cao nhôm còn
được sử dụng làm áo giáp chống đạn, lá chắn chống đạn, bộ phận chống đạn ốp
lên xe tăng, xe thiết giáp quân sự, sàn máy bay trực thăng...[4, 16]
Cấu trúc và tính chất của gốm hàm lượng oxit nhôm caophụ thuộc vào các
công đoạn chế tạo như: quá trình tạo hình gốm (tạo hình ép khô, bán khô hay ép
ẩm...) nhằm tạo ra phôi mộc từ các vật liệu đã được đồng nhất trước đó; Quá trình
sấy để loại bỏ nước tự do nằm ở các lỗ trống giữa các hạt vật liệu và nước liên
kết hoá lý (gồm nước hấp phụ, nước hydrat hoá và nước trương nở trong các lớp
khoáng sét...); Quá trình nung thiêu kết phôi gốm nhằm tạo ra phản ứng ở nhiệt
độ cao của các cấu tử trong nguyên liệu, quá trình kết khối, quá trình xuất hiện
pha lỏng, quá trình hoà tan và tái kết tinh các tinh thể nhằm tạo ra vật liệu có vi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/

1


cấu trúc mới thể hiện thông qua hình dạng và kích thước các hạt, cách phân bố,
hướng và sự tiếp xúc giữa các hạt, số lượng và chất lượng pha thuỷ tinh và sự
hiện diện của lỗ xốp [28, 29]. Bên cạnh đó, việcbổ sung hàm lượng TiO2 và MgO
vào gốm cao nhômlàmgiảm nhiệt độ thiêu kết, tăng cường sự kết khối và tính
chất cơ lý của vật liệu[2, 38, 41].
Từ những vấn đề nêu trên, chúng tôi tiến hành thực hiện luận văn với tiêu
đề “Nghiên cứu đặc trưng, cấu trúc và tính chất của gốm hàm lượng oxit nhôm
cao" với mục tiêu phân tích thành phần vật liệu, mẫu gốm oxit nhôm, phân tích
ảnh hưởng của phương pháp tạo hình phôi gốm mộc, quá trình sấy phôi gốm mộc,
quá trình nung thiêu kết gốm cao nhôm, ảnh hưởng của hàm lượng TiO2 và MgO
đến cấu trúc và tính chất của vật liệu gốm cao nhôm. Phân tích, xác định các chỉ
tiêu kỹ thuật của mẫu gốm chế tạo và so sánh với mẫu gốm cao nhôm của nước
ngoài.
Nội dung nghiên cứu chính của luận văn:
-Phân tích lựa chọn nguyên liệu đầu, mẫu gốm cao nhôm phù hợp.
- Phân tích chỉ tiêu kỹ thuật của gốm với thành phần phối liệu khác nhau
- Phân tích cấu trúc hình thái học, độ cứng và tỷ trọng của gốm ở các áp lực
ép khác nhau.
- Phân tích nhiệt vi sai, xác định tính chất cơ lý của gốm ứng với tốc độ,
thời gian và nhiệt độ sấy khác nhau.
- Phân tích chỉ tiêu kỹ thuật của gốm ở các nhiệt độ thiêu kết khác nhau.
- Phân tích thành phần pha, nhiễu xạ tia X, cấu trúc hình thái học và chỉ tiêu
kỹ thuật của mẫu gốm cao nhôm chế tạo được.
- Phân tích và so sánh tính chất của mẫu gốm chế tạo vớimẫu gốm cao nhôm
của nước ngoài

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Gốm hàm lượng oxit nhôm cao
Có hai loại gốm chính là: gốm truyền thống và gốm đặc biệt. Gốm truyền
thống là gốm có nguyên liệu chế tạo từ đất sét, cao lanh. Gốm đặc biệt là gốm
được tạo thành từ nguyên liệu như nitrua, cacbua hoặc các đơn oxit. Gốm đặc biệt
có nhiều các tính năng quý như: khả năng chịu nhiệt độ cao, chịu tải trọng va đập
lớn, có độ bền cao, môđun đàn hồi cao và nhiều tính năng đặc biệt khác mà các
gốm truyền thống không có được.
Gốm hàm lượng oxit nhôm cao (gốm cao nhôm)là gốm đơn oxit với thành
phần chính chứa α-Al2O3 trên 90% có độ bền cao, chịu nhiệt độ cao, cách nhiệt
tốt nên được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật, công nghiệp và an ninh quốc
phòng....[5, 12, 21].Các chỉ tiêu chất lượng chính của gốm cao nhôm được trình
bày tại bảng 1.1
Bảng 1.1. Chỉ tiêu chất lượng chính của gốm cao nhôm
TT

Chỉ tiêu chất lượng

Đơn vị

Cần đạt

1

Thành phần hoá Al2O3

%

> 90

2

Khối lượng thể tích

g/cm3

> 3,5

3

Độ cứng

Mohs

9

4

Độ hút nước

%

< 0,05

Thành phần chính để chế tạo gốm cao nhôm gồm:
1.1.1. Oxit nhôm
Oxit nhôm cókhối lượng riêng 3,96 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 2054 ÷
2056oC và có 3 dạng thù hình là: α, β, γ-Al2O3 trong đó dạng thù hình α, γ tồn tại
ở dạng tinh khiết, còn dạng β chỉ tạo ra khi có mặt của tạp chất. Trong tự nhiên,
oxit nhôm tồn tại hai dạng chính, γ-Al2O3 ít bền vững và α-Al2O3 bền vững hơn.
α-Al2O3 tồn tại trong tự nhiên rất cứng, là chất cách điện tốt, nóng chảy tại nhiệt
độ cao đến 2045oC, được dùng làm vật liệu chịu lửa, dùng làm bột mài, đá mài,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/

3


làm vật liệu chuyên dụng có những tính năng rất đặc biệt như chống va đập, bi
nghiền,...[11, 31, 34]

Hình 1.1. Cấu trúc hóa học của Al2O3
Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật của một số oxit nhôm hoạt tính siêu mịn
TT

Các chỉ tiêu kỹ thuật

Loại oxit nhôm
B2L - 0,6D B1M - 3D B2M - 0,7D

Thành phần hoá: (%)

1

Al2O3

99,47

99,43

99,0

SiO2

0,18

0,15

0,2

Fe2O3

0,01

0,02

0,1

Na2O

0,05

0,21

0,3

0,5 - 0,7

5

0,7 - 0,9

2

Độ mịn: Laser PSD - d50 m

3

Khối lượng riêng (g/cm3)

3,97

3,97

3,94

4

Diện tích bề mặt riêng m2/g

 10

 2,5

7

Al2O3tương đối trơ về mặt hóa học, ở nhiệt độ thường nó không tan trong
axit và kiềm. Ở nhiệt độ cao nó phản ứng được với hydroxit, cacbonat, hidrosunfat
và các đisunfat kim loại kiềm [6]. Cấu trúc hoá học của Al2O3 được trình bày tại
hình 1.1.Thông số kỹ thuật của một số sản phẩm oxit nhôm hoạt tính siêu mịnđược
trình bày tại bảng 1.2.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/

4


1.1.2. Chất kết dính
Chất kết dính được sử dụng để liên kết các hạt bột (oxit nhôm, phụ gia...)
trong quá trình tạo hình sản phẩm ban đầu (sản phẩm mộc). Chất kết dính có tác
dụng liên kết ban đầu để định hình sản phẩm và sau khi thiêu kếtchúng phải cháy
hết, không còn nằm trong sản phẩm gốm [15, 39]. Chất kết dính có thể là: tinh
bột, keo ATM, Poly vinyl alcol (PVA), Copolime vinyl axetat etylen, PEG (Poly
etylen glycol)...
1.1.3. Phụ gia thiêu kết
Khác với chất kết dính,phụ gia thiêu kếtdùng trong chế tạo gốm có mục
đích khác nhau: tăng hoặc giảm kích thước hạt tinh thể, tăng tốc độ thiêu kết hoặc
tốc độ co ngót, giảm nhiệt độ thiêu kết, thay đổi sự phân bố lỗ xốp, thay đổi tính
chất vật lý và hóa học, loại bỏ tạp chất. Ảnh hưởng cụ thể của quá trình kết khối
và sự lớn hạt khi thiêu kết gốm cao nhôm của các loại oxit thường dùng làm phụ
gia thiêu kết được trình bày tại [24, 27, 30].Nói chung, có thể chia phụ giathiêu
kết thành 4 loại chính:

- Thúc đẩy quá trình kết khối và kìm hãm sự lớn hạt (tiêu biểu trong nhóm
này là MgO);
- Thúc đẩy quá trình kết khối và thúc đẩy sự lớn hạt (tiêu biểu trong nhóm
này làTiO2);
- Kìm hãm quá trình kết khối và kìm hãm sự lớn hạt (tiêu biểu trong nhóm
này làNi2O3);
- Kìm hãm quá trình kết khối và thúc đẩy sự lớn hạt (tiêu biểu trong nhóm
này là SiO2).
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của MgO đến việc kìm hãm sự lớn hạt của
gốm cao nhôm cho thấy khi thêm 0,25% MgO vào gốm cao nhôm thì tốc độ lớn
hạt tại 1650oC, 1700oC, 1750oC và 1800oC lần lượt là 2,8; 2,5; 1,4 và 3,0 cm.108

/giây, còn khi không thêm MgO, cũng ở nhiệt độ đó thì tốc độ lớn hạt là 10,0;

13,8; 13,4 và 12,5 cm.10-8/giây [18, 19].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/

5


Trong hệ đa cấu tử, pha α- Al2O3 tương tác với các cấu tử khác, là tạp chất
hoặc các chất phụ gia, tạo thành các hợp chất hóa học. Tùy thuộc vào điều kiện
tương tác (bản chất, độ hoạt hóa và hàm lượng các chất phụ gia, nhiệt độ,...) mà
số lượng, vị trí của các pha mới sẽ được hình thành.
* Magie oxit (MgO)tinh khiết có nhiệt độ nóng chảy cao, 2852oC, nhưngnó
dễ tạo pha eutectic với các oxit khác dẫn đến nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn
nhiều.MgO được sử dụng trong vật liệu gốm nhờ hai đặc tính quan trọng là: độ
giãn nỡ nhiệt thấp vànó là một chất trợ chảy (bắt đầu hoạt động từ 1170oC) do vậy

làm tăng mật độ của phôi gốm [3]. Tuy nhiên, hàm lượng MgO trong gốm phải
khống chế hợp lý để tránh gây giòn cho sản phẩm sau khi chế tạo.
* Titan dioxit (TiO2): có dạng bột màu trắng, bền nhiệt, tồn tại ở bốn dạng
thù hình: dạng vô định hình và ba dạng tinh thể: anatase, rutile, brookite. Pha tinh
thể rutile là dạng bền phổ biến nhất của TiO2, pha anatase và brookite là dạng giả
bền và chuyển thành rutile khi nung nóng.
Trong cấu trúc tinh thể của TiO2 thì mỗi ion Ti4+ được bao quanh bởi sáu
ion O2-. Khoảng cách Ti-Ti trong tinh thể dạng anatase (3,79Å) lớn hơn khoảng
cách Ti-Ti trong tinh thể dạng rutile (2,96Å). Trong khi đó, khoảng cách Ti-O
trong tinh thể dạng anatase (degTi-O = 1,934 và 1,980Å) nhỏ hơn khoảng cách TiO trong tinh thể dạng rutile (degTi-O = 1,949 và 1,980Å). Sự khác nhau về cấu trúc
mạng tinh thể là nguyên nhân dẫn tới sự khác nhau về khối lượng riêng () và cấu
trúc vùng điện tử (Eg) giữa hai dạng TiO2.
TiO2 giúp hạ thấp nhiệt độ thiêu kết của gốm oxit nhôm. Nghiên cứu [3]
cho thấykhi đưa hàm lượng 1% TiO2vào gốm cao nhôm sẽ giúp hạ thấp nhiệt độ
thiêu kết của gốm xuống khoảng 100oC.
1.2. Công nghệ chế tạo gốm oxit nhôm
1.2.1.Công nghệ ép tạo hình
Tạo hình nhằm tạo ra bán thành phẩm mộc có hình dạng và kích thước hình
học nhất định từ phối liệu đã được đồng nhất hóa trước đó.Các phương pháp tạo
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/

6


hình chính gồm: tạo hình đổ rót, tạo hình dẻo, tạo hình ép khô, bán khô hay ép
ẩm, tạo hình màng gốm...Phương pháp tạo hình được lựa chọn dựa trên cơ sở hình
dạng, kích thước và các yêu cầu chỉ tiêu lý hóa của sản phẩm.
Phương pháp tạo hình ép bán khô cho các loại vật liệu bột như phối liệu

gốm kỹ thuật, kim loại, graphít, ferit, vật liệu chịu lửa, v.v... thông dụng và phổ
biến là ép tạo hình chúng trong khuôn kim loại với các chày ép theo phương thẳng
đứng. Việc tạo hình các sản phẩm từ vật liệu bột và đặc biệt là đối với phối liệu
hầu như không có tính dẻo thường gặp nhiều khó khăn. Quá trình nén vật liệu
trong một khuôn cứng, ma sát của vật liệu với vách khuôn, độ dày không đồng
đều của vật liệu theo hướng nén và ma sát trong của khối vật liệu đó sẽ cản trở
việc làm chặt đều các bột liệu. Điều này dẫn đến các khó khăn trong việc tạo hình
ra sản phẩm như mong muốn. Trong nhiều trường hợp gây ra các rạn nứt trên các
mặt biên, tạp chất bị mòn ra từ thành khuôn do mài mòn trong quá trình ép gây
bẩn phối liệu, sản phẩm. Đặc biệt là khó có thể tạo ra sản phẩm có chất lượng
đồng nhất trong toàn bộ khối sản phẩm. Chính vì vậy, sẽ ảnh hưởng đến chất
lượng sản phẩm sau khi thiêu kết.
Trong chế tạo gốm chống đạn, mảnh gốm có hình dạng đơn giản (hình
vuông hoặc lục giác đều với độ dầy như nhau) nên phương pháp tạo hình bằng ép
khô và bán khôlà phù hợp. Chế tạo khuôn định hình tấm gốm dạng hình vuông
với các kích thước dài x rộng loại 56 x 56mm được trình bày tại hình 1.2.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/

7


Hình 1.2. Khuôn định hình tấm gốm kích thước 56 x 56 mm
Một số yêu cầu khi thực hiện công nghệ tạo hình bằng ép khô và bán khô:
* Độ ẩm của liệu:
Độ ẩm của liệu không được quá cao, vì nó ảnh hưởng rất nhiều đến mật độ
của sản phẩm, cũng như trạng thái bề mặt của sản phẩm. Thông thường, với sản
phẩm dân dụng thì độ ẩm thường lựa chọn ≤ 9%, với sản phẩm yêu cầu cao về

tính chất cơ lý thì độ ẩm không được phép vượt quá 6%.
* Áp lực ép:
Áp lực ép được thực hiện theo 1 chiều hoặc nhiều chiều, phụ thuộc vào hình
dáng của sản phẩm, yêu cầu về mật độ. Khi ép hai chiều thường đối với mẫu có
độ dày nhất định để đảm bảo lực ép phân bố đều, tránh ứng suất gây cong vênh,
tăng mật độ xít chặt của sản phẩm sau khi nung.
Giai đoạn áp lực ép nhỏ: mật độ phụ thuộc tuyến tính vào lực ép. Các hạt
liệu di chuyển và định hướng với nhau để đạt mật độ cao nhất, giảm lỗ trống giữa
các hạt.
Giai đoạn tăng dần áp lực: Các hạt tiếp tục di chuyển và bắt đầu xảy ra hiện
tượng biến dạng, có sự trượt lên nhau và vỡ hạt. Khi đó khoảng cách giữa các hạt
ngày càng giảm, giảm lỗ xốp đồng nghĩa với mật độ của sản phẩm tăng lên. Tuy
nhiên, do tạo hình sản phẩm bằng phương pháp ép nên trong sản phẩm mộc luôn
tồn tại ứng suất dư là nguyên nhân chính gây nứt, vỡ, cong vênh sản phẩm. Vì
vậy, lựa chọn áp lực phù hợp luôn là vấn đề cần được quan tâm.
Mặt khác, khi tăng áp lực ép kéo theo sự tăng của trở lực biến dạng chủ yếu
do nội ma sát hình thành khi ép. Để tiến hành công nghệ tạo hình bằng ép khô và
bán khô, thì cần chú ý các biện pháp sau:
+ Lựa chọn phối liệu phù hợp về thành phần, kích thước liệu tương đối
đồng nhất.
+ Độ ẩm và chất kết dính liệu phù hợp (khi độ ẩm cao, nhiều chất kết dính
thì việc tạo hình ban đầu sẽ dễ dàng hơn nhưng sản phẩm sau khi nung lại có mật
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/

8


độ không cao, nhiều rỗ xốp, cơ tính không cao. Ngược lại, nếu độ ẩm thấp, ít chất

kết dính thì lực ép phải lớn, sản phẩm sau khi nung dễ cong vênh, nứt,...).
+ Sử dụng phụ gia, chất bôi trơn thích hợp để làm giảm nội ma sát.
+ Áp lực ép thích hợp làm tăng độ bền, mật độ của sản phẩm mộc.
+ Duy trì lực ép trong khoảng thời gian thích hợp để đảm bảo tốt quá trình
thoát khí, triệt tiêu sự đàn hồi tức thời của nguyên liệu khi ép.
Các bước sản xuất tối ưu áp dụng cho sản phẩm gốm cao nhôm chống đạn:
- Chuẩn bị liệu: phụ thuộc vào thành phần pha trộn, sự phân tán và những
hệ liên kết (tỉ lệ chất kết dính, nước, thành phần liệu, thời gian khuấy, trộn, ...).
- Quá trình làm khô liệu (điều chỉnh độ ẩm liệu).
- Quá trình làm sạch khuôn và bôi trơn khuôn ép.
- Quá trình ép một trục.
- Quá trình làm khô (sấy) và nung phụ thuộc vào độ chịu tải của lò, hình
dạng và kích thước của những sản phẩm và vòng nung tối ưu.
- Cách xếp mẫu mộc khi nung cũng đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến
chất lượng sản phẩm như: cong vênh, nứt, mức độ đồng đều sản phẩm.
1.2.2. Công nghệ sấy phôi gốm
1.2.2.1. Mục đích, yêu cầu
Mục đích của quá trình sấy là loại bỏ nước liên kết lý học (còn gọi là nước
tự do, nằm ở các lổ trống giữa các hạt vật liệu) hay nước liên kết hoá lý (bao gồm
nước hấp phụ, nước hydrat hoá và ở các loại khoáng sét ba lớp silicat là nước
trương nở).
Sản phẩm gốm nói chung là khá dày, lúc sấy nước ở bề mặt dễ bốc hơi gây
nên chênh lệch hàm ẩm ở trên bề mặt và trong lòng sản phẩm, do đó nước ở trong
lòng sẽ khuyếch tán ra ngoài bề mặt và tiếp tục bốc hơi. Như vậy tốc độ sấy chẳng
những phụ thuộc vào khả năng bốc hơi trên mặt sản phẩm mà còn phụ thuộc vào
tốc độ khuyếch tán nước từ bên trong ra bên ngoài.
Yêu cầu chung đối với thiết bị sấy là:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

http://www. lrc.tnu.edu.vn/

9


+ Tốc độ sấy lớn nhất cho phép song vẫn đảm bảo được chất lượng sản
phẩm.
+ Tiêu tốn nhiệt năng riêng ít.
+ Sấy đảm bảo đồng đều.
+ Cường độ bốc hơi ẩm trên một đơn vị (m3 ) thiết bị lớn
+ Dễ điều chỉnh các thông số của động lực sấy
+ Cơ giới hoá việc bốc dỡ, vận chuyển sản phẩm và đạt điều kiện vệ sinh.
Trong đó, yêu cầu về đạt độ đồng đều là quan trọng hơn cả. Phối liệu chứa
nguyên liệu sét và cao lanh nói chung là khó sấy.
1.2.2.2. Chế độ sấy
Chế độ sấy là tổng hợp các biện pháp nhằm đảm bảo thời gian nhỏ nhất cần
thiết để sấy sản phẩm có tính đến những tính chất, hình dạng, kích thước của
chúng và những đặc điểm của các thiết bị sấy, cũng như cách đưa nhiệt đến sản
phẩm một cách hợp lý với tổn thất nhiệt nhỏ nhất và hư hỏng sản phẩm ít nhất.
Quá trình sấy được đặc trưng bằng 3 giai đoạn: giai đoạn đốt nóng, giai
đoạn hằng tốc độ sấy và giai đoạn giảm tốc độ sấy như trình bày tại hình 1.3.

Hình 1.3. Các đường cong sấy
- Giai đoạn đầu của quá trình sấy: được đặc trưng bằng sự đốt nóng nhanh
bán thành phẩm từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ của chất tải nhiệt đã bão hoà (ở
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

10

http://www. lrc.tnu.edu.vn/

một hàm ẩm cho trước của chất tải nhiệt). Nhiệt độ của nó tương ứng với các chỉ
số trên nhiệt kế ướt, còn nhiệt độ môi trường tương ứng với các chỉ số trên nhiệt
kế khô.
- Giai đoạn thứ hai của quá trình sấy: được đặc trưng bằng đoạn nằm ngang
trên đường cong tốc độ sấy, điều đó chỉ ra rằng tốc độ sấy về trị số bằng tốc độ
bốc hơi ẩm trên bề mặt của bán thành phẩm. Hàm ẩm của bán thành phẩm thay
đổi hầu như theo đường thẳng.
- Giai đoạn ba của quá trình sấy: được đặc trưng bởi sự giảm tốc độ sấy và
sự tăng nhiệt độ của bán thành phẩm. Cường độ tách ẩm của giai đoạn này tỉ lệ
với độ ẩm trung bình của vật liệu trong khoảng từ độ ẩm tới hạn đến độ ẩm cuối
cùng.
Quá trình co ngót khi sấy cũng được đặc trưng bằng 3 giai đoạn:
- Độ co ngót bắt đầu ngay ở giai đoạn 1 cùng với việc bốc hơi bao phủ
quanh hạt và độ co tỉ lệ thuận với tốc độ thoát ẩm.
- Giai đoạn 2: sản phẩm tiếp tục co và bắt đầu xuất hiện lỗ xốp.
- Giai đoạn 3: tiếp tục bay hơi lượng nước tự do và nước hấp phụ, thể tích
ngay sau khi bước sang giai đoạn 3 là không đổi, sản phẩm chỉ co ở 2 giai đoạn
đầu, lượng nước bay ra ở 2 giai đoạn đầu đạt gần một nửa.
Cuối giai đoạn 2, sản phẩm đã bắt đầu mất tính dẻo và chuyển sang trạng
thái giòn. Như vậy sự co không đều ở giai đoạn này sẽ gây nên biến dạng (biến
dạng dẻo) dẫn đến hiện tượng nứt nếu ứng suất vượt quá cường độ phá vỡ của
mộc. Để tránh biến dạng và nứt phải tìm biện pháp làm cho sản phẩm co đều đặn
trong toàn bộ quá trình sấy.
Bằng thực nghiệm, người ta xác định sự chênh lệch độ ẩm ở bề mặt và ở
tâm sản phẩm. Nhưng thật ra độ ẩm ở tâm cũng rất khó xác định một cách chính
xác, do đó người ta sử dụng độ ẩm trung bình của sản phẩm. Chỉ số gây nứt nẻ
∆Wmax được tính như sau:
∆Wmax = (Wtb - Wm)max (%)
Wtb là độ ẩm trung bình của vật thể, Wm là độ ẩm trên bề mặt của sản phẩm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

11

http://www. lrc.tnu.edu.vn/


Chỉ số ∆Wmax phụ thuộc vào loại khoáng sét nhiều hơn là chiều dày sản
phẩm.
1.2.2.3. Phân loại thiết bị sấy
Có nhiều cách để phân loại thiết bị sấy, cụ thể là:
- Theo phương pháp nạp nhiệt: máy sấy đối lưu,máy sấy tiếp xúc.
- Theo dạng chất tải nhiệt: máy sấy không khí, máy sấy khí và hơi.
- Theo trị số áp suất trong phòng sấy: máy sấy làm việc ở áp suất khí quyển,
máy sấy chân không.
- Theo phương pháp tác động: máy sấy tuần hoàn, máy sấy liên tục.
- Theo hướng chuyển động của vật liệu và chất tải nhiệt trong các máy sấy
đối lưu: máy sấy cùng chiều, máy sấy ngược chiều và máy sấy với các dòng cắt
nhau.
- Theo kết cấu: máy sấy buồng, máy sấy đường hầm, máy sấy băng tải, máy
sấy tầng sôi, máy sấy phun, máy sấy thùng quay, máy sấy tiếp xúc, máy sấy thăng
hoa, máy sấy bức xạ nhiệt.
Để chế tạo gốm oxit nhôm dùng cho mục đích chống đạn thì thiết bị sấy
dạng buồng, môi trường sấy không khí, nhiệt đối lưu bằng quạt đối lưu là thiết bị
phù hợp với công nghệ sản xuất cũng như điều kiện trang thiết bị nghiên cứu.

Hình 1.4. Sơ đồ thiết bị sấy đối lưu
* Thiết bị sấy đối lưu:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

12

http://www. lrc.tnu.edu.vn/


- Gió nóng qua mỗi lần tuần hoàn đều được lọc sạch bằng các bộ lọc nên
tránh được các hạt bụi mịn bay theo khí và không bị ô nhiễm trong chu trình khi
tuần hoàn cũng như gia nhiệt.
- So sánh với loại tủ sấy bề mặt, năng suất sấy của tủ loại này cao hơn từ 3
~ 6 lần. Độ dầy của lớp nguyên liệu trên khay sấy được tăng lên gấp 3 lần.
- Tủ sấy phù hợp cho nhiều loại nguyên liệu dạng định hình, dạng hạt, dạng
cục...
- Tủ sấy vận hành ổn định, đơn giản, dễ bảo dưỡng, vệ sinh nhanh, không
hỏng vặt.
- Tủ được trang bị lọc khí vào, lọc khí ra vì vậy nguyên liệu sấy không bị ô
nhiễm, chất lượng sấy cao...
- Nguồn nhiệt sấy có thể dùng hơi hoặc điện.
Nhiệm vụ nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ sấy bao gồm: nhiệt độ sấy, thời
gian sấy, chế độ nhiệt và chế độ bảo quản sau sấy đến các chỉ tiêu cơ lý, chất
lượng của sản phẩm gốm oxit nhôm chống đạn.
1.2.3. Công nghệ nung thiêu kết phôi gốm
1.2.3.1. Quá trình xảy ra khi nung thiêu kết phôi gốm
Nung là khâu quan trọng nhất trong kỹ thuật chế tạo gốm, ảnh hưởng quyết
định đến chất lượng của sản phẩm gốm chống đạn. Khi nung, trong vật liệu sẽ xảy
ra phản ứng nhiệt độ cao của các cấu tử trong nguyên liệu, quá trình kết khối, quá
trình xuất hiện pha lỏng, quá trình hoà tan và tái kết tinh các tinh thể. Như vậy,
khi nung xảy ra đồng thời các quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất, các quá
trình này lại do những biến đổi hoá học và biến đổi pha diễn ra rất phức tạp. Tuy
nhiên, điều quan trọng nhất là kết quả của quá trình nung: tạo ra vật liệu mới có
vi cấu trúc mới. Cấu trúc xương sản phẩm gốm là một hệ thống nhiều pha phức

tạp bao gồm các pha thuỷ tinh, pha tinh thể và pha khí. Tỉ lệ số lượng của các pha
này là thành phần pha của xương sản phẩm, nó xác định tính chất vật lý của xương
sản phẩm. Vi cấu trúc của vật liệu được định nghĩa như là những đặc điểm vi cấu
tạo của vật liệu, thể hiện qua hình dạng và kích thước các hạt, cách phân bố, hướng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

13

http://www. lrc.tnu.edu.vn/


và sự tiếp xúc giữa các hạt, số lượng và chất lượng pha thuỷ tinh và sự hiện diện
của lỗ xốp [1, 9].
Chúng ta biết rằng pha rắn tinh thể tồn tại dưới hai dạng: các tinh thể đơn
(trong đó các đơn vị cấu trúc như nguyên tử, ion, phân tử được sắp xếp lặp đi lặp
lại theo chu kỳ một cách hoàn chỉnh và trong suốt toàn bộ mẫu vât), hay dưới
dạng pha rắn đa tinh thể. Pha tinh thể trong cấu trúc vật liệu gốm là một pha rắn
đa tinh thể, nó được tạo nên từ tập hợp của rất nhiều các hạt tinh thể, hay được
gọi ngắn gọn là hạt. Các hạt này sắp xếp sát cạnh nhau, cách nhau bởi vùng có
cấu trúc không trật tự gọi là biên giới hạt.
Quá trình nung không những là điều kiện để hình thành nên vật liệu mới,
mà ngay trong chính bản thân quá trình cũng chứa đựng nguy cơ: có thể làm cho
sản phẩm bị biến dạng hay thậm chí phá hoại sự nguyên vẹn của nó, tức là làm
cho sản phẩm có thể bị cong vênh hay thậm chí nứt, vỡ.

Hình 1.5. Quá trình kết khối các hạt tròn Al2O3 khi nung ở 1750 ÷ 1840oC
Sản phẩm gốm chỉ được nung đến kết khối, quá trình nung là không thuận
nghịch và hầu như không đạt được cân bằng pha (không thực hiện đến cùng).
Hiện tượng kết khối và các quá trình xảy ra đồng thời với nó (phản ứng pha
rắn, xuất hiện pha lỏng và tái kết tinh)

Kết khối là quá trình giảm bề mặt (bên trong và bên ngoài hay ở chổ tiếp
xúc với nhau) của các phần tử vật chất do xuất hiện hay phát triển mối liên kết
giữa các hạt, do sự biến mất của lỗ xốp trong vật liệu để hình thành một khối thể
với thể tích bé nhất. Quá trình giảm bề mặt xảy ra đồng thời với sự xuất hiện hay
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

14

http://www. lrc.tnu.edu.vn/


tăng cường các cầu nối giữa các hạt vật thể dưới tác dụng của áp suất hay nhiệt
độ như hình 1.5.
Đối với hiện tượng kết khối chỉ có mặt pha rắn có các giả thuyết sau:
+ Thuyết biến dạng dẻo (Frenkel);
+ Thuyết ngưng tụ và bốc hơi của Kysunsky;
+ Thuyết khuếch tán của Kingery.
Hiện nay thuyết khuếch tán được nhiều người thừa nhận hơn cả. Coi hai hạt
vật thể là có dạng tròn, khi nung chúng sẽ có quá trình khuếch tán vật chất vào
nhau như trong hình 1.6.

Hình 1.6. Mô tả quá trình khuếch tán vật chất
Thực chất của vấn đề là xét mối liên hệ giữa sự thay đổi thể tích hay chiều
dài với nhiệt độ và thời gian kết khối. Trường hợp xảy ra khuếch tán thể tích thì
mối tương quan giữa chúng có thể biểu diễn bằng phương trình sau:

Trong đó:V- là sự thay đổi thể tích;

D- hệ số khuyếch tán;

V0- thể tích ban đầu;

K - hằng số Bolzmann;

n- số điểm tiếp xúc;

T- nhiệt độ tuyệt đối (K);

σ - Sức căng bề mặt

a- bán kính lỗ xốp;

δ- khoảng cách giữa các nguyên tử;

t- thời gian.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

15

http://www. lrc.tnu.edu.vn/


Tuỳ thuộc vào nhiệt độ mà hiện tượng khuếch tán xảy ra ở ranh giới bề mặt
hay trong thể tích vật thể mà có sự khác nhau về trị số của hệ số khuếch tán (chủ
yếu là sự khuếch tán của các khuyết tật).
Trong quá trình kết khối, thể tích của hệ giảm dần các lỗ xốp sẽ được lấp
đầy và biến thành lỗ xốp kín rồi tách ra. Độ xốp còn lại chừng 10% thì quá trình
kết khối chậm lại song không dừng hẳn. Nếu độ xốp đạt khoảng 8-10% thì các hạt
không bị ngăn cách bởi các bọt khí nữa mà tiếp xúc với nhau bắt đầu quá trình tái

kết tinh. Nếu duy trì lâu hay tăng nhiệt độ thì thể tích các hạt có thể đạt và vượt
kích thước các hạt vật liệu ban đầu khoảng 2-3 lần.
Quá trình tái kết tinh thường tiến hành theo 3 giai đoạn: tạo mầm, các mầm
lớn lên thành tinh thể thực sự, các tinh thể trưởng thành. Quá trình này xảy ra song
song với quá trình kết khối. Động lực của quá trình tái kết tinh là năng lượng tự
do của hệ.
Năng lượng của mặt lồi nhỏ hơn mặt lõm, dưới tác dụng của chuyển động
nhiệt, các nguyên tử vượt qua ranh giới mạng tinh thể mặt lồi làm cho tinh thể
mặt lồi ngày một tăng. Quá trình tái kết tinh sẽ ngừng khi năng lượng tự do bị triệt
tiêu.
Quá trình tái kết tinh sẽ tăng mạnh đặc biệt khi có mặt chất khoáng hoá,
ngược lại các tạp chất ngăn cản sự lớn lên của tinh thể. Khi hiện tượng tái kết tinh
xảy ra rất nhanh các tinh thể lớn có thể xuất hiện ứng suất nội làm giảm cường độ
cơ học của mẫu. Nếu có mặt tạp chất (kể cả lỗ xốp) thì một mặt cường độ của mẫu
giảm, mặt khác quá trình hàn lỗ cũng giảm hay ngưng lại.
Quá trình xuất hiện pha lỏng tồn tại trong đại bộ phận gốm khi nung. Các
yếu tố sau đây của pha lỏng xuất hiện đóng vai trò quan trọng:
Góc thấm ướt của pha lỏng. Tốt nhất nằm trong khoảng 900-00 là có góc
thấm ướt tốt, có khả năng xâm nhập vào biên giới giữa các hạt pha rắn.
Lượng pha lỏng hình thành càng nhiều càng tốt (tuy nhiiên không được quá
nhiều dễ làm biến dạng sản phẩm), sẽ tạo điều kiện cho quá trình kết khối mãnh
liệt hơn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

16

http://www. lrc.tnu.edu.vn/


Quá trình xuất hiện pha lỏng thường kèm theo các tác động sau:

+ Phân bố lại các hạt, tạo nên trật tự mới của vật liệu.
+ Pha mới xuất hiện ở thành lỗ xốp có tác dụng hàn các lỗ xốp và làm các
hạt đa tinh thể lớn lên.
Khi kết thúc quá trình kết khối thì pha rắn tái kết tinh, quá trình sít đặc tăng
mạnh, lúc này độ nhớt, độ thấm ướt, sức căng bề mặt của pha lỏng và sự phụ thuộc
của chúng vào sự biến thiên nhiệt độ, thời gian lưu rất quan trọng trong việc hình
thành nên những lỗ xốp kín trong vật liệu.
1.2.3.2. Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm
* Thành phần hoá học
Lý thuyết và thực nghiệm đều chỉ ra rằng thành phần hoá học của phối liệu
là yếu tố chủ yếu quyết định đến độ chịu lửa của gốm tức là quyết định nhiệt độ
và khoảng kết khối [13, 14].
* Kích thước và thành phần hạt
Kích thước và thành phần hạt có ảnh hưởng lớn đến quá trình tạo hình và
quá trình kết khối [36].Nói chung kích thước hạt càng bé, phối liệu càng kết khối
tốt. Nếu kích thước hạt đạt độ mịn mong muốn có thể hạ thấp nhiệt độ nung cực
đại đến khoảng 20÷35oC.
Khi kết khối có mặt pha lỏng kích thước hạt vật liệu ban đầu ảnh hưởng
đáng kể đến độ hoà tan của hạt rắn trong pha lỏng dẫn đến làm thay đổi mạnh các
tính chất của pha đó. Kết quả là làm thay đổi mọi tính chất của sản phẩm.
* Mật độ của bán thành phẩm
Độ sít đặc của các hạt nói riêng và sản phẩm nói chung có ảnh hưởng đến
quá trình kết khối. Mật độ càng cao, kết khối càng thuận lợi. Điều này càng có ý
nghĩa đáng kể khi nung gốm đặc biệt (từ nguyên liệu ôxit tinh khiết), quá trình kết
khối đơn thuần xảy ra ở trạng thái rắn. Ép sản phẩm bán khô với áp lực cao thì
phôi mộc sẽ rất sít đặc.
* Nhiệt độ nung cực đại và thời gian lưu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

17

http://www. lrc.tnu.edu.vn/