Tiểu luận: Nghiên cứu về chất điện giải dùng trong gốm sứ

GVHD: Nguyễn Việt Bách

LỜI MỞ ĐẦU
Trong đời sống con người gốm sứ là một loại đồ dùng rất phổ biến ở mọi thời đại
luôn luôn có mặt và đáp ứng được nhu cầu thẩm mỹ trong đời sống lẫn nhu cầu trong
sinh hoạt đời thường, không những thế gốm sứ còn là vật liệu quan trong các nghành
công nghiệp khác. Vì vậy, gốm sứ là một trong những vật liệu quan trọng trong đời
sống con người.
Hiện nay, gốm sứ rất phong phú và đa dạng nhiều mẫu mã đòi hỏi các nghành
sản xuất gốm sứ phải cạnh tranh về số lượng, chất lượng, mẫu mã và giá cả thị trường
như vậy đòi hỏi nghành sản xuất gốm sứ phải đưa ra các giải pháp tối ưu để giúp nâng
cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm nguyên vật liệu và thời gian sản xuất để có thể
cạnh tranh trong thị trường, vì vậy ở đề tài tiểu luận nghiên cứu chất điện giải dùng
trong gốm sứ này nhằm vào các vật liệu sản xuất từ gốm sứ dùng cho đời sống sinh
hoạt tiết kiệm được thời gian sản xuất cũng như nguyên vâật liệu sử dụng trong quá
trình phối trộn hồ gốm sứ, vì thế chất điện giải dùng để cắt giảm thời gian pha trộn và
bớt đi lượng nước sử dụng rất quan trọng trong khâu gia công phối liệu gốm sứ.
Chất điện giải sử dụng trong đề tài nghiên cứu này là natri silicat (Na 2SiO3) hay
còn gọi là thuỷ tinh lỏng và natri hidroxit (NaOH) với mục đích để chọn ra chất nào tối
ưu nhất trong quá trình pha loãng hồ gốm sứ, bớt đi lượng nước nhiều nhất và thời
gian pha loãng tối ưu nhất.

SVTH: Trầm Oanh Ky

1


Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ

GVHD: Nguyễn Việt Bách

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ GỐM SỨ
1.1 Gốm sứ
1.1.1 Khái niệm
Gốm sứ (Ceramic) là các vật liệu vô cơ không kim loại có cấu trúc dị thể, thành
phần khoáng và hoá khác nhau, được sản xuất trên cơ sở nguyên liệu dạng bột mịn, tạo
hình, sấy rồi đem nung đến kết khối ở nhiệt độ cao tạo thành các vật liệu đồ gia dụng,
đồ mỹ nghệ hay trong xây dựng.
Khái niệm gốm sứ cần được hiểu theo nghĩa rộng,bao gồm một lớp rất lớn các
sản phẩm công nghệ được ứng dụng trong các lĩnh vực hết sức khác nhau. Đặc trưng
cơ bản của quá trình công nghệ ceramic là quá trình nhiệt độ cao. Nhờ nhiệt độ cao,
các quá trình phản ứng pha rắn và kết khối (có thể có pha lỏng với độ nhớt cao) xảy ra
trong phối liệu, tạo nên sản phẩm độ bền cơ và các tính chất cần thiết khác.

Hình 1-1 Một số sản phẩm làm từ gốm sứ

SVTH: Trầm Oanh Ky

2


GVHD: Nguyễn Việt Bách
1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển
Gốm sứ là một trong những nghành công nghiệp có từ rất lâu đời. Tính từ 24.000
năm trước công nguyên, các đồ vật được làm từ đất sét và các chất liệu khác với hình
thù khác nhau, sau đó chúng được nung với nhiệt độ cao để tạo thành vật dụng trong
đời sống.
Thời xưa, người ta dùng các loại giỏ đan để đựng nước, nước dưới sông có lẫn
sét, khi nước được đổ ra ngoài thì còn lại các lớp đất sét bám vào giỏ đan, khi để giỏ
dưới ánh nắng lâu ngày, lớp đất sét khô lại. Khi bóc lớp đất sét khô ra người ta thấy có

dạng hình như chiếc giỏ. Từ đó, người ta phát hiện ra công dụng của sét.
Các lò nung đồ gốm được làm từ gạch cách nhiệt, hỗn hợp rơm và đất sét bởi
người Ai Cập cổ. Sau đó họ dùng đất sét mịn và hàm lượng thạch anh cao để làm cho
sản phẩm đẹp và tinh tế hơn. Để tạo bề mặt ngoài nhẵn bóng họ dùng một hòn đá nhãn
sát lên bề mặt sản phẩm gốm và đồng thời phủ lên các sản phẩm gốm màu khác nhau.
Tiếp đó, để sản phẩm không bị rổ bề mặt thì họ phủ một loại chất liệu lên bề mặt
gốm đó chính là men tráng ngày nay gồm thạch anh, soda và một loại khoáng chất
chưa đồng. Sau khi phủ lớp men lên sản phẩm họ có độ sáng bóng như gương.
Tại Hy Lạp thì phát triển mạnh các sản phẩm gốm mỹ thuật với nghệ thuật trang
trí bằng những hoa văn tinh xảo và đồng thời được trang trí bằng những hình ảnh mô
tả cuộc sống đời thường và các câu chuyện về các vị thần, anh hùng của họ.
Khoảng 10.000 năm sau, tại Ấn Độ và Mesopotamia xuất hiện những viên gạch
đầu tiên và cùng thời điểm này con người biết sử dụng gốm sứ cho việc trữ nước và
thực thẩm. Vào khoảng 8000 năm trước công nguyên người Ai Cập phát hiện ra thuỷ
tinh, khi đó người ta nung đồ gốm ở một nhiệt độ cao, tạo nên lớp men màu trên đồ
gốm đến những năm 1500 trước công nguyên, thuỷ được sản xuất độc lập khỏi gốm.
Tại Trung Quốc sản xuất gốm sứ sáng màu được làm từ một loại sét dẻo và tinh
khiết được gọi là cao lanh. Quá trình nung từng màu riêng biệt khi vẽ chúng tạo ra các
màu sắc trang trí trên đồ gốm. Các vật dụng làm từ gốm tại Trung Quốc được ưa
chuộng tại Châu Âu.

SVTH: Trầm Oanh Ky

3


Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ

GVHD: Nguyễn Việt Bách

Cuối thế kỉ 16, đồ gốm sứ trở nên phổ biến do việc thông thương qua lại giữa các
nước trở nên dễ dàng với các tuyến đường thương mại qua Manila, đưa gốm sứ từ
Trung Quốc sang Mexico và Châu Âu.
Nữa đầu thế kỷ 19, các vật liệu gốm sứ cách điện trở nên phổ biến trong các lĩnh
vực di động, radio, truyền hình, máy tính và vật liệu thuỷ tinh,…Từ đó gốm sứ là trở
nên phổ biến và tiện dụng với đời sống con người.
1.1.2 Phân loại
Vật liệu gốm có nhiều cách phân loại khác nhau tuỳ theo các mục đích sử dụng
và quan điểm. Dưới đây là một số cách phân loại chủ yếu:
- Theo thành phần hoá học và pha: vật liệu hệ Al 2O3 – SiO3, hệ MgO – SiO2, hệ
Al2O3 – SiO2 – CaO, thuỷ tinh…
- Theo độ xốp của vật liệu: vật liệu xốp, sít đặc, kết khối,…
- Theo cấu trúc hạt vật liệu: gốm thô, gốm mịn
- 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…
- Theo thành phần khoáng chính trong dản phẩm: gốm mulit, gốm corund,…
Để hiểu rõ bản chất vật liệu và những biến đổi trong đó, xem xét các vật liệu
ceramic theo thành phần hoá học và thành phần pha của chúng là thuận lợi nhất.

SVTH: Trầm Oanh Ky

4


GVHD: Nguyễn Việt Bách
1.1.3. Quy trình sản xuất gốm sứ
Hình 1-2 Sơ đồ quy trình sản xuất gốm sứ

Nguyên liệu

Gia công – phối liệu

Tạo hình

Sấy

Trang trí sản phẩm

Nung

Sản phẩm
Nguyên liệu dạng tự nhiên hoặc kỹ thuật được phối liệu theo những tỷ lệ thành
phần và cỡ hạt cần thiết theo đơn phối liệu, nghiền đủ mịn, tạo hình bằng những
phương pháp khác nhau rồi đem nung.
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.
Với các sản phẩm gốm thô thông thường như gốm thô, gốm mỹ nghệ, phổ biến là
phương pháp nung một lần. Sản phẩm được tạo hình, trang trí và nung hoàn thiện
trong một lần nung duy nhất.

SVTH: Trầm Oanh Ky

5


Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ

GVHD: Nguyễn Việt Bách

Với phương pháp nung hai lần, sản phẩm được tạo hình thành mộc. Mộc được
nung trước một lần (khoảng 800 – 900 oC), đem tráng men, sau đó nung lần thứ hai,
gọi là nung hoàn thiện (thường từ 1200 oC trở lên). Khái niệm nhiệt độ nung sản phẩm
thường chỉ nhiệt độ nung lần này (trong một số ít trường hợp, nhiệt độ nung lần thứ
hai không phải là nhiệt độ nung cao nhất). Để tăng hiệu quả thẩm mỹ, người ta trang
trí lên men, rồi nung lần thứ ba ở nhiệt độ thấp hơn (thường khoảng 720 – 800 oC,
hoặc thấp hơn), để màu bám chặt vào men.
1.1.3.1 Các nguyên liệu
Nguyên liệu chính để sản xuất gốm sứ gồm 2 loại phổ biến đó là nguyên liệu dẻo
gồm cao lanh, đất sét; và nguyên liệu gầy gồm thạch anh (quartz), tràng thạch
(fenspat), hoạt thạch (talc),… Ngoài ra, nguyên liệu khác là hợp chất của CaO, BaO,
MgO,… Các nguyên liệu kỹ thuật: B2O3 , TiO2 , Al2O3 … Nguyên liệu được phối liệu
theo những tỷ lệ thành phần có trong nguyên liệu dẻo và gầy cần thiết theo đơn phối
liệu, được nghiền mịn, tạo hình, trang trí bằng những phương pháp khác nhau rồi đem
nung.
Tùy thuộc vào loại sản phẩm, có thể có công nghệ nung sản phẩm một lần hoặc
hai lần. Với phương pháp nung một lần, sản phẩm được tạo hình, trang trí và nung
hoàn toàn trong một lần nung duy nhất. Với phương pháp nung hai lần, sản phẩm được
tạo thành mộc. Mộc được nung trước một lần (khoảng 800 – 900 oC), đem tráng men,
sau đó nung lần thứ hai (thường từ 1200 oC trở lên).
Để tăng hiệu quả thẩm mỹ, người ta dùng màu để trang trí trên men rồi nung lần
thứ ba với nhiệt độ thấp hơn (khoảng 720 – 800 oC) để màu bám chặt vào lớp men.
Khi sản xuất chất màu và men màu, thường dùng các oxit mang màu như: Cr 2O3, CoO,
MnO2, PbO, K2O, Na2O, Al2O3 , B2O3 , SnO2, Li2O, CaO, MgO, ZnO...
1.1.3.2 Gia công và chuẩn bị phối liệu
- Nghiền: là quá trình nghiền có tác dụng trộn, làm tăng diện tích bề mặt hạt vật
liệu tránh sự kết tụ lại, ngoài ra nó còn tăng mức hoạt hóa bề mặt vật liệu và làm đồng
nhất phối liệu do kết hợp trộn nguyên liệu đồng thời trong máy nghiền.

SVTH: Trầm Oanh Ky

6


GVHD: Nguyễn Việt Bách
Trong tự nhiên đất sét có độ mịn cao hơn các loại nguyên liệu khác, còn tràng
thạch nói chung có thể có cỡ hạt thô hơn cát do đóng vai trò là chất chảy. Thường phải
tiến hành nghiền theo nhiều giai đoạn: nghiền thô, nghiền nhỏ và nghiền mịn. Độ mịn
cần thiết cho nguyên liệu sau khi nghiền thường được xác định bằng cách cho qua hết
sang 1000 lỗ/cm2
- Chuẩn bị phối liệu: để chuẩn bị phối liệu tốt đòi hỏi hai yêu cầu cơ bản. thứ
nhất, đạt độ chính xác cao nhất về thành phần hóa học và tỉ lệ các cỡ hạt, thành phần
phối liệu và các tính chất kỹ thuật của nó để sản phẩm sau nung đảm bảo đúng tính
chất mong muốn. Thứ hai, đạt độ đồng nhất cao về thành phần hóa, thành phần hạt,
lượng nước tạo hình thích hợp, chất điện giải, phụ gia…
Muốn đạt tới yêu cầu đó cần tìm hiểu thật kỹ về các đặc tính của các loại nguyên
liệu. Căn cứ vào chỉ tiêu chất lượng từng loại sản phẩm cần sản xuất để tính phối liệu
từ nguyên liệu, lựa chọn dây chuyền và công nghệ tối ưu.
- Kiểm tra kỹ thuật: mỗi giai đoạn trong quá trình gia công chuẩn bị phối liệu đều
phải qua kiểm tra kỹ thuật một số chỉ tiêu cơ bản như: độ chính xác và đồng nhất về
thành phần hóa, thành phần hạt, độ ẩm, độ dẻo, cường độ mộc, độ co sấy, màu sắc đất
mộc sau nung, tính chất phối liệu sau nung, đối với hồ đổ rót cần kiểm tra them độ lưu
động và tỉ trọng của hồ…
1.1.3.3 Tạo hình
Với các sản phẩm dùng nguyên liệu đất sét như gốm sứ ta có thể phân loại các
phương pháp tạo hình sau:
- Tạo hình từ huyền phù đổ rót: các sản phẩm ceramic thường được tạo hình
bằng phương pháp đổ rót hỗn hợp phối liệu dạng huyền phù vào khuôn thạch cao,
hoặc các khuôn chất dẻo. Huyền phù đổ rót chứa một lượng nước rất lớn khoảng 40 –
50% trong đó có hoặc không có đất sét.

- Tạo hình dẻo: phương pháp tạo hình dẻo bao gồm vuốt bộ trên bệ quay, gắn ráp
trong khuôn thạch cao, xoay trên máy bàn tua dao bản, ép dẻo bằng các loại máy ép…
với độ ẩm của phối liệu từ 22 – 26%.

SVTH: Trầm Oanh Ky

7


Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ

GVHD: Nguyễn Việt Bách

- Ép: từ hỗn hợp bột khô (≤ 3%) hoặc hơi ẩm (4 – 9% nước) cho vào khuôn kim
loại, ép nóng với áp suất cao vừa đủ sẽ tạo một khối sít đặc và rắn chắc. Sau đó cắt gọt
bán sản phẩm (mài, phay, tiện), do các ceramic rất dòn và cứng nên các phương pháp
này ít dùng. Chỉ áp dụng với một số quá trình đặc biệt, hoặc với những vật liệu mới
đòi hỏi mức chính xác cao về kích thước sản phẩm. Phương pháp này phổ biến với các
sản phẩm gốm sứ hiện đại.
1.1.3.4 Sấy
Mục đích của quá trình này là loại bỏ nước lý học hay hóa học. Bao gồm nước
hấp phụ, nước hydrat và nước trương nở ở các khoáng sét ba lớp.
Quá trình sấy được đặc trưng bởi những yếu tố sau: sự thay đổi nhiệt độ của bán
thành phẩm, hàm ẩm của nó, sự thay đổi tốc độ sấy, thời gian sấy, sự phát sinh hiện
tượng co ngót và các ứng suất co ngót. Sự điều chỉnh cường độ bốc hơi nước ở những
giai đoạn sấy khác nhau được đặc trưng bằng một chế độ sấy thích hợp. Đó 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 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.

Thông thường sấy sản phẩm gốm sứ bằng phương pháp sấy đối lưu. Động lục
sấy là hỗn hợp khí được gia nhiệt bằng hơi nước bảo hòa.
1.1.3.5 Trang trí sản phẩm
Để trang trí sản phẩm gốm sứ người ta có thể dùng phương pháp tráng men hoặc
phun men.
- Tráng men: xương được làm sạch bề mặt rồi nhúng vào huyền phù men. Nhờ độ
xốp của xương rất cao, huyền phù bị hút bám một lớp mỏng trên bề mặt xương. Khi
nung lớp này sẽ nóng chảy thành men. Với một số sản phẩm, men được dội, xối lên bề
mặt xương.
- Phun men: huyền phù men được phun thành lớp bụi rất đều và độ dày vừa phải
bám lên bề mặt xương mộc. Phun men cho năng suất và chất lượng cao, tiết kiệm
nguyên liệu.
SVTH: Trầm Oanh Ky

8


GVHD: Nguyễn Việt Bách
Huyền phù men thường có các cấu tử giống như các cấu tử của xương gốm sứ,
nhưng mịn hơn và có chứa nhiều thành phần dễ chảy hơn. Sau khi đưa men lên bề mặt
đem nung tới nhiệt độ xác định, men sẽ chảy tạo thành một lớp thủy tinh mỏng chảy
láng trên bề mặt thành phẩm.
1.1.3.6 Nung
- Vai trò của quá trình nung: là khâu rất quan trọng trong kỹ thuật sản xuất gốm
sứ vì nó ảnh hưởng đến chất lượng và giá thành sản phẩm.
- Cơ sở lý thuyết của quá trình nung: sản phẩm gốm sứ chỉ nung đến kết khối,
quá trình nung là không thuận nghịch và hầu như không đạt cân bằng pha. Quá trình
nung kéo theo những biến đổi vật lí và phản ứng hóa học.
- Hiện tượng kết khối: là quá trình làm giảm bề mặt của các phân tử vật chất do
xuất hiện mối liên kết giữa các hạt, do sự biến mất lỗ xốp trong vật liệu để hình thành

khối vật thể có thể tích bé nhất.
Các dấu hiệu đánh giá kết khối là sự co rút, giảm thể tích, thay đổi độ hút nước,
tăng trọng lượng riêng và tăng độ bền cơ… của vật liệu sau khi gia nhiệt.
Dưới tác dụng nhiệt độ tăng dần, trong phối liệu dạng bột sẽ xảy ra một loạt quá
trình hóa lý phức tạp như: tách ẩm, biến đổi thù hình, phản ứng hóa học ở pha rắn, pha
lỏng xuất hiện và tham gia quá trình biến đổi hóa học hoặc lý học… Các quá trình này
xảy ra phức tạp và khó tách biệt. Động lực của quá trình kết khối là sự giảm năng
lượng tự do bề mặt giữa các hạt tiếp xúc với nhau. Giai đoạn đầu của kết khối gắn liền
với sai sót dạng lỗ trống trong cấu trúc tinh thể.
Nếu kết khối có mặt pha lỏng có thể sẽ chảy tràn vào lấp kín các lỗ xốp hoặc bao
quanh hạt rắn, làm tăng quá trình khuếch tán ở vị trí tiếp xúc.
Điển hình cho quá trình kết khối có mặt pha lỏng và những biến đổi hóa lý phức
tạp trong vật liệu ceramic là quá trình kết khối các sản phẩm gốm sứ. Còn điển hình
cho quá trình kết khối không có mặt pha lỏng và các sản phẩm từ oxit tinh khiết như:
Al2O3 kết khối, ZrO2 kết khối…

1.3 Vai trò của chất điện giải

SVTH: Trầm Oanh Ky

9


Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ

GVHD: Nguyễn Việt Bách

Chất điện giải có vai trò quan trọng ảnh hưởng lớn đến việc hình thành trạng thái
dẻo của phối liệu
Trong thực tế khi tìm thấy những tinh thể lý thuyết ở sét, mà thường chỉ là những

“tinh thể thực tế” với những khuyết tật tinh thể khác nhau. Dạng thông thường nhất ở
khoảng sét là một số cation hoá trị lớn (Al 3+, Si+,..) trong mạng tinh thể được thay thế
bởi những cation kiềm hoặc thổ hoá trị nhỏ hơn. Kết quả của quá trình này là cân bằng
điện tích bị phá vỡ, khoáng sét biểu hiện ra bên ngoài như một điện tích âm. Trong
một môi trường có điện tích, các cation sẽ bị kéo vào bề mặt hạt sét. Người ta đã lợi
dụng đặc tính này trong quá trình tuyển lọc hạt sét bằng phương pháp điện phân: nếu
cho huyền phù sét vào một điện trường mạnh, các hạt sét mang điện tích âm sẽ bị hút
về dương cực và được lấy ra khỏi thiết bị ở trạng thái có hàm lượng nước nhỏ tương tự
ép lọc khung bản.
Như đã trình bày ở trên, việc hình thành những màng nước xung quanh các hạt
sét có vai trò thiết yếu đối với độ dẻo, nước là một chất lưỡng cực. Các hạt khoáng sét
trong nước tích điện âm do giữ lại gốc OH –. Ion H+ bao xung quanh tạo lớp điện tích
kép. Trong điện trường keo sét chuyển dịch về anod (+). Chiều dày lớp điện tích kép
do bản chất của ion trung tâm và các cation hay anion hấp thụ quyết định, tức là do cấu
trúc khoáng sét và loại cation dùng làm chất điện giải quyết định.

Hình 1-3 Mô hình cấu trúc mixen hạt sét

SVTH: Trầm Oanh Ky

10


GVHD: Nguyễn Việt Bách
Hồ gốm sứ khi không pha chất điện giải muốn đổ rót được thường cần một lượng
nước rất lớn (40 – 50%). Để hồ đổ rót cho mộc cũng như sản phẩm tốt nhất cần giảm
lượng nước đến mức thấp nhất, mà vẫn đổ rót tốt. Muốn vậy phải pha thêm chất điện
giải.
Quá trình pha loãng hồ dựa trên cơ sở làm thay đổi điện thế của mixen keo, tức là
điện thế của lớp điện tích kép. Các ion của chất điện giải làm thay đổi lực hút và đẩy

giữa mixen tích điện âm (lực đẩy tăng):

Đất sét – Ca2+ + Na2SiO3 → Đất sét – Na+ + CaSiO3↓
Na +
Các hạt keo có thể chuyển động tự do nhiều hơn nên độ nhớt giảm. Các cation
hóa trị 1 làm chất điện giải tốt hơn cation hóa trị 2.
Sự cải thiện độ dẻo ở một sét đã qua xử lý có thể tóm tắt như sau: Dẻo hơn so với
khi chưa xư lý; Cần ít nước hơn khi gia công đạt độ dẻo mong muốn; Cần lực nhỏ hơn
để ép vào khuôn (vì dẻo hơn); Cấu trúc vật lý được cải thiện, và với những sét dễ phân
lớp thì khuynh hướng phân lớp này giảm đi; Sản phẩm dễ tạo hình hơn, ít nứt và bể
góc hơn; Sản phẩm đã sấy khô ít nhạy cảm với nước hơn và có thể ngâm trong nước
khoảng 10 phút mà không bị tan rã; Nhiêt độ nung giảm và vật liệu chặt hơn; Sản
phẩm nung có độ bền nén và uốn cao hơn; Độ hút nước giảm đi, chủ yếu do sự phân
lớp giảm đi; Màu của phối liệu thường sáng hơn.

SVTH: Trầm Oanh Ky

11


Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ

GVHD: Nguyễn Việt Bách

Chương 2
PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1 Phương tiện
2.1.1 Nguyên liệu
Cát, cao lanh, đất sét, tràng thạch, natri hidroxit (NaOH) 40% (d = 1,43 g/cm 3),

natri silicat (Na2SiO3) 40% (d = 1,445 g/cm3).
2.1.2. Thiết bị và dụng cụ
- Máy nghiền bi siêu tốc: dùng để nghiền phối liệu hỗn hợp gồm cát, cao lanh,
đất sét, tràng thạch để tiến hành đo độ nhớt của hồ gốm sứ.
- Cốc đo độ nhớt vicozimet: dùng để xác định độ lưu động của hồ đổ rót
- Cân: dùng để cân phối liệu và nguyên liệu
- Các dụng cụ khác: thau nhựa, cối nghiền, cốc thuỷ tinh, giá đỡ, đồng hoog bấm
giây…

2.2 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp đo độ nhớt huyền phù bằng nhớt kế ống chảy, cơ sỡ của phương
pháp này là định luật Poiseulle, khi chất lỏng chảy tầng ổn định qua ống có chiều dài l,
bán kính r, dưới áp suất p, trong thời gian t thì lượng chất lỏng chảy qua là
SVTH: Trầm Oanh Ky

12


GVHD: Nguyễn Việt Bách

V=

π r 4 pt
8η l

Tuy nhiên chất lỏng khi chảy vào và ra khỏi ống mao dẫn không tuân theo chính
xác đúng như quy luật trên, Hagen đã sửa lại như sau:

π r 4 pt 1,1ρ
η=

−
8Vl
8π lt
Đối với nhớt kế dòng chảy thì p = h ρ g trong đó h – chênh lệch trung bình của hai
bề mặt chất lỏng trong nhớt kế, ρ - mật độ và g – gia tốc trọng trường.
Nếu chênh lệch bề mặt chất lỏng là không đổi chúng ta rút gọn phương trình trên
η = Aρ t −

Bρ
[Pa.s] trong đó: η là độ nhớt [Pa.s], ρ là mật độ [kg.m-3], t là thời gian [s]
t

Các hằng số thiết bị: A1 – 4,49.10-6 [m2.s-2], B1 – 4,49.10-4 [m2]
A2 – 5,63.10-6 [m2 s-2], B2 – 6,22.10-4 [m2]
Các hằng số A1,2; B1,2 có thể xác định theo từng nhớt kế dòng chảy cụ thể bằng
cách đo thời gian chảy của hai chất lỏng có độ nhớt đã biết (trong trường hợp này là
glycerin và nước).
Trong kỹ thuật người ta dùng khái niệm “đo độ lưu động của hồ”, đây là đại
lượng tỉ lệ nghịch với độ nhớt của hồ và được biễu diễn bằng công thức ϕ =

1
, trong
η

đó: ϕ là độ lưu động, η là độ nhớt của hồ

SVTH: Trầm Oanh Ky

13

Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ

GVHD: Nguyễn Việt Bách

Độ lưu động của hồ được đánh giá theo thời gian chảy của một khối lượng
không nhất định (100 cm3) qua nhớt kế ống chảy. Hồ tiêu chuẩn là hồ có thời gian 100
cm3 hồ trong 10 giây.

Hình 2-1 Cốc đo độ nhớt vicozimet

Chương 3
THỰC NGHIỆM
3.1 Thiết lập đơn phối liệu
Cân theo đơn phối liệu ở bảng 3-1 rồi tiến hành khảo sát độ lưu động của hồ theo
nước và chất điện giải.
Bảng 3-1 Đơn phối liệu gốm sứ

Công

Đất sét

Cao lanh

Tràng thạch

Cát

thức

(%)

(%)

(%)

(%)

1
2

25
25

43
46

20
17

SVTH: Trầm Oanh Ky

12
13

14


GVHD: Nguyễn Việt Bách

3.2 Gia công và chuẩn bị phối liệu
Từ các nguyên liệu ban đầu trong đơn phối liệu ở bảng 3-1 ta đem nghiền nhỏ
với thiết bị máy nghiền bi siêu tốc thu được phối liệu ở dạng bột mịn, kích thước đồng
đều nhau. Kích thước hạt vật liệu sau khi nghiền qua hết sàng loại 4900 lỗ/cm 2.

Hình 3-1 Máy nghiền bi siêu tốc

Làm như vậy nhằm đảm bảo rằng khi gia công và chuẩn bị trộn các nguyên liệu
lại với nhau ta sẽ thu được hỗn hợp đồng nhất về kích cỡ các hạt. Độ mịn càng cao thì
bề mặt riêng của phối liệu càng lớn, khi tiến hành pha loãng với nước hoặc chất điện
giải sẽ phân tán đồng đều, dễ đổ rót và kết quả chính xác hơn.

4.2 Tiến hành thí nghiệm
4.2.1 Xác định độ lưu động của hồ bằng nước
4.2.1.1 Cách tiến hành
Tiến hành cân khoảng 100 – 200 g ở 2 phối liệu cho vào cốc sứ hoặc thau nhựa
(hay thuỷ tinh) riêng. Cho tiếp lượng nước cất để phối liệu có độ ẩm tương đối 50% và
tiến hành xác định độ lưu động pha loãng bằng chất điện giải, pha loãng bằng nước.

SVTH: Trầm Oanh Ky

15


Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ

GVHD: Nguyễn Việt Bách

Bắt đầu khuấy để cho phối liệu hồ và nước được đồng nhất. Tiến hành khuấy
trong 5 phút sau đó dần cho nước vào cốc (cho nước vào mỗi lần khoảng 5cm 3 càng về

sau càng ít lại. Sau khi khuấy thấy hồ ở trạng thái chảy lỏng, đem hồ đổ vào vicozimet
(chú ý lúc đổ hồ cần bịt lổ lại để tránh hồ chảy ra ngoài). Sau đó mở lỗ cho hồ chảy
xuống cốc. Bấm đồng hồ xác định thời gian hồ chảy khi hồ chảy hết vicozimet.
Tiếp tục thí nghiệm trên như sau: nếu thời gian chảy dưới 10 giây, cho thêm bột,
khuấy, đo lại. Nếu thời gian chảy trên 10s, cho thêm nước, khuấy, đo lại. Làm ít nhất 3
điểm với 3 độ ẩm khác nhau với thời gian chảy dao động quanh 10 giây.
4.2.1.2 Kết quả thí nghiệm
Độ ẩm tương đối đối với hồ pha loãng bằng nước ở 2 phối liệu: Phối liệu 1 đạt đổ
ẩm tương đối đạt khoảng 175% thì hồ bắt đầu chảy loãng đạt đổ chảy hồ chuẩn 100
cm3/10s. Phối liệu 2 độ ẩm tương đối khoảng 209% thì hồ bắt đầu chảy loãng đạt độ
chảy hồ chuẩn 100 cm3/10s.
4.2.2 Xác định độ lưu động của hồ pha loãng bằng chất điện giải
4.2.2.1 Cách tiến hành
Tiến hành pha loãng hồ bằng dung dịch thuỷ tinh lỏng Na 2SiO3 45% và NaOH
20% cho từng phối liệu, mỗi lần thêm là 0,2 – 0,1 mL và càng về về sau càng ít lại.
Thứ tự tiến hành như xác định độ lưu động pha loãng bằng nước nhưng ở đây
nước được thay thế bằng chất điện giải Na 2SiO3 và NaOH, tiến hành đối với phối lệu
đạt độ ẩm tương đối là 50%.
Tiến hành pha loãng hồ bằng chất điện giải cho đến khi nào có độ lưu động tiêu
chuẩn nghĩa là 100cm3 hồ chảy trong 10 giây.
4.2.2.2 Kết quả thí nghiệm
a) Kết quả đo được ở phối liệu 1
Độ lưu động của hồ pha loãng bằng chất điện giải ở phối liệu 1:
Bảng 3-2 Kết quả xác định bằng chất điện giải Na2SiO3 phối liệu 1

SVTH: Trầm Oanh Ky

16

GVHD: Nguyễn Việt Bách
Lượng chất điện giải

Thời gian chảy (s)

thêm vào (mL)

1,5
1,7
1,9
2,1
2,3
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
3,0
3,2
3,4
3,6
3,8

SVTH: Trầm Oanh Ky

Lượng chất điện giải
khô (g)

21,76
19,52

17,44
15,96
11,02
10,32
10,22
10,23
10,56
10,33
10,02
13,87
16,67
19,78
23,54

0,867
0,9826
1,0982
1,2138
1,3294
1,445
1,5028
1,5606
1,6184
1,6762
1,734
1,8496
1,9652
2,0808
2,1964

17


Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ

GVHD: Nguyễn Việt Bách

Bảng 3-3 Kết quả xác định bằng chất điện giải NaOH phối liệu 1

Lượng chất điện giải

Thời gian chảy (s)

thêm vào (mL)

3,2
3,4
3,6
3,8
4,0
4,2
4,4
4,6
4,8
5,0
5,2
5,4
5,6
5,8
6,0

Lượng chất điện giải
khô (g)

27,87
24,09
22,45
20,12
17,78
15,55
13,77
10,54
14,45
17,56
18,98
21,12
24,76
26,87
28,01

1,8304
1,9448
2,0592
2,1736
2,288
2,4024
2,5168
2,6312
2,7456
2,8600

2,9744
3,0888
3,2032
3,3176
3,4320

Đồ thị biểu diễn thời gian chảy và hàm lượng chất điện giải khô của Na 2SiO3 và
NaOH ở phối liệu 1

SVTH: Trầm Oanh Ky

18


GVHD: Nguyễn Việt Bách

Hình 3-2 Ảnh hưởng của chất điện giải tới thời gian chảy của huyền phù phối liệu 1

Kết quả cho thấy chất điện giải Na2SiO3 cho khoảng rộng độ chảy chuẩn 10
cm3/10s nhiều hơn so với NaOH và thời gian pha trộn chất điện giải đạt hồ chuẩn
nhanh hơn so với NaOH. Đồng thời lượng dùng Na 2SiO3 ít hơn NaOH cho thấy lượng
dùng tiết kiệm hơn.

SVTH: Trầm Oanh Ky

19


Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ

GVHD: Nguyễn Việt Bách

b) Kết quả đo được ở phối liệu 2
Độ lưu động của hồ pha loãng bằng chất điện giải ở phối liệu 2:
Bảng 3-4 Kết quả xác định bằng chất điện giải Na2SiO3 phối liệu 2

Lượng chất điện giải

Thời gian chảy (s)

thêm vào (ml)

1,5
1,7
1,9
2,1
2,3
2,5
2,7
2,9
3,1
3,2
3,3
3,4
3,5
3,6
3,8
4,0
4,2
4,4

SVTH: Trầm Oanh Ky

Lượng chất điện giải
khô (g)

27,77
23,45
20,65
18,09
16,11
13,56
11,87
10,78
10,52
10,65
10,43
10,50
10,34
10,10
14,01
18,22
23,44
26,75

0,867
0,9826
1,0982
1,2138
1,3294

1,445
1,5606
1,6762
1,7918
1,8496
1,9074
1,9652
2,023
2,0808
2,1964
2,312
2,4276
2,5432

20


GVHD: Nguyễn Việt Bách
Bảng 3-5 Kết quả xác định bằng chất điện giải NaOH phối liệu 2

Lượng chất điện giải

Thời gian chảy (s)

thêm vào(ml)

3,2
3,4
3,6
3,8

4,0
4,2
4,4
4,6
4,8
5,0
5,2
5,4
5,6
5,8
6,0
6,2
6,4
6,6

SVTH: Trầm Oanh Ky

Lượng chất điện giải
khô (g)

26.76
24,77
23,78
21,76
18,23
16,45
14,76
12,87
11,70
10,06

13,76
15,87
19,70
20,97
22,45
25,98
27,8
29,87

1,8304
1,9448
2,0592
2,1736
2,288
2,4024
2,5168
2,6312
2,7456
2,8600
2,9744
3,0888
3,2032
3,3176
3,4320
3,5464
3,6608
3,7752

21

Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ

GVHD: Nguyễn Việt Bách

Đồ thị biểu diễn thời gian chảy và hàm lượng chất điện giải khô của Na 2SiO3 và
NaOH ở phối liệu 2

Hình 3-3 Ảnh hưởng của chất điện giải tới thời gian chảy của huyền phù phối liệu 2

Cũng như ở phối liệu 1 kết quả cho thấy chất điện giải Na 2SiO3 cho khoảng rộng
độ chảy chuẩn 10 cm3/10s nhiều hơn so với NaOH và thời gian pha trộn chất điện giải
đạt hồ chuẩn nhanh hơn so với chất điện giải NaOH. Tuy nhiên, lượng chất điện giải
sử dụng trong quá trình pha loãng ở phối liệu này tốn kém hơn (sử dụng nhiều hơn) so
với phối liệu 1.

4.3 Nhận xét và kết luận

SVTH: Trầm Oanh Ky

22


GVHD: Nguyễn Việt Bách
Từ các kết quả trên ở hai phối liệu cho thấy khoảng lưu động hồ đạt chuẩn 100
cm3/10s ở chất điện giải Na2SiO3 là rộng nhất, tức ở khoảng lưu động này khi ta thêm
1 lượng chất điện giải nếu có dư trong khoảng đó thì cũng không ảnh hưởng nhiều đến
độ chảy chuẩn của hồ. Vì vậy, sử dụng chất điện giải Na 2SiO3 (thuỷ tinh lỏng) trong
gốm sứ là tốt nhất và tiết kiệm lượng nước lẫn số lượng chất điện giải thêm vào hơn là
sử dụng chất điện giải NaOH. Đồng thời kết quả còn cho thấy ở phối liệu 1 lượng chất

điện giải thêm vào ít hơn so với phối liệu 2, kể cả lượng nước được sử dụng xác định ở
thí nghiệm pha loãng bằng nước. Điều này cho thấy đơn phối liệu 1 cho số lượng sử
dụng nước và chất điện giải tốt hơn, tiết kiệm hơn so với dùng đơn phối liệu 2
Kết luận rằng khi tiến hành pha loãng hồ gốm sứ ta sử dụng đơn phối liệu 1 và sử
dụng chất điện giải Na2SiO3 (thuỷ tinh lỏng) thì tiết kiệm hơn về mặt kinh tế, thời gian
và đạt năng suất cao hơn đơn phối liệu 2.

SVTH: Trầm Oanh Ky

23


Nghiên cứu chất điện giải trong gốm sứ

GVHD: Nguyễn Việt Bách

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu sách
1. Đỗ Quang Minh, 2008. Giáo trình Hướng dẫn thí nghiệm chuyên ngành vật
liệu Silicat. Nhà xuất bản Đại học Bách Khoa TPHCM.
2. TS. Nguyễn Văn Dũng, 2009. Công nghệ sản xuất gốm sứ. Nhà xuất bản Khoa
học và kỹ Thuật Hà Nội.
3. Phạm Xuân Yên và cộng sự, 1995. Kỹ thuật sản xuất gốm sứ. Nhà xuất bản
Khoa học và kỹ Thuật
4. Vũ Minh Đức, 1999. Công nghệ gốm sứ xây dựng. Nhà xuất bản Xây dựng.

Tài liệu các trang website
Gốm sứ Nhật Minh. Lịch sử gốm sứ thế giới. ngày truy cập 27/11/2014.

SVTH: Trầm Oanh Ky

24