PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT I.1- KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GỐM SỨ Gốm là sản phẩm được sản xuất từ bột liệu mịn sau khi tạo hình được sấy và nung đến nhiệt độ cao để đạt yêu cầu kỹ thuật cần thiết. Chính vì vậy mà gốm được phân loại theo tính chất và phạm vi sử dụng của chúng. 1.1- Gốm thô. Đặc điểm chung của nhóm này là độ hút nước của chúng thường cao hơn 6% như: gạch đỏ ngói, sành dạng đá (chum vại ) vật liệu lửa. 1.2- Gốm mịn. Nguyên liệu sản xuất chúng đều được nghìn mịn sau đó tiến hành tạo hình, sấy và nung. Trong nhóm này có các phân nhóm sau: + Gốm mịn tương đối: Điển hình là các loại gạch ốp lát ceramie, độ hút nước từ 3% đến 6%. + Bán sứ: Độ hút nước của nhóm này từ 0,5% đến 3%. Điển hình là các sản phẩm mỹ nghệ, bộ đồ ăn, chén bát đĩa, gốm trang trí nội thất + Sứ: Xương sứ kết khối tốt nên độ hút nước bao giờ cũng nhỏ hơn 0,5%. Đặc điểm của sản phẩm là có độ trong, độ trắng nhất định do được kết khối tốt ở nhiệt độ cao. 1.3- Tính chất. - Độ trắng Độ trắng là một đặc trưng cho sản phẩm sứ vì độ trắng càng cao thì chất lượng sứ càng cao, độ tinh tế càng cao, tính hấp dẫn càng tăng. Độ trắng của gốm sứ phụ thuộc rất nhiều vào nguyên liệu ban đầu để sản xuất. - Độ trong Trong quá trình nung gốm sứ, ở nhiệt độ cao pha thủy tinh sẽ xuất hiện xen lẫn các tinh thể. Chính lượng pha thủy tinh này có ảnh hưởng lớn đến độ kết khối và độ trong của sứ. - Độ bền hóa Độ bền hóa hay khả năng chịu tác dụng hóa học của môi trường như thức ăn hay nước uống, chanh hay dấm, nước mắm, nước rửa và nhiều loại khác nữa. - Độ bền nén ở nhiệt độ thường Độ bền nén của sản phẩm phản ánh mức độ kết khối hay mật độ cũng như đánh giá cả quy trình công nghệ sản xuất ra sản phẩm đó. Tuy nhiên sản phẩm có cùng mật độ như nhau nhưng độ bền nén có thể khác nhau do cấu trúc cũng như loại liên kết khác nhau. - Độ xốp, độ hút nước Tất cả các vật liệu gốm đều có độ xốp, độ hút nước.Nhìn chung độ xốp càng lớn, độ hút nước càng lớn thì khối lượng thể tích vật liệu gốm càng thấp. Qua độ xốp, độ hút nước và khối lượng thể tích của vật liệu, người ta có thể đánh giá, kiểm tra và điều chỉnh công nghệ sản xuất. - Cường độ uốn Về nguyên tắc người ta cũng có thể thí nghiệm theo tiêu chuẩn song cường độ gốm xấp xỉ bằng 1/3 cường độ nén. Chỉ trong những trường hợp đặc biệt người ta mới tiến hành đo giá trị này. Ngoài ra còn có một số tính chất khác như: cường độ chống bào mòn, độ dẫn điện, độ giãn nở nhiệt,độ dẫn điện bề mặt, điện thế xuyên thủng…. 1.4- Ứng dụng của gốm sứ Phạm vi ứng dụng vật liệu gốm sứ rất rộng và rất lớn. Hầu như tất các ngành công nghiệp đều dùng đến gốm sứ dưới nhiều dạng khác nhau như: - Công nghiệp xây dựng - Công nghiệp luyện kim,công nghiệp điện - Công nghiệp điện tử - Công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng I.2 TỔNG QUAN VỀ SƠ ĐỒ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GỐM SỨ + Sơ đồ quy trình sản xuất. Định lượng Chế tạo phối liệu Khuôn thạch cao Tạo hình dẻo, đổ rót Sấy, sửa sản phẩm môc Năng lượng nhiệt Các nguyên liệu Trang trí,tráng men Năng lượng nhiệt Men, chất màu Nung Kiểm tra phân loại I.3 - NGUYÊN LIỆU LÀM GỐM SỨ Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất gốm sứ là các loại đất đá có trong thiên nhiên, nó phân bố khắp nơi trên mặt đất và có những mỏ tập trung như mỏ đất sét, cao lanh, trường thạch, thạch anh, đá vôi, hoạt thạch Căn cứ vào tính năng vật lý của nguyên liệu, người ta chia làm 2 loại: + Nguyên liệu dẻo: Cao lanh, đất sét. +Nguyên liệu không dẻo: Thạch anh, trường thạch 1.3.1- Nguyên liệu dẻo (Cao lanh và đất sét.) - Các loại cao lanh và đất sét khác nhau gọi chung là nguyên liệu sét. Nguyên liệu sét – danh từ để chỉ các loại khoáng vật mảnh vụn có thành phần hóa thông thường là hydroalumosilicat. - Nguyên liệu sét hình thành do sự phong hóa của đá gốc như fenpat, granit, mica, thạch anh Trong suốt nhiều thế kỷ nguyên địa chất. - Dựa vào điều kiện hình thành mà các nguyên liệu sét được phân thành loại sét nguyên sinh và thứ sinh + Sét nguyên sinh được tạo thành và nằm tại nơi phong hóa có đặc điểm là hạt thô, kém dẻo và chứa ít tạp chất.Đa só các loại cao lanh thuộc về sét nguyên sinh. + Sét thứ sinh là sản phẩm phong hóa được mang đi nơi khác và được lấy đọng lại. Đặc điểm của sét thứ sinh là chứa nhiều hạt mịn, dẻo và lẫn nhiều tạp chất. Các loại đất sét khác nhau, tùy theo cấu tạo tạp chất và điều kiện hình thành, thường thuộc về sét thứ sinh 1.3.2-Nguyên liệu không dẻo Nguyên liệu không dẻo, có thể chia thành hai loại: - Loại giảm dẻo như cát, Samot mảnh gốm sứ… - Loại giảm dẻo và hạ nhiệt nung như: trường thạch đá vôi, hoạt thạch… + Thạch anh. Công thức toán học là SiO 2 . Thạch anh trong thiên nhiên tồn tại dưới 2 dạng; -Loại tinh thể như quac-zit, cát sông, cát biển… -Loại vô định hình như: đá cuội( Flint), diatonit… Thạch anh có tỷ trọng từ 2.21 đến2.65 tùy theo cấu tạo của tinh thể. Thạch anh biến đổi tinh thể khi nhiệt độ thay đổi và kèm theo hiện tượng tăng giảm thể tích. + Trường thạch. Trong tự nhiên thường hay gặp: -Trường thạch KaLi: K 2 O.Al 2 O 3 .SiO 2 -Trường thạch Natri: Na 2 O.Al 2 O 3 .6SiO 2 -Trường thạch CanXi: Ca 2 O.Al 2 O 3 .2SiO 2 Trường thạch có tỉ trọng từ 2.50 đến 2.70. Độ cứng từ 6 ÷ 6.5. Nhiệt độ nóng chảy từ1150 0 c đến 1290 0 c. Khi nung đến 1300 0 c rồi để nguội, trường thạch chảy thành thủy tinh màu trắng đục. + Hoạt thạch. Hoạt thạch ở dạng đá có màu trắng, xám nhạt hồng tỷ trọng từ 2.7 ÷ 2.8. -Hoạt thạch có đặc điểm là để cắt gọt, ghét nước, sờ tay vào thấy trơn trượt. -Công thức hóa học của hoạt thạch dao động rất rộng từ 3MgO.4SiO 2 đến 4MgO.5SiO 2 .5H 2 O. -Hoạt thạch cho vào xương sứ sẽ tăng cường độ cơ học tăng tính bền điện, bền nhiệt của sứ. -Hoạt thạch pha vào men sẽ hạ thấp nhiệt độ nung chảy của men, giảm độ nhớt của pha lỏng. +Đá vôi Công thức toán học CaCO 3 thành phần hóa học: CaO = 56%; CO 2 = 44% -Đá vôi pha vào phế liệu sứ để hạ thấp nhiệt độ nung. Đá vôi dùng trong men gốm sứ khi ở nhiệt độ cao sẽ phản ứng mãnh liệt với cao lanh và thạch anh tạo thành lớp thủy tinh trong suốt, tạo thành lớp trung gian tốt giữa xương và men. +Đôlômit Đôlômit là loại đá có màu trắng xám, vàng, nâu, lục, nhạt, độ cứng 3,5% ÷ 4. Tỷ trọng 1,8 ÷ 2,9. -Công thức hóa học: CaMg(CO 3 ) 2 . -Đôlômit cho vào phê liệu sứ chủ yếu cung cấp CaO và MgO để hạ thấp nhiệt độ nung. Tăng tính bền điện, bền nhiệt, bền hóa… 1.3.3-Gia công chế biến nguyên liệu. +Trong sản xuất gốm sứ thì khâu gia công phối liệu xương là quan trong nhất. Tùy theo nguyên liệu sử dụng và yêu cầu chất lượng của sản phẩm mà người ta lựa chọn thiết bị và dây chuyền công nghệ cho phù hợp. +Đối với gốm chu đậu hiện nay đang sản xuất dây chuyền sau: -Phương pháp gia công phối liệu ướt( hồ rót) - Phương pháp gia công phối liệu dẻo( đất xây) 1.3.4- Phương pháp gia công phối liệu ướt( hồ rót). +Các mặt hàng gốm sứ có hình khối phức tạp như tượng mỹ nghệ, ấm trà… đều phải dùng phương pháp đổ rót bằng khuôn thạch cao. +Hồ rót phải đạt các yêu cầu kỹ thuật sau: - Lượng nước phải ít nhất để giảm thời gian đổ rót và thời gian sấy sản phẩm. - Hồ phải có độ linh động cao để vận chuyển trong đường ống. - Hồ phải bền không lắng, không đóng cục. - Tốc độ đóng khuôn nhanh. - để thoát khuôn bề mặt sản phẩm phải bóng đẹp - 1.3.5 -Dây truyền gia công hồ rót như sau: Cao lanh đất sét Bột đá Chất điện giải Nước Nghiền bi Sàng rung Khử sắt ướt Bể chứa Cân phối liệu Thành hình Bể ủ Bơm 1.3.6 - Dây truyền gia công phối liệu dẻo( đất xây). I.4 - THẠCH CAO Thạch cao là vật liệu làm khuôn cho sản phẩm gốm sứ, khuôn thạch cao chế tạo dễ, giá thành hạ, thạch cao tồn tại trong thiên nhiên hàng triệu năm nhưng mãi đến năm 1760 người Pháp mới tìm ra công nghệ chế biến thạch cao. * Quá trình lý hóa khi nung thạch cao Sàng rung Bể chứa Các loại cao lanh đất sét các loại bột đá Các loại phụ gia Nước Nghiền bi Bơm khử sắt ướt Bơm-lọc ép Luyện Khô Cân phối liệu Kho ủ Luyện chân không Thành hình Bể chứa Thạch cao bao gồm thạch cao thiên nhiên, anhydric thiên nhiên và các phế phẩm của công nghẹ hóa học. 1.4.1-Thạch cao thiên nhiên Trọng lượng riêng là 2,2-2,4 Thành phần hóa học CaO = 32,56% SO 3 = 46,51% H 2 O = 20.93% Tinh thể thạch cao hình năng trụ, là loại đá trầm tích thường lẫn đất sét, cát,đá và các hợp chất hữu cơ có màu xám đen và trắng đục. 1.4.2-Anhydric thiên nhiên ( CaSO 4 ) Thành phần hóa của anhydric CaO = 41,19% SO 3 = 58,8% Trọng lượng riêng từ 2,2-3,1,quặng anhydric thường có màu trắng. 1.4.3-Nung thạch cao Khi nung thạch cao (CaSO 4 .2H 2 O) sẽ mất nước,mức độ mất nước của thạch cao phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gianvà áp suất hơi nước bão hòa. Nung thạch cao ở nhiệt độ khác nhau sẽ cho những sản phẩm khác nhau: - Ở 100 0 C CaSO 4 .2H 2 O phân hủy nhanh chóng thành CaSO 4 .0,5H 2 O CaSO 4 .2H 2 O = CaSO 4 .0.5H 2 O + 1,5H 2 O Hơi nước thoát ra sủi bọt nhanh làm cho thạch cao sôi, bột thạc cao lúc này linh động như chất lỏng . CaSO 4 .0,5H 2 O có 2 dạng thù hình là β hai dạng thù hình này khác nhau về chỉ số khúc xạ, kích thước tinh thể và một số chỉ số khác. - α CaSO 4 .0,5H 2 O đóng rắn và ninh kết chậm cường độ cơ học cao - β CaSO 4 .0,5H 2 O đóng rắn và ninh kết nhanh , cường độ cơ học thấp. - Khi nâng nhiệt độ lên 200 0 c quá trình mất nước càng nhanh và CaSO 4 có tính hòa tan trong nước. - Tiếp tục nâng nhiệt độ lên 300 0 c lượng CaSO 4 càng nhiều và chuyển thành CaSO 4 không hòa tan trong nước. - Đến 450 0 c và 470 0 c sản phẩm hoàn toàn là anhydric(CaSO 4 ) không hòa tan trong nước và mất tính liên kết, đóng rắn. 1.4.4 - Chế tạo khuôn thạch cao - Khuôn thạch cao dùng trong kỹ thuật sản xuất gốm sứ thông thường để làm khuôn cho phương pháp tạo hình dẻo các loại hình xoay tròn như: bát , đĩa, chén v.v và phương pháp tạo hình ướt (đổ rót) như : lọ hoa, ấm trà, tượng mỹ nghệ…. Khuôn có thể một mảnh hoặc nhiều mảnh ghép lại. Muốn sản xuất khuôn phải qua các bước sản xuất khuôn đầu, khuôn mẹ, khuôn con. - Sản phẩm được thiết kế trên bản vẽ có kích thước chính xác. ví dụ một bát cơm: Người ta đổ thạch cao có phôi sơ bộ to hơn thiết kế, sau đó sẽ tiện trên bàn xoay theo hình dáng và kích thước phía ngoài sản phẩm gọi là khuôn đầu. - Tiếp tục bôi xà phòng, lau khô. Nhiều lần làm như vậy, để chống dính, rồi đổ thạch cao lên trên khuôn đầu. Khi thạch cao đóng rắn tiếp tục tiện theo thiết kế của khuôn con (3). Sau đó lại bôi xà phòng, lau khô để chống dính rồi lại đổ thạch cao lên khuôn (3) vừa tiện xong. Chờ thạch cao đóng rắn lại tiện theo thiết kế của khuôn bao (2). Khi thạch cao đóng rắn đủ cường độ và đủ thời gian ta tháo rời khuôn ra thành 3 mảnh 1,2,3 [...]... khuôn mẹ ta có thể sản xuất hàng trăm khuôn con giống nhau - Khuôn con 3 chính là khuôn dùng để sử dụng trong sản xuất các mặt hàng gốm sứ I.5 - TẠO DÁNG VÀ SẤY SẢN PHẨM • Tạo dáng sản phẩm Hình dáng các sản phẩm gốm sứ rất đa dạng, phong phú Tính năng của sản phẩm gốm sứ có yêu cầu rất cao Những sản phẩm sứ kỹ thuật đòi hỏi kích thước chính xác Vì vậy phương pháp tạo dáng sản phẩm gốm sứ cũng rất phong... tiêu chu n loại I Sản phẩm có vết mọt men, men không đều thì đạt loại 2 .Sản phẩm nứt , co men , nhòe mực, có vết chấm sắt đạt tiêu chu n loại 3 Các sản phẩm nứt vỡ thì đạt loại phế phẩm Đối với hàng xuất khẩu sản phẩm phải đạt tiêu chu n màu men, không chảy men thì đạt loại 1 Với sản phẩm nứt vỡ, mọt men, chảy men, bạc màu men thì loại Sản phẩm sau khi phân loại được đóng gói để xuất khẩu, bán hàng,... phải được loại bỏ I.6 - MEN VÀ MÀU TRANG TRÍ GỐM SỨ 1.6.1-Màu trang trí gốm sứ Sản phẩm gốm sứ có rất nhiều hình dáng đa dạng, màu sắc phong phú.Để hiểu sơ bộ cách sản xuất và công nghệ trang trí người ta chia màu trang trí gốm sứ làm 3 loại: màu trên men, màu trong men và màu dưới men a-Màu trên men Màu trên men là loại màu được trang trí trên sản phẩm gốm sứ đã nung chín và nung lại ở nhiệt độ 600... bốc hơi sẽ tạo lỗ xốp, sản phẩm không co rút nên có thế sấy nhanh được Tuy nhiên việc sấy nhanh hay chậm còn tùy thuộc vào độ dầy của sản phẩm, hình dáng đơn giản hay phức tạp Việc lựa chọn quy trình sấy hợp lý sẽ góp phần hạ giá thành sản phẩm, tăng năng xuất b- Sửa khô sản phẩm Sản phẩm sau khi được sấy ( hoặc để khô tự nhiên ) tới độ ẩm từ 2-5 % Phải kiểm tra chất lượng, những sản phẩm bị nứt hoặc... sau: Tạo dáng được những sản phẩm có hình dáng phức tạp, mật độ kết cấu của xương sít đặc đồng đều nhưng có nhược điểm năng xuất thấp, c - Sửa ướt và gắn sản phẩm -Sản phẩm sau khi thoát khỏi khuôn cần được bảo quản độ ẩm đồng đều khoảng từ 15% - 17%, chuyển sản phẩm lên bàn xoay ( hoặc máy sửa ) đánh cân rồi dùng dao chuyên dụng cắt gọt các ba via dư thừa để điều chỉnh hình dáng sản phẩm theo mong muốn... Sấy và sửa khô sản phẩm gốm sứ a- sấy sản phẩm Trong quá trình tạo dáng sản phẩm chúng ta đã thêm vào phối liệu một lượng nước khá lớn như tạo hình dẻo là 25% Để sản phẩm đủ cường độ tiếp tục các công đoạn sau như sửa, tráng men và vận chuyển giữa các công đoạn khác nhau ta phải tiến hành sấy sản phẩm Khi sấy hơi nước sẽ thoát ra, phần hơi nước ở bề mặt sẽ bốc hơi nhanh, phần nước ở giữa sản phẩm sẽ khó... -Al2O3 tăng( . nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng I.2 TỔNG QUAN VỀ SƠ ĐỒ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT GỐM SỨ + Sơ đồ quy trình sản xuất. Định lượng Chế tạo phối liệu Khuôn thạch cao Tạo hình dẻo, đổ rót Sấy, sửa sản. thể sản xuất hàng trăm khuôn con giống nhau - Khuôn con 3 chính là khuôn dùng để sử dụng trong sản xuất các mặt hàng gốm sứ I.5 - TẠO DÁNG VÀ SẤY SẢN PHẨM • Tạo dáng sản phẩm. Hình dáng các sản. I.1- KHÁI NIỆM CHUNG VỀ GỐM SỨ Gốm là sản phẩm được sản xuất từ bột liệu mịn sau khi tạo hình được sấy và nung đến nhiệt độ cao để đạt yêu cầu kỹ thuật cần thiết. Chính vì vậy mà gốm được phân