Tiểu luận nghiên cứu về chất điện giải dùng trong gốm sứ

Nghiên cứu chất điện giải 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 sư dung 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 sư dung rất

quan trọng trong khâu gia công phối liệu gốm sứ.

SVTH: Trâm Oanh Ky 1



Chất điện giải sư dung trong đề tài nghiên cứu này là

natri silicat (Na2SiO3) hay còn gọi là thuỷ tinh lỏng và

natri hidroxit (NaOH) với muc 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.

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 dung, 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 dung 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




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 dung 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 dung 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 sư dung 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 dung làm từ gốm tại

Trung Quốc được ưa chuộng tại Châu Âu.

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 dung với đời sống con người.

1.1.2 Phân loại

Vật liệu gốm có nhiều cách phân loại khác nhau tuỳ

theo các muc đích sư dung và quan điểm. Dưới đây là một số

cách phân loại chủ yếu:

- Theo thành phần hoá học và pha: vật liệu hệ Al2O3

– 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 dung 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.




1.1.3. Quy trình sản xuất gốm sứ

Hình 1-2 Sơ đô quy trình sản xuất gốm sứ

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 lưa lần thứ

ba.


Tạo hình

Sấy

Trang trí sản

phẩmNung

Sản phẩm

Gia công –

phối liệu

Nguyên

liệu



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.

Với phương pháp nung hai lần, sản phẩm được tạo hình

thành mộc. Mộc được nung trước một lần (khoảng 800 – 900oC), 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: Cr2O3, 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 dung trộn, làm tăng

diện tích bề mặt hạt vật liệu tránh sự kết tu 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.




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, phu 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%.




- 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 dung 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

Muc đích của quá trình này là loại bỏ nước lý học hay

hóa học. Bao gồm nước hấp phu, 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 luc 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 bui 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.

Huyền phù men thường có các cấu tư giống như các cấu

tư 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 tư 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 dung 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

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 (Al3+, 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 dung 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

thu 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

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 xư 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.




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/cm3), 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

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 sưa lại như sau:




Đối với nhớt kế dòng chảy thì trong đó h – chênh

lệch trung bình của hai bề mặt chất lỏng trong nhớt kế,

- 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 trong đó: là độ

nhớt [Pa.s], là mật độ [kg.m-3], t là thời gian [s]

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 cu 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 , trong đó:

là độ lưu động, là độ nhớt của hồ




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

thức

Đất sét

(%)

Cao lanh

(%)

Tràng

thạch

(%)

Cát

(%)




1 25 43 20 12

2 25 46 17 13

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/cm2.

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 hô bằng nước

4.2.1.1 Cách tiến hành


Hình 3-1 Máy nghiền bi

siêu tốc



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.

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 5cm3 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 tuc 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 hô pha loãng bằng chất

điện giải

4.2.2.1 Cách tiến hành

Tiến hành pha loãng hồ bằng dung dịch thuỷ tinh lỏng

Na2SiO3 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 Na2SiO3 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

Lượng chất điện

giải thêm vào

(mL)

Thời gian chảy

(s)


giải khô (g)

1,5 21,76 0,867

1,7 19,52 0,9826




1,9 17,44 1,0982

2,1 15,96 1,2138

2,3 11,02 1,3294

2,5 10,32 1,445

2,6 10,22 1,5028

2,7 10,23 1,5606

2,8 10,56 1,6184

2,9 10,33 1,6762

3,0 10,02 1,734

3,2 13,87 1,8496

3,4 16,67 1,9652

3,6 19,78 2,0808

3,8 23,54 2,1964




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


giải thêm vào

(mL)

Thời gian chảy

(s)


giải khô (g)

3,2 27,87 1,8304

3,4 24,09 1,9448

3,6 22,45 2,0592

3,8 20,12 2,1736

4,0 17,78 2,288

4,2 15,55 2,4024

4,4 13,77 2,5168

4,6 10,54 2,6312

4,8 14,45 2,7456

5,0 17,56 2,8600

5,2 18,98 2,9744

5,4 21,12 3,0888

5,6 24,76 3,2032

5,8 26,87 3,3176

6,0 28,01 3,4320

Đồ thị biểu diễn thời gian chảy và hàm lượng chất điện

giải khô của Na2SiO3 và NaOH ở phối liệu 1




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 Na2SiO3 ít hơn NaOH cho

thấy lượng dùng tiết kiệm hơn.




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


giải thêm vào

(ml)

Thời gian chảy

(s)


giải khô (g)

1,5 27,77 0,867

1,7 23,45 0,9826

1,9 20,65 1,0982

2,1 18,09 1,2138

2,3 16,11 1,3294

2,5 13,56 1,445

2,7 11,87 1,5606

2,9 10,78 1,6762

3,1 10,52 1,7918

3,2 10,65 1,8496

3,3 10,43 1,9074

3,4 10,50 1,9652

3,5 10,34 2,023

3,6 10,10 2,0808

3,8 14,01 2,1964

4,0 18,22 2,312




4,2 23,44 2,4276

4,4 26,75 2,5432




Bảng 3-5 Kết quả xác định bằng chất điện giải NaOH phối liệu 2


giải thêm

vào(ml)

Thời gian chảy

(s)


giải khô (g)

3,2 26.76 1,8304

3,4 24,77 1,9448

3,6 23,78 2,0592

3,8 21,76 2,1736

4,0 18,23 2,288

4,2 16,45 2,4024

4,4 14,76 2,5168

4,6 12,87 2,6312

4,8 11,70 2,7456

5,0 10,06 2,8600

5,2 13,76 2,9744

5,4 15,87 3,0888

5,6 19,70 3,2032

5,8 20,97 3,3176

6,0 22,45 3,4320

6,2 25,98 3,5464

6,4 27,8 3,6608

6,6 29,87 3,7752




Đồ thị biểu diễn thời gian chảy và hàm lượng chất điện

giải khô của Na2SiO3 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

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 chất điện giải NaOH. Tuy nhiên,

lượng chất điện giải sư dung trong quá trình pha loãng ở

phối liệu này tốn kém hơn (sư dung nhiều hơn) so với phối

liệu 1.

4.3 Nhận xét và kết luận




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, sư

dung chất điện giải Na2SiO3 (thuỷ tinh lỏng) trong gốm sứ

là tốt nhất và tiết kiệm lượng nước lẫn số lượng chất điện

giải thêm vào hơn là sư dung 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 sư dung xác định ở thí nghiệm pha loãng bằng nước.

Điều này cho thấy đơn phối liệu 1 cho số lượng sư dung

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 sư

dung đơn phối liệu 1 và sư dung 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.




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.

http://gomsudanlan.com.vn/2_lich-su-gom-su-the-gioi.aspx, ngày truy

cập 27/11/2014.


http://gomsudanlan.com.vn/2_lich-su-gom-su-the-gioi.aspx




Tiểu luận nghiên cứu về chất điện giải dùng trong gốm sứ

Documents