Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu hệ men gốm nhiệt độ thấp trên cơ sở B2O3 ứng dụng cho gạch ngói

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hệ men gốm nhiệt độ thấp từ B2O3, ứng dụng trong sản xuất gạch ngói, nâng cao chất lượng vật liệu xây dựng.

• Tác giả: Nguyễn Hải Long
• Người hướng dẫn: PGS. T.S Đỗ Quang Minh
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu silicat
• Đề tài: Nghiên cứu men gốm nhiệt độ thấp từ B2O3 cho gạch ngói
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2010
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về men gốm

Men gốm là lớp thủy tinh mỏng phủ lên bề mặt vật liệu gốm, có vai trò quan trọng trong việc nâng cao tính thẩm mỹ và độ bền của sản phẩm. Nghiên cứu về men gốm đã có từ rất lâu, với các loại men gốm nhiệt độ thấp được sử dụng phổ biến trong ngành sản xuất gạch ngói. Đặc biệt, men gốm nhiệt độ thấp từ B2O3 đang được chú trọng nghiên cứu nhằm thay thế cho các loại men chứa PbO đã bị cấm sử dụng. Việc phát triển men gốm không chứa PbO không chỉ đáp ứng yêu cầu về an toàn sức khỏe mà còn nâng cao giá trị thẩm mỹ cho sản phẩm gạch ngói. Theo các nghiên cứu, men gốm có thể được chế tạo từ nhiều loại oxit khác nhau, trong đó B2O3 đóng vai trò quan trọng trong việc giảm nhiệt độ chảy và cải thiện tính chất của men.

1.1. Tính chất của men gốm

Men gốm có nhiều tính chất quan trọng như độ bóng, độ bền và khả năng chống thấm. Đặc biệt, men gốm nhiệt độ thấp có khả năng chảy ở nhiệt độ thấp hơn 1000°C, giúp tiết kiệm năng lượng trong quá trình sản xuất. Nghiên cứu cho thấy rằng men gốm từ B2O3 có thể đạt được nhiệt độ chảy khoảng 831°C, phù hợp với quy trình sản xuất gạch ngói hiện nay. Điều này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất sản xuất mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Việc sử dụng men gốm nhiệt độ thấp cũng giúp tăng cường tính thẩm mỹ cho sản phẩm, tạo ra nhiều mẫu mã đa dạng và phong phú.

II. Quy trình sản xuất gạch ngói

Quy trình sản xuất gạch ngói bao gồm nhiều bước từ nguyên liệu đến thành phẩm. Đầu tiên, nguyên liệu đất sét được trộn đều và tạo hình, sau đó được sấy khô và nung ở nhiệt độ cao. Việc tráng men cho gạch ngói là một bước quan trọng nhằm nâng cao tính thẩm mỹ và độ bền của sản phẩm. Men gốm được tráng lên bề mặt gạch ngói không chỉ giúp chống thấm mà còn tạo ra các hoa văn trang trí. Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả cao, khoảng nhiệt độ nóng chảy của men phải phù hợp với chế độ nung của gạch ngói, thường nằm trong khoảng 900-980°C. Việc nghiên cứu và phát triển men gốm từ B2O3 giúp giải quyết vấn đề này, tạo ra sản phẩm gạch ngói có chất lượng cao hơn.

2.1. Tính toán phối liệu men frit

Tính toán phối liệu cho men frit là một bước quan trọng trong quy trình sản xuất gạch ngói. Việc lựa chọn các oxit phối liệu phù hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của men gốm. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc bổ sung các oxit như Na2O, SiO2 và B2O3 có thể cải thiện tính chất của men, giúp giảm nhiệt độ chảy và tăng cường độ bền. Đặc biệt, việc sử dụng B2O3 trong phối liệu men frit đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc tạo ra men gốm có khả năng tương thích tốt với xương gạch ngói, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm.

III. Ứng dụng men gốm trong sản xuất gạch ngói

Men gốm từ B2O3 đang được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất gạch ngói, đặc biệt là trong việc tạo ra các sản phẩm gạch ngói tráng men. Việc sử dụng men gốm nhiệt độ thấp không chỉ giúp tiết kiệm năng lượng mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Các sản phẩm gạch ngói tráng men từ B2O3 có độ bền cao, khả năng chống thấm tốt và tính thẩm mỹ cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường. Nghiên cứu cho thấy rằng men gốm từ B2O3 có thể tạo ra các mẫu mã đa dạng, từ đó nâng cao giá trị sản phẩm và khả năng cạnh tranh trên thị trường.

3.1. Đánh giá hiệu quả ứng dụng

Đánh giá hiệu quả ứng dụng men gốm từ B2O3 trong sản xuất gạch ngói cho thấy nhiều lợi ích rõ rệt. Sản phẩm gạch ngói tráng men không chỉ có độ bền cao mà còn có khả năng chống thấm và chống bám bẩn tốt. Điều này giúp giảm thiểu chi phí bảo trì và nâng cao tuổi thọ của sản phẩm. Hơn nữa, việc sử dụng men gốm nhiệt độ thấp giúp giảm thiểu tiêu thụ năng lượng trong quá trình sản xuất, từ đó góp phần bảo vệ môi trường. Các nhà sản xuất gạch ngói có thể tận dụng những lợi ích này để nâng cao giá trị sản phẩm và mở rộng thị trường tiêu thụ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Luận văn thạc sĩ CBHD: PGS T.S Đỗ Quang Minh Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- NGUYỄN HẢI LONG NGHIÊN CỨU HỆ MEN GỐM NHIỆT ĐỘ THẤP TRÊN CƠ SỞ B2O3 ỨNG DỤNG CHO GẠCH NGÓI CHUYÊN NGÀNH: Công Nghệ Vật Liệu Silicat LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2010 HVTH: Nguyễn Hải Long Trang 1 Luận văn thạc sĩ CBHD: PGS T.S Đỗ Quang Minh CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học :. Cán bộ chấm nhận xét 1 :.

Cán bộ chấm nhận xét 2 :. Luận văn được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, Ngày 25 tháng 01 năm 2010 HVTH: Nguyễn Hải Long Trang 2 Luận văn thạc sĩ CBHD: PGS T.S Đỗ Quang Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc ---------------- ---oOo--- Tp. HCM, ngày 30 tháng 11 năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: Nguyễn Hải Long Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 09/10/1977 Nơi sinh: An Giang Chuyên ngành: Công nghệ vật liệu silicat MSHV: 00307410 1- TÊN ĐỀ TÀI:. Nghiên cứu hệ men gốm nhiệt độ thấp trên cơ sở B2O3 ứng dụng cho gạch ngói.

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Xác định các thông số kỹ thuật của gạch ngói. - Tính toán phối liệu men frit và men tráng ngói phù hợp với các thông số kỹ thuật của gạch ngói trên cơ sở các thông số kỹ thuật của gạch ngói. - Chế tạo men frit và men tráng ngói tại phòng thí nghiệm. - Kiểm tra khoảng nhiệt độ nóng chảy bằng thiết bị kính hiển vi nhiệt, hệ số dãn nỡ nhiệt của men tráng ngói bằng dilatomet để xác định các phối liệu men đạt yêu cầu.

- Tráng men và nung thử nghiệm gạch ngói tráng men tại lò nung phòng thí nghiệm và lò nung Tuynen thực tế. 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02/02/2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2009 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PHÓ GIÁO SƯ – TIẾN SĨ ĐỖ QUANG MINH Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS ĐỖ QUANG MINH PGS.TS ĐỖ QUANG MINH HVTH: Nguyễn Hải Long Trang 3 Luận văn thạc sĩ CBHD: PGS T.S Đỗ Quang Minh LỜI C M ƠN I CẢM N Đề tài “Nghiên cứu hệ men gốm nhiệt độ thấp trên cơ sở B2O3 ứng dụng cho gạch ngói” là đề tài nghiên cứu được thực hiện từ tháng 10 năm 2007 đến tháng 10 năm 2009. Để hoàn thành đề tài nghiên cứu này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của quý thầy cô, các bạn học, các đồng nghiệp và các bạn sinh viên.

Trước hết, tôi xin chân thành cám ơn quí thầy cô Khoa Công Nghệ Khoa Công Nghệ Vật Liệu, Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cần thiết giúp tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Phó giáo sư – Tiến sĩ Đỗ quang Minh đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi đặc biệt cảm ơn Tiến sĩ Đỗ Minh Đạo, Thầy Lê Tấn Vang đã đóng góp những ý kiến quí giá và giúp đỡ tôi về tài liệu tham khảo. Xin cảm ơn các bạn lớp cao học công nghệ vật liệu K2007, các bạn sinh viên Kiều Đỗ Trung Kiên, Trần Thị Bé Hương, Nguyễn Trung Kiên và anh Trương Thanh Hùng đã sát cánh cùng tôi trong quá trình thực hiện đề tài này.

Xin cảm ơn Ban Giám Đốc Công Ty Xây Lắp An Giang, Ban Giám Đốc Nhà Máy Gạch Ceramic An Giang ACERA và các đồng nghiệp đã động viên, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học cao học tại Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh. Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2009 Người thực hiện đề tài Nguyễn Hải Long HVTH: Nguyễn Hải Long Trang 4 Luận văn thạc sĩ CBHD: PGS T.S Đỗ Quang Minh Tóm tắt Đề tài nghiên cứu men gốm nhiệt độ thấp trên cơ sở B2O3 ứng dụng cho gạch ngói được thực hiện xuất phát từ yêu cầu của thực tiễn sản xuất là yêu cầu nâng cao giá trị thNm mỹ và độ bền của gạch ngói để nâng cao giá trị của sản phNm và thay thế cho các loại men chứa PbO hiện đã bị cấm sử dụng tại nhiều nơi trên thế giới. Việc nghiên cứu tập trung giải quyết hai vấn đề chính là sự phù hợp về mặt công nghệ sản xuất và sự tương thích giữa xương và men.

Quá trình nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại như kính hiển vi nhiệt để xác định khoảng nhiệt độ nóng chảy và dilatomet để xác định hệ số dãn nở nhiệt của men. Kết quả đã xác định được công thức men thành phần hóa gồm SiO2 47.36% có khả năng tương thích tốt với xương gạch ngói với nhiệt độ chảy thấp 831oC và CTE khoảng 7. Abstract Topic of research low-temperature glaze based on B2O3 application for roof tile started from the real requirements as increasing aesthetic value and durability of roof tile to improve value of the product and replacing the types of PbO glaze which is forbiden to use in many places in the world. The study focused to resolve two main issues about the relevance of technology production and the compatibility between body and glaze.

Process of research used modern analysis methods as heating microscopy to determine melting temperature range and dilatomet to determine thermal expansion coefficient of glaze. Results have identified a formula of glaze which has chemical composition includes SiO2 47.5% and other subtances 2.36% which has good compatibility with roof tile with flow temperature point about 831oC and CTE 7. HVTH: Nguyễn Hải Long Trang 5 Luận văn thạc sĩ CBHD: PGS T.S Đỗ Quang Minh MỤC LỤC LUẬN VĂN. PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.2 Các kết quả nghiên cứu trên thế giới.1 Các nghiên cứu chung về men.2 Men nhiệt độ chảy thấp có PbO.3 Men nhiệt độ thấp không có PbO.3 Các kết quả nghiên cứu trong nước.4 Mục tiêu đề tài.

19 PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.1 Khảo sát thông số kỹ thuật sản phNm gạch ngói.2 Phương pháp tính toán phối liệu cho men frit.1 Dựa vào giản đồ pha hệ Na2O-B2O3-SiO2 , chọn điểm Eutecti.2 Bổ sung các oxit khác để điều chỉnh nhiệt độ chảy, hệ số dãn nở nhiệt và sức căng bề mặt.3 Frit hóa và tạo huyền phù men.2 Tạo huyền phù men bằng phương pháp nghiền ướt.4 Đo nhiệt độ chảy của men.5 Đo hệ số dãn nở nhiệt của men.6 Khảo sát bề mặt men sau nung bằng trực quan.1 Tại phòng thí nghiệm. 35 PHẦN III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 36 3.1 Tìm hiểu qui trình công nghệ sản xuất và các thông số kỹ thuật của gạch ngói. 36 HVTH: Nguyễn Hải Long Trang 6 Luận văn thạc sĩ CBHD: PGS T.1 Qui trình công nghệ sản xuất và các thông số kỹ thuật gạch ngói của Nhà Máy Gạch Ngói Tunel Long Xuyên, Công Ty Xây Lắp An Giang.2 Qui trình công nghệ sản xuất và các thông số kỹ thuật gạch ngói của Nhà Máy Gạch Ngói Việt Đức, Công Ty Gạch Ngói Đồng Nai.2 Tính toán phối liệu cho men frit 47 3.1 Lựa chọn nhiệt độ chảy, hệ số dãn nở nhiệt và sức căng bề mặt của frit.2 Lựa chọn các oxit phối liệu cho frit.3 Tính toán công thức phối liệu cho frit.1 Các thiết bị & dụng cụ.2 Trình tự tiến hành quá trình nấu frit.4 Tạo huyền phù men bằng phương pháp nghiền ướt.1 Các thiết bị & dụng cụ.2 Trình tự tiến hành nghiền men.3 Tính toán thành phần hóa của men.5 Kết quả kiểm tra khoảng nhiệt độ chảy của men bằng kính hiển vi nhiệt.6 Kết quả đo cte bằng dilatomet.1 Kết quả đo CTE đối với mẫu men của frit H2, H3.2 Kết quả đo CTE đối với mẫu men của frit K1, K2, K3, K4.7 Kết quả khảo sát trực quan một số mẫu men sau nung 76 3.1 Tại phòng thí nghiệm.2 Kết quả thử nghiệm men tại lò Tunel. 78 PHẦN IV: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHẦN PHỤ LỤC 85 LÝ LNCH TRÍCH NGANG 142 BÁO CÁO KHOA HỌC: Nghiên cứu ảnh hưởng kaolin đến nhiệt độ nóng chảy của men bằng kính hiển vi nhiệt 143 HVTH: Nguyễn Hải Long Trang 7 Luận văn thạc sĩ CBHD: PGS T.S Đỗ Quang Minh PHẦN I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI.

Gạch ngói là vật liệu tấm lợp đã có từ rất lâu đời, được làm từ đất sét nung. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ sản xuất gạch ngói ngày nay đã có nhiều cải tiến nhưng nhìn chung vẫn bao gồm các công đoạn chính như sau: Nguyên Nhào Tạo Thành liệu sét trộn hình Sấy Nung PhN m Trong bối cảnh chịu sự canh tranh gay gắt của nhiều loại sản phN m tấm lợp hiện đại như tấm lợp nhựa, kim loại, amiăng, xi măng v., sản phN m ngói vẫn được sử dụng rộng rãi nhờ vào các ưu điểm nổi trội có thể kể ra như sau: - Ngói có khả năng cách nhiệt tốt, giúp không khí trong nhà lưu thông, tạo nên sự thoáng mát cho ngôi nhà. - Giảm tiếng ồn khi trời mưa. - Bền với môi trường và có thời gian sử dụng rất lâu.

- Không độc hại đối với sức khỏe con người - Nguyên liệu dễ tìm và công nghệ sản xuất tương đối đơn giản nên có giá thành thấp, phù hợp với thu nhập của nhiều người. Ngành sản xuất gạch ngói ở nước ta hiện nay có tốc độ tăng trưởng khá mạnh. Theo số liệu thống kê của cục thống kê Việt Nam, nếu như năm 2002 nước ta sản xuất được 12.809,8 triệu viên thì đến năm 2008 sản lượng đạt 17. Tăng trung bình mỗi năm 755 triệu viên mỗi năm, trong đó gạch ngói lợp ước tính chiếm tỉ trọng từ 10 – 12%.

Trung bình mỗi viên ngói sử dụng hết 2.5 kg đất sét, ước tính mỗi năm, riêng sản phN m ngói đã sử dụng hết 3.500 m3, nếu khai thác ở độ sâu 2m thì diện tích đất khai thác để sản xuất ngói tương đương 1,806 km2.