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

Mục lục chi tiết

• 1. PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
• 1.2. Các kết quả nghiên cứu trên thế giới
• 1.2.1. Các nghiên cứu chung về men
• 1.2.2. Men nhiệt độ chảy thấp có PbO
• 1.2.3. Men nhiệt độ thấp không có PbO
• 1.3. Các kết quả nghiên cứu trong nước
• 1.4. Mục tiêu đề tài
• 2. PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Khảo sát thông số kỹ thuật sản phẩm gạch ngói
• 2.2. Phương pháp tính toán phối liệu cho men frit
• 2.2.1. Dựa vào giản đồ pha hệ Na2O-B2O3-SiO2 , chọn điểm Eutecti
• 2.2.2. Bổ sung các oxit khác để điều chỉnh nhiệt độ chảy, hệ số dãn nở nhiệt và sức căng bề mặt
• 2.3. Frit hóa và tạo huyền phù men
• 2.3.2. Tạo huyền phù men bằng phương pháp nghiền ướt
• 2.4. Đo nhiệt độ chảy của men
• 2.5. Đo hệ số dãn nở nhiệt của men
• 2.6. Khảo sát bề mặt men sau nung bằng trực quan
• 2.6.1. Tại phòng thí nghiệm
• 3. PHẦN III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Tìm hiểu qui trình công nghệ sản xuất và các thông số kỹ thuật của gạch ngói
• 3.1.1. 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
• 3.1.2. 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
• 3.2. Tính toán phối liệu cho men frit
• 3.2.1. Lựa chọn nhiệt độ chảy, hệ số dãn nở nhiệt và sức căng bề mặt của frit
• 3.2.2. Lựa chọn các oxit phối liệu cho frit
• 3.2.3. Tính toán công thức phối liệu cho frit
• 3.2.3.1. Các thiết bị & dụng cụ
• 3.2.3.2. Trình tự tiến hành quá trình nấu frit
• 3.4. Tạo huyền phù men bằng phương pháp nghiền ướt
• 3.4.1. Các thiết bị & dụng cụ
• 3.4.2. Trình tự tiến hành nghiền men
• 3.4.3. Tính toán thành phần hóa của men
• 3.5. Kết quả kiểm tra khoảng nhiệt độ chảy của men bằng kính hiển vi nhiệt
• 3.6. Kết quả đo cte bằng dilatomet
• 3.6.1. Kết quả đo CTE đối với mẫu men của frit H2, H3
• 3.6.2. Kết quả đo CTE đối với mẫu men của frit K1, K2, K3, K4
• 3.7. Kết quả khảo sát trực quan một số mẫu men sau nung
• 3.7.1. Tại phòng thí nghiệm
• 3.7.2. Kết quả thử nghiệm men tại lò Tunel
• 4. PHẦN IV: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHẦN PHỤ LỤC
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
• BÁO CÁO KHOA HỌC: Nghiên cứu ảnh hưởng kaolin đến nhiệt độ nóng chảy của men bằng kính hiển vi nhiệt

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.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành sản xuất vật liệu xây dựng tại Việt Nam ghi nhận sự phát triển vượt bậc khi sản lượng gạch ngói tăng trưởng từ 12.809,8 triệu viên vào năm 2002 lên mức 17.339,8 triệu viên vào năm 2008. Tốc độ tăng trưởng bình quân đạt khoảng 755 triệu viên mỗi năm, trong đó sản phẩm ngói lợp đất sét nung chiếm tỷ trọng từ 10% đến 12%. Để đáp ứng nhu cầu này, ngành sản xuất tiêu thụ ước tính khoảng 3.500.000 m3 đất sét hàng năm, tương đương diện tích đất khai thác khoảng 1,806 km2 ở độ sâu 2m. Mặc dù sở hữu ưu điểm vượt trội về khả năng cách nhiệt và độ bền thời tiết, ngói đất sét nung truyền thống vẫn bộc lộ hạn chế lớn như dễ thấm nước gây rêu mốc, độ xốp cao với độ hút nước trên 10% và mẫu mã đơn điệu.

Giải pháp tráng men giúp nâng cao giá trị thẩm mỹ và chống thấm hiệu quả, nhưng đặt ra rào cản kỹ thuật nghiêm trọng. Các dòng men thương mại hiện hành thường có nhiệt độ nóng chảy cao từ 1150°C đến 1250°C, hoàn toàn không tương thích với chế độ nung nhiệt độ thấp khoảng 900°C đến 980°C của ngói. Trong khi đó, các hệ men chảy thấp truyền thống lại chứa oxit chì độc hại với hàm lượng chì hòa tan lên tới 42 đến 120 ppm, vượt xa ngưỡng 2 ppm theo tiêu chuẩn an toàn quốc tế. Hơn nữa, sự chênh lệch hệ số giãn nở nhiệt giữa men và xương gạch thường xuyên dẫn đến hiện tượng nứt rạn men hoặc cong vênh sản phẩm.

Luận văn tập trung nghiên cứu thiết lập hệ men gốm nhiệt độ thấp không chứa oxit chì trên cơ sở hệ B2O3 kết hợp Li2O nhằm ứng dụng trực tiếp cho xương gạch ngói tại Nhà máy Gạch Ngói Tunnel Long Xuyên và Nhà máy Gạch Ngói Việt Đức. Nghiên cứu giải quyết trọn vẹn sự tương thích công nghệ nung một lần, triệt tiêu 100% độc tố chì, hạ nhiệt độ chảy men xuống 831°C và gia tăng 30% đến 40% giá trị thương mại cho sản phẩm ngói lợp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết mạng lưới thủy tinh ba chiều vô định hình của Zachariasen công bố năm 1932, phân định rõ vai trò của các oxit tạo mạng như SiO2 và B2O3, các oxit biến tính mạng như Na2O, Li2O, CaO và các oxit trung gian như Al2O3, ZnO. Bên cạnh đó, lý thuyết động học tạo pha thủy tinh của Uhlmann dựa trên phương trình Johnson-Mehl-Avrami được vận dụng để kiểm soát quá trình chuyển pha từ hỗn hợp nóng chảy sang trạng thái rắn vô định hình.

Mô hình nghiên cứu xuất phát từ giản đồ pha ba cấu tử Na2O - B2O3 - SiO2, qua đó xác định điểm Eutectic cơ sở tại nhiệt độ khoảng 580°C với thành phần 27% Na2O, 48% SiO2 và 25% B2O3. Để kiểm soát các đặc tính hóa lý, đề tài áp dụng công thức thực nghiệm của Lengersdorff nhằm tính toán hệ số chảy lỏng F và xác định nhiệt độ nóng chảy lý thuyết. Hệ số giãn nở nhiệt thể tích và hệ số giãn nở nhiệt dài được tính toán dựa trên mô hình cộng tính của Winkel-Mann và Schott với các trọng số thực nghiệm của từng oxit thành phần. Sức căng bề mặt của men nóng chảy được duy trì trong khoảng tối ưu từ 250 đến 300 dyn/cm dựa theo công thức thực nghiệm Dietzel, đồng thời tuân thủ nghiêm ngặt 4 nguyên tắc phối liệu frit của Newcomb.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu thực tế thu thập từ dây chuyền sản xuất của Nhà máy Gạch Ngói Tunnel Long Xuyên (nhiệt độ nung cực đại 920°C, chu kỳ 36 giờ) và Nhà máy Gạch Ngói Việt Đức (nhiệt độ nung cực đại 980°C, chu kỳ 36 giờ). Phương pháp lấy mẫu đại diện được tiến hành trên 12 tổ hợp phối liệu men frit khác nhau kết hợp kiểm tra đối chứng trên hàng chục mẫu xương ngói mộc và ngói đã nung.

Quy trình phân tích tích hợp các phương pháp hiện đại:

• Phân tích nhiệt vi sai DTA/TG nhằm khảo sát biến đổi pha, hiệu ứng thoát nước tại 80°C đến 150°C và phản ứng phân hủy khoáng tại 450°C đến 650°C.
• Đo nhiệt độ nóng chảy bằng kính hiển vi nhiệt theo tiêu chuẩn DIN 51730 và ISO 540 trên mẫu trụ kích thước đường kính 3mm và chiều cao 3mm. Tốc độ gia nhiệt được thiết lập 60°C/phút từ nhiệt độ phòng đến 500°C và 10°C/phút từ 500°C trở lên. Lý do lựa chọn phương pháp này là khả năng ghi nhận liên tục bằng hình ảnh kỹ thuật số các điểm nhiệt độ biến mềm, điểm cầu, điểm bán cầu và điểm chảy lan, khắc phục hoàn toàn tính định tính của phương pháp côn Seger truyền thống.
• Xác định hệ số giãn nở nhiệt bằng thiết bị Dilatometer vi sai trên mẫu thanh men kích thước đường kính 5mm, chiều dài 25mm được nung tại 850°C. Chế độ đo khảo sát gia nhiệt 10°C/phút và làm nguội 2°C/phút từ nhiệt độ phòng đến 600°C nhằm xác định chính xác nhiệt độ biến mềm Tg và nhiệt độ chảy dòng Tf.
• Quy trình công nghệ gồm nấu frit ở 1380°C trong 10 phút, tôi nhanh trong nước, sau đó nghiền ướt với 6% đến 15% kaolin chống lắng đạt độ mịn sót sàng 63 µm dưới 0,1% trước khi tráng và nung thử nghiệm trên lò công nghiệp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã đạt được các phát hiện mang tính đột phá về công nghệ men gốm silicat:

• Xác định thành công công thức men frit tối ưu gốc B2O3 với hàm lượng SiO2 đạt 47,36%, giúp hạ điểm nhiệt độ chảy lan của men xuống mức 831°C. Mức nhiệt độ này thấp hơn khoảng 89°C đến 149°C so với dải nhiệt độ nung cực đại 920°C đến 980°C của các lò nung Tuynen công nghiệp.
• Kết quả đo Dilatometer khẳng định hệ số giãn nở nhiệt CTE của men dao động trong khoảng 70 đến 72 x 10^-7 K^-1. Chỉ số này hoàn toàn tương thích với hệ số giãn nở nhiệt của xương gạch ngói đất sét nung thực tế (đạt 62 đến 75 x 10^-7 K^-1), giúp loại bỏ 100% hiện tượng nứt rạn bề mặt và bong tróc sau khi ra lò.
• Việc thay thế một phần Na2O bằng Li2O với hàm lượng từ 1% đến 3% đã giúp giảm hệ số giãn nở nhiệt của men khoảng 15% so với hệ men kiềm thuần túy, đồng thời tăng cường độ bóng và nâng tải trọng uốn gãy của ngói lên mức 85,9 N/cm2.
• Làm chủ quy trình tráng men nung một lần trực tiếp trên phôi ngói mộc sau lò sấy cưỡng bức có độ ẩm 1%, tận dụng triệt để quá trình bay hơi của lớp dầu bôi trơn tạo hình để tăng cường độ bám dính của huyền phù men.

Thảo luận kết quả

Cơ chế hạ nhiệt độ nóng chảy của hệ men được giải thích bởi sự hiện diện của B2O3. Ở hàm lượng phối liệu tính toán, các đơn vị cấu trúc tam giác phẳng BO3 và vòng B3O6 xuất hiện đan xen, phá vỡ tính liên tục của mạng lưới tứ diện SiO4, từ đó làm giảm mạnh năng lượng hoạt hóa nóng chảy của khối thủy tinh. Đồng thời, sự bổ sung của cation Li+ với bán kính ion cực nhỏ giúp gia cố liên kết mạng lưới cục bộ, kìm hãm sự giãn nở thể tích khi gia nhiệt mà không làm tăng độ nhớt của men.

Toàn bộ dữ liệu thực nghiệm có thể được mô tả trực quan qua biểu đồ biến thiên diện tích mẫu đo và thông số hình dạng theo nhiệt độ từ thiết bị kính hiển vi nhiệt, kết hợp cùng bảng ma trận đối sánh hệ số giãn nở nhiệt CTE ở các dải nhiệt độ 50°C đến 100°C, 300°C đến 500°C và 500°C đến 700°C.

So với các dòng men chứa chì truyền thống có mức độ hòa tan kim loại nặng từ 42 đến 120 ppm và các bài men ngoại nhập gây rạn nứt hàng loạt, hệ men nghiên cứu đạt hàm lượng chì hòa tan tuyệt đối bằng 0 ppm. Kết quả thử nghiệm trên 28 xe goòng tại An Giang và 36 xe goòng tại Đồng Nai với chu kỳ nung 36 giờ chứng minh men chảy láng mịn, che phủ hoàn hảo các lỗ xốp khí sinh ra do phân hủy sunfat và cacbonat, mang lại độ bền cơ hóa vượt trội.

Đề xuất và khuyến nghị

• Triển khai sản xuất thử nghiệm men frit nhiệt độ thấp không chì ở quy mô công nghiệp 500 tấn mỗi năm: Ban Giám đốc các nhà máy sản xuất men frit phối hợp cùng các viện nghiên cứu chuyên ngành hoàn thiện công nghệ nấu frit liên tục trong thời gian từ Quý 1 đến Quý 4 năm 2011.
• Chuẩn hóa dây chuyền phun men tự động cho quy trình ngói nung một lần: Đội ngũ kỹ sư công nghệ tại Nhà máy Gạch Ngói Việt Đức và Long Xuyên lắp đặt hệ thống súng phun huyền phù tự động ngay sau công đoạn sấy cưỡng bức, hướng tới mục tiêu tỷ lệ sản phẩm phủ men đạt độ đồng đều trên 98% và giảm tỷ lệ phế phẩm nứt vỡ xuống dưới 2% trong vòng 6 tháng áp dụng.
• Tối ưu hóa tỷ lệ phối trộn phụ gia kaolin chống lắng trong khoảng 8% đến 12%: Bộ phận R&D tại các doanh nghiệp gốm sứ định kỳ hàng quý kiểm soát độ mịn huyền phù men sót sàng 63 µm ở mức dưới 0,08% và độ nhớt đạt từ 25 đến 30 giây qua phễu đo tiêu chuẩn nhằm duy trì độ lưu động hoàn hảo.
• Thiết lập hệ thống kiểm soát chất lượng phối liệu đất sét bằng phân tích nhiệt DTA và Dilatometer: Phòng Kiểm định chất lượng vật liệu silicat định kỳ kiểm tra hệ số giãn nở nhiệt của xương mộc với biên độ dao động cho phép không quá 3%, thực hiện thường xuyên từ năm 2011 để đảm bảo độ tương thích tuyệt đối với lớp men.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

• Kỹ sư công nghệ vật liệu Silicat và kỹ thuật gốm sứ: Nắm vững phương pháp tính toán bài men frit theo công thức Seger, Lengersdorff và Winkel-Mann, phục vụ công tác thiết kế các hệ men nhiệt độ thấp từ 800°C đến 900°C không chứa độc tố chì.
• Giám đốc kỹ thuật và cán bộ quản lý nhà máy sản xuất gạch ngói: Tham khảo giải pháp chuyển đổi công nghệ tráng men nung một lần trên lò Tuynen chu kỳ 36 giờ, giúp cắt giảm 25% đến 30% chi phí năng lượng so với công nghệ nung hai lần truyền thống.
• Giảng viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Vật liệu: Sử dụng tài liệu như một nghiên cứu điển hình về phương pháp luận thực nghiệm, khai thác hiệu quả thiết bị kính hiển vi nhiệt DIN 51730 và Dilatometer trong phân tích vật liệu vô cơ.
• Chuyên viên hoạch định chính sách và tổ chức tiêu chuẩn xây dựng: Khai thác căn cứ khoa học thực tiễn để xây dựng quy chuẩn kỹ thuật loại bỏ phụ gia chì độc hại trong vật liệu xây dựng, thúc đẩy xu hướng sản xuất vật liệu xanh thân thiện với môi trường.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao cần loại bỏ hoàn toàn oxit chì trong men gốm nhiệt độ thấp? Men chứa oxit chì có hàm lượng chì hòa tan từ 42 đến 120 ppm khi tiếp xúc môi trường axit nhẹ, vượt xa ngưỡng cho phép 2 ppm của các tiêu chuẩn y tế quốc tế. Chì gây độc hại nghiêm trọng cho công nhân sản xuất và người sử dụng, đồng thời bị cấm lưu hành tại nhiều quốc gia trên thế giới.

• Oxit B2O3 đóng vai trò gì trong việc hạ nhiệt độ nóng chảy của men? Oxit B2O3 tạo nên các cấu trúc tam giác BO3 và vòng B3O6 linh động, phá vỡ tính trật tự của mạng lưới silicat SiO2. Điều này làm giảm độ nhớt và hạ điểm nóng chảy của men từ trên 1150°C xuống mức 831°C mà vẫn giữ được độ bóng sáng cao cho bề mặt ngói.

• Làm thế nào để khắc phục hiện tượng nứt rạn men trên ngói đất sét nung? Cần điều chỉnh hệ số giãn nở nhiệt của men đạt khoảng 70 đến 72 x 10^-7 K^-1, thấp hơn một bậc nhỏ so với hệ số giãn nở nhiệt của xương gạch (65 đến 85 x 10^-7 K^-1). Khi đó, lớp men luôn chịu ứng suất nén dư sau khi làm nguội, triệt tiêu hoàn toàn ứng suất kéo gây nứt rạn.

• Công nghệ tráng men nung một lần mang lại lợi ích kinh tế nào? Tráng men trực tiếp sau khi sấy mộc với độ ẩm 1% giúp tận dụng chu kỳ nung đơn 36 giờ ở nhiệt độ 920°C đến 980°C. Quy trình này tiết kiệm khoảng 25% đến 30% chi phí nhiên liệu đốt và rút ngắn 50% thời gian sản xuất so với công nghệ nung hai lần.

• Thiết bị kính hiển vi nhiệt có ưu điểm gì vượt trội so với côn Seger? Kính hiển vi nhiệt cho phép theo dõi liên tục bằng hình ảnh kỹ thuật số với độ chính xác nhiệt độ 5°C. Thiết bị xác định chính xác các điểm biến mềm, điểm cầu, điểm bán cầu và chảy lan của mẫu 3x3 mm, cung cấp dữ liệu định lượng khoa học thay vì ước lượng mắt thường.

Kết luận

• Phát triển thành công hệ men frit nhiệt độ thấp không chì trên hệ B2O3 - SiO2 - Na2O - Li2O với nhiệt độ chảy lỏng tối ưu tại 831°C.
• Làm chủ hoàn toàn sự tương thích giãn nở nhiệt với CTE men đạt 70 đến 72 x 10^-7 K^-1, giải quyết triệt để khuyết tật rạn men trên ngói đất sét nung.
• Hoàn thiện quy trình tráng men nung một lần trên lò Tuynen chu kỳ 36 giờ, nâng cao tải trọng uốn của sản phẩm lên mức 85,9 N/cm2.
• Tiên phong ứng dụng phương pháp kính hiển vi nhiệt và Dilatometer vào kiểm soát chất lượng vật liệu silicat tại Việt Nam.
• Thiết lập kế hoạch 12 tháng tiếp theo nhằm mở rộng bảng màu men trang trí và thương mại hóa sản phẩm ở quy mô công nghiệp 1.000 tấn mỗi năm.

Các doanh nghiệp sản xuất gạch ngói và đơn vị chế tạo vật liệu silicat hãy liên hệ và ứng dụng ngay giải pháp men gốm B2O3 không chì để bứt phá chất lượng sản phẩm, gia tăng năng lực cạnh tranh và phát triển bền vững.

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.