I. Tổng Quan Nghiên Cứu Khoa Học Công Nghệ 2007 Tại VN
Thị trường thủy tinh màu đơn thuần, thủy tinh hai lớp đang phát triển. Thủy tinh hai 'da' được nghiên cứu sản xuất để tăng tính mỹ thuật. Việt Nam không xa lạ với thủy tinh hai lớp. Nhưng hiện chỉ sản xuất thủy tinh hai lớp gam 'lạnh'. Gam 'nóng' phải nhập. Nhu cầu tăng công suất sử dụng tại các sân bay Việt Nam cấp thiết. Giá hệ thống đèn hiệu cho một sân bay lên tới vài triệu USD. Thủy tinh lọc màu là một mẫu quan trọng cần nghiên cứu. Trung tâm gốm - thủy tinh thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim có kinh nghiệm trong lĩnh vực thủy tinh màu gam nóng. Năm 2007, Bộ Công Nghiệp giao Viện thực hiện đề tài: 'Nghiên cứu công nghệ sản xuất thủy tinh màu 2 lớp phổ vô hằng mỹ nghệ và kỹ thuật cao'. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc phát triển khoa học công nghệ 2007.
1.1. Tình Hình Nghiên Cứu Sản Xuất Thủy Tinh Màu Hai Lớp
Nhiều công ty hàng đầu trong lĩnh vực thủy tinh màu hai lớp đã sản xuất và cung ứng cho thị trường toàn cầu. Thủy tinh 2 lớp ứng dụng nhiều nhất vào các sản phẩm lọ hoa cao cấp và đồ nội thất. Phương Tây sản xuất lọ hoa 2 lớp giá cao. Trung Quốc sản xuất loại giá bình dân. Hiện Murano sản xuất lọ hoa giá vài trăm đến vài ngàn Euro. Bohemia và Ajka sản xuất loại vài chục đến vài trăm Euro. Trung Quốc chủ yếu sản xuất loại giá khoảng 3-30 USD. Với thế mạnh về giá thành, sản phẩm lọ hoa màu 2 lớp của Trung Quốc được xuất khẩu đi khắp thế giới và hiện đang tràn ngập thị trường Việt Nam.
1.2. Thực Trạng Nhập Khẩu Thủy Tinh Lọc Màu Tại Việt Nam
Đối với thủy tinh lọc màu cho đèn hiệu sân bay, hiện Việt Nam nhập chủ yếu từ hãng Thorn của Pháp và một phần nhỏ từ Mỹ. Gần đây, một số cơ sở thủ công trong nước đã nghiên cứu và sản xuất những màu gam 'lạnh', như: xanh lá cây, xanh lam và tím, chưa đi vào các gam màu 'nóng'. Liên hiệp Khoa học và Sản xuất thủy tinh - Viện KH&CN Việt Nam đã nghiên cứu và sản xuất thủy tinh 2 lớp màu xanh Cobalt, thuộc hệ màu hình thành theo kiểu ion, dễ nấu, ổn định trong gần như toàn bộ quá trình sản xuất.
II. Vấn Đề Thách Thức Công Nghệ Thủy Tinh Màu 2007
Nhiều công ty đã nghiên cứu và sản xuất nhiều sản phẩm thủy tinh 2 lớp trong hệ màu ion. Công ty Gốm Đồng đã bàn bạc về dự kiến hợp tác với Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim trong nghiên cứu sản xuất. Do thiếu chuyên gia và vấn đề công nghệ thủy tinh kỹ thuật cao, đặc biệt là lĩnh vực hợp thủy tinh tín hiệu giao thông, năm 2006, công ty Dịch Vụ Kỹ Thuật Hàng Không Dân Dụng - Attech đã chặn đối tác sản xuất thủy tinh không đóng chuyên ngành thủy tinh công nghệ cao. Để đáp ứng nhu cầu của Attech, đồng thời giữ đầu mối khách hàng tiềm năng, trong khi Viện chưa kịp hoàn thiện nhà xưởng. Vì vậy đề tài đã mời chuyên gia công nghệ của ICG hợp tác công nghệ với công ty Thuỷ Tinh Tiền Hải.
2.1. Giải Quyết Khó Khăn Về Công Nghệ Thủy Tinh Kỹ Thuật
Viện mời chuyên gia ICG (International Committee of Glass) hợp tác với Công ty Thủy tinh Tiền Hải. Tiền Hải đã xây dựng cơ sở hạ tầng, nghiên cứu thử thủy tinh lọc màu theo số nhiệt gam lạnh. Đề án đã đáp ứng một phần nhu cầu cấp thiết của Attech trong hợp đồng cung cấp hệ thống đèn hiệu cho sân bay Cam Ranh. Cuối năm 2006, lắp đặt và chạy thử thành công hợp tác Attech - Tiền Hải - ICG. Công ty Hàng không Dân dụng Việt Nam quyết định cho phép Attech cung cấp hệ thống đèn hiệu các sân bay trong toàn quốc bằng hàng sản xuất trong nước.
2.2. Cơ Sở Lý Thuyết Của Sản Xuất Thủy Tinh Màu
Thủy tinh là sản phẩm vô định hình của quá trình nấu chảy và làm nguội trên cơ sở không tạo sự kết tinh. Gần đây ASTM đã có định nghĩa mới rộng và chi tiết hơn. Mặc dù vẫn mang đặc thù mỹ thuật và thủ công, nhưng hiện phần lớn các vấn đề của công nghệ thủy tinh đã được giải quyết thông qua các nghiên cứu về cấu trúc.
III. Phương Pháp Nghiên Cứu Công Nghệ Sản Xuất 2007
Đề tài triển khai theo phương pháp kế thừa kết quả nghiên cứu thủy tinh màu trước đó của Viện. Đề tài năm 2003: 'Nghiên cứu công nghệ sản xuất thủy tinh tín hiệu đường sắt' đã thành công công nghệ chế tạo thủy tinh đỏ bằng công nghệ Đp. Nguyên lý tạo màu đã được đề tài trước khảo sát kỹ. Nhóm đề tài tạo điều kiện đi tham quan và điều chỉnh sang công nghệ sản xuất thủy tinh đỏ dùng công nghệ thổi và hài hoà hệ số giãn nở. Ngành nghiên cứu thủy tinh vàng bằng công nghệ Đp kế thừa kinh nghiệm nấu thủy tinh màu hệ CdSeS.
3.1. Kế Thừa Nghiên Cứu Thủy Tinh Màu Từ Các Đề Tài Trước
Ngoài lý thuyết về thủy tinh 2 lớp, đề tài còn kế thừa kiến thức từ các cơ sở sản xuất: Cty TNHH TMTH-SX Gốm Sứ Thủy Tinh Cảnh Lập. Mẫu nghiên cứu: mục tiêu chính là chế tạo vật liệu đạt yêu cầu kỹ thuật. Tham khảo mẫu lọ hoa màu 2 lớp nhập từ Trung Quốc. Trên tinh thần đi từng bước, nhóm đề tài đã thống nhất chọn mẫu tối ưu. Nhóm đề tài đã chọn phương pháp gia công mẫu. Mẫu thủy tinh kỹ thuật màu vàng da cam sẽ được chế tạo là mẫu phẳng 50mm x 50mm x 4mm để đo độ màu.
3.2. Nguồn Vật Liệu Thí Nghiệm Cho Nghiên Cứu Thủy Tinh
Nguyên liệu chính của thủy tinh là cát, chiếm trên 60% tỷ trọng sản phẩm. Cát Cam Ranh loại I được dùng: SiO2 ≥99,8%, Fe2O3 ≤0.05%, Al2O3 99%, H3BO3 99%, Na2CO3 98%, K2CO3 99%, ZnO 99.7%, Se kim loại 99.9%, CdS 99.8%.
IV. Ứng Dụng Kết Quả Sản Xuất Thủy Tinh Màu Hai Lớp
Đề tài đã tiến hành pha chế nguyên liệu theo công thức thí nghiệm. Các muối sau khi trừ tạp chất và phần bay hơi (theo tỷ lệ giữa khối lượng phân tử của oxit kim loại còn lại sau khi nấu và khối lượng phân tử của muối đưa vào) được tính theo tỷ lệ % thành phần oxit. Các thiết bị chính: Lò nấu thủy tinh dùng nhiên liệu than đá, nấu gián tiếp qua nồi bể chịu nhiệt có tính chứa tối đa 100 kg thủy tinh dùng nấu thủy tinh nồi bể.
4.1. Thiết Bị Sử Dụng Trong Quá Trình Nghiên Cứu Sản Xuất
- 01 lò nấu thủy tinh dùng nhiên liệu than đá, nấu gián tiếp qua nồi bể chịu nhiệt có tính chứa tối đa 50 kg thủy tinh.
- 01 lò thí nghiệm nấu thủy tinh dùng nhiên liệu than đá, nấu gián tiếp qua nồi bể chịu nhiệt có tính chứa tối đa 25 kg thủy tinh.
- 04 nồi nấu thủy tinh sản xuất trong nước. 01 chiếc loại 100 kg, 01 chiếc loại 50 kg và 02 chiếc loại 25 kg.
- Lò điện trở thí nghiệm.
- 02 lò ủ buồng dùng than đá.
4.2. Các Công Tác Phân Tích Kiểm Tra Chất Lượng Thủy Tinh
Kiểm tra chất lượng thủy tinh 2 lớp được triển khai tại Viện trên cơ sở các yêu cầu kỹ thuật. Số lượng màu của mẫu thủy tinh kỹ thuật được đo và đánh giá tại Trung tâm Đo lường - Tổng Cục Tiêu Chuẩn Đo Lường Chất Lượng với điều kiện đo: nhiệt độ 25 độ C, độ ẩm 60%. Phương tiện đo là máy so màu Konica Minolta CM-3600A. Kiểm tra áp suất thủy tĩnh dùng bể điều áp phân bố ánh sáng sản xuất tại Nhật Bản.
V. Ảnh Hưởng Của Phối Liệu Đến Chất Lượng Thủy Tinh Màu
Về mặt lý thuyết, người ta phân ra hai loại cơ chế tạo màu chính trong thủy tinh là tạo màu ion và tạo màu keo. Về tạo màu ion thì có màu xanh coban, xanh lam của thủy tinh chứa đồng, xanh lá cây của thủy tinh chứa sắt, crôm, tím của thủy tinh chứa mangan. Giải thích và dự đoán màu hay quang phổ truyền qua của thủy tinh màu ion, hiện lý thuyết được ứng dụng nhiều nhất vẫn là thuyết trường phối tử. Xuất phát từ các bối cảnh của lý thuyết dải hẹp, LFT đã chỉ ra ảnh hưởng của các phối tử thông qua sự phân tách một phần của quỹ đạo điện tử d.
5.1. Tạo Màu Ion Giải Thích Theo Lý Thuyết Trường Phối Tử
Các tính toán cơ học lượng tử xuất phát từ sự thay đổi mức năng lượng của các điện tử 3d dưới ảnh hưởng của phối tử đã đưa ra những kết quả tính toán tốt. Tạo màu keo: tạo ra màu đỏ tiết dê của thủy tinh chứa đồng, vàng hoàng yến, đỏ ánh hồng do vàng, đỏ ruby do CdSeS,...Tạo màu keo, bên cạnh sự hấp thụ ánh sáng của các điện tử, thì kích thước, hình dáng và số lượng của các tinh thể tạo màu cũng đóng vai trò quan trọng.
5.2. Tạo Màu Keo Áp Dụng Thuyết Mie Vào Phân Tích Quang Phổ
Với các kiến thức hiện nay, chế tạo thủy tinh màu vàng da cam (lớp ngoài) bằng CdSeS vẫn cho hiệu quả kinh tế cao nhất. CdS tạo màu vàng chanh. Thêm Se vào CdS, tinh thể hỗn hợp CdSeS sẽ tạo màu vàng da cam và tăng thêm lượng Se trong tinh thể hỗn hợp, CdSeS sẽ tạo màu đỏ cho thủy tinh. Mie giải thích và ứng dụng tốt hơn cho quang phổ của thủy tinh tạo màu theo cơ chế keo.
VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Khoa Học 2007
Với yêu cầu công nghệ của thủy tinh màu thông thường, số lượng màu hệ CdSeS phụ thuộc rất mạnh vào: hệ thủy tinh nền, hàm lượng và số lượng CdSeS, phương pháp trộn, phương pháp nhập liệu, môi trường nấu, kỹ thuật nấu thủy tinh, thiết kế khuôn hay kích thước, hình dạng sản phẩm, nhiệt độ, phương pháp và kỹ thuật gia công, công đoạn xử lý nhiệt. Để có thêm thông tin và phân tích chi tiết, cần phải xem thêm tài liệu gốc.
6.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Công Nghệ Sản Xuất Thủy Tinh
Trong công nghệ sản xuất thủy tinh màu 2 lớp, sự tương đồng về hệ số giãn nở giữa 2 lớp thủy tinh là yếu tố quan trọng hàng đầu. Tính giãn nở của thủy tinh trong trạng thái lỏng lớn gấp 2-5 lần hệ số giãn nở trong trạng thái rắn. Vì vậy, việc tính toán và thử nghiệm về sự tương đồng hệ số giãn nở giữa 2 lớp là yếu tố tạo nên số lượng sản phẩm thủy tinh màu 2 lớp.
6.2. Tầm Quan Trọng Của Hệ Số Giãn Nở Trong Sản Xuất
Hàm lượng được tính theo cả 2 tỷ lệ % khối lượng lẫn mol%. Với độ tương đương cấu trúc, phương pháp dùng mol% tiến tiện lợi hơn. Nhưng phương pháp dùng % khối lượng lại có ưu thế tiện dụng trong sản xuất thủ công. Việc sử dụng nguyên liệu và thiết bị từ Trung Quốc giúp giảm chi phí sản xuất, tuy nhiên cần có sự kiểm soát chất lượng chặt chẽ.
