CHƯƠNG 1: TONG QUAN 1. Giới thiệu về gồm sứ [9] Danh từ gốm dùng dé chi chung những sản phâm mà nguyên liệu dé sản xuất có the đi từ đất sét hoặc cao lanh như đô dat nung, gạch ngói, chum vai và đô sứ. Ngày nay danh từ gốm sứ dich từ chữ ceramic được mở rộng hơn nhiều, sản phẩm gốm sứ chăng những bao gồm các loại sản xuất từ đất sét, cao lanh mà còn bao gồm các loại san phẩm được sản xuất từ nguyên liệu không thuộc silicat như titanat, ferit. Như vậy đồ gồm là những sản phẩm được tạo hình từ nguyên liệu dang bột, khi nung ở nhiệt độ cao, chúng kết khói, rắn như đá và cho nhiều đặc tính quý: cường độ cơ học cao, bèn nhiệt, bền hoá.
Một số loại gồm kỹ thuật còn có các tính chat đặc biệt như tính áp điện, tính bán dẫn hoặc có độ cứng cao. Với thuộc tính nêu trên, sản phẩm gốm sứ được dùng hầu khắp trong các lĩnh vực từ dân dụng đến các ngành công nghiệp hiện đại bao gồm kỹ thuật điện, vô tuyến điện tử, truyền tin và truyền bình, tự động hoá và kỹ thuật điều khiển, du hành va chinh phục vũ trụ. ngày nay nhu cầu sử dụng những vật liệu gốm ngày càng nhiều, chính điều đó đã thúc đây ngành khoa học vẻ vật liệu gốm cũng ngày càng phát triên. Khoa học về vật liệu gồm sứ trước hết nhằm nghiên cứu thành phần pha của vật liệu, giải thích và làm sáng tỏ các quá trình biến đổi của chúng.
Từ đó xác định điều kiện công nghệ thích hợp. tạo nên những vật liệu mới có hình đạng xác định, thành phan pha và những tính chất được dự báo trước. Việc nghiên cứu cấu trúc vi mô của vật liệu đang có xu hướng của quá trình tạo nên những vật liệu mới. Quá trình nay thúc đây những biến đổi về mặt công nghệ, dẫn tới việc sử dụng nguyên liệu tong hop, những thiết bị được điều khiển nghiêm ngặt bởi thông số công nghệ.
Có nhiều cách phân loại, môi cách dựa trên các cơ sở khác nhau: — Phân loại theo cau trúc và tinh chat của sản phẩm: gốm thô, gồm min, gốm đặc biệt. — Phân loại theo mặt hàng: gạch, ngói, sành, sành đá vôi, str frit, sứ xương, sứ corum. — Phân loại theo lĩnh vực sử dụng. Chat màu cho gốm sứ 1.
Bản chất màu sắc của khoáng vật [3,4] Mau sac bao gôm: - Sắc thái màu (đơn màu): là các màu đặc trưng như xanh, đỏ, tím, vảng,. - Tông màu: chi sự biến đôi trong phạm vi một đơn mau. Chang hạn: mau xanh gồm xanh lục, xanh da trời, xanh blue. - Cường độ màu: khả năng phát màu, Trong thực tế, mau sắc của vật chất bao gồm 8 màu cơ bản: trang, đen, đỏ.
da cam, vàng, lục, lam và tím. Từ các màu cơ bản đó, có thể phối chế thành vô vàn tong màu khác nhau. Về nguyên tắc, màu sắc mả mắt ta phân biệt được là do vật chất hấp thụ ánh sáng một cách chọn lọc, sự hấp thụ này do bản thân cau tạo cũng như liên kết hóa học của chất màu quyết định. Ánh sáng phát ra với các bước sóng khác nhau, nhưng mất người chỉ có thể cảm nhận được ánh sáng có bước sóng trong vùng khả kiến từ 400nm đến 780nm.
Cảm giác mau sắc là một chuỗi các quá trình sinh lý va tâm lý phức tạp khi bức xa trong vùng khả kiến chiếu vào võng mạc của mắt. Một tia màu với một khoảng bước sóng xác định khi đập vào võng mạc sẽ gây cho ta một cảm giác về một mảu sắc Xác định. Màu của một vật thê tùy thuộc vào bước sóng của ánh sáng bị phản xạ hay bị hap thu trên vật thé đó. Trong trường hợp vat thẻ trong suốt, màu sắc tùy thuộc vào bước sóng của ánh sáng truyền qua nó.
Nếu ánh sáng chiếu vào vật thẻ mà bị khuếch tán hoàn toàn hoặc đi qua hoàn toàn thì đối với mắt ta chất đó có màu trăng hoặc không màu. Nếu vật hấp thụ hoàn toàn tất cả các tia của ánh sáng trắng thì ta thấy vật đó có màu đen. Nếu sự hấp thụ chỉ xảy ra ở một khoảng nảo đó của vùng khả kiến thì các bức xạ ở khoảng còn lại khi đến mắt sẽ gây cho ta cảm giác về một màu nào đó. Bước sóng của ánh sáng trông thấy và màu Bước sóng của bức xạ bị ‹ „ x F Mau của bức xạ bi hap thụ | Màu trông thay (mau phụ) 11 400 - 435 Tím | Lục - vàng 435 — 480 Lam 480 — 490 Lam — lục nhạt 490 — 500 Lục = lam nhạt 500 — 560 L 560 - 580 Lục - vàng | Tím 580 - 595 Vàng | Lam Chất mảu cho gồm sứ về bản chất là khoáng vật tự nhiên hay nhân tạo có màu.
Chat màu cho đồ gốm phải có các đặc trưng sau: bền màu đưới tác dụng của nhiệt độ cao, bền với các tác nhân hóa học, bên với ánh sáng, với khí quyên, không biến đôi màu dưới tác dụng của men nóng chảy ở nhiệt độ cao. Trong tự nhiên có rất nhiều khoáng có màu và có khả năng bền mau ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên chúng có ham lượng mau không cao và thường lẫn nhiều tạp chat, đồng thời thành phan của các khoáng thường không én định, gây khó khăn cho việc gia công va trang trí sản phẩm. Yêu cầu của chat màu gốm ngày nay là phải bèn, ôn định trong quá trình sản xuất cũng như quá trình sử dụng.
Do vậy, chất mảu thông thường được sử dụng cho gồm sứ là những chat màu tông hợp bên nhiệt. Chat màu cho gốm sứ thuộc hệ dung dich rắn (dung dịch rắn trộn lẫn hay thay thé). Như vậy cấu trúc của chất màu là không hoàn chỉnh, nghĩa là có sự biến dạng về cầu trúc làm thay đổi thông số mạng lưới của tinh thể. Mặt khác, sự biến dang không chỉ xảy ra ở một dải điện tử nhất định mà ca ở các dai lân cận làm cho chất màu không chi hap thụ một bức xạ có bước sóng nhất định mà có thé hap thụ cả một dai gồm nhiều 12 bước sóng.
Vi vay, màu nhìn thấy không thuần khiết dẫn đến có nhiêu tông màu khác nhau. Chat mau cho gồm sứ ngoài các yếu tố đã nêu trên, mau sắc còn do dạng thù hình của nguyên tô tạo nên. Như một lượng nhỏ Cr;O: trong a-Al,O, cho mau đỏ ngọc, trong B-Al,O; cho màu xanh. Trong san xuat chat mau cho gom sứ, nhiệt độ nung và môi trường nung là những yêu to quyết định đến khả năng tạo màu, độ bền mau.
Một số loại mang tinh thé nền thông dụng tạo mau cho gốm sứ [1] Chat màu cho gốm sứ được tông hợp dya trên cơ sở mạng lưới tỉnh thé nên của một số chất. Các mạng lưới tinh này phải bền ở nhiệt độ cao, bền với tác dụng của các môi trường xâm thực. không hòa tan hoặc hòa tan rat it trong men. Một số mạng tỉnh lưới tinh thể dùng tổng hợp chất màu cho gốm sứ Kiều mạng tỉnh thê Công thức đại diện Corundum Silimanite Al:O:.SiO; Cassiterite SnO, Ferowskite CaO.
TIO? † Phosterite 2MgO.SIO› Didpzite CaMg[Si:O,] Zincite ZnO Các tinh thẻ nền không có màu, muốn tao màu chúng ta phải đưa vào cấu trúc tinh thé những ion sinh màu. Trong khóa luận, sử dụng cau trúc lả: - Cấu trúc Mullite - Cau trúc Zincite - Cau trúc Zircon Việc đưa các ion mang mau vào mạng lưới tinh thể nên thường được thực hiện bằng phản ứng giữa các pha rắn của các oxit. lon sinh màu khi đó năm ở hốc trong mạng lưới tinh thẻ nền hay thay the ion trong mạng lưới tinh thé nên. Nguyên nhân gây màu của khoáng vật [10] Có nhiều nguyên nhân gây màu trong khoáng vật nhưng nhìn chung chúng có 4 nguyên nhân chính: - Sự chuyên mức năng lượng trong các ion của nguyên tố chuyền tiếp hay còn gọi là sự chuyên electron nội.
- Sự chuyển điện tích trong cùng một cấu trúc tinh thé đối với các ion nằm cạnh nhau. 14 - Sự chuyên điện tử trong các khuyết tật của cấu trúc tinh the. - Sự chuyển mức các đải năng lượng. Sự chuyển electron nội Trong ion nguyên tố gây màu có chứa các electron thuộc phân lớp d và f.
Binh thường các electron này chuyên động trên những obital có năng lượng xác định (gọi là trạng thai cơ bản). Nhưng khi ánh sáng chiếu vào khoáng vật chúng có một khoảng bước sóng xác định từ 25.000 em” thì các điện tử bị kích thích ở obital d hoặc f .Nhin chung nguyên nhân gây mau la do sự hiện diện của các ion kim loại chuyên tiếp có các obital d hoặc f chưa được lấp day, các ion kim loại chuyên tiếp như T¡””, Mn**, Cr”, Fe”, Fe”. Một đặc điểm nữa, là do sự có mặt của các nguyên tô họ lantanoite thì cho các giải hap thụ yếu nhọn cho nên sắc màu có cường độ màu nhạt. Các khoáng vật thông thường trong trường hop nay 1a monazite, xenotim, gadolinite.
Sự chuyển điện tích trong cùng một cấu trúc tinh thé đối với các ion nằm cạnh nhau Trong mạng lưới tinh thé các ion nằm lân cận nhau có khả năng chuyền điện tích khi có sự kích thích của tia tử ngoại, sự dịch chuyên điện tích này có thê là từ kim loại sang kim loại, hay từ phối tử sang kim loại, hoặc cũng có thẻ là từ kim loại sang phối tử. Về mặt cơ bản, quá trình nảy được kích hoạt bởi các tia cực tím có năng lượng cao, nhưng do các dai hap thụ có thé xuất hiện trong vùng khả kiến làm cho anh sáng truyền qua có màu. Sự chuyên điện tích diễn ra càng dé dàng khi có sự hiện điện của các ion có nhiều mức hóa trị khác nhau nằm cạnh nhau trong cùng một mạng lưới tỉnh thé như Mn” và MnŸ*, Fe** và Fe”", Tỉ và TIẾ. Sự chuyền điện tích diễn ra thuận lợi hơn nếu có sự trao đổi thay thé các ion đồng hình trong mạng lưới tinh thé ví dụ như sự thay thế ion Fe”" bằng ion Mẹ?" hay Al** bằng Fe", sự thay thế này dan đến một hệ quả tat yếu là năng lượng kích thích nhỏ do vậy có thé ở điều kiện bình thường 1a có thê bị kích thích cho nên cường độ mau đậm hơn.
15 Một số khoáng vật có màu do sự chuyên điện tích gồm: augite, biotite. glaucophal và các khoáng amphibol. Sự chuyển điện tử trong các khuyết tật của cấu trúc tinh thé Vé mặt nhiệt động học mà nói sự hình thành khuyết tật ở một nông độ nào đó là thuận lợi về mặt năng lượng.