Thực đơn
Men_gốm
Men phải chảy lỏng hoàn toàn ở nhiệt độ mong muốn. Kreidl và Weyl đã rút ra những nguyên lý về sự thay đổi dựa trên cấu trúc để men dễ chảy hơn bao gồm 4 yếu tố, trong sản xuất thường những yếu tố này để điều chỉnh sự chảy lỏng của men:
Kiến thức về hỗn hợp eutecti của hỗn hợp chứa ôxít nhôm là rất quan trọng vì ôxít nhôm được xem như là một cấu tử chính của men, thế nhưng ôxít nhôm lại là một chất chịu lửa. Khi thêm ôxít nhôm vào men, ban đầu nhiệt độ nóng chảy giảm xuống cho đến điểm eutecti nhưng sau đó lại tăng lên, vì thế cần cho thành phần ôxít nhôm sao cho hỗn hợp gần điểm eutecti nhất.
Kiến thức về nhiệt độ nóng chảy thấp nhất của một hệ (điểm eutecti) không chỉ hữu dụng trong việc sản xuất men nhiệt độ thấp mà còn hữu dụng trong việc tìm ra một men không bị hoá mềm trong khoảng nhiệt độ mà sản phẩm sẽ được sử dụng.
Nhiệt độ nóng chảy của men phụ thuộc thành phần phối liệu và các ôxít có mặt trong men. Nhiệt độ nóng chảy của men sẽ thay đổi nếu như có một yếu tố thay đổi, nhưng một số yếu tố sau sẽ dẫn đến sự thay đổi lớn, đó là:
Để xác định khoảng nhiệt độ nóng chảy của men, có thể dùng công thức tính gần đúng hoặc dùng phương pháp thực nghiệm:
Trong đó:
Hằng số nóng chảy của ôxít hoặc hợp chất dễ nóng chảy:
| Tên | Trị số | Tên | Trị số | Tên | Trị số |
|---|---|---|---|---|---|
| NaF | 1,30 | B2O3 | 1,25 | Na2O | 1,00 |
| CuO | 0,80 | Na2SbO3 | 0,65 | MgO | 0,60 |
| K2O | 1,00 | CaF2 | 1,00 | ZnO | 1,00 |
| BaO | 1,00 | PbO | 0,80 | AlF3 | 0,80 |
| Na2SiF6 | 0,80 | FeO | 0,80 | Fe2O3 | 0,80 |
| CoO | 0,80 | NiO | 0,80 | Mn2O3 | 0,80 |
| Sb2O5 | 0,60 | Cr2O3 | 0,60 | CaO | 0,50 |
| Al2O3 <3% | 0,50 |
Hằng số nóng chảy của ôxít hoặc hợp chất khó nóng chảy:
| Tên | Trị số | Tên | Trị số | Tên | Trị số |
|---|---|---|---|---|---|
| Al2O3 >3% | 1,20 | SiO2 | 2,00 | P2O5 | 1,90 |
| SnO2 | 1,67 |
Bảng tra cứu nhiệt độ nóng chảy (°C) của men theo hệ số K:
| K | T (°C) | K | T (°C) | K | T (°C) | K | T (°C) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| >1,9 | 750 | 1,5 | 756 | 1,0 | 778 | 0,5 | 1.025 |
| 1,9 | 751 | 1,4 | 758 | 0,9 | 800 | 0,4 | 1.100 |
| 1,8 | 753 | 1,3 | 759 | 0,8 | 829 | 0,3 | 1.200 |
| 1,7 | 754 | 1,2 | 763 | 0,7 | 861 | 0,2 | 1.300 |
| 1,6 | 755 | 1,1 | 771 | 0,6 | 905 | 0,1 | 1.450 |
Men gốm không có điểm nóng chảy xác định mà chỉ có sự thay đổi từ trạng thái dẻo quánh sang trạng thái chảy lỏng. Do vậy độ nhớt cũng sẽ thay đổi theo nhiệt độ, nhiệt độ tăng thì độ nhớt giảm và ngược lại.
Độ nhớt của men là một tính chất quan trọng chủ yếu quyết định sự thành công của nhiều giai đoạn được thực hiện ở các nhiệt độ khác nhau. Giá trị của nó ở nhiệt độ nóng chảy chỉ rõ men nào có khả năng chảy tràn khỏi bề mặt sản phẩm khi nung và men nào thì không. Độ nhớt trong quá trình hình thành men cũng cho biết sự thoát khí xảy ra (do các phản ứng hoá học) có dễ dàng hay không trong quá trình nung.
Qua thực nghiệm, có thể rút ra kết luận rằng: các ôxít sau làm tăng độ nhớt của men: SiO2, Al2O3, ZrO2, Cr2O3, SnO2, MgO, CaO. B2O3 đưa vào dưới 12% sẽ làm tăng độ nhớt, nhưng nếu lớn hơn sẽ làm giảm độ nhớt. SrO đưa vào men với hàm lượng nhỏ có tác dụng làm giảm độ nhớt nhưng nếu trên 20% sẽ làm tăng độ nhớt.
Sức căng bề mặt là ứng suất căng tác dụng lên bề mặt lỏng theo chiều hướng thu nhỏ diện tích bề mặt lỏng nếu chất lỏng nằm tự do trong không khí. Morey cho biết đối với các pha silicat nóng chảy, sức căng bề mặt nằm trong khoảng 300 dyn/cm nhưng nó sẽ dao động trong khoảng 150-500 dyn/cm.
Sức căng bề mặt thường có khuynh hướng thu nhỏ ranh giới tiếp xúc của pha lỏng. Tại ranh giới giữa pha rắn-lỏng-khí sẽ hình thành sức căng bề mặt, điều này đóng vai trò quan trọng trong quá trình thấm ướt. Một số men khi chảy lỏng có khuynh hướng tự co lại thành hình cầu, do đó, nếu muốn tráng 2 men chồng lên nhau, và muốn có ranh giới tiếp xúc sắc nét thì 2 men phải có sức căng bề mặt bằng nhau, nếu không, men có sức căng lớn hơn sẽ co lại và men có sức căng nhỏ hơn sẽ kéo giãn ra.
Một men có sức căng bề mặt lớn thường gây ra khuyết tật cho sản phẩm như phồng men, rộp men, cuộn men...Trong thực tế, có thể điều chỉnh sức căng bề mặt mà không cần thay đổi thành phần hoá bằng cách thay đổi nhiệt độ nung nhưng để làm điều này điều này nhất thiết phải điều chỉnh phối liệu xương.
Để xác định sức căng bề mặt men có thể dùng công thức cộng tính hoặc có thể dùng những phương pháp tương tự thuỷ tinh:
| MgO:6,6Al2O3:6,2V2O5:6,1 | CaO:4,8ZnO:4,7Li2O:4,6 | Fe2O3:4,5CoO:4,5NiO:4,5 | MnO:4,5ZrO2:4,1CaF2:3,7 | BaO:3,7SiO2:3,4TiO2:3,0 | Na2O:1,5PbO:1,2B2O3:0,8 | K2O:0,1 |
Công thức tính sức căng bề mặt có dạng:
η {\displaystyle \eta } = ∑ k = 1 i {\displaystyle \sum _{k=1}^{i}} fi.xiTrong đó:
η {\displaystyle \eta } :sức căng bề mặt (dyn/cm).fi:hàm lượng % cấu tử i.(0≤xi<100)xi:trị số tính sức căng bề mặt tương ứng ôxít i (số liệu tra theo bảng trên).Trong công nghiệp gốm sứ, sự giãn nở nhiệt được biểu diễn theo hệ số giãn nở nhiệt toàn phần và tính bằng % từ 20 °C đến nhiệt độ tới hạn (thông thường khoảng 500-550 °C).
Sự chênh lệch hệ số giãn nở của men và mộc trong phạm vi hẹp không gây khuyết tật vì men có khả năng đàn hồi trong một phạm vi nhất định. Trong các trường hợp thì độ bền cơ học của sản phẩm tăng nếu men ở trạng thái bị nén do đó cần sử dụng men có hệ số giãn nở nhỏ hơn hệ số giãn nở của xương gốm một ít. Tuy nhiên, nếu chênh lệch quá nhiều, ứng lực sinh ra lớn hơn độ bền thì sẽ có hiện tượng nứt hoặc bong men.
Hệ số giãn nở nhiệt của men được xác định bằng đilatômét hoặc tính toán bằng công thức. Có nhiều công thức tính, trong đó công thức của Winkelman và Schott được sử dụng nhiều. Winkelman và Schott cho rằng hệ số giãn nở nhiệt của men là quan hệ cộng tính giữa các ôxít thành phần. Công thức tính:
a = ∑ k = 1 i {\displaystyle \sum _{k=1}^{i}} pi.xiTrong đó
a: hệ số giãn nở nhiệt của men(1/°C)pi: hàm lượng ôxít i trong men, tính theo % trọng lượngxi.(10-6): hệ số thực nghiệm đặc trưng cho sự dãn nở của các ôxít trong men.Kết quả trung bình tính toán chính xác ±5%, trị số các số liệu tính toán hệ số giãn nở nhiệt của men dùng ở 400–500 °C được thể hiện trong bảng sau:
| Ôxít | Trị số x | Ôxít | Trị số x | Ôxít | Trị số x | Ôxít | Trị số x |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SiO2 | 0,027 | K2O | 0,283 | BaO | 0,100 | ZrO2 | 0,150 |
| B2O3 | 0,003 | CaO | 0,167 | PbO | 0,130 | Sb2O5 | 0,120 |
| Al2O3 | 0,167 | MgO | 0,003 | P2O5 | 0,067 | CuO | 0,073 |
| Na2O | 0,333 | ZnO | 0,060 | TiO2 | 0,140 | SnO2 | 0,067 |
| Cr2O3 | 0,167 | MnO | 0,073 | Fe2O3 | 0,130 | CoO | 0,150 |
Để xác định độ cứng của men phải dùng phương pháp tương ứng với từng loại sản phẩm, mỗi thông số của độ cứng ứng với một phương pháp kiểm tra. Đối với sản phẩm sứ dân dụng như (chén, bát, đĩa...); gạch men ốp tường; sứ kỹ thuật...người ta xác định độ cứng thông qua độ bền chống lại đường vạch (vết xước) và độ bền lún sản phẩm, còn đối với sản phẩm là gạch lát nền, ống dẫn, các loại trang trí bên ngoài...xác định chủ yếu là đo độ bền chống bào mòn. Cách xác định như sau:
Những sản phẩm gốm sứ dùng trong lĩnh vực điện và điện tử ngoài có tiêu chuẩn cao hơn so với các loại gốm khác, đó là hệ số giãn nở nhiệt của xương rất thấp (4,5-6,5.10−5/°C) và yêu cầu độ cách điện cao theo đó, những loại men được sử dụng cần phải đáp ứng.
Ảnh hưởng của các ôxit có mặt trong pha thuỷ tinh (men) đến độ cách điện tăng theo dãy sau:
CaO < BaO < B2O3 < PbO < Fe2O3 < MgO < ZnO < SiO2Còn các ôxít sau làm giảm điện trở: Al2O3, K2O và Al2O3.
Quan trọng hơn, men ngoài việc phải bảo đảm tính cách điện, tránh các hiện tượng bong và nứt men khi các chi tiết đó làm việc (nhiệt độ, tần số...) còn phải có tính cản trở được sự tạo vỏ nước đọng lại trên men.
Có thể sắp xếp các chất tạo thủy tinh theo tứ tự tăng như sau: CaO, BaO, B2O3, Al2O3, Fe2O3, MgO, ZnO, PbO, SiO2..., những ôxít này cản trở sự tạo với nước tương ứng với từng điểm tối ưu của nó. Còn K2O và Na2O thì lại thuận lợi cho việc tạo vỏ nước.
Khả năng dẫn điện của men gốm là do ảnh hưởng của kiềm, men có hàm lượng kiềm cao càng có độ dẫn điện lớn, theo Hinz, điều này ứng với sự dao động của các ion kiềm trong mạng lưới thuỷ tinh. Có thể sử dụng PbO để hạn chế điều này, khi hàm lượng PbO cao thì sự dao động của các ion kiềm bị đình trệ. Tốt hơn hết là không nên dùng kiềm cho sứ cách điện.
Yêu cầu về khả năng bền hóa của men phụ thuộc vào lĩnh vực sử dụng chúng: men mỹ nghệ phải có khả năng chống lại sự tàn phá của môi trường và phải chịu được sự rửa không thường xuyên; chén, bát, sản phẩm lát ngoài trời, trong phòng thí nghiệm... phải chịu được sự ăn mòn axít và kiềm ở nhiệt độ sử dụng tới hạn. Độ bền hóa của men liên quan đến cấu trúc của nó và nhiệt độ nung, tuy nhiên không hẳn là vậy, một men có nhiệt độ nung thấp không hẳn có độ bền hóa cao hơn các men nung ở nhiệt độ cao.
Kreidl và Weyl miêu tả hai cơ chế khác nhau mà các chất hoá học có thể tấn công men:
Mellor theo dõi phản ứng của nước và những nhân tố ăn mòn chung nhận thấy men có độ phức tạp càng cao thì càng bền, men nhiều kiềm thường kém bền, ảnh hưởng của các ôxít khác theo thứ tự tăng độ bền như sau:
Li < Na < BaO < CaO < PbO < MgO < ZnO < Al2O3 < ZrO2...Mellor cũng kết luận rằng nếu một men được khử ứng suất sẽ có độ bền hoá cao hơn cũng men đó nhưng không khử.
Thực đơn
Men_gốmLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Men_gốm