Cộng hoà x hội chủ nghĩa Việt nam Bộ công nghiệp Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim Báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu công nghệ sản xuất thuỷ tinh màu 2 lớp phục vụ hàng mỹ nghệ và kỹ thuật cao . 6859 15/5/2008 Hà Nội - 2007 Báo cáo tổng kết đề tài Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 1 Cộng hoà x hội chủ nghĩa Việt nam Bộ công nghiệp Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim Báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu công nghệ sản xuất thuỷ tinh màu 2 lớp phục vụ hàng mỹ nghệ và kỹ thuật cao . Chủ nhiệm đề tài: Tiến sĩ Nguyễn Xuân Khoa Ngày tháng năm 2007 Thủ trởng cơ quan chủ quản Ngày tháng năm 2007 Thủ trởng cơ quan chủ trì Báo cáo tổng kết đề tài Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 2 Những ngời thực hiện chính TT Họ và tên Học vị, chuyên môn Cơ quan 1 Nguyễn Xuân Khoa Tiến sĩ, silicát Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 2 Nguyễn Cảnh Lập KS. Silicát Cơ sở SX thủy tinh Cảnh Lập Báo cáo tổng kết đề tài Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 3 Mục lục Mở đầu Chơng1. Tổng quan 1.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất trong và ngoài nớc 1.2. Cơ sở lý thuyết Chơng 2. Phơng pháp nghiên cứu và công tác chuẩn bị 2.1. Phơng pháp nghiên cứu 2.2. Mẫu nghiên cứu 2.3. Nguyên liệu, hoá chất nghiên cứu 2.4. Thiết bị nghiên cứu 2.5. Công tác phân tích Chơng 3. Nội dung và kết quả nghiên cứu 3.1. Nội dung nghiên cứu 3.1.1. Nghiên cứu công nghệ sản xuất thuỷ tinh màu 2 lớp 3.1.1.1 Sơ đồ công nghệ 3.1.1.2. Nghiên cứu ảnh hởng của phối liệu 3.1.1.3. Nghiên cứu ảnh hởng của công đoạn nấu 3.1.1.4. Nghiên cứu ảnh hởng của công đoạn gia công 3.1.1.5. Nghiên cứu ảnh hởng của công đoạn hấp và ủ sản phẩm 3.1.2. Nghiên cứu chế tạo vật liệu thuỷ tinh vàng tín hiệu sân bay 3.2. Kết quả nghiên cứu Chơng 4. Định hớng áp dụng kết quả nghiên cứu 4.1. Quy trình công nghệ cho dự án sản xuất thử 4.2. Dự kiến hiệu quả kinh tế khi áp dụng kết quả nghiên cứu vào sx 4.3. Dự kiến hình thức áp dụng kết quả nghiên cứu Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục 5 6 6 7 14 14 14 14 16 17 18 18 18 18 19 25 27 27 28 29 33 33 36 37 38 39 40 Báo cáo tổng kết đề tài Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 4 Danh mục Bảng biểu Bảng 1. Chất lợng nguyên vật liệu thí nghiệm Bảng 2. Phối liệu thuỷ tinh trắng cho nghiên cứu Bảng 3. Phối liệu thuỷ tinh màu CdSeS nghiên cứu Bảng 4. Hàm lợng CdSeS (%) cho các thí nghiệm hàm lợng tạo màu. Bảng 5. Thành phần oxit nền cho thí nghiệm hàm lợng chất tạo màu. Bảng 6. Độ thấu qua của các mẫu thí nghiệm hàm lợng chất tạo màu. Bảng 7. Tỷ lệ CdS/Se và màu trong các thí nghiệm chất lợng màu. Bảng 8. Thành phần oxit của các mẫu thuỷ tinh màu trong chế thử. Bảng 9. Thành phần oxit của các mẫu thuỷ tinh trắng trong chế thử. Bảng 10. Thứ tự bọc 2 lớp và chênh lệch hệ số giãn nở. Bảng 11. Thành phần oxit của phối liệu nền thí nghiệm thuỷ tinh vàng Bảng 12. Tỷ lệ CdS/Se và màu Bảng 13. Thành phần oxit của thuỷ tinh đỏ Bảng 14. Thành phần oxit của thuỷ tinh trắng Bảng 15. Thành phần oxit của thuỷ tinh vàng chụp đèn hiệu sân bay 15 20 20 21 22 22 23 24 25 25 28 29 33 34 35 Danh mục Hình, ảnh Hình 1. Cấu trúc của thuỷ tinh hệ Natri - Canxi - Silic Hình 2. Sơ đồ công nghệ ảnh 1. Lò nấu thủy tinh loại 100 kg/ngày và 50 kg/ngày ảnh 2. Lò ủ thuỷ tinh. ảnh 3. Mẫu thuỷ tinh màu 2 lớp ảnh 4. Mẫu vật liệu thuỷ tinh màu vàng cam cho kính lọc màu đèn hiệu ảnh 5. Nấu thuỷ tinh ảnh 6. Lấy thuỷ tinh lần 1 ảnh 7. Mồi thuỷ tinh ảnh 8. Lấy thuỷ tinh vào mồi và bọc lớp thuỷ tinh thứ 2 ảnh 9. Định hình phôi thuỷ tinh mềm bằng khuôn thép. ảnh 10. Thổi phôi mềm vào khuôn định hình lầm cuối. ảnh 11. Phôi thuỷ tinh đã cứng sau khi ra khỏi khuôn thổi. ảnh 12. Lọ hoa đỏ 2 lớp. ảnh 13. Lọ hoa đỏ. ảnh 14. Cốc nến 2 lớp. 8 18 16 17 31 32 40 40 41 41 42 42 43 44 44 44 Báo cáo tổng kết đề tài Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 5 Mở đầu Trớc sự bão hoà của thị trờng thuỷ tinh màu đơn thuần, thủy tinh hai lớp hay nhiều đơn vị trong nớc còn gọi là thuỷ tinh hai da đã đợc thế giới đầu t nghiên cứu sản xuất nhằm tăng tính mỹ thuật và khả năng cạnh tranh của sản phẩm, đáp ứng nhu cầu chất lợng tiêu dùng ngày càng cao. Thị trờng Việt Nam không còn xa lạ với thuỷ tinh hai lớp, tuy nhiên hiện trong nớc mới chỉ sản xuất các loại thuỷ tinh hai lớp gam màu lạnh, các màu gam nóng có công nghệ sản xuất phức tạp, nhng giá thành cao hơn hiện vẫn phải nhập ngoại. Nhu cầu tăng công suất sử dụng cả ngày lẫn đêm của các sân bay Việt Nam đã trở nên cấp thiết, trong khi giá hệ đèn hiệu cho một sân bay lên tới cả triệu USD. Trớc tình hình đó Cục hng không đã chủ trơng đặt hàng nghiên cứu sản xuất trong nớc. Trong hệ đèn hiệu, thuỷ tinh lọc màu là một mấu chốt quan trọng cần nghiên cứu. Trung tâm gốm-thuỷ tinh thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim là đơn vị đã có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực thuỷ tinh màu màu gam nóng và thuỷ tinh tín hiệu giao thông. Nhằm đáp ứng nhu cầu trên đồng thời tiếp tục phát huy sở trờng của đơn vị, năm 2007 Bộ công nghiệp đã giao Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim thực hiện đề tài: "Nghiên cứu công nghệ sản xuất thuỷ tinh màu 2 lớp phục vụ hàng mỹ nghệ và kỹ thuật cao. - Mục tiêu chính của đề tài là: 1. Nghiên cứu công nghệ sản xuất thủy tinh màu 2 lớp; 2. Nghiên cứu công nghệ sản xuất thủy tinh màu kỹ thuật. - Kết quả cần đạt của đề tài là: 1. Chế tạo 10 mẫu thủy tinh màu vàng 2 lớp và thủy tinh màu kỹ thuật; 2. Xác định chế độ công nghệ sản xuất thử. Báo cáo tổng kết đề tài Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 6 Chơng 1 Tổng quan 1.1. Tình hình nghiên cứu sản xuất trong và ngoài nớc Những công ty hàng đầu trong lĩnh vực thuỷ tinh màu hai lớp và thuỷ tinh kỹ thuật cao có thể kể đến Hãng Schott Desag (Đức), Corning (Mỹ),, Murano (Italy), Công ty Thiết bị Hàng không - Thorn (Pháp), Bohiem (Tiệp), Ajka, Berekfurdo (Hung) và Nazeing Glass (Anh) đã sản xuất và cung cấp cho thị trờng toàn cầu. Thuỷ tinh 2 lớp đợc ứng dụng nhiều nhất vào các sản phẩm lọ hoa cao cấp và chụp đèn nội thất. Phơng tây sản xuất các lọ hoa 2 lớp giá cao và Trung Quốc sản xuất loại giá bình dân. Hiện Murano sản xuất chủ yếu các lọ hoa có giá bán từ vài trăm đến vài ngàn Euro, Bohiem và Ajka sản xuất loại vài chục đến vài trăm Euro và Trung Quốc chủ yếu đi vào sản xuất loại có giá thành khoảng 3 - 30 USD. Với thế mạnh về giá thành, các sản phẩm lọ hoa màu 2 lớp của Trung Quốc đợc xuất khẩu đi khắp thế giới và hiện đang tràn ngập thị trờng Việt Nam. Về thuỷ 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 thủy tinh trong nớc đã nghiên cứu và sản xuất những màu gam lạnh, nh: xanh lá cây, xanh lam và tím, cha đi vào các gam màu nóng, đợc tạo màu bằng cơ chế keo, công nghệ phức tạp, giá thành cao. Thờng lớp ngoài là thuỷ tinh màu, lớp trong là thuỷ tinh trắng trong, sau khi mài sẽ hiện lên các văn hoa màu trắng trên nền màu. Liên hiệp KH và SX thuỷ tinh - Viện KH&CN Việt Nam đã nghiên cứu và sản xuất thuỷ tinh 2 lớp màu xanh cobalt, thuộc hệ màu hình thành theo cơ chế ion, dễ nấu, ổn định trong gần nh toàn bộ quá trình sản xuất. Báo cáo tổng kết đề tài Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 7 Công ty Thuỷ tinh Hà Nội đã nghiên cứu và sản xuất nhiều sản phẩm thuỷ tinh 2 lớp trong hệ màu cơ chế ion cung cấp cho thị trờng. Về hệ màu nóng, nh: da cam, đỏ tía, đỏ ruby, đỏ tiết dê, , công ty cũng đã bàn bạc về dự kiến hợp tác với Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ - Luyện kim cùng nghiên cứu sản xuất. Do thiếu chuyên gia về vấn đề công nghệ thuỷ tinh kỹ thuật, đặc biệt là lĩnh vực hẹp thuỷ tinh tín hiệu giao thông, nên năm 2006 Công ty Dịch vụ Kỹ thuật Hàng không Dân dụng - Attech đã chọn đối tác sản xuất thuỷ tinh không đúng chuyên ngành thuỷ tinh công nghệ cao, nên đã nhiều lần chế thử không thành công, trong bối cảnh đã hoàn thiện hệ thống đế đèn, cáp, phần mềm, của một dự án đầu t lớn bị áp lực tiến độ giao hàng. Đáp ứng đề nghị của Attech, đồng thời giữ đầu mối khách hàng tiềm năng, trong khi Viện cha kịp hoàn thiện nhà xởng, thiết bị sản xuất và đăng ký dự án, đề tài đã mời chuyên gia công nghệ nano của ICG (International Commity on Glass) cùng hợp tác công nghệ với Công ty Thuỷ tinh Tiền Hải, là đơn vị đã có sẵn cơ sở hạ tầng chính, nghiên cứu chế thử thuỷ tinh lọc màu chịu sốc nhiệt gam lạnh, đáp ứng một phần nhu cầu cấp thiết trớc mắt của Attech trong hợp đồng cung cấp hệ thống đèn hiệu cho sân bay Cam Ranh, sản phẩm đầu tay của Dự án. Cuối năm 2006, trên cơ sở kết quả chế thử, lắp đặt và chạy thử thành công của hợp tác Attech - Tiền Hải - ICG, Cục Hàng không Dân dụng Việt Nam đã ra quyết định cho phép Attech cung cấp hệ thống đèn hiệu các sân bay trong toàn quốc bằng hàng sản xuất trong nớc. 1.2. cơ sở lý thuyết Thuỷ tinh là sản phẩm vô cơ của quá trình nấu chảy và làm nguội trên cơ sở không tạo sự kết tinh. Gần đây cùng với sự phát triển mạnh của khoa học vật liệu, ASTM đã có định nghĩa mới rộng và chi tiết hơn. Mặc dầu vẫn còn mang đặc thù mỹ thuật và thủ công, nhng hiện phần lớn các vấn đề của công nghệ thuỷ tinh đã đợc giải quyết thông qua các nghiên cứu về cấu trúc. Báo cáo tổng kết đề tài Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 8 1.2.1. Cấu trúc thủy tinh Thuỷ tinh silicát đợc cấu tạo bởi mạng không gian ba chiều của các tứ diện SiO 4 -4 . Theo Zachariasen các tứ diện SiO 4 chỉ liên kết với nhau bằng ba đỉnh, do đó bắt buộc mạng không gian ba chiều tạo ra các lỗ hổng có kích thớc và hình dạng khác nhau một cách ngẫu nhiên và đợc điền đầy bởi các chuỗi hay lớp SiO 4 hoặc các ion biến tính mạng (network modifier) nhằm mục đích cân bằng điện tích thừa của các ôxy không cầu trên đỉnh còn lại của các tứ diện SiO 4 . Trong hệ thuỷ tinh kiềm - kiềm thổ - silicát, thờng cứ 5-6 anion SiO 4 có 2 cation kiềm và 1 cation kiềm thổ. Trong thuỷ tinh, theo các nhà khoa học, các ion kiềm và kiềm thổ này, nh : Na + , K + , Ca +2 , Mg +2 , phân bố ngẫu nhiên trong các khoảng trống của mạng SiO 4 . Hình 1. Cấu trúc của thuỷ tinh hệ Natri - Canxi - Silic Các ion trên động trực tiếp đến các tính chất cơ học, hoá học của thuỷ tinh và mặc dầu có ảnh hởng đến sắc màu, nhng không phải ion tạo màu chính. Báo cáo tổng kết đề tài Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 9 1.2.2. Tạo màu trong thủy tinh Về mặt lý thuyết ngời ta phân ra hai loại cơ chế tạo màu chính trong thuỷ tinh là tạo màu ion và tạo màu keo: 1.2.2.1. Tạo màu ion: Có thể kể đến các trờng hợp của màu xanh cô ban, xanh lam của thuỷ tinh chứa đồng, xanh lá cây của thuỷ tinh chứa sắt, crôm, tím của thuỷ tinh chứa măng gan, Để giải thích và dự đoán màu hay quang phổ truyền qua của thuỷ tinh màu cơ chế ion, hiện lý thuyết đợc ứng dụng nhiều nhất vẫn là Thuyết Trờng Phối tử (Ligandum Field Theory, gọi tắt là LFT). Xuất phát từ các bế tắc của lý thuyết dải hoá trị (VBT), LFT đã chỉ rõ đợc ảnh hởng của các phối tử thông qua sự phân tách một phần của các qũy đạo điện tử dới tác động của các phối tử đợc VBT coi là cùng một mức năng lợng. Sự phân tách quỹ đạo phụ thuộc vào số lợng điện tử 3d, dạng cấu trúc tinh thể và loại phối tử đợc biểu thị bằng Cờng độ trờng phối tử, : = e(q 1 + q 2 ) e. Điện tích của điện tử . Khoảng cách trung bình giữa hạt nhân và các điện tử 3d R. Khoảng cách phối tử - ion trung tâm q 1 . Điện tích tĩnh điện của phối tử q 2 . Điện tích sinh ra từ sự phân cực của các phối tử do ảnh hởng của môi trờng xunh quanh. Nhiều nhà khoa học cho rằng q 2 phụ thuộc chủ yếu vào việc các kim loại kiềm tác động vào sự phân cực của các ôxy không cầu và từ đó ảnh hởng tới sắc màu của thuỷ tinh. 5 4 3R 5 [...]... sản xuất thực tế Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 13 Báo cáo tổng kết đề tài Chơng 2 phơng pháp nghiên cứu và công tác chuẩn bị 2. 1 phơng pháp nghiên cứu Đề tài đợc triển khai theo phơng pháp kế thừa một số kết quả nghiên cứu của một số đề tài thuỷ tinh màu trớc của Viện Đề tài cấp bộ 20 03: Nghiên cứu công nghệ sản xuất thuỷ tinh tín hiệu đờng sắt đã nghiên cứu thành công công nghệ chế tạo thuỷ. .. tiếp đến sản phẩm, quy mô sản xuất, nên đề tài không đề cập sâu hơn, nhng nó sẽ là những điều kiện mang tính quyết định của dự án sản xuất thử Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 17 Báo cáo tổng kết đề tài Chơng 3 Nội dung và kết quả nghiên cứu 3.1 Nội dung nghiên cứu 3.1.1 Nghiên cứu công nghệ sản xuất thuỷ tinh màu 2 lớp 3.1.1.1 Sơ đồ công nghệ Hình 2 Sơ đồ công nghệ Phối liệu thuỷ tinh màu Phối... nhập liệu, môi trờng nấu, kỹ thuật nấu thuỷ tinh, thiết kế khuôn hay kích thớc, hình dạng sản phẩm, nhiệt độ, phơng pháp và kỹ thuật gia công, công đoạn sử lý nhiệt, ủ thuỷ tinh và cuối cùng là phơng pháp hoàn thiện sản phẩm 1 .2. 4 Sự giãn nở nhiệt của thủy tinh: Trong công nghệ sản xuất thuỷ tinh màu 2 lớp, sự tơng đồng về hệ số giẫn nở giữa 2 lớp thuỷ tinh là yếu tố quan trọng hàng đầu Trong khoảng nhiệt... sản xuất thuỷ tinh 2 lớp, để đồng bộ 2 lớp thuỷ tinh, lớp màu bọc ngoài co giãn nhiều hơn, do đó đợc pha theo hệ số giãn nở lớn hơn lớp trong và bọc theo hệ thống nêu trong bảng 10 Bảng 10 Thứ tự bọc 2 lớp trong các chế thử và chênh lệch hệ số giãn nở liên quan Thuỷ tinh 2 lớp Thứ tự bọc 2 lớp màu và trắng theo cột Mẫu Mẫu Mẫu Mẫu 19 20 21 22 Thuỷ tinh màu số 11 12 13 14 Thuỷ tinh trắng số 15 16 17... kinh nghiệm sản xuất thuỷ tinh 2 lớp thông thờng, đề tài đã bắt nhịp ngay với công việc và bọc thành thạo 2 lớp thuỷ tinh đạt độ đồng đều cao, kỹ thuật áp khuôn đạt yêu cầu Màu của thuỷ tinh đợc hình thành và ổn định ngay sau khi thổi và ghép 2 lớp Điều này đã góp phần quan trọng trong việc đơn giản hoá công nghệ và giảm chi phí sản xuất sau này, vì hiện nhiều nơi vẫn phải dùng công nghệ hấp màu sau khi... thuỷ tinh đỏ bằng công nghệ ép Các nguyên lý tạo màu đã đợc đề tài trớc khảo sát kỹ, nên nhóm đề tài có điều kiện đi thẳng vào việc điều chỉnh sang công nghệ sản xuất thuỷ tinh đỏ dùng công nghệ thổi và hài hoà hệ số giãn nở của nó với hệ số giãn nở của lớp thuỷ tinh nền trắng bên trong Nhánh nghiên cứu thuỷ tinh vàng bằng công nghệ ép cũng đợc kế thừa kinh nghiệm nấu thuỷ tinh màu hệ CdSeS, vì màu. .. kỹ thuật đạt yêu cầu kỹ thuật đề ra Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 32 Báo cáo tổng kết đề tài Chơng 4 Định hớng áp dụng kết quả nghiên cứu 4.1 Quy trình công nghệ cho dự án sản xuất thử 4.1.1 Công nghệ sản xuất thuỷ tinh màu đỏ 2 lớp: 1 Nguyên liệu đợc tuyển chọn nh yêu cầu sản xuất thuỷ tinh thông thờng và trộn đều theo tỷ lệ thành phần oxit nh sau (Bảng 11); Bảng 13 Thành phần oxit của thuỷ. .. thuỷ tinh đỏ Thành phần ôxit % khối lợng SiO2 65 Al2O3 1.3 B2O3 1 .2 Na2O 14 K2O 4 ZnO 12 Se 0.9 CdS 0.9 Sb2O3 0 .2 F2 0.5 Cộng 100 2 Thuỷ tinh trắng đợc trộn theo tỷ lệ thành phần ôxit nh sau (Bảng 12) : Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim 33 Báo cáo tổng kết đề tài Bảng 14 Thành phần oxit của thuỷ tinh trắng Thành phần ôxit % khối lợng SiO2 69 Al2O3 1 .2 B2O3 5 ZnO 0.7 Na2O 16.7 K2O 3 F 0.1 CaO 4 Sb2O3... tài ảnh 2 Lò ủ thuỷ tinh (Lò bên trái đang rỡ, lò bên phải đang ủ.) 2. 4 .2 Các thiết bị phụ trợ - 20 ống thổi thuỷ tinh các lọai; - 03 khuôn thổi thuỷ tinh; - 01 khuôn ép thuỷ tinh, đồng hồ và một số dụng cụ chuyên dùng khác 2. 5 Công tác phân tích Phân tích kiểm tra chất lợng thuỷ tinh 2 lớp đợc triển khai tại Viện trên cơ sở các yêu cầu kỹ thuật Chất lợng màu của mẫu thuỷ tinh kỹ thuật đợc đo và đánh... màu đỏ trong công nghệ sản xuất thuỷ tinh tín hiệu đờng sắt cũng dùng hệ màu trên Ngoài lý thuyết về thuỷ tinh 2 lớp, đề tài cũng kế thừa một số kiến thức, kinh nghiệm sản xuất của Cở sở thuỷ tinh Cảnh lập, Liên hiệp KH và SX Silicát và Công ty Thuỷ tinh Hà Nội thông qua việc cộng tác chuyên môn trong thực tế 2. 2 Mẫu nghiên cứu Mục tiêu chính của đề tài là chế tạo vật liệu đạt yêu cầu kỹ thuật Tuy nhiên . nghệ sản xuất thủy tinh màu 2 lớp; 2. Nghiên cứu công nghệ sản xuất thủy tinh màu kỹ thuật. - Kết quả cần đạt của đề tài là: 1. Chế tạo 10 mẫu thủy tinh màu vàng 2 lớp và thủy tinh màu kỹ thuật; . Công nghệ Mỏ - Luyện kim thực hiện đề tài: " ;Nghiên cứu công nghệ sản xuất thuỷ tinh màu 2 lớp phục vụ hàng mỹ nghệ và kỹ thuật cao. - Mục tiêu chính của đề tài là: 1. Nghiên cứu công nghệ. Việt nam Bộ công nghiệp Viện khoa học và công nghệ Mỏ - Luyện kim Báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu công nghệ sản xuất thuỷ tinh màu 2 lớp phục vụ hàng mỹ nghệ và kỹ thuật cao .