Để tối ưu hóa hiệu quả lò nung gốm sứ, các sản phẩm thường được xếp chồng nhiều lớp nhằm tận dụng tối đa nhiệt và không gian, góp phần tiết kiệm chi phí và nâng cao năng suất. Do lò nung hoạt động ở nhiệt độ cao và chu kỳ nhiệt liên tục thay đổi, việc sử dụng các vật liệu chịu lửa làm tấm kê, giá đỡ, đế, trụ đỡ có khả năng chịu lực, chịu nhiệt và độ bền sốc nhiệt cao là vô cùng cần thiết. Hiện nay, các vật liệu như cordierite, cordierite-mulite, silic cacbua và gạch cao nhôm đang được ứng dụng rộng rãi, trong đó silic cacbua được sử dụng phổ biến nhất. Tuy nhiên, silic cacbua có nhược điểm là hệ số giãn nở nhiệt lớn, dễ gây nứt vỡ sau nhiều chu kỳ nung. Trong khi đó, gốm Cordierite-Zircon nổi bật với hệ số giãn nở nhiệt rất thấp và độ bền nhiệt cao, cho phép chịu được số chu kỳ nung lớn hơn. Mặc dù Việt Nam có sẵn nguồn nguyên liệu như cao lanh, talc và oxit nhôm để sản xuất gốm cordierite, việc nghiên cứu và ứng dụng loại gốm này vẫn còn hạn chế. Hiện tại, các sản phẩm tấm kê, trụ đỡ thuộc hệ gốm Cordierite-Zircon chủ yếu phải nhập khẩu từ Trung Quốc và một số quốc gia khác. Vì vậy, việc chế tạo thành công tấm kê, trụ đỡ từ gốm Cordierite-Zircon trong nước sẽ mở ra hướng nghiên cứu mới, giúp các đơn vị sản xuất chủ động hơn về nguồn cung và hạ giá thành sản phẩm.

Với những lý do trên, ThS. Nguyễn Văn Trung và các cộng sự tại Viện Vật liệu xây dựng đã thực hiện đề tài: "Nghiên cứu chế tạo tấm kê trụ đỡ cho lò nung gốm sứ trên nền gốm cordierite-zircon". Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu chế tạo tấm kê trụ đỡ theo yêu cầu, xây dựng quy trình công nghệ sản xuất gốm Cordierite-Zircon, chế tạo thành công 60 tấm kê và 80 trụ đỡ với chất lượng tương đương sản phẩm nhập khẩu, và ứng dụng thử nghiệm tại một cơ sở sản xuất ngói nung. Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là sử dụng các nguyên liệu trong nước để chế tạo sản phẩm tấm kê trụ đỡ trên nền gốm Cordierite-Zircon và phát triển quy trình công nghệ sản xuất ở quy mô phòng thí nghiệm.

Dựa trên các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, đề tài đã thu được những kết quả khả quan, khẳng định tính đúng đắn trong quá trình thực hiện và làm rõ các điểm sau:

1. Độ bền sốc nhiệt và hệ số giãn nở nhiệt: Mẫu gốm cordierite-zircon thể hiện độ bền sốc nhiệt vượt trội so với các sản phẩm cordierite thương mại dùng làm tấm kê, trụ đỡ và các mẫu cordierite thuần túy được chế tạo trong cùng điều kiện. Hệ số giãn nở nhiệt của chúng thấp, nằm trong khoảng lý thuyết của gốm cordierite.

2. Tối ưu hàm lượng zirconia và nhiệt độ chế tạo: Đề tài chỉ ra rằng nên hạn chế hàm lượng zirconia ở mức 5%. Ở mức này, độ bền sốc nhiệt, cường độ uốn ở nhiệt độ thường, và khả năng chịu tải trọng uốn ở nhiệt độ cao (không biến dạng) đều được cải thiện đáng kể so với cordierite thuần túy. Nhiệt độ chế tạo tối ưu nhất nằm trong khoảng từ 1300 ∘C đến 1400 ∘C, với 1350 ∘C là mức tối ưu nhất về cả yếu tố kinh tế và kỹ thuật.

3. Quy trình và sản phẩm thử nghiệm: Đề tài đã thiết lập sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất tấm kê và trụ đỡ từ gốm cordierite-zircon bằng công nghệ ép bán khô. Đặc biệt, đã sản xuất thử nghiệm thành công 60 tấm kê (kích thước 340 x 340 x 15 mm) và 80 trụ đỡ (kích thước 100 x 50 x 300 mm) từ vật liệu cordierite-zircon. Các sản phẩm này không chỉ đáp ứng các yêu cầu về tính chất nhiệt và khả năng chịu tải mà còn đã được thử nghiệm thực tế trên dây chuyền sản xuất ngói màu nung.

Đề tài đã thành công trong việc chế tạo gốm cordierite-zircon từ các nguồn nguyên liệu trong và ngoài nước. Sản phẩm thu được không chỉ duy trì được các đặc tính quý giá của gốm cordierite như hệ số giãn nở nhiệt và độ bền sốc nhiệt, mà còn cải thiện một số tính chất quan trọng khác như cường độ uốn và độ chịu lửa.Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện, nhóm nghiên cứu vẫn còn một số băn khoăn và đề xuất các hướng nghiên cứu mở rộng trong tương lai:

- Sử dụng nguyên liệu trong nước: Tiếp tục nghiên cứu sử dụng nguyên liệu oxit nhôm trong nước để tối ưu hóa nguồn cung và giảm chi phí.

- Nghiên cứu phương pháp tạo hình dẻo: Đi sâu hơn vào phương pháp tạo hình dẻo, đặc biệt khi có sự hỗ trợ của máy đùn hút chân không, nhằm hạn chế độ xốp và cải thiện quá trình tạo hình đùn dẻo.

- Nghiên cứu chi tiết hơn về zirconia: Thực hiện nghiên cứu kỹ lưỡng hơn bằng cách chia nhỏ bước thêm zirconia là 2% thay vì 5% như đã tiến hành trong khoảng 0-20%, để hiểu rõ hơn về ảnh hưởng của nó.

- Sản xuất thử nghiệm dự án P: Tiến hành sản xuất thử nghiệm cho dự án P.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 21212/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)