LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết
quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử
dụng và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.
Huế, tháng 10 năm 2018
Tác giả

Hồ Thị Mỹ Linh

1


2


Lời Cảm Ơn
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Dương – Thầy đã
tận tình hướng dẫn và chỉ bảo tôi trong suốt thời gian thực hiện
luận văn, đồng thời đã bổ sung cho tôi nhiều kiến thức chuyên
môn và kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu khoa học.
Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Khoa Hóa – Trường
Đại học Sư phạm Huế đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và đóng
góp những ý kiến quý báu cho tôi trong suốt thời gian thực hiện
khóa luận.
Xin chân thành cảm ơn tất cả các bạn bè và người thân đã
động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành khóa luận.
Huế, tháng 10 năm
2018
Tác giả

Hồ Thị Mỹ Linh

3


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................ 2
MỤC LỤC ...................................................................................................................... 3
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................... 7
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................ 7
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................. 8
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 10
I. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................................. 10
II. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................. 11
III. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................. 11
IV. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................ 11
V. Cấu trúc luận văn ...................................................................................................... 11
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ............................................................. 12
1.1. TỔNG QUAN VỀ VỎ TRẤU VÀ TRO TRẤU .................................................. 12
1.1.1. Giới thiệu về vỏ trấu............................................................................................ 12
1.1.2. Hiện trạng vỏ trấu tại Việt Nam.......................................................................... 12
1.1.3. Tro trấu ................................................................................................................ 14
1.1.3.1. Thành phần hóa học ......................................................................................... 14
1.1.3.2. Các ứng dụng của tro trấu ................................................................................ 14
1.2. KHÁI QUÁT VỀ GỐM SỨ .................................................................................. 16
1.2.1. Vật liệu gốm sứ ................................................................................................... 17
1.2.2. Gốm truyền thống ............................................................................................... 18
1.2.3. Gốm kĩ thuật ........................................................................................................ 19
1.3. KHÁI QUÁT VỀ CHẤT MÀU GỐM SỨ ........................................................... 20
1.3.1. Lý thuyết cơ bản về màu sắc............................................................................... 20

1.3.2. Nguyên nhân gây ra màu cho khoáng vật .......................................................... 21
1.3.2.1. Sự chuyển electron nội ..................................................................................... 21
1.3.2.2. Sự chuyển electron giữa các nguyên tố trong cùng một tinh thể.................... 22
1.3.2.3. Sự chuyển electron do sự khuyết tật trong mạng lưới tinh thể ....................... 22
4


1.3.2.4. Sự chuyển mức các dải năng lượng ................................................................. 23
1.3.3. Chất màu cho gốm sứ.......................................................................................... 23
1.3.4. Cơ sở hóa lý về tổng hợp chất màu cho gốm sứ ................................................ 27
1.3.5. Một số tiêu chuẩn để đánh giá chất màu tổng hợp cho gốm sứ ......................... 28
1.4. PHẢN ỨNG GIỮA CÁC PHA RẮN ................................................................... 28
1.4.1. Cơ chế phản ứng giữa pha rắn ............................................................................ 28
1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng giữa các pha rắn ........................... 30
1.4.3. Dung dịch rắn thay thế và dung dịch rắn xâm nhập........................................... 32
1.5. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP CHẤT MÀU....................................... 32
1.5.1. Phương pháp gốm truyền thống.......................................................................... 32
1.5.2. Phương pháp đồng tạo phức ............................................................................... 33
1.5.3. Phương pháp đồng kết tủa .................................................................................. 33
1.5.4. Phương pháp sol-gel............................................................................................ 33
1.6. GIỚI THIỆU VỀ CHẤT MÀU GỐM SỨ Nd2Si2O7 ............................................ 34
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..... 36
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ............................................................................... 36
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.................................................................................. 36
2.2.1. Điều chế SiO2 từ tro trấu ..................................................................................... 36
2.2.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu Nd2Si2O7 .......................................................... 38
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................ 40
2.3.1. Phương pháp phân tích nhiệt .............................................................................. 40
2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X ................................................................................ 41
2.3.3. Phương pháp đo màu........................................................................................... 43

2.3.4. Phương pháp đánh giá chất lượng màu trên men gạch ...................................... 44
2.3.5. Phương pháp đơn biến ........................................................................................ 44
2.3.6. Phương pháp xử lý số liệu .................................................................................. 44
2.4. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT .............................................................. 45
2.4.1. Dụng cụ................................................................................................................ 45
2.4.2. Thiết bị ................................................................................................................. 45
2.4.3. Hoá chất ............................................................................................................... 45

5


CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................ 46
3.1. Nghiên cứu tổng hợp SiO2 từ tro trấu .................................................................... 46
3.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu Nd2Si2O7.............................................................. 47
3.2.1. Khảo sát sự phân hủy nhiệt của mẫu phối liệu ................................................... 47
3.2.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung .............................................................. 48
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian lưu ................................................................ 50
3.2.3. Khảo sát ảnh hưởng của lực ép viên ................................................................... 51
3.2.4. Đánh giá chất lượng sản phẩm bột màu ............................................................. 52
3.2.4.1. Thử màu sản phẩm trên men gốm ................................................................... 52
3.2.4.2. Khảo sát cường độ màu, khả năng phát màu trên men ................................... 53
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................ 54
4.1. KẾT LUẬN ............................................................................................................ 54
4.2. KIẾN NGHỊ ........................................................................................................... 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 55
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 57

6



DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CIE

: Commission Internationale de l'Eclairage

DTA

: Differential Thermal Analysis

DSC

: Differential Scanning Calorimetry

Lin

: Linear

RGB

: Red Green Blue

TG

: Thermogravimetry

TGA

: Thermal gravimetric analysis

XRD


: X-Ray Diffraction

7


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Các thành phần oxit có trong tro trấu............................................................ 14
Bảng 1.2. Màu tia bị hấp thụ và màu tia ló trong vùng khả kiến ................................. 20
Bảng 1.3. Một số loại chất màu tổng hợp bền nhiệt sử dụng cho gạch ốp lát ............. 26
Bảng 3.1. Bảng số liệu của quá trình tổng hợp SiO2 .................................................... 46
Bảng 3.2. Kết quả đo màu mẫu men ............................................................................. 53

8


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Cây lúa và vỏ trấu ........................................................................................ 12
Hình 1.2. Vỏ trấu được thải bỏ bừa bãi ........................................................................ 13
Hình 1.3. Aerogel làm từ vỏ trấu .................................................................................. 16
Hình 1.4. Sơ đồ tổng hợp theo phương pháp gốm truyền thống ................................. 18
Hình 1.5. Sơ đồ phản ứng giữa MgO và Al2O3 ............................................................ 30
Hình 2.1. Vỏ trấu được ngâm axit..............................................................................36
Hình 2.2. Tro trấu .......................................................................................................... 35
Hình 2.3. Hỗn hợp tro và dd NaOH .............................................................................. 37
Hình 2.4. Dung dịch thu được sau khi lọc .................................................................... 36
Hình 2.5. Tạo gel SiO2 ...............................................................................................37
Hình 2.6. SiO2 thành phẩm ........................................................................................... 36
Hình 2.7. Sơ đồ tia tới và tia nhiễu xạ trên mạng tinh thể. .......................................... 42
Hình 2.8. Độ tù của pic nhiễu xạ gây ra do kích thước hạt ......................................... 43

Hình 2.9. Hệ tọa độ biểu diễn màu sắc CIE L*a*b* .................................................... 44
Hình 3.1.Tro trấu

Hình 3.2. Dung dịch lọc ............................................................... 46

Hình 3.3. Silicagel Hình 3.4. SiO2 tinh khiết .............................................................. 46
Hình 3.5. Giản đồ XRD của các mẫu SiO2 tổng hợp được. ......................................... 47
Hình 3.6. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu phối liệu Nd2O3.2SiO2.nH2O .................. 48
Hình 3.7. Giản đồ XRD của các mẫu T1, T2, T3......................................................... 49
Hình 3.8. Giản đồ XRD của các mẫu M1, M2, M3. .................................................... 50
Hình 3.9. Giản đồ XRD của các mẫu B1, B2, B3. ....................................................... 51
Hình 3.10. Quy trình thử nghiệm màu men trên gạch ................................................ 52
Hình 3.11. Sản phẩm bột màu tổng hợp được .............................................................. 52
Hình 3.12. Mẫu Nd2Si2O7 sau khi tráng men ............................................................... 53

9


MỞ ĐẦU
I. Tính cấp thiết của đề tài
Ngành công nghiệp gốm sứ là một trong những ngành cổ truyền được ra đời và
phát triển rất sớm. Hơn 9000 năm trước công nguyên, vật liệu gốm đã được con
người biết đến và sử dụng. Từ lâu nước ta đã nổi tiếng với những làng gốm như Bát
Tràng, Hương Canh, Móng Cái, Biên Hòa… Đó là những cơ sở sản xuất gốm mỹ
nghệ với những kỹ thuật còn rất thô sơ.
Những năm gần đây, ngành công nghiệp sản xuất gốm sứ đã và đang có bước
phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới nói chung và cũng như Việt Nam nói riêng.
Với những yêu cầu cao, chọn lọc của người tiêu dùng các sản phẩm gốm sứ không
những phải đa dạng phong phú về chủng loại mẫu mã, kiểu dáng chất lượng cao mà
còn phải đa dạng về màu sắc, các sản phẩm phải đảm bảo hình ảnh trang trí và có

độ bền vĩnh cữu. Màu sắc của sản phẩm phụ thuộc chính vào chất màu gốm sứ.
Chất màu đòi hỏi phải bền nhiệt, bền hóa cao để chống lại các tác động của ánh
sáng, của nhiệt độ, của môi trường, và bền mãi với thời gian, làm cho giá trị thẩm
mỹ của các chủng loại sản phẩm này được nâng cao. Song chi phí cho chất màu sản
xuất gốm sứ là khá lớn, chiếm khoảng 20% giá thành sản phẩm, nước ta đa số chất
màu gốm sứ đều phải nhập ngoại với giá thành cao. Vì thế, việc nghiên cứu tổng
hợp chất màu nhân tạo là rất quan trọng và cần thiết.
Phần lớn các chất màu vô cơ truyền thống thường có chứa các kim loại nặng
như cadimi, chì, crom hay coban… có hại cho sức khỏe con người. Gần đây, các
nguyên tố đất hiếm như scandi, ytri, lantan, neodym, xeri… cho thấy có thể tạo ra
chất màu thân thiện với môi trường, không độc hại hoặc ít độc hại hơn so với kim
loại nặng. Vì vậy, xu hướng nghiên cứu tổng hợp chất màu thân thiện với môi
trường và quan trọng là có tính chất chịu nhiệt để thay thế các chất màu có chứa
kim loại nặng ngày càng trở nên cần thiết và thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà
khoa học trên thế giới.
Một nghiên cứu gần đây cho thấy hợp chất Nd2Si2O7 là một vật liệu gốm đầy
tiềm năng do các tính chất từ tính, điện và quang học ổn định. Có thể sử dụng như
một chất màu có giá trị trang trí cho sản phẩm gốm sứ với ánh sáng màu tím bắt
mắt. Sử dụng trong ngành công nghiệp gốm sứ cho những sản phẩm cao cấp.
10


Trên thực tế, Việt Nam là quốc gia sản xuất gạo đứng thứ hai trên thế giới với
sản lượng gạo ước tính trung bình đạt khoảng 42 tỉ tấn trên năm. Như vậy, hàng năm
lượng vỏ trấu tách ra trong quá trình xay xát lúa là vô cùng lớn. Theo các nghiên
cứu, vỏ trấu là một nguyên liệu dồi dào và có giá thành rẻ nên được sử dụng nhiều
trong sản xuất. Vỏ trấu sau khi cháy, các thành phần hữu cơ bị phân hủy và thu được
tro trấu. Tro trấu là một trong những nguyên liệu giàu SiO2 nhất, đạt khoảng 90 đến
98 % về khối lượng nên nó là nguồn nguyên liệu lý tưởng để tổng hợp vật liệu SiO2.
Vật liệu SiO2 được biết đến từ lâu với nhiều ứng dụng như làm vật liệu xúc tác, vật

liệu điện môi, chất hấp phụ khí, hấp phụ ion kim loại nặng, chất màu vô cơ…
Với những lí do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu với nội dung “Tổng
hợp chất màu gốm sứ Nd2Si2O7 với nguồn SiO2 từ tro trấu” với hi vọng góp phần
cho sự phát triển của ngành công nghiệp gốm sứ nước ta.
II. Mục tiêu nghiên cứu
- Điều chế SiO2 từ tro trấu.
- Khảo sát các điều kiện để tổng hợp Nd2Si2O7 từ nguồn SiO2 tổng hợp được.
III. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các điều kiện thích hợp để tổng hợp chất màu Nd2Si2O7 với SiO2
được điều chế từ tro trấu.
IV. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp phân tích nhiệt
- Phương pháp nhiễu xạ tia X
- Phương pháp đo màu
- Phương pháp đánh giá chất lượng màu trên men gạch
- Phương pháp đơn biến
- Phương pháp xử lý số liệu
V. Cấu trúc luận văn
Chương 1. Tổng quan lý thuyết
Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 3. Kết quả và thảo luận
Chương 4. Kết luận và kiến nghị

11


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. TỔNG QUAN VỀ VỎ TRẤU VÀ TRO TRẤU
1.1.1. Giới thiệu về vỏ trấu
Khi nhắc đến vỏ trấu thì từ những người nông dân cho đến những nhà nghiên

cứu đều có thể nêu được những công dụng của chúng. Trấu được sử dụng làm chất
đốt hay trộn với đất sét làm vật liệu xây dựng… Không những trấu được sử dụng
làm chất đốt trong sinh hoạt hàng ngày mà còn được sử dụng như là một nguồn
nguyên liệu thay thế để cung cấp nhiệt trong sản xuất với giá rất rẻ...

Hình 1.1. Cây lúa và vỏ trấu
Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát.
Trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt
và khoảng 25% còn lại chuyển thành tro (Theo Energy Efficiency Guide for
Industry in Asia). Chất hữu cơ chứa chủ yếu cellulose, lignin và Hemi - cellulose
(90%), ngoài ra có thêm thành phần khác như hợp chất nitơ và vô cơ. Lignin chiếm
khoảng 25 - 30% và cellulose chiếm khoảng 35 - 40%.
Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat rất dài nên hầu hết các
loài động vật không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất dễ
cháy nên có thể dùng làm chất đốt. Sau khi đốt, thành phần hóa học chủ yếu của tro
trấu là SiO2 ở dạng vô định hình và vi tinh thể. Ngoài ra thành phần tro trấu cũng
chứa một lượng nhỏ các oxit K2O, CaO, P2O5, MgO, Fe2O3, ...
1.1.2. Hiện trạng vỏ trấu tại Việt Nam
Vỏ trấu có rất nhiều tại Đồng bằng sông Cửu Long và Đồng bằng sông Hồng, 2
vùng trồng lúa lớn nhất cả nước. Chúng thường không được sử dụng hết nên phải
12


đem đốt hoặc đổ xuống sông suối để tiêu hủy. Theo khảo sát, lượng vỏ trấu thải ra tại
Đồng bằng sông Cửu Long khoảng hơn 3 triệu tấn/năm, nhưng chỉ khoảng 10% trong
số đó được sử dụng. Về sau, trấu còn được dùng để làm củi trấu (trấu ép lại thành
dạng thanh), nhưng cũng chỉ sử dụng được khoảng 12.000 tấn vỏ trấu/năm.
Tại đồng bằng sông Cửu Long, các nhà máy xay xát đổ trấu xuống sông, rạch.
Trấu trôi lềnh bềnh đi khắp nơi, chìm xuống đáy gây ô nhiễm nguồn nước. Tại đây,
trấu chỉ có công dụng duy nhất là làm chất đốt. Nhưng để sử dụng loại chất đốt cồng

kềnh này, một số hộ gia đình phải vận chuyển nhiều lần và phải có nhà rộng để chứa.
Các nhà máy xay xát của tỉnh Hậu Giang thải ra khoảng 220.000 tấn trấu, trung
bình mỗi ngày, mỗi nhà máy xay xát thải ra 24,5 tấn trấu. Lượng trấu thải ra không
được tiêu thụ ngay, ứ đọng lại. Các nhà máy thường un trấu thành phân trấu, đổ thành
đống cao.
Năm 2009, ở một số huyện vùng sâu thuộc TP Cần Thơ và tỉnh An Giang,
người dân bức xúc trước tình trạng một lượng lớn vỏ trấu trôi khắp mặt sông, gây ô
nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến đời sống sinh hoạt. Dọc một số bờ sông ở quận
Ô Môn, huyện Thới Lai, huyện Cờ Đỏ của TP Cần Thơ như sông Thị Đội, sông
Ngang... rất nhiều vỏ trấu trôi trên mặt sông. Bờ sông ngập một màu vàng của vỏ
trấu. Nước sông ở những đoạn này vốn đã ô nhiễm, giờ quyện với mùi vỏ trấu phân
hủy tạo nên một mùi rất khó chịu. Con sông này bị ô nhiễm nặng nề nên không thể
dùng nước để sinh hoạt được. Chính vì bị một lượng vỏ trấu thải ra sông như thế mà
người dân ở đây không có nước sinh hoạt, ảnh hưởng đến giao thông qua lại của ghe
tàu, đồng thời việc nuôi cá ở đây bị cản trở vì dòng nước bị ô nhiễm quá nặng [8].

Hình 1.2. Vỏ trấu được thải bỏ bừa bãi
Lượng vỏ trấu quá nhiều, không còn chỗ để chứa thì cách duy nhất là tuồn
xuống sông để nước sông cuốn trôi chứ cũng chẳng biết làm gì hơn.
13


Điều đó cho thấy, vỏ trấu nếu không được ứng dụng và sử dụng đúng cách thì
nó sẽ trở thành tác hại gây nên ô nhiễm môi trường ảnh hưởng đến người dân sống
xung quanh khu vực đó.
1.1.3. Tro trấu
1.1.3.1. Thành phần hóa học
Vỏ trấu sau khi cháy các thành phần hữu cơ sẽ chuyển hóa thành tro chứa các
thành phần oxit kim loại. Silic oxit là chất có tỷ lệ phần trăm về khối lượng cao nhất
trong tro chiếm 80 – 90%. Các thành phần oxit có trong tro được thể hiện qua bảng

1.1, chúng có thể thay đổi tùy thuộc vào giống lúa, điều kiện khí hậu, đất đai của từng
vùng miền. Hàm lượng SiO2 trong tro trấu rất cao. Trong một số công trình nghiên
cứu khác hàm lượng silic trong tro cũng được công bố như: Armesto (2002) đưa ra
kết quả là 87,7%; Liou (2004) >90%; Kapur (1995) là >95% và 87 – 97% là kết quả
được Houston (1972) đưa ra [16]. Silic oxit được sử dụng trong đời sống sản xuất rất
phổ biến. Nếu tận dụng được nguồn SiO2 có ý nghĩa rất lớn với nước ta. Làm được
điều này thì vấn đề ô nhiễm môi trường do vỏ trấu cũng được cải thiện.
Bảng 1.1 Các thành phần oxit có trong tro trấu [16]
Thành phần oxit

Tỷ lệ theo khối lượng (%)

SiO2

86,9 – 97,3

MgO

0,1 – 2,0

K2O

0,6 – 2,5

CaO

0,2 – 1,5

Na2O


0,3 – 1,8

Fe2O3

0,2 – 0,9

1.1.3.2. Các ứng dụng của tro trấu
a. Aerogel – mặt hàng công nghệ cao
Nhu cầu nghiên cứu khai thác tro trấu phế phẩm hiện nay thành nguyên liệu
trong công nghiệp sản xuất các mặt hàng giá trị cao đang được coi trọng nhằm tạo giá
trị tăng thêm cho nông dân. Aerogel –là một trong các mặt hàng đó, được sản xuất từ
loại tro trấu tinh sạch. Căn bản của kỹ thuật sản xuất ở chỗ cách đốt, để trước hết thu
được nguồn năng lượng lớn và ổn định phục vụ nhu cầu chạy máy hay phát điện, sau
14


là để có các loại tro trấu, tro đen hay tro xốp (biochar) thuần chất tiện cho việc sản
xuất mặt hàng công nghiệp.
Trong cách đốt bếp, đốt lò thông thường chúng ta chỉ tạo ra tro xám, gồm các tỷ
lệ khác nhau của tro trắng, tro đen, tro xốp và một tỷ lệ không nhỏ tro cháy bán phần
còn nhiều chất than. Việc tách ly mỗi loại tro trong trường hợp này sẽ rất tốn kém và
lại cũng rất ô nhiễm, bụi bặm. Vì vậy các kỹ thuật đốt mới thiên về việc chỉ cho ra
một loại tro, cũng nhờ đó mà cho ra một tỷ suất nhiệt lượng nhất định tiện để sử dụng
cho mục tiêu công nghiệp.
Trong kỹ thuật sản xuất aerogel, vỏ trấu được rửa sạch, khử tạp bằng axit
sunfuric, phơi khô, rồi đem đốt trong buồng gió ở nhiệt độ khống chế 650-700oC. Ở
nhiệt độ có kiểm soát này tro trấu tạo thành một loại tro trắng 92-97% silic oxit không
kết tinh, cấp hạt nano, có hoạt tính rất cao. Hàm lượng tro đen gồm nhóm SiOH và
SiO2 kết tinh hình thành trong đó rất thấp. Tro trắng 98% cũng là nguyên liệu thương
phẩm cung cấp cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau, trong đó có ngành sản xuất

tấm pin mặt trời và làm con chip điện tử.
Tro đốt sau đó được cho hòa tan trong dung dịch natri hidroxit (xút) và khuấy
đều ở 90oC để tạo thành natri silicat. Dùng axit sunfuric để chuyển toàn bộ dung dịch
natri silicat sang thể hidrogel. Cũng có nơi dùng giấm chua tức axit axetic thay thế
axit sunfuric để hạ giá thành. Để hidrogel ổn định trong khoảng 5 ngày rồi dùng nước
rửa mạnh để loại bỏ natri sunfat sinh ra từ quá trình phản ứng. Cuối cùng chuyển
hidrogel thành ancolgel bằng cách đưa rượu etanol vào đẩy nước ra ngoài.
Sau đó đưa ancolgel vào các nồi áp suất (autoclave), bổ sung vào đó một ít
rượu, rồi nâng nhiệt từ từ trong khoảng 7 giờ: 50oC/giờ cho đến 200oC/giờ, 25oC/giờ
cho đến 275oC và giữ mức nhiệt này trong khoảng 1 giờ để toàn bộ ancol bay ra
thành hơi cho hơi rượu thoát ra từ từ khỏi nồi trong vòng 1 giờ rưỡi để hạ áp suất bên
trong đến mức bình thường. Từ đó bắt đầu hạ nhiệt xuống, cũng từ từ, để có mẻ sản
phẩm aerogel tốt. Aerogel thương phẩm sản xuất theo quy trình này có dạng hạt rời,
cứng, giòn, trong suốt, cực mịn đến cấp hạt nano, được đóng gói để bán hoặc ép
thành cấu kiện cung cấp cho các nhà máy.

15


Hình 1.3. Aerogel làm từ vỏ trấu
Aerogel là thứ bột cách nhiệt tốt nhất hiện nay, gấp 37 lần loại sợi thủy tinh.
Với kỹ thuật mới này Đại học kỹ thuật Malaysia đã sản xuất thành công và hạ giá bán
aerogel thương phẩm từ 2.600 USD xuống còn 250 USD/kg, tạo điều kiện ứng dụng
rộng rãi aerogel cách nhiệt, cách âm cho các trang bị điện tử, các loại tủ lạnh và kho
lạnh, làm lớp kẹp ngăn nhiệt cho các loại cửa kính và cả trong kết cấu công trình xây
dựng cao cấp [11].
b. Điều chế silic đioxit
Tro của trấu sau khi đốt cháy có hơn 80% là silic oxit. Silic oxit là chất được sử
dụng trong nhiều lĩnh vực như xây dựng, thời trang, luyện thủy tinh… Hiện nay đã có
nhiều tác giả sử dụng tro trấu để điều chế ra silic dioxit. Có các đề tài điều chế silic

dioxit từ tro trấu như: Nguyễn Văn Bỉnh, trường Đại học Đà Nẵng đã thực hiện đề tài
“Nghiên cứu tách silic dioxit từ vỏ trấu và ứng dụng làm chất hấp phụ một số hợp
chất hữu cơ” (2011), “Nghiên cứu quy trình thu hồi silica từ tro trấu, ứng dụng tổng
hợp phụ gia cho xi măng mác cao (Phần 1)” là đề tài do TS.Huỳnh Quyền,
TS.Trương Hoài Chính thực hiện [16].
Quy trình sản xuất silic dioxit từ tro trấu như sau: vỏ trấu được rửa sạch, phơi
khô, đốt, nung ở 700oC thu được tro trấu. Sau đó thêm dung dịch NaOH rồi đun
nóng. Lọc thu được dung dịch. Thêm dung dịch HCl 2M thu được hỗn hợp dạng gel.
Rửa bằng nước cất nhiều lần thu được SiO2.nH2O. Đem sấy ở 100oC sau đó nung ở
500oC thu được SiO2 [21].
1.2. KHÁI QUÁT VỀ GỐM SỨ
Gốm sứ là những sản phẩm mà nguyên liệu ban đầu là cao lanh, đất sét, hoặc
có thể có thêm một số nguyên liệu khác như titanat, ferit,… Những nguyên liệu này
16


được đem nung kết khối ở nhiệt độ cao. Lúc này các phản ứng pha rắn xảy ra tạo
nên sản phẩm có nhiều đặc tính quý như: bền nhiệt, bền hóa, có cường độ cơ học
cao (chịu nén, mài mòn,…). Một số gốm kĩ thuật còn có nhiều tính chất khác như
tính áp điện, tính bán dẫn,…
Sản phẩm gốm sứ được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực: xây dựng, kĩ thuật
điện, điện tử, truyền tin, truyền hình, tự động hóa, kĩ thuật điều khiển, kể cả ngành
du hành vũ trụ,… Nhu cầu sử dụng vật liệu gốm ngày càng nhiều đã thúc đẩy ngành
khoa học vật liệu gốm ngày càng phát triển. Khoa học vật liệu gốm 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 để tạo nên những vật liệu mới
có thành phần pha và những tính chất được dự báo trước.
Vật liệu gốm được phân thành hai loại: gốm truyền thống và gốm kĩ thuật.
1.2.1. Vật liệu gốm sứ
Với nhu cầu sử dụng gốm sứ ngày càng nhiều đã thúc đẩy khoa học nghiên

cứu về vật liệu gốm sứ ngày càng phát triển. Khoa học nghiên cứu về vật liệu gốm
sứ chủ yếu 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 dạng xác định, thành phần 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 này thúc đẩy những biến đổi về mặt
công nghệ, dẫn tới việc sử dụng nguyên liệu tổng hợp, những thiết bị được điều
khiển nghiêm ngặt bởi thông số công nghệ.
Vật liệu ở đây được hiểu là những vật rắn mà con người sử dụng để chế tạo
dụng cụ máy móc, thiết bị, xây dựng công trình,... Dựa vào cấu trúc, tính chất đặc
trưng của vật liệu, người ta phân biệt bốn nhóm vật liệu chính là vật liệu kim loại, vật
liệu vô cơ không kim loại (ceramics), vật liệu hữu cơ (polymer) và vật liệu
composite. Ngoài ra còn có các nhóm phụ nằm trung gian giữa bốn loại trên như vật
liệu bán dẫn, siêu dẫn, silicone và polymer dẫn điện,... Gốm sứ thuộc nhóm vật liệu
vô cơ không kim loại [2].

17


1.2.2. Gốm truyền thống
Gốm truyền thống thường có thành phần chủ yếu là silicat, aluminat,…
thường được sản xuất từ nguyên liệu chủ yếu là đất sét trộn với vài loại khoáng vật
hoặc hóa phẩm khác và được sản xuất theo một qui trình chung như sau:
Chuẩn bị
nguyên
liệu

Trộn

Tạo hình,


phối liệu

sấy khô

Nung
đến kết
khối

Sản phẩm

Hình 1.4. Sơ đồ tổng hợp theo phương pháp gốm truyền thống [14]
Khâu chuẩn bị nguyên liệu: nghiền các khoáng vật rắn (thường là trường
thạch), sa lắng đất sét để lấy cấp hạt mong muốn, đồng thời loại bỏ những tạp chất
làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
Khâu chuẩn bị phối liệu: tính toán thành phần các nguyên liệu đúng theo yêu
cầu sản xuất, nghiền trộn phối liệu thật kĩ để đồng nhất về thành phần hóa học của
toàn khối phối liệu, giúp cho các phản ứng hóa học xảy ra dễ dàng khi nung.
Khâu tạo hình: sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như tạo hình dẻo, tạo
hình theo phương pháp đổ rót, tạo hình theo phương pháp nén ép,…
Sau khi tạo hình xong phải sấy khô để loại bỏ nước tham gia trong giai đoạn
tạo hình, loại bỏ nước hấp phụ, nước cấu trúc và làm cho vật liệu có độ bền cơ học
tương đối để việc sửa chữa mộc và tráng men được dễ dàng.
Giai đoạn quan trọng nhất là nung đến thiêu kết sản phẩm (nung trong không
khí). Giai đoạn này thực hiện phản ứng giữa các pha rắn, kết khối các hạt sản phẩm
rắn và ổn định hình dáng sản phẩm [14].
Với các loại gốm xây dựng, gốm sinh hoạt và đặc biệt là gốm mỹ nghệ, thường
còn thêm giai đoạn tráng men và trang trí màu. Tráng men có tác dụng nâng cao
nhiều tính chất của sản phẩm như: độ bền cơ học, độ bền hóa học, tính cách điện và
tạo cho sản phẩm có vẻ đẹp bên ngoài. Nguyên liệu làm men cũng tương tự nguyên

liệu sản xuất gốm mộc, chỉ khác nhau ở chỗ nguyên liệu làm men phải sạch, ít tạp
chất và chứa nhiều thành phần dễ chảy (Na2O, K2O, CaO,…). Để trang trí cho đồ
gốm còn sử dụng các chất màu (các oxit kim loại chuyển tiếp). Có thể vẽ màu xong
rồi mới phủ một lớp men ở ngoài (màu dưới men), hoặc tráng men xong mới vẽ màu
18


(màu trên men). Sản lượng gốm truyền thống thường rất lớn, gồm nhiều loại khác
nhau như: gốm xây dựng, gốm sinh hoạt, gốm mỹ nghệ, vật liệu chịu lửa,…[13].
1.2.3. Gốm kĩ thuật
Với sự phát triển nhanh chóng của nhiều ngành khoa học và công nghệ mới như
điện tử vô tuyến, kĩ thuật bán dẫn, hàng không, tên lửa, chinh phục vũ trụ,… đòi hỏi
phải có nhiều loại vật liệu có cấu trúc và tính chất đặc biệt. Những yêu cầu đó tạo điều
kiện ra đời một loại gốm mới là gốm kĩ thuật, khác với gốm truyền thống về nhiều mặt.
Nguyên liệu cho gốm kĩ thuật là các chất nguyên chất (có thể là muối đơn, muối
phức, hoặc oxit,…). Sản phẩm của gốm kĩ thuật phần lớn là đơn pha có cấu trúc tinh
thể xác định, hoàn toàn có trật tự hoặc có các khuyết tật theo mong muốn. Gốm kĩ
thuật là các oxit nguyên chất, ferit, titanat, zirconat, cacbua, nitrua, silixua,...
Để sản xuất gốm kĩ thuật phải dùng nhiều phương pháp mới như đúc rót từ
khối dẻo, tạo hình bằng phương pháp phun thủy lực trong pha hơi, phương pháp
xung năng lượng cao (phương pháp nổ), kết tinh từ hệ gel đồng thể, kết tinh từ pha
thủy tinh, sử dụng các phản ứng vận chuyển trong pha khí, phương pháp khử điện
hóa, phương pháp hóa học mềm,… Quá trình thiêu kết gốm kĩ thuật phải thực hiện
trong môi trường đặc biệt (khí quyển trơ, khí quyển oxi hóa hoặc khí quyển khử).
Sản lượng gốm kĩ thuật không lớn, nhưng đòi hỏi chất lượng cao [13].
Gốm sứ là một trong những sản phẩm đã có từ lâu đời và được sử dụng rộng
rãi trong đời sống con người. Có thể nói gốm sứ là loại vật liệu nhân tạo đầu tiên do
con người chế tạo ra và đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của xã hội.
Ngày nay, việc sản xuất đồ gốm rất đa dạng, bao gồm các cách thức như làm
thủ công hay sử dụng những công nghệ tiên tiến trên những dây chuyền tự động

hoàn toàn. Đặc biệt đối với gốm kỹ thuật thì tính chất vật lý của vật liệu là yêu cầu
quan trọng nhất mà quá trình sản xuất phải đạt được.
Nguyên liệu làm ra gốm sứ bao gồm đất sét, cao lanh hoặc có thêm một số
nguyên liệu khác như titanat, ferit,... Khi nung ở nhiệt độ cao, chúng kết khối, lúc
này xảy ra các phản ứng pha rắn tạo ra các sản phẩm có các đặc tính quý như bền
nhiệt, bền hóa, bền điện. Một số loại gốm kỹ thuật còn có các tính chất đặc biệt như
tính áp điện, tính bán dẫn hoặc có độ cứng cao (ngang kim cương). Với các đặc tính
như trên, gốm sứ được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực từ dân dụng cho đến
19


các ngành công nghiệp hiện đại như kỹ thuật điện, điện tử, truyền tin, truyền hình,
tự động hóa, kỹ thuật điều khiển,...[2].
1.3. KHÁI QUÁT VỀ CHẤT MÀU GỐM SỨ
1.3.1. Lý thuyết cơ bản về màu sắc
Chúng ta có thể nhận biết được vật chất tồn tại xung quanh nhờ màu sắc của
chúng. Nhờ khả năng hấp thụ toàn bộ ánh sáng có chọn lọc mà vật có những màu
sắc đặc trưng, cụ thể:
- Nếu ánh sáng trắng chiếu vào vật mà bị khuếch tán hoàn toàn hoặc đi qua
hoàn toàn thì chất đó có màu trắng hoặc không màu.
- Nếu vật hấp thụ hoàn toàn tất cả các tia của ánh sáng trắng thì vật có màu đen.
- Nếu sự hấp thụ chỉ xảy ra ở một khoảng nào đó của vùng khả kiến thì các bức
xạ ở khoảng còn lại sẽ cho ta một màu sắc nào đó.
Bảng 1.2. Màu tia bị hấp thụ và màu tia ló trong vùng khả kiến
Bước sóng của dải

Màu tia bị hấp thụ

Màu tia ló


< 400

Tia tử ngoại

Không màu

400 – 435

Tím

Lục – vàng

435 – 480

Lam

Vàng

480 – 490

Lam – lục nhạt

Cam

490 – 500

Lục – lam nhạt

Đỏ


500 -560

Lục

Đỏ tía

560 – 580

Lục – vàng

Tím

580 – 595

Vàng

Lam

595 – 605

Cam

Lam – lục nhạt

605 – 750

Đỏ

Lục – lam nhạt


> 750

Tia hồng ngoại

Không màu

hấp thụ (nm)

Màu sắc được đặc trưng bởi các yếu tố:
- Sắc (tông màu): tông màu của một chất được biểu thị bởi tông của màu đơn
sắc có bước sóng trội, chỉ sự khác biệt về cảm giác màu của một màu, được biểu thị
bằng các từ chỉ sắc màu như đỏ tía, đỏ cam, xanh tím,...
20


- Độ thuần sắc - độ bão hòa: độ thuần sắc xác định sắc thái trong màu. Các
màu đơn sắc có độ thuần sắc 100%, màu đa sắc chứa màu trội càng lớn càng thuần
sắc, các màu vô sắc có độ thuần sắc kém. Độ bão hòa chỉ sự khác biệt giữa màu của
vật với màu trắng, như vậy các màu quang phổ có độ bão hòa không giống nhau.
Mức độ bão hòa của màu quang phổ:
Vàng < vàng lục < lục < cam < lam < đỏ < chàm < tím.
- Độ chói - độ sáng: độ chói của màu là độ chói của nguồn bức xạ hay độ
chói của vật được chiếu sáng còn độ sáng là thước đo độ cảm thụ màu của cơ quan
thị giác.
Ngoài ra, màu sắc còn được đặc trưng bởi các yếu tố như độ sâu, độ cao màu
và cường độ màu [6].
1.3.2. Nguyên nhân gây ra màu cho khoáng vật
Với các khoáng vật, màu sắc mà chúng có được là kết quả của việc hấp thụ
chọn lọc các tia sáng có bước sóng xác định. Điều này được giải thích bởi trạng thái
tồn tại và sự chuyển dịch của điện tử trong phân tử chất màu. Các quá trình chuyển

dịch điện tử dẫn đến sự hấp thụ bức xạ điện tử bao gồm: sự chuyển mức năng lượng
của electron bên trong nguyên tử hoặc ion kim loại chuyển tiếp, sự chuyển electron
giữa các nguyên tố trong cùng một cấu trúc tinh thể, sự chuyển điện tử do khuyết tật
bên trong cấu trúc tinh thể, sự chuyển mức giữa các dải năng lượng.
1.3.2.1. Sự chuyển electron nội
Trong ion nguyên tố gây màu có chứa các electron thuộc phân lớp d và f. Bình
thường các electron này chuyển động trên những obitan có năng lượng xác định
(gọi là trạng thái cơ bản). Nhưng khi có ánh sáng chiếu vào, các electron này sẽ hấp
thụ năng lượng thích hợp từ (ΔE = 25000 ÷ 14000 cm-1) ứng với một tia nào đó
trong chùm ánh sáng chiếu vào để chuyển lên obitan có mức năng lượng cao hơn
(gọi là trạng thái kích thích) làm cho ánh sáng truyền qua có màu.
Khoáng vật có màu do sự chuyển mức năng lượng của các electron thuộc phân lớp
3d thường xảy ra trong các ion kim loại chuyển tiếp như Ti3+, Mn3+, Cr3+, Fe3+, Co2+,…
Còn với các nguyên tố họ lantanoit màu được tạo ra thông qua sự chuyển mức năng
lượng của các electron 4f như các khoáng: monazite, xenotime, gadolinite,… [10].

21


1.3.2.2. Sự chuyển electron giữa các nguyên tố trong cùng một tinh thể
Sự chuyển electron xảy ra khi các electron dịch chuyển giữa các ion nằm trong
một cấu trúc tinh thể. Sự chuyển electron có thể diễn ra từ kim loại sang phối tử, từ
phối tử sang kim loại hoặc từ kim loại sang kim loại. Về cơ bản, quá trình này được
kích hoạt bởi các tia cực tím có năng lượng cao, nhưng do các dải hấp thụ có thể xuất
hiện trong vùng khả kiến làm cho ánh sáng truyền qua có màu. Sự chuyển electron diễn
ra thuận lợi khi các nguyên tố nằm cạnh nhau trong cùng một cấu trúc tinh thể có khả
năng tồn tại ở nhiều mức oxi hóa khác nhau như: Fe2+ và Fe3+, Mn2+ và Mn3+, Ti3+ và
Ti4+. Sự chuyển electron cũng diễn ra dễ dàng khi có sự mất cân bằng về điện tích do
sự thay thế đồng hình, chẳng hạn như sự thay thế ion Fe2+ và Mg2+ bởi ion Al3+ và Fe3+.
Sự chuyển electron này xảy ra ứng với những kích thích năng lượng nhỏ (ánh sáng

kích thích trong vùng khả kiến) và tạo ra màu trong các khoáng vật.
Một số khoáng vật có màu do sự chuyển electron gồm: augite, biotite, cordierite,
glaucophane và các khoáng amphibole [10].
1.3.2.3. Sự chuyển electron do sự khuyết tật trong mạng lưới tinh thể
Về mặt nhiệt động học mà nói sự hình thành khuyết tật ở một mức độ nào đó
là thuận lợi về mặt năng lượng. Trong mạng lưới tinh thể của các khoáng thường
chứa các khuyết tật mạng, chính các khuyết tật này có khả năng hấp thụ ánh sáng
tạo ra các tâm màu. Có hai loại tâm màu phổ biến: tâm F - electron chiếm các lỗ
trống, tâm F’ - electron chiếm các hốc mạng. Sự chuyển mức năng lượng liên quan
tới việc chuyển electron ở trong các nút mạng và các hốc xuất hiện khá phổ biến
trong tự nhiên. Một số khoáng vật có màu do khuyết tật trong mạng tinh thể hay gặp
là: halite, florite, calcite,…
Các khoáng vật tạo màu trong tự nhiên thường có hàm lượng không cao, lẫn
nhiều tạp chất, thành phần khoáng không ổn định không đáp ứng cho việc sử dụng
làm chất màu gốm sứ. Ngày nay, chất màu cho gốm sứ phải vừa đáp ứng yêu cầu
trang trí, vừa phải có thành phần ổn định, phải chống chịu tốt trước tác động của nhiệt
độ cao cũng như các tác nhân hóa học. Từ những yêu cầu khắt khe đó mà hầu hết
chất màu cho gốm sứ đều phải được điều chế bằng con đường nhân tạo [10].

22


1.3.2.4. Sự chuyển mức các dải năng lượng
Cơ chế tạo màu này liên quan tới các dải màu đậm của các khoáng sulfua,
arsenua và các khoáng chất khác có họ với chúng. Nguồn gốc màu của chúng là do
sự chuyển mức năng lượng từ vùng hóa trị tới vùng dẫn trong tinh thể, các đỉnh hấp
thụ thường nằm trong vùng khả kiến rộng nên chúng có cường độ màu đậm [10].
1.3.3. Chất màu cho gốm sứ
Các chất màu cho gốm sứ phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau đây:
- Phải bền vững với tác động của nhiệt độ cao trong quá trình đưa màu lên sản

phẩm gốm.
- Không bị tác động hòa tan các chất nóng chảy, các loại men và chất chảy.
- Dễ dàng phủ, trang trí lên sản phẩm.
- Có tính kinh tế.
Để có thể đồng thời tuân thủ toàn bộ các yêu cầu nêu trên là rất khó. Yêu cầu
khó nhất là làm sao phải nhận được tông màu cần thiết. Thông thường mỗi một tông
màu chỉ có thể thu nhận được khi phối hợp một số lượng thành phần rất hạn chế.
Các tông màu khác nhau có thể được tạo thành bằng con đường khác nhau
bằng cách lựa chọn các nguyên liệu sử dụng (các oxit, các muối cacbonat,...) hoặc
bằng các phương pháp chuẩn bị các hỗn hợp oxit kim loại, hoặc nhiệt độ nung kết
thúc quá trình,...
Theo đặc tính sử dụng các chất màu gốm sứ được chia thành hai loại: chất
màu trên men (dễ chảy hoặc được gọi là chất màu nhẹ lửa) và chất màu dưới men
(khó chảy hoặc được gọi là chất màu nặng lửa).
Chất màu trên men: sử dụng để trang trí cho các sản phẩm gốm xốp và sứ.
Chúng được phủ một lớp mỏng lên trên bề mặt sản phẩm đã phủ men nung sơ bộ.
Chúng tạo lên trên bề mặt một lớp phim mỏng, gắn chặt với bề mặt xương gốm sứ
khi nung trong lò nung ở nhiệt độ 720oC − 850oC. Các chất màu trên men sau khi
phủ chúng trên men của xương gốm sứ và nung thường có độ bóng rất đẹp và tông
màu rất sáng nhưng về mặt hóa học và cơ học thì chúng kém bền hơn so với chất
màu dưới men. Các chất màu trên màu trên men khá phong phú về chủng loại.

23


Chất màu dưới men: thường được phủ trực tiếp lên các sản phẩm đã nung sơ bộ
hoặc đã sấy khô, sau đó các sản phẩm này được phủ men và chúng được nung cùng
nhau. Nhờ có một lớp men bóng và trong suốt che phủ trên lớp chất màu nên các chất
màu này bám rất chặt trên bề mặt sản phẩm và có màu rất đẹp. Tuy nhiên chủng loại
của chất màu dưới men rất hạn chế, bởi chỉ có rất ít các oxit màu của kim loại chịu

đựng được nhiệt độ cao mà không bị phân hủy. Trong chủng loại các chất màu dưới
men cho gốm xốp nung ở nhiệt độ 1160oC – 1200oC không có được các tông màu rực
rỡ. Còn chủng loại chất màu dưới men cho sứ nung tới nhiệt độ 1400oC cho tới nay
thì chỉ có một số rất ít chất màu. Song các chất màu này với những đặc tính thẩm mỹ
và độ bền vững rất cao đã trở nên rất quý giá, vì vậy phát triển mở rộng chủng loại
gam chất màu dưới men này là một nhiệm vụ quan trọng trong lĩnh vực tổng hợp chất
màu gốm sứ của các nhà khoa học trên thế giới hiện nay.
Màu trộn vào xương gốm: chủ yếu được sử dụng phổ biến cho xương gạch
granite nhân tạo. Bột màu được nghiền trộn chung với phối liệu xương gạch, sau đó
ép tạo hình gạch mộc, trang trí các hiệu ứng bề mặt gạch rồi nung thiêu kết khoảng
1200oC đến 1250oC.
Màu trộn vào men: màu trộn vào men được tạo ra bằng cách đưa trực tiếp một
số hợp chất gây màu hoặc các chất màu tổng hợp bền nhiệt vào men. Đối với loại
màu này, độ mịn của bột màu ảnh hưởng lớn đến độ che phủ màu trong men nên
quyết định đến cường độ phát màu của men và độ đồng đều màu sắc của lớp men
(bên cạnh yếu tố độ trong suốt của men). Bột màu có cỡ hạt càng mịn cho màu
trong men có cường độ màu càng cao. Sự phân bố màu trong men được phân thành
hai cơ chế dựa trên bản chất của chúng như sau:
Sự tạo màu trong men bằng các phân tử màu: các phân tử màu thường được tạo
bởi các oxit kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm. Chẳng hạn như các oxit sắt, coban,
mangan, crom, đồng, niken, vanadi... hòa tan được trong men nóng chảy và tạo màu
men khá phong phú cho sản phẩm gốm mỹ nghệ. Màu men trong trường hợp này rất
dễ bị thay đổi về màu sắc do tương tác hoá học phức tạp của chính các oxit gây màu
với thành phần của men dưới tác động của nhiệt độ nung, môi trường nung, cũng như
sự phụ thuộc vào số phối trí của oxit gây màu tồn tại trong men.

24


Sự tạo màu trong men bằng các chất màu không tan trong men (chất màu bền

nhiệt): chất màu đưa vào men là những chất màu có cấu trúc bền, không bị tan trong
men mà chỉ phân bố trong men để tạo nên màu đục trong men. Các chất màu này có
thể là những chất màu tổng hợp bền nhiệt hoặc các khoáng thiên nhiên bền có màu và
thường được sử dụng phổ biến cho công nghiệp sản xuất gạch ốp lát. Trường hợp này
màu trong men sẽ ổn định hơn, bền hơn với nhiệt độ và các tác nhân hoá học, ánh
sáng, khí quyển,... [19].
Trong các loại chất màu thì chất màu bền nhiệt sử dụng cho gốm sứ chiếm đa
phần, do nhu cầu rất lớn của ngành gạch ốp lát và sứ vệ sinh. Loại màu này thường
được phân thành hai nhóm, nhóm có màu do các ion kim loại chuyển tiếp hoặc đất
hiếm đóng vai trò như là một phần tạo mạng chính của cấu trúc và nhóm thuộc hệ
dung dịch rắn chứa các ion mang màu (dung dịch rắn thay thế hay dung dịch rắn xâm
nhập). Các chất màu thuộc nhóm thứ hai thường được tổng hợp dựa trên cơ sở đưa
một số ion kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm vào mạng lưới tinh thể của chất nền
khi nung ở nhiệt độ cao để tạo ra những khoáng bền, hoặc có thể chỉ là một thành
phần của dung dịch rắn trong cấu trúc khoáng bền đó. Do đó, độ bền của chất màu
phụ thuộc chính vào độ bền của dung dịch rắn hình thành. Cho nên trong công nghiệp
sản xuất chất màu bền nhiệt, người ta thường lựa chọn các pha tinh thể nền bền, phổ
biến nhất là các tinh thể: spinel (AB2O4), zircon (ZrSiO4), willemite (Zn2SiO4) [4],
corundum

(αAl2O3),

mullite

(3Al2O3.2SiO2),

baddeleyite

(ZrO2),


olivine

((Mg,Fe)2SiO4), garnet (3CaO.Al2O3.3SiO2), rutile (TiO2), cassiterit (SnO2)…
Bảng 1.3 cho thấy các oxit tạo màu được dùng chủ yếu trong các chất màu là
hợp chất giữa các oxit: sắt, coban, niken, crom, praseodym, vanadi, antimon,
mangan và titan. Các hợp chất oxit này được đưa vào các mạng lưới tinh thể nền
khác nhau với thành phần tổ hợp các oxit gây màu khác nhau đã tạo nên một loạt
các chất màu có màu sắc rất phong phú và đại diện gần như đầy đủ các tông màu.
Hiện nay, các chất màu bền nhiệt sử dụng cho sản xuất gạch ốp lát thường có nhiệt
độ sử dụng tối đa trong khoảng 1200oC − 1260oC, chỉ có một số ít chất màu sử dụng
đến 1350oC và cỡ hạt bình quân của bột màu khoảng 5 μm [13].

25