Bản chất của men và các khuyết tật thường gặp khi nung gốm tráng men

Về bản chất hoá học, men là một vật chất dạng thuỷ tinh được cấu thành từ các oxyt như SiO ₂, Al ₂O ₃, CaO, MgO, Na ₂O, K ₂O… Men trước khi nung là một hỗn hợp rắn, mịn. Trong quá trình nung men chuyển từ trạng thái rắn sang dẻo quánh, sau đó sang trạng thái biến mềm rồi chảy lỏng. Sự biến đổi trạng thái như vậy tương tự như khi nấu chảy thuỷ tinh. Men không có nhiệt độ chảy nhất định và nhiệt độ chảy của men theo quan niệm thông thường là nhiệt độ mà men đã chảy thành một lớp dàn đều và bóng trên bề mặt sản phẩm. Nhiệt độ chảy dàn đều của men cần phù hợp với khoảng nhiệt độ nung để thu được lớp men bóng láng trên bề mặt sản phẩm sau khi nung.

Bản chất cũng như quá trình hình thành của men tương tự như thủy tinh nhưng ở giai đoạn cuối của quá trình nung, độ nhớt của men phải đủ lớn để men bám chặt vào xương mà không bị trôi khỏi bề mặt của nó.

Trong quá trình nung sản phẩm, giữa xương và men có phản ứng hoá học để tạo ra sản phẩm phản ứng là một lớp vật chất trung gian nằm giữa xương và men. Lớp trung gian có tính chất vật lý dung hoà giữa xương và men. Sự có mặt của nó làm giảm đáng kể ứng suất trong lớp men do chênh lệch về hệ số giãn nở nhiệt giữa xương và men, qua đó làm giảm hiện tượng nứt và bong men. Chiều dày lớp vật chất trung gian đối với các loại men khác nhau thường dao động từ 0,01 đến 0,3 mm.

Bọt khí trong men được hình thành khi nung sản phẩm. Các bọt khí này có thể là các khí thoát ra từ các lỗ xốp trong xương, của nước bốc hơi hoặc là sản phẩm của các phản ứng cháy tạp chất hữu cơ, phản ứng phân huỷ của các chất trong xương và men gốm. Bọt khí tạo nên các miệng phễu tròn kín và hở với kích thước khác nhau trên bề mặt men. Các miệng phễu hở và nhỏ được gọi là lỗ chân kim, còn lớn hơn được gọi là lỗ chân long. Các miệng phễu kín tạo nên cấu trúc sần vỏ trứng, vỏ cam ở bề mặt men. Bọt khí không những làm giảm độ bóng và mỹ quan của men, mà còn làm tăng nguy cơ đọng bân, đọng âm trên bề mặt men.

Sự hình thành các bọt khí trên bề mặt men có thể được mô tả một cách đơn giản hoá như sau:

Ở nhiệt độ cao, không khí nằm ở giữa các hạt rắn trong xương, men cùng với các nguồn khí do cháy tạp hữu cơ và phân huỷ nguyên liệu sẽ toả ra khi men đang chảy. Do độ nhớt của men lúc này khá cao nên khí bị giữ lại và nằm ở dạng lỗ xốp kín trong men.

Khi tăng nhiệt độ nung, độ nhớt của men giảm xuống, các bọt khí tăng thể tích do sự giản nở nhiệt và do các bọt khí nhỏ liên kết lại thành các bọt lớn hơn, chúng dịch chuyển đến gần bề mặt men.

Nếu kết thúc nung ở khoảng nhiệt độ này và bắt đầu thực hiện quá trình làm nguội thì các bọt khí lại co lại về thể tích, nó kéo màng men mỏng bên trên xuống dẫn đến việc hình thành các miệng phễu kín nằm bên trên bọt khí. Nhìn bề mặt lớp men trong trường hợp này có dạng sần vỏ trứng, vỏ cam và độ bóng lớp men bị giảm đi. Các miệng phễu nằm trên bọt khí thường có kích thước 25 - 40 mm hoặc lớn hơn và có thể thấy được bằng mắt thường.

Nếu tiếp tục tăng cao nhiệt độ nung thì độ nhớt của men càng giảm và kích thước bọt càng tăng lên. Bọt di chuyển thuận lợi qua lớp men ít nhớt để thoát ra ngoài. Tại bề mặt men, bọt bị vỡ ra và để lại các miệng phễu khuyết men. Khi đó, nếu độ linh động của lớp men không đủ cao thì tốc độ dàn men từ các vị trí xung quanh vào vị trí khuyết men chậm, dẫn đến nhiều miệng phễu không được lấp đầy men khi làm nguội, tạo thành các miệng phễu hở với kích thước lớn nhỏ khác nhau gọi là các lỗ chân lông, chân kim.

Trạng thái bọt khí thoát ra khỏi bề mặt men gọi là trạng thái sôi men và nhiệt độ tương ứng là nhiệt độ sôi men. Giai đoạn này nếu tiến hành lưu nhiệt độ đủ lâu, thậm chí có thể tăng nhiệt độ nung sản phẩm lên một ít thì các miệng phễu đã hình thành sẽ được hàn lại nhanh chóng và bề mặt men được bóng láng hơn.

Cuốn men là hiện tượng trên bề mặt sản phẩm có những vùng trống với hình dạng, kích thước khác nhau không được phủ men. Men ở rìa các vùng trống thường nhô lên và dày hơn.

Cuốn men xuất phát từ vết nứt men hoặc từ vị trí tróc men ở vùng nhiệt độ thấp do men liên kết yếu với xương. Khi men chảy, do độ nhớt, sức căng bề mặt của men cao cũng như độ thấm ướt của men không tốt nên các khe nứt, điểm tróc men không những không được hàn lại mà còn bị kéo rộng ra và để lại các vùng khuyết men. Nếu độ nhớt, sức căng bề mặt của men giảm xuống, độ thấm ướt của xương bởi men tốt hơn thì các vết nứt, vết tróc men có thể được hàn lại hoàn toàn hoặc một phần.

Các nguyên nhân gây nên phá huỷ cấu trúc lớp men ở vùng nhiệt độ thấp có ảnh hưởng quyết định đến hiện tượng cuốn men. Nếu bề mặt men không hình thành các vết nứt, vết tróc thì rất khó xảy ra hiện tượng cuốn men. Bề mặt của xương bị bẩn như đọng bụi, dính vết dầu mỡ làm cho men khó bám vào xương cũng như là một trong các nguyên nhân gây nên hiện tượng cuốn men.

Có thể tăng độ bám dính của men vào xương để men không bị tróc ra ở vùng nhiệt độ thấp bằng cách đưa vào men các chất liên kết như đất sét dẻo và các loại keo hữu cơ. Sét bentonit đưa vào men với lượng 1 - 3% làm tăng đáng kể độ bền của lớp men cũng như độ bám dính của men vào xương. Tuy nhiên, đưa một lượng lớn sét dẻo vào men lại có thể gây nên các vết nứt, vết tróc ở lớp men khi sấy hoặc nung ở nhiệt độ thấp.