Bài giảng Công nghệ vật liệu đại cương: Thủy tinh

1

NỘI DUNG

CHƯƠNG MỘT: TRẠNG THÁI THỦY TINH VÀ

CẤU TRÚC THỦY TINH SILICAT

CHƯƠNG HAI: QTCN SX THỦY TINH

CHƯƠNG BA: GiỚI THIỆU GỐM THỦY TINH

2

TRẠNG THÁI THỦY TINH VÀ CẤU

TRÚC THỦY TINH SILICAT

3

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRẠNG THÁI

THỦY TINH

Chấp nhận một định nghĩa tương đối dễ hiểu:

“Thủy tinh là sản phẩm vô cơ nóng chảy được làm

quá lạnh đến trạng thái rắn mà không kết tinh”

4

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRẠNG THÁI THỦY TINH (tt):

Một vật thể thủy tinh điển hình có các đặc điểm sau:

 1- Có tính đẳng hướng (cấu trúc đồng nhất của trạng thái thủy

tinh).

 2- Khi bị đốt nóng, thủy tinh không có điểm nóng chảy như vật

thể kết tinh mà bị mềm dần, chuyển từ trạng thái dòn sang trạng

thái dẻo có độ nhớt cao và cuối cùng chuyển thành trạng thái

lỏng giọt. Ngoài độ nhớt ra còn có nhiều tính chất khác cũng

thay đổi liên tục như vậy.

 3- Có thể nóng chảy và đóng rắn thuận nghịch

 4- Dự trữ năng lượng của vật thể ở trạng thái thủy tinh cao hơn

trạng thái tinh thể, trong điều kiện nhiệt độ thuận lợi vật thể thể

thường có khuynh hướng chuyển về trạng thái tinh thể.

5

BIEÅU ÑOÀ TÍNH CHAÁT-NHIEÄT ÑOÄ CUÛA

T

Chaûy loûng

Loûng

…………………………..THUÛY TINH

T_f

Khoaûng bieán meàm

Mieàn quaù laïnh

T_nc

T_g

Raén tinh theå

Raén voâ

ñònh hình

10⁸

10¹²

Tính chaát

 (Pa.s)

()

T = T_f- T_g: khoaûng bieán meàm

T_nc: nhieät ñoä noùng chaûy

b)

a)

6

herein under license.

ĐỘ NHỚT VÀ QUÁ TRÌNH TẠO THỦY TINH:

Không phải mọi chất đem làm quá lạnh đều dễ dàng

tạo ra thủy tinh

Những chất lỏng tạo thủy tinh khi làm quá lạnh

thường có độ nhớt tăng nhanh và liên tục (tới

10¹⁴pz) theo chiều giảm nhiệt độ

Những chất lỏng dễ kết tinh, có độ nhớt tăng chậm

khi làm lạnh ở khoảng nhiệt độ trước nhiệt độ kết

tinh

=> độ nhớt của hỗn hợp nóng chảy là yếu tố cơ bản

đặc trưng cho khả năng chuyển thành trạng thái

thủy tinh.

7

ĐỘ NHỚT VÀ QUÁ TRÌNH TẠO THỦY TINH

Chaát

Nhieät ñoä

Ñoä nhôùt

pz

Chaát

Nhieät ñoä

noùng chaûy ⁰C

1710

Ñoä nhôùt

pz

noùng chaûy ⁰C

Na

Fe

H₂O

Al₂O₃

LiCl

98

1535

0

2050

613

0,01

0,07

0,02

0,6

SiO₂

GeO₂

B₂O₃

As₂O₃

BeF₂

10^7.7

10^5.4

10⁵

1150

450

309

540

10⁶

0,02

10⁶

8

Löïc töông taùc vaø vai troø trong caáu

truùc cuûa caùc ion trong thuûy tinh

Ion Baùn kính

Ǻ

F=Z/r

Vai troø trong caáu

truùc

L ực t ư ơng

tác gi ữa các

ph ân t ử

B

0,20

0,34

0,41

0,47

0,53

0,31

0,50

0,68

0,80

75,0

43,2

23,8

22,6

14,2

20,8

12,0

8,7

Ion taïo thuûy tinh

P⁵⁺

Si⁴⁺

As⁵⁺

Ge⁴⁺

Be

Ion trung gian, baûn

thaân khoâng taïo thuûy

tinh nhöng coù theå tham

gia maïng löôùi thuûy tinh

cuøng vôùi caùc ion khaùc

Ion bieán hình, khoâng

taïo thuûy tinh laøm yeáu

caùc lieân keát maïng löôùi

Al²⁺

Ti⁴⁺

Zr⁴⁺

6,3

Mg

Li⁴⁺

Se²⁺

Na⁺

Ba²⁺

K⁺

0,65

0,60

0,99

0,95

0,35

0,33

4,7

2,78

2,04

1,11

1,10

0,37

9

Hình: aûnh höôûng cuûa Na₂O ñeán maïng löôùi thuûy tinh silica.

Na⁺laø ion bieán tính

10

Hình: Biểu đồ

pha Si0₂-Na₂0.

(Additions of

soda (Na₂0) to

silica

dramatically

reduce the

melting

temperature of

silica, by forming

eutectics).

11

PHÂN LOẠITHỦY TINH

Phân loại theo thành phần:

 Thủy tinh đơn nguyên tử: chỉ chứa một nguyên tố

hóa học thuộc nhóm V và VI bảng tuần hoàn như As,

S, Se, Te..

 Thủy tinh oxít: thành phần chính là các oxít tạo

thủy tinh như thủy tinh:

 Silicat: SiO₂.

 borat: B₂O₃.

- germanat GeO₂

 photphát: P₂O₅.

 Thủy tinh Halogen, Khancon, hỗn hợp…

Theo mục đích sử dụng có thủy tinh: dân dụng, bao

bì, xây dựng, mỹ nghệ, phòng thí nghiệm, quang

học, điện …._{CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH}

1 May 2022

12

VD thành phần một số loại thủy tinh

13

CẤU TRÚC CỦA THỦY TINH SILICÁT

Xeùt moät loaïi thuûy tinh ñieån hình laø thuûy tinh silicat.

Toàn taïi raát nhieàu thuyeát khaùc nhau veà caáu truùc thuûy tinh Silicat

Moät thuyeát hoaøn chænh veà caáu truùc thuûy tinh caàn phaûi giaûi thích ñöôïc:

- Khuynh höôùng taïo thuûy tinh cuûa caùc chaát.

- Söï gioáng nhau giöõa haøng loaït caùc tính chaát cuûa thuûy tinh coù

thaønh phaàn khaùc nhau.

- Baûn chaát cuûa söï bieán ñoåi theo nhieät ñoä cuûa thuûy tinh vaø vaán ñeà

toàn taïi “caân baèng noäi” trong thuûy tinh.

Có 3 thuyết chính:

1-Thuyết cấu trúc vi tinh: thủy tinh silicat là tập hợp các vi tinh thể,

chủ yếu là vi tinh thể SiO₂

2- Thuyết cấu trúc polymer: thủy tinh là polymer vô cơ

3-Thuyết cấu trúc liên tục, VĐH của Zachariasen: thủy tinh có cấu

trúc mạng lưới không gian như tinh thể, nhưng không đối xứng và

tuần hoàn.

14

CAÙC NHOÙM TÍNH CHAÁT CUÛA THUÛY TINH

Phaân chia moät caùch gaàn ñuùng :

 Nhoùm caùc tính chaát ñôn giaûn: theå tích mol V; chieát suaát n_D; heä soá

daõn nôû trung bình α; haèng soá ñieän moâi ε; moâñun ñaøn hoài E; nhieät

dung rieâng C; heä soá daãn nhieät λ.

Caùc tính chaát coù quy luaät bieán ñoåi theo thaønh phaàn khoâng phöùc taïp

laém vaø vì theá coù theå tính toaùn ñònh löôïng ñöôïc. Thoâng thöôøng caùc

tính chaát ñoù ñöôïc tính theo quy taéc coäng:

g = g₁₁+ g₂ ₂+...+ g_n _n

Trong ñoù g: tính chaát caàn tính

g_i: tính chaát rieâng phaàn cuûa caáu töû i

γ_i: haøm löôïng cuûa caáu töû i

 Nhoùm caùc tính chaát phöùc taïp: ñoä nhôùt η; ñoä daãn ñieän χ; toác ñoä

khuyeách taùn ion; ñoä toån thaát ñieän moâi tgδ; ñoä beàn hoùa, ñoä thaáu

quang T; ñoä cöùng H; söùc caêng beà maët б; khaû naêng keát tinh…

phuï thuoäc chuû yeáu vaøo noàng ñoä oxit kiềm (χ, tgδ, η, H, ñoä beàn hoùa)

hoaëc vaøo noàng ñoä cuûa moät vaøi caáu töû rieâng bieät naøo ñaáy (G, б, η,

khaû naêng keát tinh).

16

CNSX THỦY TINH

18

THỦY TINH DÂN DỤNG

1 May 2022

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH

19

THỦY TINH BAO BÌ

1 May 2022

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH

20

THỦY TINH XÂY DỰNG

1 May 2022

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH

21

THỦY TINH MỸ NGHỆ

1 May 2022

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH

22

Bài giảng Công nghệ vật liệu đại cương: Thủy tinh - Huỳnh Ngọc Minh