Bài giảng 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 TRẠNG THÁI THỦY TINH VÀ CẤU TRÚC THỦY TINH SILICAT KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRẠNG THÁI THỦY TINH Chấp nhận định nghĩa tương đối dễ hiểu: “Thủy tinh sản phẩm vơ nóng chảy làm q lạnh đến trạng thái rắn mà không kết tinh” KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRẠNG THÁI THỦY TINH (tt): Một vật thể thủy tinh điển hình có đặc điểm sau:  1- Có tính đẳng hướng (cấu trúc đồng trạng thái thủy tinh)  2- Khi bị đốt nóng, thủy tinh khơng có điểm nóng chảy vật thể kết tinh mà bị mềm dần, chuyển từ trạng thái dịn sang trạng thái dẻo có độ nhớt cao cuối chuyển thành trạng thái lỏng giọt Ngồi độ nhớt cịn có nhiều tính chất khác thay đổi liên tục  3- Có thể nóng chảy đóng rắn thuận nghịch  4- Dự trữ lượng vật thể trạng thái thủy tinh cao trạng thái tinh thể, điều kiện nhiệt độ thuận lợi vật thể thể thường có khuynh hướng chuyển trạng thái tinh thể ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc Thomson Learning™ is a trademark used herein under license BIỂU ĐỒ TÍNH CHẤT-NHIỆT ĐỘ CỦA ………………………… THỦY TINH ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc Thomson Learning™ is a trademark used herein under license ĐỘ NHỚT VÀ QUÁ TRÌNH TẠO THỦY TINH: Không phải chất đem làm lạnh dễ dàng tạo thủy tinh Những chất lỏng tạo thủy tinh làm lạnh thường có độ nhớt tăng nhanh liên tục (tới 1014pz) theo chiều giảm nhiệt độ Những chất lỏng dễ kết tinh, có độ nhớt tăng chậm làm lạnh khoảng nhiệt độ trước nhiệt độ kết tinh => độ nhớt hỗn hợp nóng chảy yếu tố đặc trưng cho khả chuyển thành trạng thái thủy tinh ĐỘ NHỚT VÀ QUÁ TRÌNH TẠO THỦY TINH cấu trúc ion thủy tinh ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc Thomson Learning™ is a trademark used herein under license Hình: ảnh hưởng Na2O đến mạng lưới thủy tinh silica Na+ ion biến tính 10 CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH Tạo hình: kéo  Thường dùng sản xuất kính dầy – 6mm  Có phương pháp kéo tấm: kéo ngang kéo đứng Kéo ngang thông dụng July 4, 2022 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 51 CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH Tạo hình: kính pp (“float method”) The float method of forming sheet glass Source: Corning Glass Works •Float glass: fire polished smooth surface  no further polishing/grinding 52 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH Tạo hình: kéo ống  Một ống trụ rỗng samốt đặt nghiêng quay tròn chậm khối thủy tinh lỏng  Thổi khơng khí nén vào ống  Thủy tinh lỏng chảy ống thành lớp đặn dịch chuyển xuống phía đến phận máy kéo July 4, 2022 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 53 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH Tạo hình: kéo sợi  Thủy tinh nóng chảy cho qua hệ thống tạo sợi Pt có lỗ kích thước nhỏ July 4, 2022 CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 54 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH Xử lý nhiệt  Sau tạo hình, nhiệt độ biến đổi khơng vị trí khác làm xuất ứng suất nội Ứng suất vónh viễn ứng suất nảy sinh trình chuyển thủy tinh từ trạng thái dẻo trạng thái dòn, tính linh động thủy tinh biến Ứng suất tạm thời nảy sinh trình tiếp tục làm lạnh thủy tinh trạng thái dòn, thực tế độ linh động thủy tinh không  Ứng suất nội tồn sẽ:  Làm tăng độ giòn  Giảm độ bền cơ, bền nhiệt  Nếu vượt giới hạn (700 KG/cm2) gây nứt vỡ  Do cần phải ủ để khắc phục ứng suất nội July 4, 2022 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 55 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH Xử lý nhiệt: Ủ Ủ trình gia công nhiệt để làm giảm ứng suất nội thủy tinh đến mức độ cho phép đảm bảo làm việc lâu dài bền vững sản phẩm thủy tinh Ứng suất đo đơn vị học (kG /cm2) đơn vị quang học độ lưỡng chiết (m μ/cm) Ứng suất phá hủy thủy tinh vào khoảng 700kG /cm2 hay 2000 mμ/cm Khi ủ tốt sản phẩm thủy tinh khoảng 0,05 ứng suất phá hủy nghóa 35kG /cm2 hay 100 mμ/cm Trong q trình sản xuất, làm nguội thủy tinh xuống nhiệt độ cần ủ, giữ nhiệt thời gian tiếp tục hạ nhiệt độ Thời gian ủ phụ thuộc vào nhiệt độ ủ, từ vài phút đến vài chục July 4, 2022 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 56 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH Xử lý nhiệt: Tơi Khi thủy tinh làm nguội đột ngột tạo ứng suất nén lớp ứng suất kéo lớp phân bố đặn làm tăng độ bền học thủy tinh Bề mặt thủy tinh trạng thái ứng suất nén: làm “đóng” vết xước vết nứt nhỏ Thủy tinh vỡ vụn không tạo thành mảnh sắc: thủy tinh an toàn July 4, 2022 CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 57 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH Xử lý nhiệt: Tơi  Thủy tinh có độ bền nén lớn độ bền kéo, nên thủy tinh có độ bền học lớn thủy tinh ủ  Thủy tinh vỡ tạo thành hạt vụn không sắc cạnh Mãnh vỡ thủy tinh không July 4, 2022 Mãnh vỡ thủy tinh tơi CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 58 GiỚI THIỆU GỐM THỦY TINH 60 61 Gốm thủy tinh (Glass Ceramics) Gốm thủy tinh loại vật thể rắn đa tinh thể nhận cách kết tinh định hướng thủy tinh  Sự kết tinh định hướng thực cách gia công nhiệt cách cẩn thận loại thủy tinh có thành phần thích hợp Nhờ gia công nhiệt khối thủy tinh xuất nhiều mầm kết tinh sau mầm phát triển thành tinh thể  Gốm thủy tinh loại vật liệu có nguồn gốc thủy tinh khác thủy tinh chỗ có cấu trúc tinh thể  Gốm thủy tinh khác vật liệu gốm sứ thông thường tinh thể tạo từ pha thủy tinh đồng thể ban đầu Pha tinh thể gốm thủy tinh có cấu trúc mịn nhiều (số lượng tinh thể đơn vị thể tích lớn, kích thước tinh thể nhỏ) so với gốm thường Những đặc điểm định tính chất thủy tinh 62 Các tính chất đặc biệt đạt gốm thủy tinh  Rất bền hóa chịu sốc nhiệt tốt (HSDNN thấp)  HSDDN cao để tương thích với kim loại  Độ bền cao  Sử dụng nhiệt độ cao  Có tính cảm quang  Hằng số điện môi nhỏ (electronic packaging)  Dielectric-breakdown resistance  Tính tương thích sinh học … 63 Producing a glassceramic: (a) Cooling must be rapid to avoid the start of crystallization Isothermal and continuous cooling curves for lunar glass (b) The rate of nucleation of precipitates is high at low temperatures, whereas the rate of growth of the precipitates is high at higher temperatures (c) A typical heattreatment profile for glass-ceramics fabrication, illustrated here for Li20-Al203-Si02 glasses 65 ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc Thomson Learning™ is a trademark used herein under license [McMillan] Low temperature nucleation step included -> fine grain size Rapid heating to high temperature (875°C) 66 Thermal History Used in Production Melting Ceramization glass-ceramic glass Dr Mark J Davis67 ... THÁI THỦY TINH VÀ CẤU TRÚC THỦY TINH SILICAT CHƯƠNG HAI: QTCN SX THỦY TINH CHƯƠNG BA: GiỚI THIỆU GỐM THỦY TINH TRẠNG THÁI THỦY TINH VÀ CẤU TRÚC THỦY TINH SILICAT KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TRẠNG THÁI THỦY... XUẤT THỦY TINH 19 THỦY TINH BAO BÌ July 4, 2022 CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 20 THỦY TINH XÂY DỰNG July 4, 2022 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 21 THỦY TINH MỸ NGHỆ July 4, 2022 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY... số loại thủy tinh 13 CẤU TRÚC CỦA THỦY TINH SILICÁT Xét loại thủy tinh điển hình thủy tinh silicat Tồn nhiều thuyết khác cấu trúc thủy tinh Silicat Một thuyết hoàn chỉnh cấu trúc thủy tinh cần