bài giảng công nghệ sản xuất thủy tinh

11 TH Y TINHỦ 2 TRẠNG THÁI THỦY TINH: VẬT CHẤT KHÍ LỎNG RẮN KHÍ THƯỜNG KHÍ ION HÓA (PLASMA) LỎNG THƯỜNG LỎNG KẾT TINH RẮN TINH THỂ RẮN VĐH Th Th ủ ủ y tinh l y tinh l à à v v ậ ậ t th t th ể ể r r ắ ắ n n v v ô ô c c ơ ơ v v ô ô nh hđị nh hđị ì ì nh nh 3 TRẠNG THÁI THỦY TINH Th y tinh là s n ph m ủ ả ẩ Th y tinh là s n ph m ủ ả ẩ vô c nóng ch y ơ ả vô c nóng ch y ơ ả c làm đượ c làm đượ quá quá l nh ạ l nh ạ n tr ng thái r n mà đế ạ ắ n tr ng thái r n mà đế ạ ắ không k t tinhế không k t tinhế 4 Các đặc điểm 1- Coù tính ñaúng höôùng 1- Coù tính ñaúng höôùng  2- Kh 2- Kh ông có nhi t nóng ch y xác nhệ độ ả đị ông có nhi t nóng ch y xác nhệ độ ả đị  3- C 3- C ó th nóng ch y và óng r n thu n ể ả đ ắ ậ ó th nóng ch y và óng r n thu n ể ả đ ắ ậ ngh chị ngh chị 4- D tr n ng l ng c a v t th ự ữ ă ượ ủ ậ ể ở 4- D tr n ng l ng c a v t th ự ữ ă ượ ủ ậ ể ở tr ng thái th y tinh cao h n tr ng thái ạ ủ ơ ạ tr ng thái th y tinh cao h n tr ng thái ạ ủ ơ ạ tinh th .ể tinh th .ể 5 PHÂN LOẠI CÁC THỦY TINH VƠ CƠ 1. 1. THU TINH N NGUN T :Ỷ ĐƠ Ử THU TINH N NGUN T :Ỷ ĐƠ Ử  Là thủy tinh chỉ chứa có một nguyên tố hóa Là thủy tinh chỉ chứa có một nguyên tố hóa học. học.  Các nguyên tố tạo thủy tinh nằm trong nhóm V Các nguyên tố tạo thủy tinh nằm trong nhóm V và VI của bảng tuần hoàn. và VI của bảng tuần hoàn.  Người ta đã tạo được thủy tinh lưu huỳnh, thủy Người ta đã tạo được thủy tinh lưu huỳnh, thủy tinh selen, thủy tinh asen, thủy tinh photpho. tinh selen, thủy tinh asen, thủy tinh photpho. 6 2. TH Y TINH OXIT:Ủ 2. TH Y TINH OXIT:Ủ Nh Nh i u oxit là c u t ch y u trong thành ph n th y ề ấ ử ủ ế ầ ủ i u oxit là c u t ch y u trong thành ph n th y ề ấ ử ủ ế ầ ủ tinh: B tinh: B 2 2 O O 3 3 , SiO , SiO 2 2 , GeO , GeO 2 2 , P , P 2 2 O O 5 5 Nhiều oxit chỉ có thể tạo thành thủy tinh trong điều Nhiều oxit chỉ có thể tạo thành thủy tinh trong điều kiện làm lạnh thật nhanh, các mẫu thật nhỏ kiện làm lạnh thật nhanh, các mẫu thật nhỏ (As (As 2 2 O O 3 3 , Sb , Sb 2 2 O O 3 3 , TeO , TeO 2 2 , V , V 2 2 O O 5 5 ) ) có những oxit liên hợp với những cấu tử khac (Al có những oxit liên hợp với những cấu tử khac (Al 2 2 O O 3 3 , , Ga Ga 2 2 O O 3 3 , Bi , Bi 2 2 O O 3 3 , TiO , TiO 2 2 , MoO , MoO 3 3 , WO , WO 3 3 ). ). Thực tế, có nhiều thủy tinh chứa Thực tế, có nhiều thủy tinh chứa đồng thời hai hoặc đồng thời hai hoặc ba oxit tạo thủy tinh. ba oxit tạo thủy tinh. 7 3- 3- Thủy tinh Halogen Thủy tinh Halogen G m: BeFồ G m: BeFồ 2 2 và ZnCl và ZnCl 2 2 4- 4- Thủy tinh Khancon Thủy tinh Khancon : : Các thủy tinh tạo ra trên cơ sở các hệ As-S, Các thủy tinh tạo ra trên cơ sở các hệ As-S, As-Se, P-Se, và Ge-Se. As-Se, P-Se, và Ge-Se. 5- 5- Thủy tinh hỗn hợp Thủy tinh hỗn hợp Loại thủy tinh được tổng hợp từ hỗn hợp các hợp Loại thủy tinh được tổng hợp từ hỗn hợp các hợp chất có khả năng tạo thủy tinh có dạng khác chất có khả năng tạo thủy tinh có dạng khác nhau, ví dụ: thủy tinh oxit- halogen; oxit- nhau, ví dụ: thủy tinh oxit- halogen; oxit- khancon; khancon- halogen…. khancon; khancon- halogen…. Các loại thủy tinh 8 9 CẤU TRÚC CỦA THỦY TINH C C ó 4 thuy t chính:ế ó 4 thuy t chính:ế 1-Thuy t c u trúc vi tinh c a Lêbê épế ấ ủ đ 1-Thuy t c u trúc vi tinh c a Lêbê épế ấ ủ đ 2-Thuy t c u trúc nhóm ế ấ 2-Thuy t c u trúc nhóm ế ấ 3- Thuy t c u trúc polymerế ấ 3- Thuy t c u trúc polymerế ấ 4-Thuy t c u trúc liên t c, V H c a ế ấ ụ Đ ủ 4-Thuy t c u trúc liên t c, V H c a ế ấ ụ Đ ủ Zachariasen Zachariasen 10 Gi thuy t c a Lêbê ép ả ế ủ đ Gi thuy t c a Lêbê ép ả ế ủ đ “ “ Thủy tinh silicat là tập hợp của các tinh thể có Thủy tinh silicat là tập hợp của các tinh thể có độ phân tán cao (vi tinh thể) trong đó chủ yếu là độ phân tán cao (vi tinh thể) trong đó chủ yếu là các vi tinh thể thạch anh”. các vi tinh thể thạch anh”. Gi thuy t c u trúc nhóm:ả ế ấ Gi thuy t c u trúc nhóm:ả ế ấ Thủy tinh không Thủy tinh không phải là một hệ hoàn toàn đồng nhất phải là một hệ hoàn toàn đồng nhất . . M M à g m nh ng h vi d th v i nhau.ồ ữ ệ ị ể ớ à g m nh ng h vi d th v i nhau.ồ ữ ệ ị ể ớ [...]... Theory) của Zachariasen: Thủy tinh có cấu trúc mạng ngẫu nhiên liên tục 17 Thủy tinh và tinh thể có cùng các đơn vị cấu trúc (building blocks) (các đa diện liên kết) nhưng có kiểu sắp xếp khác nhau: thủy tinh có sự phân bố rộng hơn các góc liên kết Zachariasen thấy rằng các ngun tắc và các kiểu của hố học tinh thể cũng áp dụng được cho thủy tinh 18 NHIỆT ĐỘNG HỌC Q TRÌNH TẠO THỦY TINH   Q trình xảy ra... phối trí nhỏ) tạo thủy tinh Các oxit có bán kính cation lớn, hóa trị nhỏ (MgO, CaO,… Li2O, Na2O,…) khơng tạo thủy tinh ĐỘ NHỚT VÀ Q TRÌNH TẠO THỦY TINH (tt): 13 Lực tương tác và vai trò trong cấu trúc của các ion trong thủy tinh 14 ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license Hình: ảnh hưởng của Na2O đến mạng lưới thủy tinh silica Na+... bảo quản phối liệu là các yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến độ đồng nhất của phối liệu • 32 II NẤU THỦY TINH 33 CÁC GIAI ĐOẠN CƠ BẢN CỦA Q TRÌNH NẤU THỦY TINH • Q trình nấu thủy tinh có thể chia ra làm năm giai đoạn khác nhau: tạo silicat, tạo thủy tinh, khử bọt, đồng nhất và làm lạnh • Trong lò nấu thủy tinh gián đoạn, các q trình xảy ra theo thứ tự thời gian Trong lò liên tục, các q trình đó xảy ra... nghệ như khử bọt, khử màu, nhuộm màu, làm đục thủy tinh hoặc rút ngắn quá trình nấu… • 22 NHÓM NGUYÊN LIỆU CHÍNH 1- Nguyên liệu cung cấp oxit axit a- Nguyên liệu cung cấp SiO2 (Cát thạch anh) SiO2 là thành phần chủ yếu của đa số các thủy tinh công nghiệp (55 –75%) SiO2 là oxit tạo thủy tinh b- Nguyên liệu cung cấp oxit Bor B2O3 là oxit có khả năng tạo thủy tinh * Axit boric H3BO3 * Borax: Na2B4O7.10H2O... cấp oxit kẽm ZnO Thường đưa vào thủy tinh trực tiếp ở dạng oxit ZnO còn dùng làm chất gây đục 27 NHÓM NGUYÊN LIỆU PHỤ 1- Chất nhuộm màu a- Các chất nhuộm màu phân tử Thường là các hợp chất của mangan (tím), coban (xanh), crom (lục vàng), niken (khói, tím đỏ), sắt (Fe2O3 làm cho thủy tinh có màu từ vàng đến hung, FeO làm cho thủy tinh có màu lục xanh, Fe3O4 nhuộm thủy tinh thành màu lục), đồng (hóa trò... ẩm lớn hơn 4,5%) c- Sàng cát (81 lỗ trên 1 cm2) 30 GIA CÔNG NGUYÊN LIỆU 2- Gia công nguyên liệu dạng cục (đá vôi, đôlômit, tràng thạch) đập –sấy –nghiền mòn –sàng phân ly –khử từ 3- Gia công sôđa 4- Gia công sunfat natri Sunfat natri rất háo nước nên độ ẩm có khi lên đến 40 –50%, vì thế phải sấy rồi mới nghiền và sàng được 5- Gia công mảnh thủy tinh 31 PHỐI LIỆU Phối liệu là hỗn hợp đồng nhất của các... kết tinh và sự tạo thành thủy tinh Quy trình cơ bản Nguyên liệu thô (chính, phụ) Gia công nguyên liệu Cân Phối liệu Cân nhập liệu vào lò Nấu Tạo hình Xử lý nhiệt Kiểm tra Thành phẩm 20 I NGUYÊN LIỆU VÀ PHỐI LIỆU 21 PHÂN NHÓM NGUYÊN LIỆU • Nhóm nguyên liệu chính là những thành phần cơ bản để tạo ra các loại thủy tinh • Nhóm nguyên liệu phụ gồm các hợp chất hóa học được sử dụng để cải thiện tính cong nghệ. .. cao lanh, nhephelin… Oxit nhôm kỹ thuật (>99% Al2O3) hoặc hydro oxit P2O5 (làm đục thủy tinh và làm thủy tinh photphat), TiO2 (làm tăng tính chất điện và chiết suất…), ZrO2 (làm tăng độ bền hóa, tăng chiết suất, giảm hệ số dãn nở nhiệt, tăng nhiệt độ chảy mềm…), GeO2 (tăng độ thấu quang, để chế tạo một số loại thủy tinh cao cấp đặc biệt) TeO2 (tăng khả năng cho quang phổ hồng ngoại…) 24 NHÓM NGUYÊN... thuyết cấu trúc polymer Thủy tinh là polymer vô cơ  Tương tự các polyme, hai nhóm tính chất : -Nhóm t/c phụ thuộc mạch polymer: độ dài và độ bền vững của cấu trúc sợi, tính lưỡng chiết, không có điểm nóng chảy cố đònh, khi chảy tạo hỗn hợp lỏng có độ nhớt cao -Nhóm t/c phụ thuộc ion biến tính: tính dẫn điện, độ bền hóa và độ bền cơ  11 Các yếu tố ảnh hưởng     Oxit tạo thủy tinh: SiO2, B2O3, GeO2,... (0,08%) thực chất lại là đưa vào thủy tinh một chất nhuộm màu khác, có khả năng tạo ra màu phụ với màu do sắt gây ra 28 NHÓM NGUYÊN LIỆU PHỤ 3- Chất oxy hóa và chất khử Các chất oxy hóa thường dùng là các muối nitrat, hợp chất asenic, peoxit mangan và các chất khác Những Chất khử cacbon (mạt cưa, than đá, than cốc…) tactrat kaliaxit và hợp chất thiếc 4- Chất gây đục Thủy tinh đục (không trong suốt) có . được thủy tinh lưu huỳnh, thủy Người ta đã tạo được thủy tinh lưu huỳnh, thủy tinh selen, thủy tinh asen, thủy tinh photpho. tinh selen, thủy tinh asen, thủy tinh photpho. 6 2. TH Y TINH. có nhiều thủy tinh chứa Thực tế, có nhiều thủy tinh chứa đồng thời hai hoặc đồng thời hai hoặc ba oxit tạo thủy tinh. ba oxit tạo thủy tinh. 7 3- 3- Thủy tinh Halogen Thủy tinh Halogen . Ge-Se. 5- 5- Thủy tinh hỗn hợp Thủy tinh hỗn hợp Loại thủy tinh được tổng hợp từ hỗn hợp các hợp Loại thủy tinh được tổng hợp từ hỗn hợp các hợp chất có khả năng tạo thủy tinh có dạng khác