bài giảng phần thủy tinh

Thủy tinh Kĩ thuật điện Công nghiệp Hóa Xây dựng Vai trò Quang học Y học Đồ gia dụng Thủy tinh Khái niệm - Chú ý đến phương pháp điều chế: Vật liệu thủy tinh vật liệu thu cách làm lạnh nhanh hỗn hợp nóng chảy mà không gây mầm kết tinh, làm cho độ nhớt tăng lên cách liên tục, cuối thu chất rắn cấu trúc tinh thể - Chú ý đến cấu trúc: Vật liệu thủy tinh chất rắn vô định hình trật tự xa, phân bố nguyên tử chu kì - Vật liệu thủy tinh có nhiều dạng khác có ý nghĩa quan trọng thực tế thủy tinh borat silicat Thủy tinh Phân loại - Thủy tinh vô • Thủy tinh đơn nguyên tử • Thủy tinh oxit • Thủy tinh halogen • Thủy tinh khancon • Thủy tinh hỗn hợp - Thủy tinh hữu - Gốm thủy tinh Thủy tinh Thủy tinh đơn nguyên tử Đó loại thủy tinh chứa có loại nguyên tố hóa học Đó nguyên tố thuộc nhóm 5,6 bảng hệ thống tuần hoàn như: S, Se, As P Để thu thủy tinh đơn nguyên tử, người ta tiến hành làm lạnh nhanh chất nóng chảy Ví dụ: • Để có thủy tinh từ lưu huỳnh ta làm lạnh nhanh lưu huỳnh nóng chảy: Làm lạnh đến nhiệt độ phòng sản phẩm giống cao su suốt không tan H S; đến -11 C đông cứng có chiết suất 1,998 • Selen nóng chảy điều kiện làm lạnh nhanh cho thủy tinh sẫm màu có chiết suất n=2,92 Thủy tinh Thủy tinh oxit - Đó thủy tinh từ oxit oxit Chúng chia thành lớp Trong lớp lại gồm nhiều nhóm Để xác định lớp thủy tinh người ta ý đến oxit tạo thủy tinh oxit đưa vào thành phần thủy tinh với tư cách cấu tử chủ yếu Đó oxit Al 2O3, B2O3, GeO2, P2O5 Ngoài tính đến oxit tạo thành thủy tinh điều kiện làm lạnh thật nhanh mẫu nhỏ như: As 2O3, Sb2O3, TeO2, V2O5 oxit khả tạo thủy tinh liên hợp với cấu tử định khả tạo thủy tinh tăng lên như: Al2O3, Ga2O3, Bi2O3, TiO2, MoO3 , WO3 Do ta có lớp thủy tinh: Silicat, borat, germanat, telurit, aluminat… Thủy tinh Thủy tinh halogen Hai halogenua có khả tạo thủy tinh BeF ZnCl 2 Trên sở BeF tạo nhiều loại thủy tinh Fluorit Thủy tinh Berifluorit bền đáng kể tác dụng xạ cứng cực tím, rơngen, gama Bền chất ăn mòn mạnh HF, F , cho qua tốt tia rìa quang phổ Chiết suất thấp so với chiết suất loại thủy tinh khác xấp xỉ chiết suất nước ~ 1,33 Thủy tinh Berifluorit dẫn điện -7 Từ Cl đưa đến trạng thái thủy tinh hợp chất ZnCl hệ số giãn nở nhiệt cao (323.10 ) Thủy tinh Thủy tinh khancon Đó loại thủy tinh từ hợp chất lưu huỳnh, selen telur Các sulfid có khả tạo thủy tinh : GeS , As S 2 Các selenid có khả tạo thủy tinh : As Se , GeSe , P Se 2 Chuyển telurit vào trạng thái thủy tinh khó, thường kết hợp với selenid sulfid Tất thủy tinh khancon không suốt nhanh chóng kết tinh, muốn đạt trạng thái thủy tinh phải làm lạnh thật nhanh, khoảng 200 C /giây chúng dễ nóng chảy Thủy tinh khancon thể độ dẫn điện chất bán dẫn nên dùng lĩnh vực bán dẫn Thủy tinh Thủy tinh hỗn hợp Đi từ hỗn hợp chất có khả tạo thủy tinh: • Oxit – halogen : PbO- ZnF2 –TeO2 ; ZnCl2- TeO2 • Oxit – khancon : Sb2O3 – As2S3 ; As2S3 – As2O3 – MemOn ( MemOn : Sb2O3, PbO, CuO) • Halogen – Khancon: As – S –Cl; As – S – Br; As – S – I ; As – Te – I; As - S -Cl –Br –I Thủy tinh kim loại • điều kiện định, kim loại tạo thành dạng thủy tinh, sở hữu tính chất đặc biệt Thủy tinh kim loại bền gấp lần thép công nghiệp tốt đàn hồi gấp 10 lần, chúng tan chảy nhiệt độ thấp đúc khuôn dễ dàng không chất dẻo • Hầu hết kim loại kết tinh khi chúng nguội, trình xếp nguyên tử chúng thành mẫu không gian đặn gọi ô mạng Nhưng trình kết tinh không xảy ra, nguyên tử thiết lập vị trí gần nhẫu nhiên, trạng thái cuối trạng thái rắn gọi thủy tinh kim loại • Để điều chế thủy tinh kim loại, làm chậm trình kết tinh hỗn hợp kim loại xác định, kết hợp với việc làm nguội với tốc độ cực nhanh ( 1triệu độ/giây) Thủy tinh Tính chất Độ nhớt Độ nhớt chất lỏng biểu khả chống lại dịch chuyển tương đối phần tử chất lỏng 2 Đặc điểm hệ tạo thủy tinh có độ nhớt lớn Ở nhiệt độ nấu cao độ nhớt thủy tinh vào khoảng 10 poise (10 P) tức 10.000 lần lớn độ nhớt nước 20 C ( 0,01p) Độ bền hóa học Độ bền hóa thủy tinh khả chịu đựng tác dụng tác nhân hóa học nước, axit , kiềm… Loại thủy tinh bền hóa thủy tinh thạch anh bền thủy tinh lỏng Thủy tinh Độ bền hóa học Quá trình phá hủy thủy tinh trình phức tạp Có thể chia làm loại: Hòa tan xâm thực - Quá trình hòa tan: Khi toàn thành phần thủy tinh bị phá hủy ( bị hòa tan hoàn toàn) Ví dụ: Tác dụng HF hay kiềm đậm đặc lên thủy tinh - Quá trình xâm thực: Chỉ phận thủy tinh bị hòa tan lại bề mặt lớp gel oxit silic Quá trình xảy thủy tinh tiếp xúc với nước, axit kiềm loãng Thủy tinh Tính chất học thủy tinh • Mật độ thủy tinh phụ thuộc vào thành phần Dao động từ 2,2 – 6,5 g/cm3 Nặng thủy tinh chứa nhiều oxit chì • Thủy tinh khác có độ bền nén, kéo, uốn khác dao động khoảng rộng • Độ bền nén dao động từ 3000-12000kG/cm2 • Độ bền kéo uốn xấp xỉ nhau, thường nhỏ bền nén khoảng 10-15 lần • Độ chịu va đập thủy tinh kém, biểu tính chất đặc trưng tính giòn • Độ cứng thủy tinh dao động từ 5-7 theo thang Mohs Thủy tinh Tính chất nhiệt thủy tinh Thủy tinh loại vật liệu dẫn nhiệt kém, nguyên nhân gây ứng suất phá hủy thủy tinh đốt nóng hay làm lạnh đột ngột Tính chất điện thủy tinh Ở nhiệt độ thấp thủy tinh không dẫn điện sử dụng làm vật liệu cách điện Ở nhiệt độ nóng chảy thủy tinh dẫn điện tốt dẫn điện ion Độ dẫn điện thủy tinh phụ thuộc vào thành phần hóa học nhiệt độ Thủy tinh Tính chất quang học thủy tinh Là vật liệu suốt nên thủy tinh dùng chiếu sáng làm linh kiện quang học Chiết suất tỷ lệ thuận với mật độ thủy tinh, thủy tinh nặng chiết suất lớn Chiết suất thủy tinh phụ thuộc vào trình gia công nhiệt làm lạnh thủy tinh Thủy tinh Sản xuất thủy tinh Nguyên liệu - Nguyên liệu chính: gồm hợp chất thiên nhiên nhân tạo có khả cung cấp cho thủy tinh oxit kiềm, kiềm thổ, oxit axit - Nhóm nguyên liệu phụ: gồm hợp chất hóa học cho vào thủy tinh với mục đích tạo cho thủy tinh tính chất đặc trưng hay tạo điều kiện cần thiết cho công nghệ chất nhuộm màu, chất gây đục, chất khử bọt … Thủy tinh Nhóm nguyên liệu Nguyên liệu cung cấp SiO2 SiO2 oxit tạo thủy tinh, thành phần chủ yếu đa số thủy tinh công nghiệp thông thường Nó tăng cường độ bền cơ, bền nhiệt, bền hóa cho thủy tinh Thủy tinh công nghiệp thông thường chứa từ 50-80% SiO2 Trong thiên nhiên thường gặp SiO2 dạng tinh thể cát thạch anh, quăczit , pha lê thiên nhiên; dạng vô định opan(SiO 2.nH2O), trê pen, điatomit Để nấu thủy tinh người ta sử dụng cát thạch anh Thủy tinh Nhóm nguyên liệu Nguyên liệu cung cấp B O B2O3 oxit tạo thủy tinh, đưa vào thay Na2O làm tăng độ bền cơ, bền nhiệt, bền hóa thủy tinh Ở nhiệt độ cao B2O3 làm giảm sức căng bề mặt độ nhớt thuận lợi cho trình khử bọt B2O3 dùng với mục đích: - B2O3 thành phần thủy tinh Đó loại thủy tinh borosilicat làm thiết bị chịu nhiệt, dụng cụ quang học - B2O3 chất tăng nhanh trình nấu Thường dùng ~ 1% Thủy tinh Nhóm nguyên liệu Nguyên liệu cung cấp Al O Al O có ảnh hưởng định đến nhiều tính chất thủy tinh: - Giảm vận tốc khả kết tinh - Có ảnh hưởng thuận lợi đến biến thiên độ nhớt theo nhiệt độ - Tăng độ bền bền hóa - Với lượng nhỏ(≤5%) làm cho trình nấu thuận lợi Nguyên liệu hay dùng trường thạch Để sản xuất thủy tinh alumosilicat, alumoborosilicat sản phẩm thủy tinh khác có hàm lượng Al O lớn 5% người ta dùng ôxyt nhôm kỹ thuật ( >99% Al O ) hydrat nhôm 3 Al O 3H O Thủy tinh Nhóm nguyên liệu Nguyên liệu cung cấp Na O Cùng với SiO , Na O thành phần quan trọng thủy tinh công nghiệp 2 Tác dụng quan trọng Na2O hạ thấp nhiệt độ nấu, tăng tốc độ hòa tan hạt cát, tăng tốc độ khử bọt hạ thấp độ nhớt thủy tinh Nguyên liệu chủ yếu cung cấp Na2O sô đa sulfat natri Thủy tinh Nhóm nguyên liệu Nguyên liệu cung cấp K O Tác dụng K O giống Na O tốt 2 K O làm giảm khả kết tinh thủy tinh , làm cho thủy tinh ánh sắc thái đẹp K O dùng để sản xuất loại thủy tinh cao cấp thủy tinh quang học, thủy tinh màu pha lê Nguyên liệu cung cấp K O chủ yếu pôtat khan K CO chứa 68,2%K O 31,8%CO 2 2 Thủy tinh Nhóm nguyên liệu Nguyên liệu cung cấp Li O Li O cho vào phối liệu dạng cacbonat Li CO ( nóng chảy 618 C) khoáng thiên nhiên chủ yếu lepidolit 2 LiF.KF.Al O 3SiO spôdumen Li O.Al O 4SiO 2 Li O dùng sản xuất thủy tinh quang học, thủy tinh mờ đặc biệt vật liệu đa tinh thể Li O làm tăng nhanh trình nấu, tạo pha lỏng sớm hạ nhiệt độ nấu thủy tinh Li O làm giảm độ nhớt, tăng độ bền hóa, giảm hệ số giãn nở nhiệt thủy tinh Thủy tinh Nguyên liệu cung cấp CaO CaO giúp cho trình nấu khử bọt thêm dễ, làm cho thủy tinh chịu tác dụng hóa học CaO nhiều làm cho thủy tinh dễ kết tinh, giòn CaO đưa vào thủy tinh dạng đá vôi đá phấn Nguyên liệu cung cấp BaO BaO làm thủy tinh ánh đẹp, tăng trọng lượng riêng, tăng chiết suất BaO dùng sản xuất thủy tinh có tính điện môi cao, thủy tinh bát đĩa cao cấp BaO rút ngắn trình nấu (với hàm lượng 0,2 – 0,5%) Nguyên liệu cung cấp BaO chủ yếu BaCO3 Thủy tinh Nguyên liệu cung cấp PbO Thủy tinh chì dễ nấu, dễ khử bọt Các sản phẩm thủy tinh chứa chì có trọng lượng riêng lớn, chiết suất cao, ánh đẹp, dễ mài đánh nhẵn bền hóa gây độc cho người nấu PbO dùng để sản xuất thủy tinh quang học, thủy tinh pha lê, thủy tinh bát đĩa cao cấp, ngọc thạch nhân tạo Pb3O4 sử dụng rộng rãi PbO Pb3O4 không lãn chì kim loại Thủy tinh Nhóm nguyên liệu phụ • Chất nhuộm màu - Chất nhuộm màu ion - Chất nhuộm màu phân tử - Chất nhuộm màu khuyếch tán keo • Chất khử màu - Khử màu hóa học - Khử màu vật lý • Chất khử bọt • Chất gây đục • Chất rút ngắn trình nấu Thủy tinh Quá trình nấu thủy tinh Quá trình nấu thủy tinh chia làm giai đoạn : Tạo silicat, tạo thủy tinh, khử bọt, đồng làm lạnh Thủy tinh [...]... Ở nhiệt độ nóng chảy thủy tinh dẫn điện rất tốt và dẫn điện bằng ion Độ dẫn điện của thủy tinh phụ thuộc vào thành phần hóa học và nhiệt độ Thủy tinh Tính chất quang học của thủy tinh Là vật liệu trong suốt nên thủy tinh dùng trong chiếu sáng và làm các linh kiện quang học Chiết suất tỷ lệ thuận với mật độ thủy tinh, thủy tinh càng nặng chiết suất càng lớn Chiết suất của thủy tinh còn phụ thuộc vào... 3+ , Ca 2+ Do đó thủy tinh thủy tinh giàu Al O và CaO 2 3 như thủy tinh bao bì, thủy tinh sợi bền nước nhưng kếm bền axit Axit HF thuộc trường hợp đặc biệt Khi tiếp xúc với thủy tinh nó phá hủy liên kết Si-O-Si tạo SiF , H SiF bay hơi Do đó nó hòa tan thủy tinh hoàn toàn và được sử dụng để ăn mòn thủy tinh Axit H PO ở 4 2 6 3 4 0 nhiệt độ lớn hơn 100 C có tác dụng như HF Thủy tinh Độ bền hóa học... chịu va đập của thủy tinh kém, biểu hiện một tính chất rất đặc trưng của nó là tính giòn • Độ cứng của thủy tinh dao động từ 5-7 theo thang Mohs Thủy tinh Tính chất nhiệt của thủy tinh Thủy tinh là loại vật liệu dẫn nhiệt rất kém, đây là một trong những nguyên nhân gây ra ứng suất phá hủy thủy tinh khi đốt nóng hay làm lạnh đột ngột Tính chất điện của thủy tinh Ở nhiệt độ thấp thủy tinh không dẫn điện... do hạ thấp độ nhớt của thủy tinh Nguyên liệu chủ yếu cung cấp Na2O là sô đa và sulfat natri Thủy tinh Nhóm nguyên liệu chính Nguyên liệu cung cấp K O 2 Tác dụng của K O giống như Na O nhưng tốt hơn 2 2 K O làm giảm khả năng kết tinh của thủy tinh , làm cho thủy tinh ánh hơn và sắc thái đẹp hơn 2 K O được dùng để sản xuất các loại thủy tinh cao cấp như thủy tinh quang học, thủy tinh màu và pha lê 2... sớm và hạ nhiệt độ nấu thủy tinh 2 Li O làm giảm độ nhớt, tăng độ bền hóa, giảm hệ số giãn nở nhiệt của thủy tinh 2 Thủy tinh Nguyên liệu cung cấp CaO CaO giúp cho quá trình nấu và khử bọt thêm dễ, làm cho thủy tinh chịu được tác dụng hóa học CaO nhiều làm cho thủy tinh dễ kết tinh, giòn CaO đưa vào thủy tinh dưới dạng đá vôi hoặc đá phấn Nguyên liệu cung cấp BaO BaO làm thủy tinh ánh đẹp, tăng trọng... tinh còn phụ thuộc vào quá trình gia công nhiệt và làm lạnh thủy tinh Thủy tinh 5 Sản xuất thủy tinh Nguyên liệu - Nguyên liệu chính: gồm các hợp chất thiên nhiên hoặc nhân tạo có khả năng cung cấp cho thủy tinh các oxit kiềm, kiềm thổ, oxit axit - Nhóm nguyên liệu phụ: gồm các hợp chất hóa học cho vào thủy tinh với mục đích tạo cho thủy tinh những tính chất đặc trưng hay tạo những điều kiện cần thiết... chất nhuộm màu, chất gây đục, chất khử bọt … Thủy tinh Nhóm nguyên liệu chính Nguyên liệu cung cấp SiO2 SiO2 là oxit tạo thủy tinh, là thành phần chủ yếu của đa số các thủy tinh công nghiệp thông thường Nó tăng cường độ bền cơ, bền nhiệt, bền hóa cho thủy tinh Thủy tinh công nghiệp thông thường chứa từ 50-80% SiO2 Trong thiên nhiên thường gặp SiO2 dưới dạng tinh thể như cát thạch anh, quăczit , pha lê... nấu thủy tinh người ta sử dụng cát thạch anh Thủy tinh Nhóm nguyên liệu chính Nguyên liệu cung cấp B O 2 3 B2O3 là oxit tạo thủy tinh, đưa vào thay thế Na2O làm tăng độ bền cơ, bền nhiệt, bền hóa của thủy tinh Ở nhiệt độ cao B2O3 làm giảm sức căng bề mặt và độ nhớt thuận lợi cho quá trình khử bọt B2O3 được dùng với 2 mục đích: - B2O3 là một trong những thành phần chính của thủy tinh Đó là các loại thủy. .. học Tác dụng của kiềm lên thủy tinh Sự ăn mòn của kiềm khác hẳn với nước và axit Kiềm phá hủy liên kết Si-O-Si, không tạo màng gel SiO 2, do đó kiềm ăn mòn mạnh hơn nhiều so với nước và axit Vì vậy không thể dùng các bình thủy tinh khi xác định độ bền kiềm của thủy tinh và không chứa kiềm trong các chai lọ thủy tinh lâu ngày Tốc độ ăn mòn thủy tinh của kiềm ( hàm lượng thủy tinh hao hụt) tỉ lệ thuận... nước Thủy tinh Tính chất cơ học của thủy tinh • Mật độ của thủy tinh phụ thuộc vào thành phần của nó Dao động từ 2,2 – 6,5 g/cm3 Nặng nhất là thủy tinh chứa nhiều oxit chì • Thủy tinh khác nhau có độ bền nén, kéo, uốn khác nhau và dao động trong một khoảng khá rộng • Độ bền nén dao động từ 3000-12000kG/cm2 • Độ bền kéo và uốn xấp xỉ nhau, thường nhỏ hơn bền nén khoảng 10-15 lần • Độ chịu va đập của thủy ... silicat Thủy tinh Phân loại - Thủy tinh vô • Thủy tinh đơn nguyên tử • Thủy tinh oxit • Thủy tinh halogen • Thủy tinh khancon • Thủy tinh hỗn hợp - Thủy tinh hữu - Gốm thủy tinh Thủy tinh Thủy tinh. .. bền hóa thủy tinh khả chịu đựng tác dụng tác nhân hóa học nước, axit , kiềm… Loại thủy tinh bền hóa thủy tinh thạch anh bền thủy tinh lỏng Thủy tinh Độ bền hóa học Quá trình phá hủy thủy tinh trình... suất tỷ lệ thuận với mật độ thủy tinh, thủy tinh nặng chiết suất lớn Chiết suất thủy tinh phụ thuộc vào trình gia công nhiệt làm lạnh thủy tinh Thủy tinh Sản xuất thủy tinh Nguyên liệu - Nguyên