VAT LIEU THUY TINH

vật liệu gốm sứ được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hằng ngày, với nhu cầu thì trường, yêu câu cao của người tiêu dung đòi hỏi nhà sản xuất phải chế tao vật liệu nhiều ưu việt để cạnh tranh với các nhà cung cấp trong và ngoài nước

Trang 1

1 1

Trang 2

N ỘI 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

Trang 3

TRẠNG THÁI THỦY TINH VÀ CẤU

TRÚC THỦY TINH SILICAT

3

Trang 4

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

Trang 5

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 th ái thủy tinh cao hơn trạng th ái tinh thể , trong điều kiện nhiệt độ thuận lợi vật thể thể thường có khuynh hướng chuyển về trạng thái tinh thể.

5

Trang 6

BIỂU ĐỒ TÍNH CHẤT-NHIỆT ĐỘ CỦA

Trang 7

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

10 14 pz) 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

Trang 8

ĐỘ NHỚT VÀ QUÁ TRÌNH TẠO THỦY TINH

8

Trang 9

Lực tương tác và vai trò trong cấu

trúc của các ion trong thủy tinh

9

Trang 10

™

Hình: ảnh hưởng của Na 2 O đến mạng lưới thủy tinh silica.

Na + là ion biến tính

Trang 11

(Additions of soda (Na20) to silica

dramatically reduce the melting temperature of silica, by forming eutectics).

Trang 12

December 3, 2016 CÔNG NGH S N XU T TH Y TINHỆ Ả Ấ Ủ 12

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: SiO 2 - germanat GeO 2

 borat: B 2 O 3

 photphát: P 2 O 5

 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 …

Trang 13

VD thành phần một số loại thủy tinh

Trang 14

CẤU TRÚC CỦA THỦY TINH SILICÁT

Xét một loại thủy tinh điển hình là thủy tinh silicat.

Tồn tại rất nhiều thuyết khác nhau về cấu trúc thủy tinh Silicat

Một thuyết hoàn chỉnh về cấu trúc thủy tinh cần phải giải thích được:

- Khuynh hướng tạo thủy tinh của các chất.

- Sự giống nhau giữa hàng loạt các tính chất của thủy tinh có thành phần khác nhau.

- Bản chất của sự biến đổi theo nhiệt độ của thủy tinh và vấn đề tồn tại “cân bằng nội” trong thủy tinh

Cĩ 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 vơ cơ

3-Thuyết cấu trúc liên tục, VĐH của Zachariasen: thủy tinh cĩ cấu trúc mạng lưới khơng gian như tinh thể, nhưng khơng đối xứng

và tuần hồn.

14

Trang 15

CÁC NHÓM TÍNH CHẤT CỦA THỦY TINH

Phân chia một cách gần đúng :

 Nhóm các tính chất đơn giản: thể tích mol V; chiết suất nD; hệ số dãn nở trung bình ; hằng số điện môi ; môđun đàn hồi E; nhiệt α ε dung riêng C; hệ số dẫn nhiệt λ

Các tính chất có quy luật biến đổi theo thành phần không phức tạp lắm và vì thế có thể tính toán định lượng được Thông thường các tính chất đó được tính theo quy tắc cộng:

Trong đó g: tính chất cần tính

gi : tính chất riêng phần của cấu tử i

γi : hàm lượng của cấu tử i

 Nhóm các tính chất phức tạp: độ nhớt ; độ dẫn điện ; tốc độ η χ khuyếch tán ion; độ tổn thất điện môi tg ; độ bền hóa, độ thấu δ

quang T; độ cứng H; sức căng bề mặt ; khả năng kết tinh… б

phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ oxit ki m ề ( , tg , , H, độ bền hóa) χ δ η

hoặc vào nồng độ của một vài cấu tử riêng biệt nào đấy (G, , , б η khả năng kết tinh)

16

Trang 16

CNSX THỦY TINH

18

Trang 17

THỦY TINH DÂN DỤNG

Trang 18

THỦY TINH BAO BÌ

Trang 19

THỦY TINH XÂY DỰNG

Trang 20

THỦY TINH MỸ NGHỆ

Trang 21

THỦY TINH ĐIỆN

Trang 22

PHA LÊ

Pha lê là một dạng thủy tinh silicat kali có trộn thêm một lượng ôxít chì II

(PbO) và có thể là cả ôxít bari (BaO) khi người ta sản xuất nó.

Trang 23

THỦY TINH PHÒNG THÍ NGHIỆM

Trang 24

THỦY TINH QUANG HỌC

THẤU KÍNH

GƯƠNG PHẲNG LĂNG KÍNH

Trang 25

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH

dây chuyền sản xuất

Trang 26

NGUYÊN LIỆU CHÍNH

 Nguyên liệu chính: đây là các nguyên liệu cung cấp các oxít: axít, kiềm, kiềm thổ để tạo ra các loại thủy tinh cơ bản có những tính chất xác định.

 Các oxít có khả năng tạo thủy tinh: SiO 2 , GeO 2 , P 2 O 5 ,

B 2 O 3 ,

Trang 27

 Nguyên liệu phụ: gồm các hợp chất hóa học có tác

 Chất tạo màu: Mn 2 O 3 , CoO, Cr 2 O 3 ….

 Chất rút ngắn quá trình nấu: muối amoni, NaCl, hợp

chất Fluo…

 Ngoài ra còn có mảnh thủy tinh có cùng thành phần hóa với thủy tinh cơ sở.

NGUYÊN LIỆU PHỤ

Trang 28

 Trong lò nấu thủy tinh gián đoạn, các quá trình

xảy ra theo thứ tự thời gian Trong lò liên tục, các quá trình đó xảy ra đồng thời nhưng tại các vị trí khác nhau.

Trang 29

QUÁ TRÌNH NẤU THỦY TINH

1.Tạo silicát

thuộc vào thành phần trạng thái cũng như thành phần

Trang 30

 Giai đoạn tạo thủy tinh có nhiệt độ 1150-1200 o C

 Sau khi tạo silicat trong hỗn hợp nóng chảy mới tạo thành còn nhiều hạt cát chưa tan hết Giai đoạn tạo thủy tinh chính là giai đoạn hòa tan các hạt cát đó

trong khối silicat nóng chảy.

 So với giai đoạn tạo silicat, giai đoạn tạo thủy tinh xảy

ra chậm hơn nhiều vì cát khó tan trong silicat nóng chảy có độ nhớt cao (chiếm khoảng 60-70% tổng thời gian nấu trong các lò gián đoạn).

2.T ạo thủy tinh

Trang 31

 Trong giai đoạn tạo silicat và tạo thủy tinh có rất nhiều

sản phẩm khí hình thành sẽ ảnh hưởng đến chất lượng

sản phẩm thủy tinh sau này

 Ngoài khí của phối liệu còn có cả khí từ môi trường lò đi vào thủy tinh Khí nằm trong thủy tinh ở dạng khí hòa tan hoặc ở dạng bọt nhìn thấy được.

 Giai đoạn khử bọt ở nhiệt độ 1450-1500 o C

 Để tăng cường quá trình khử bọt có thể:

 Tăng nhiệt độ nấu, độ nhớt pha lỏng silicat sẽ giảm

giúp bọt khí thoát ra dễ dàng.

 Khuấy trộn, bơm chân không, dùng chất khử bọt.

3 Khử bọt

Trang 32

 Khối thủy tinh lỏng có thể chưa đồng nhất về thành

phần hóa học do:

 Phối liệu không đồng đều về cỡ hạt,

 Nguyên liệu phân bố không đều trong phối liệu.

 Do bay hơi, phản ứng không đồng đều

 Nhiệt độ các vùng nấu thủy tinh khác nhau.

 Do đó cần phải tiến hành đồng nhất hoá tức là làm

đồng đều thành phần hóa học của toàn khối thủy tinh.

 Trong nhiều truờng hợp để tăng độ đồng nhất còn có thể dùng biện pháp khuấy trộn cơ học.

4 Đồng nhất

Trang 33

 Ðây là giai đoạn cuối cùng, trong giai đoạn này nhiệt

độ khối thủy tinh giảm xuống, độ nhớt tăng lên đến giới hạn có thể tạo hình sản phẩm.

 Tùy theo từng loại thủy tinh mà nhiệt độ có thể giảm xuống 200 o C - 300 o C (từ 1400 –1500 o C xuống khoảng

1300 –1200 o C).

 Quá trình nấu thủy tinh có thể thực hiện trong:

 Lò nồi: làm việc gián đoạn

 Lò bể: làm việc liên tục.

5 Làm nguội

Trang 34

dòng thủy tinh trong lò

Trang 35

nấu thủy tinh: lò bể

Trang 36

Clip: s n xu t bi th y tinh trang ả ấ ủ trí

Clip: s n xu t chai th y tinh ả ấ ủ

Trang 37

Trang 38

nấu thủy tinh: lò nồi

Clip: s n xu t ả ấ

t m th y tinh ấ ủ trang trí

Trang 39

Tạo hình: độ nhớt

 Sản phẩm thủy tinh được tạo hình ở trạng thái dẻo,

trong quá trình nhiệt độ giảm liên tục Nên các tính

chất của thủy tinh cũng biến đổi theo nhiệt độ như độ nhớt, sức căng bề mặt.

 Tùy theo phương pháp tạo hình, cần lựa chọn độ nhớt thích hợp để sản phẩm không biến dạng:

 Thủy tinh bao bì: độ nhớt từ 10 3 – 10 3,5 P

 Thủy tinh ống: độ nhớt từ 10 3,5 – 10 4 P

 Thủy tinh tấm: độ nhớt từ 10 4,3 – 10 4,8 P

 Khi đóng rắn hoàn toàn, thủy tinh có độ nhớt là 10 13 P

Trang 40

December 3, 2016 CƠNG NGH S N XU T TH Y TINHỆ Ả Ấ Ủ 44

CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH

tạo hình: sức căng bề mặt

 Sức căng bề mặt cĩ ảnh hưởng đến:

 Tạo giọt thủy tinh, phơi thủy tinh và cung cấp giọt, phơi này cho máy tạo hình.

 ở vị trí bị cắt sau khi đốt nĩng khơng cịn sắc cạnh.

 Đánh nhẵn bề mặt thủy tinh bằng ngọn lửa.

 Khi sức căng bề mặt lớn, phơi thủy tinh khĩ chui vào các khe hoặc chi tiết nhỏ của khuơn.

 Sự thay đổi độ nhớt và sức căng bề mặt của thủy tinh theo nhiệt độ làm cho việc tạo hình thủy tinh có những sắc thái độc đáo mà các ngành công nghệ khác không thể áp dụng được.

Trang 41

Tạo hình: thổi thủ công

 Gồm các giai đoan:

 Lấy mẫu thủy tinh từ lò bằng các ống thổi

 Lăn mẫu trên tấm kim loại để định hình

 Thổi đồng thời lăn và xoay đều tự do hoặc trong

khuôn

Trang 42

Tạo hình: thổi thủ công

Trang 43

 Để tạo hình bằng phương pháp ép, hay ép thổi cần phải tạo giọt thủy tinh.

 Giọt thủy tinh rơi vào khuôn với khối lượng phù

hợp với sản phẩm tạo hình

Tạo hình: Tạo giọt thủy tinh

Trang 44

 Dùng tạo hình các sản

phẩm nông, thành có chiều

thẳng đứng và tương đối

dầy.

 Cho năng suất cao, có thể

cơ khí hóa và tự động hóa

Trang 45

Trang 46

Tạo hình: kết hợp ép-thổi

Trang 47

Trang 48

The float method of forming sheet glass

Source: Corning Glass Works.

•Float glass: fire polished smooth surface  no further polishing/grinding

Tạo hình: kính tấm bằng pp nổi (“float method”)

Trang 49

 Một ống trụ rỗng bằng

samốt đặt nghiêng và quay

tròn chậm trong khối thủy

Trang 50

 Thủy tinh nóng chảy được

cho qua hệ thống tạo sợi

bằng Pt có các lỗ kích

thước nhỏ

Tạo hình: kéo sợi

Trang 51

 Sau khi tạo hình, do nhiệt độ biến đổi khơng đều ở các vị trí khác nhau làm xuất hiện ứng suất nội.

chuyển thủy tinh từ trạng thái dẻo về trạng thái dòn, khi đó tính linh động của thủy tinh dần dần biến mất.

thủy tinh ở trạng thái dòn, khi đó thực tế độ linh động của thủy tinh đã bằng không.

 Ứng suất nội tồn tại sẽ:

 Làm tăng độ giịn

 Giảm độ bền cơ, bền nhiệt.

 Nếu vượt quá giới hạn (700 KG/cm2

) sẽ gây nứt vỡ

 Do đĩ cần phải ủ hoặc tơi để khắc phục ứng suất nội.

Xử lý nhiệt

Trang 52

Ủ là quá trình gia công nhiệt để làm giảm ứng suất nội trong thủy tinh đến mức độ cho phép đảm bảo sự làm việc lâu

dài và bền vững của các sản phẩm thủy tinh đó.

Ứng suất có thể đo bằng đơn vị cơ học (kG /cm2) hoặc đơn vị quang học của độ lưỡng chiết (m /cm) Ứng suất phá hủy thủy μ tinh vào khoảng 700kG /cm2 hay 2000 m /cm μ

Khi ủ tốt trong sản phẩm thủy tinh còn khoảng 0,05 ứng suất phá hủy nghĩa là 35kG /cm2 hay 100 m /cm μ

Trong quá trình sản xuất, làm nguội thủy tinh xuống nhiệt độ cần ủ, giữ nhiệt một thời gian rồi tiếp tục hạ nhiệt

Trang 53

Khi thủy tinh được làm nguội đột ngột thì có thể tạo

ra ứng suất nén ở lớp ngoài và ứng suất kéo ở lớp trong

phân bố rất đều đặn làm tăng độ bền cơ học của thủy tinh tôi.

Bề mặt thủy tinh ở trạng thái ứng suất nén: làm “đóng”

các vết xước và vết nứt nhỏ

Thủy tinh tôi khi vỡ vụn ra không tạo thành các mảnh sắc: thủy tinh an toàn.

Xử lý nhiệt: Tơi

Trang 54

 Thủy tinh có độ bền nén lớn hơn độ bền kéo, nên

thủy tinh tôi có độ bền cơ học lớn hơn thủy tinh ủ.

 Thủy tinh tôi khi vỡ tạo thành các hạt vụn không sắc cạnh.

Xử lý nhiệt: Tôi

Trang 55

GiỚI THIỆU GỐM THỦY TINH

60

Trang 57

Gốm thủy tinh (Glass Ceramics)

Gốm thủy tinh là loại vật thể rắn đa tinh thể nhận được bằng cách kết tinh định hướng thủy tinh.

công nhiệt một cách cẩn thận các loại thủy tinh có thành phần thích hợp Nhờ gia công nhiệt trong khối thủy tinh sẽ xuất hiện nhiều mầm kết tinh và sau đó các mầm đó sẽ phát triển thành các tinh thể.

 Gốm thủy tinh là loại vật liệu có nguồn gốc là thủy tinh nhưng khác thủy tinh ở chỗ nó có cấu trúc tinh thể.

 Gốm thủy tinh khác vật liệu gốm sứ thông thường vì tinh th ể của nó được tạo ra từ một pha thủy tinh đồng thể ban đầu Pha tinh thể trong gốm thủy tinh có cấu trúc mịn hơn rất nhiều (số lượng tinh thể trong một đơn vị thể tích rất lớn, kích thước tinh thể rất nhỏ) so với gốm thường Những đặc điểm đó quyết định tính chất của thủy tinh.

Trang 58

Các tính chất đặc biệt có thể đạt được của gốm thủy tinh

 Rất bền hóa và chịu sốc nhiệt tốt (HSDNN

Trang 59

Producing a

glass-ceramic:

(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

heat-treatment profile for glass-ceramics

fabrication, illustrated here for

Li 2 0-Al 2 0 3 -Si0 2 glasses.

Trang 60

Low temperature nucleation

step included -> fine grain size Rapid heating to high

temperature (875°C)

[McMillan]

Trang 61

Thermal History Used in Production

Ceramization Melting

glass

glass-ceramic

Dr Mark J Davis

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	16,92 MB