Tieu luan vat lieu silicat

Báo cáo học phần CH6041 “Vật liệu Silicat – Thủy tinh” MỤC LỤC Trang Mở đầu………………………………………………………………… Nội dung……………………………………………………………… Chương 1: Giới thiệu chung vật liệu silicat…………………… 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 4 11 14 Khái niệm vật liệu silicat………………………………………… Phân loại caremics……………….…….………………………… Đặc diểm cấu trúc vật liệu ceramic … …………………… Cơ tính vật liệu Ceramic…………………………………… Vai trò vật liệu ceramics…………………………………… Chương 2: Thủy tinh………………………………………………… 20 2.1 Khái niệm tính chất thuỷ tinh ………………………… 20 2.2 Phương pháp chế tạo ………………………………………… … 22 2.3 Các loại thuỷ tinh thường gặp …………………………………… 27 2.4 Biện pháp tái chế thủy tinh………………………………………… 40 Kết luận………………………………………………………………… 42 Danh mục tham kảo…………………………………………………… 43 Báo cáo học phần CH6041 “Vật liệu Silicat – Thủy tinh” MỞ ĐẦU Sự phát triển xã hội lồi người gắn liền với phát triển cơng cụ sản xuất kỹ thuật sản xuất mà phần lớn hai điều gắn liền định phần lớn vật liệu Thời tiền sử người sử dụng vật liệu tự nhiên đá, gỗ, đất sét… cách trực tiếp chế tạo công cụ lao động đơn giản Tới thời kỳ phát kim loại người dần có bước tiến quan trọng việc chế tạo công cụ sản xuất, máy móc thiết bị… nhằm khơng ngừng nâng cao suất lao động Mặc dù ngày có nhiều vật liệu có tính ưu việt nghiên cứu, phát phát triển có vật liệu theo người từ thời xa xưa đến gốm, thủy tinh hay sành sứ… gọi chung vật liệu silicat Ngày silicat không bị thay mà ngược lại nhóm vật liệu ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực công nghiệp (điện tử, quang học, siêu dẫn, khí ) đời sống (gốm, men, thủy tinh ) Vật liệu silicat ngày khơng ngừng nghiên cứu biến tính để có hiệu suất, công sử dụng cao phục vụ mục đích sử dụng phức tạp Ví dụ nhơmsilicát ứng dụng cơng nghiệp hóa học, công nghiệp cao su, sản xuất vật liệu chuyên dụng gạch men, da giày nhân tạo v.v , đặc biệt số ứng dụng công nghệ cao chì-silicát dùng che chắn phóng xạ Thủy tinh kính vật liệu silicat biến đổi kỳ ảo, có lịch sử phát triển hàng ngàn năm Nếu văn minh khó thể diện thiếu kính Chúng ta khơng thể thấy ánh sáng diện thiếu kính làm vật dụng chiếu sáng, khơng có ngành viễn thơng thiếu sợi quang học Tuy kính khơng hồn tồn dành cho mục đích thực dụng làm vật liệu xây dựng, vật liệu bao bọc… mà để làm đẹp Từ sở em chọn tìm hiểu đề tài: “Vật liệu silicat – Thủy tinh” Báo cáo học phần CH6041 “Vật liệu Silicat – Thủy tinh” NỘI DUNG CHƯƠNG I – GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU SILICAT 1.1 Khái niệm vật liệu silicat Vật liệu silicat từ sử dụng cách vài chục năm Ngày phương tiện thông tin đại chúng, thấy người ta sử dụng từ ceramics có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp keramos có nghĩa đồ gốm, tức vật liệu tạo thành từ gia công nhiệt nguyên liệu đất sét Tuy nhiên từ keramos có nguồn gốc Sanskrit cổ có nghĩa “đốt cháy” Ngày định nghĩa mở rộng nhiều Ceramic coi nghệ thuật khoa học sản xuất sử dụng vật liệu rắn có thành phần xác định tạo thành từ vật liệu vô phi kim loại phương pháp nhiệt Vì nhiều tài liệu tiếng Việt người ta sử dụng nhóm từ “vật liệu vơ phi kim loại” để nhóm vật liệu Ceramic Vật liệu ceramic chất thường tinh thể tạo thành nguyên tố kim loại phi kim loại nhôm oxy ( Al 2O3), silic oxy (SiO2), silic nitơ (Si3N4)… Định nghĩa không bao gồm vật liệu đồ gốm sứ, vật liệu chịu lửa, sản phẩm từ đất sét, vật liệu mài, men gốm sứ, xi măng thủy tinh mà bao gồm vật liệu vơ phi kim loại từ tính, vật liệu điện từ, gốm đơn tinh thể, thủy tinh gốm nhiều vật liệu ngày khơng tồn nhiều vật liệu có mặt cách vài năm Thủy tinh khác gốm sứ chỗ vơ định hình khơng có trật tự xa tinh thể Ceramic nhóm lớn vật liệu rắn Hai nhóm lại kim loại polymer Sự kết hợp hay nhóm vật liệu với tạo thành loại vật liệu có tính chất đặc biệt vật liệu composit Ví dụ bê tông gia cố thép, nhựa gia cố sợi thủy tinh sợi carbon dùng sản xuất tàu thuyền, vợt tennis, ván trượt tuyết xe đạp đua Báo cáo học phần CH6041 1.2 “Vật liệu Silicat – Thủy tinh” Phân loại ceramics Vật liệu ceramic tạo thành từ hợp chất hóa học nguyên tố kim loại kết hợp với nguyên tố khác khộng phải kim loại tạo thành từ hợp chất hóa học nguyên tố kim loại kết hợp với Trong bảng tuần hồn ngun tố hóa học Menđêêép, có tới 75% nguyên tố hóa học tham gia cấu tạo nên vật liệu ceramic Hình Các khả kết hợp nguyên tố hoá học để tạo nên ceramic Theo sơ đồ trên, kim loại kết hợp với Bo để tạo nên Borít, kết hợp với Nitơ để tạo Nitrít, kết hợp với xy để tạo ơxýt, kết hợp với Silic để tạo silixit Tương tự ta xuất phát từ nguyên tố Bo hay nguyên tố silíc v.v… Sự kết hợp làm cho vật liệu vô phong phú đa dạng thành phần hóa học vê tính chất chúng Báo cáo học phần CH6041 “Vật liệu Silicat – Thủy tinh” Với kết hợp đa dạng làm cho ceramic đa dạng thành phần hố học tính chất theo dạng hợp chất hình thành, ceramic có nhiều loại • Các sản phẩm gốm (sản xuất từ đất sét) • Sứ • Gạch chịu lửa • Thủy tinh • Vật liệu mài • Xi măng • Ceramic tiên tiến Các nhóm phân chia thành nhiều nhóm nhỏ Như sau: CERAMICS TRUYỀN THỐNG GỐM Gạch, ống nước, ngói, gạch lát nền, gạch ốp tường, chậu hoa, … SỨ Đồ sứ gia dụng, gạch lát ốp tường, sứ vệ sinh, sứ điện, sứ mỹ thuật GẠCH CHỊU LỬA Sản phẩm gạch khối sử dụng Công nghiệp sắt thép, kim loại không chứa sắt, thủy tinh, xi măng, gốm sứ, trao đổi nhiệt, dầu khí cơng nghiệp hóa chất THUỶ TINH Thủy tinh phẳng (kính), vật chứa (chai, lọ), thủy tinh gia dụng, sợi thủy tinh (cách điện) dùng cho vật liệu cách điện, trần ngói lợp, thủy tinh làm bóng đèn, thủy tinh tiên tiến/đặc biệt dùng công nghệ truyền tin (sợi quang học) lưu trữ liệu (công nghệ CD) in ấn tài liệu (máy in laser) VẬT LỆU MÀI Vật liệu mài tự nhiên (đá garnet, kim cương, …) tổng hợp (silicon carbide, kim cương, oxit nhơm nóng chảy,…) sử dụng Báo cáo học phần CH6041 “Vật liệu Silicat – Thủy tinh” để nghiền, cắt, đánh bóng, phủ bên ngồi, … XI MĂNG Sử dụng để sản xuất đường bêtông, cầu, nhà cửa, đập nước CERAMICS TIÊN TIẾN Kết cấu Các phận mài mòn, ceramic sinh học (ghép xương,…), dụng cụ cắt phận động Điện Tụ điện, chất cách điện, chất nền, bó mạch tích hợp, chất áp điện, từ tính siêu dẫn Chất phủ Các thành phần động cơ, dụng cụ cắt phận mài mòn Hóa chất mơi Bộ phận lọc, màng, xúc tác, chất mang xúc tác trường 1.3 Đặc diểm cấu trúc vật liệu ceramic Ðặc trưng quan trọng cấu trúc vật liệu ceramic kiểu liên kết nguyên tử cấu tạo nên chúng Trong vật liệu ceramic khơng có kiều liên kết kim loại mà kết hợp liên kết ion liên kết đồng hóa trị Do đặc điểm liên kết phức hợp liên kết ion liên kết đồng hóa trị mà lượng liên kết vật liệu ceramic tương đối lớn, nằm khoảng 100 – 500 KJ/mol , trong vật liệu kim loại 60 – 250KJ/mol Ðặc điểm liên kết phức hợp liên kết ion liên kết đồng hóa trị ảnh hưởng định đến số tính chất đặc trưng vật liệu ceramic vật liệu ceramic có nhiệt độ nóng chảy cao, mật độ cao, cứng, giòn, suốt cách điện tốt Vật liệu ceramic tồn trạng thái cấu tạo khác trạng thái tinh thể thí dụ gốm SiC, gốm đơn ôxýt, hay trạng thái vô định vật liệu thủy tinh, vừa tinh thể vừa vơ định sứ gốm thủy tinh 1.3.1 Trạng thái tinh thể a Mạng tinh thể Báo cáo học phần CH6041 “Vật liệu Silicat – Thủy tinh” Mạng tinh thể phần lớn vật liệu ceramic coi cách gần mạng ion, cation anion chiếm vị trí nút mạng Trong cấu trúc hợp chất vô chứa xy, ngun tử xy thường có kích thước lớn nên chiếm nhiều chỗ so với cation khơng gian mạng tinh thể Vì coi cấu trúc ơxýt hợp chất chứa ôxy cấu trúc xếp sát cầu anion xy, cation điền vào nút trống cầu Cách xếp cầu, vị trí nút trống thường nút trống hình bốn mặt tám mặt qui định kiểu cấu trúc hợp chất Thơng thường người ta thường lấy cấu trúc số hợp chất có tự nhiên làm đại diện Bảng Bán hính ion số cation anion (với số phối trí 6) Cation Al3+ Ba2+ Ca2+ Cs+ Fe2+ Fe3+ K+ Rc, nm 0,053 0,136 0,100 0,170 0,077 0,069 0,138 Cation Mg2+ Mn2+ Na+ Mi2+ Si4+ Ti4+ Rc, nm 0,072 0,067 0,102 0,069 0,040 0,061 Anion Br Cl FIO2S2- Ra,m nm 0,196 0,181 0,133 0,220 0,140 0,184 Khi rC / rA < 0,155, cation nhỏ bị bao quanh hần hai anion Khi tỷ số rC / rA khoảng 0,155 đến 0,225 cation nằm gọn khe hở ba anion xếp xít chặt, nên có sớ xếp ( phối trí) ba với tỷ số khoảng 0,225 ÷ 0,414, cation nằm lỗ hổng hình bốn mặt tạo mên bốn anion, nên có số xếp bốn r C / rA tăng lên đếm 0,414 ÷ 0,732, cation nằm lỗ hổng hình tám mặt tạo nên sáu anion, nên có số xếp sáu Khi tỷ số rC / rA đạt 0,732÷1,0, cation nằm tâm hình lập phương với đỉnh tám anion nên có sớ xếp tám Bảng Quan hệ rc/ra số xếp dạng phân bố ion Báo cáo học phần CH6041