Bài giảng Thủy tinh cung cấp cho học viên những kiến thức về trạng thái thủy tinh và cấu trúc thủy tinh silicat, quy trình công nghệ sản xuất thủy tinh, giới thiệu gốm thủy tinh,... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!
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 một định nghĩa tương đối dễ hiểu: “Thủy tinh là sản phẩm vơ cơ nóng chảy được làm q lạnh đến trạng thái rắn mà khơng kết tinh” 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 khơng có điểm nóng chảy như vật thể kết tinh mà bị mềm dần, chuyển từ trạng thái dịn sang trạng thái dẻo có độ nhớt cao và cuối cùng chuyển thành trạng thái lỏng giọt. Ngồi độ nhớt ra cịn 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 thái thủy tinh cao hơn trạng thái tinh thể, trong điều kiện nhiệt độ thuận lợi vật thể thể thường có khuynh hướng chuyển về 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 Q TRÌNH TẠO THỦY TINH: Khơng phải mọi chất đem làm q lạnh đều dễ dàng tạo ra thủy tinh Những chất lỏng tạo thủy tinh khi làm q lạnh thường có độ nhớt tăng nhanh và liên tục (tới 1014pz) 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. ĐỘ NHỚT VÀ Q TRÌNH TẠO THỦY TINH Lực tương tác và vai trò trong cấu trúc của các ion trong thủy tinh ©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+ là ion biến tính 10 CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH Xử lý nhiệt: Tơi Thủy tinh có độ bền nén lớn hơn độ bền kéo, nên thủy tinh tơi có độ bền cơ học lớn hơn thủy tinh ủ Thủy tinh tơi khi vỡ tạo thành các hạt vụn khơng sắc cạnh Mãnh vỡ thủy tinh khơng tơi December 15, 2021 Mãnh vỡ thủy tinh tơi CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 58 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH Các phương pháp tăng độ bền thủy tinh Tôi nhiệt (Tempering): Glass heated above Tg but below the softening point Cooled to room temp in air or oil Surface cools to below Tg before interior when interior cools and contracts it draws the exterior into compression Tơi hóa học (Chemical Hardening): • exchange of ions in bath of molten KNO3, K2SO4, NaNO3 Cations with large ionic radius are diffused into the surface This strains the “lattice” inducing compressive strains and stresses December 15, 2021 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 59 GiỚI THIỆU GỐM THỦY TINH 60 61 Go m t h u û y t in h ( Gla s s Ce m ic s ) 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 62 Pha tinh thể gốm thủy tinh có cấu Các tính chất đặc biệt đạt gốm thủy tinh Rất bền hóa và chịu sốc nhiệt tốt (HSDNN thấp) HSDDN cao để có thể tương thích với kim loại Độ bền cơ rất cao Sử dụng ở nhiệt độ cao Có tính cảm quang Hằng số điện mơi nhỏ (electronic packaging) Dielectricbreakdown resistance Tính tương thích sinh học … 63 tinh Chọn loại thủy tinh gốc (thủy tinh sở) có khuynh hướng kết tinh toàn thể tích tốt Thêm vào thành phần thủy tinh lượng phụ gia thích hợp có tác dụng tăng cường trình kết tinh (các chất xúc tác kết tinh) Quá trình gia công nhiệt: nhờ có xúc tác kết tinh lòng khối thủy tinh xuất tâm kết tinh (mầm tinh thể) Từ mầm đó, sau gia gia công nhiệt nhiệt độ cao cấu trúc vi tinh hình thành thủy tinh trở thành gốm thủy tinh 64 Producing a glass ceramic: (a) (b) (c) ©2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license Cooling must be rapid to avoid the start of crystallization. Isothermal and continuous cooling curves for lunar glass. The rate of nucleation of precipitates is high at low temperatures, whereas the rate of growth of the precipitates is high at higher temperatures. A typical heattreatment profile for glass ceramics fabrication, illustrated here for Li20 Al203Si02 glasses 65 [McMillan] Low temperature nucleation step included -> fine grain size Rapid heating to high temperature (875° C) 66 Thermal History Used in Production Melting Ceramization glassceramic glass Dr Mark J Davis67 Xúc tác kết tinh trong gốm thủy tinh Chất xúc tác kim loại màu, oxit chúng (Pt, Au, Ag, CuO, …) Khi nấu chất xúc tác tan vào khối thủy tinh Đem gia công nhiệt (tại nhiệt độ gia công bậc một) sản phẩm thủy tinh thu thấy chất xúc tác tác thành hạt nhỏ, kích thước 1000A, trung tâm kết tinh thủy tinh Cũng có nhiều trường hợp chỉcần chiếu vào loại thủy tinh tia xạ thích hợp (tử ngoại, tia X) trung tâm kết tinh hình thành tác dụng cảm quang chất xúc tác kết tinh Chất xúc tác kết tinh oxit muối kim loại khác (photphat, fluor, sunfua, oxit titan, oxit zircon ) Các xúc tác có khả phân chia thủy tinh thành hai pha có thành phần khác nhau, thành phân lớp tế vi, chứa chất xúc tác nằm pha tạo thành dạng giọt, kích thước không vượt 1000A Sự phân lớp tế vi làm cho bề mặt phân chia pha tăng lên nhiều, lượng tạo mầm tinh thể giảm trung tâm kết tinh phát triển đồng 68 toàn khối thủy tinh Applications of Glass Ceramics Radomes Corning 9606, cordierite glassceramic. Required properties: transparency to radar, low dielectric constant, low CTE, high strength, high abrasion resistance, high thermal shock resistance Photosensitive glassceramics based on lithium disilicate, Li2Si2O5, as the crystalline phase that can be selectively etched (UV light) to develop very fine features (holes, channels etc.). The parent glass has lithium metasilicate. Example: Foturan, Fotoceram Machinable glassceramics, e.g. MACOR, based on fluorine phlogopite, KMg3AlSi3O10F2), with additions of B2O3 and SiO2 to form a glass. The fluorine compound is micaceous which allows easy cleavage over short distances. The material is very useful as a machinable insulator, used in welding equipment, 69 medical equipment Applications, contd Substrates for magnetic recording disks. Spinelenstatite glassceramics allow high modulus, high softening point (~1000°C), high toughness, insulating substrates Cookware based on glassceramics with betaspodumene, LiAlSi2O6SiO2, e.g. Corning Ware 9608. The latter compound has low CTE, is white in color, and can be easily fabricated Low expansion glasses such as Zerodur containing mainly betaquartz. These are useful for telescope mirrors and ring lasers (low He permeability also essential here) 70 Tóm tắt The crystallization of glass follows the rules for phase transformation The kinetics of crystallization in glasses can be related to their viscosity because viscous flow depends on similar atomic mechanisms as diffusion Whereas ordinary glasses need to avoid crystallization, in glassceramics, certain phases are deliberately nucleated to achieve a finegrained crystalline structure The crystalline phases that appear depend on the composition: choice of phases is governed by the 71 properties desired 72 ... 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. .. sung cấu tử 17 CNSX THỦY? ?TINH 18 THỦY TINH DÂN DỤNG December 15, 2021 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 19 THỦY TINH BAO BÌ December 15, 2021 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 20 THỦY TINH XÂY DỰNG December... SẢN XUẤT THỦY TINH 21 THỦY TINH MỸ NGHỆ December 15, 2021 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 22 THỦY TINH ĐIỆN December 15, 2021 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THỦY TINH 23 PHA LÊ Pha lê là một dạng? ?thủy? ?tinh? ?silicat kali có trộn thêm một lượng ơxít chì II