M ức độ khuếch tán
b/ Cách chết ạo thủy tinh thạch anh không trong suốt
-Nguyên liệu : Cát thạch anh tinh khiết 9 SiO2 > 99,5% , Al2O3 < 0,2%, Fe2O3 < 0,2%) -Cách nấu:
Trong quá trình nấu sẽ có những phản ứng phụ : SiO2 + 3C = SiC + 2CO
SiO2 + 2C = Si + 2CO 2SiC + SiO2 = 3Si + 2CO
Cho cát thạch anh vào vỏ sắt (1). Giữa lò có thanh grafit (2) và 2 đầu thanh ấy là 2 cực grafit (3). Nối điện vào lò, nhiệt độ thanh than lên đến 18000C. Do tiết diện của 2 cực lớn hơn thanh grafit nên nó không nóng lên nhiều lắm. Lớp cát thạch anh nằm cạnh thanh than sẽ chảy dần do tác dụng đốt nóng của dòng điện. Sau khi nấu xong, mở nắp dưới của lò tháo cát chưa chảy ra đồng thời rút thanh than ra khỏi lò và cho thủy tinh chảy ra tạo hình. Quá trình tạo hình chỉ trong 30 giây sau khi mở lò
1 2
Do tiếp xúc với cacbon, thủy tinh vùng sát với thanh than có màu hung còn CO làm cho giữa thanh than và thủy tinh thạch anh có một lớp trung gian nên về sau rút thanh than ra ngoài dễ dàng.
Trong trường hợp cần chế tạo những khối thạch anh lớn ta dùng nhiều thanh thanđặt song song nhau.
Phương pháp này có ưu điểm là không cần nồi nấu đặc biệt và không cần cách nhiệt đặc biệt vì lớp cát thạch anh chưa chảy bao quanh khối thạch anh nóng chảy làm nhiệm vụấy.
8.5.3 Phạm vi sử dụng
Thủy tinh thạch anh được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau:
-Làm đèn chiếu tia tử ngoại, làm các thiết bị dụng cụ trong phòng thí nghiệm, cửa quan sát ở các thiết bị làm việc trong điều kiện áp suất lớn, nhiệt độcao, độ chân không cao.
-Dùng chế tạo tháp cô đặc trong sản xuất axit, dụng cụđiều chế các kim loại hiếm. -Dùng làm ống bảo vệ pin nhiệt điện
-Nhiều ứng dụng khác.
8.6 Thủy tinh có hàm lượng SiO2 cao (Vycor)
Thủy tinh có hàm lượng SiO2 cao là loại thủy tinh chứa từ 95% SiO2 trở lên. Thủy tinh này có một số đặc tính của thủy tinh thạch anh : Hệ số giãn nở nhiệt bé, nhiệt độ mềm cao, bền hóa …Kỹ thuật sản xuất thủy tinh này có phần phức tạp hơn so với các loại thủy tinh thông thường nhưng so với qui trình sản xuất thủy tinh thạch anh thì đơn giản hơn nên giá thành rẻhơn. Do đó về một sốtính năng thì thua thủy tinh thạch anh nhưng người ta vẫn dùng nó thay thủy tinh thạch anh.
Việc sản xuất thủy tinh cao SiO2 dựa vào đặc tính của thủy tinh chứa bor là với tỉ lệ thành phần thích hợp sau khi xử lí nhiệt ở một nhiệt độ nhất định sẽ phân làm 2 pha có thành phần hoàn toàn khác nhau: Một pha chủ yếu là SiO2 không hòa tan trong axit, pha kia chủ yếu là B2O3 có thể tan trong axit. Cho thủy tinh đã phân thành 2 pha ấy vào axit để pha chứa B2O3 hòa tan đi và sau khi xử lí như thế thủy tinh ban đầu sẽ biến thành thủy tinh có hàm lượng SiO2 cao với nhiều lỗ trống. Cuối cùng đem đốt nóng, thủy tinh có nhiều lỗ ấy sẽ thiêu kết lại thành thủy tinh trong suốt chứa 95-98%SiO2.
8.6.1 Cách sản xuất
Gồm các bước: Phối liệu, nấu, thành hình, xử lí nhiệt, xử lí axit, thiêu kết.
-Phối liệu: Thường dùng thủy tinh thuộc hệ SiO2 – B2O3 – R2O , đôi khi có thêm Al2O3. Ví dụ: Thành phần % các ôxyt của 2 loại thủy tinh như sau:
Loại SiO2 B2O3 Na2O Al2O3
1 64-69 22-26 9,1-9,6
2 62-66 24,5-27,5 8,0-8,6 1-2
Hàm lượng SiO2 không được quá thấp để sau khi xử lí axit lỗ trong thủy tinh không quá lớn. Hàm lượng B2O3 quá cao khi xử lí nhiệt khó phân pha.
-Nấu và thành hình: Nhiệt độ nấu thường vào khoảng 1350-14000C. Không nên quá cao để tránh xâm thực nồi nấu . Thời gian nấu 1 giờsau đó làm lạnh đến 1100-12200C và thành hình. Vì sau khi xử lí axit và thiêu kết sản phẩm co lại 20-30% nên sản phẩm khi thành hình phải lớn hơn sản phẩm yêu cầu.
-Xử lí nhiệt: Cho sản phẩm đã thành hình vào lò hấp đốt nóng đến nhiệt độ nhất định và giữở nhiệt độ ấy một thời gian để có sự phân chia pha. Nhiệt độ và thời gian xử lí nhiệt tùy thuộc vào: Thành phần thủy tinh chứa bor đã nấu, chiều dày của sản phẩm, tốc độ làm lạnh nhanh hay chậm khi thành hình. Nếu nhiệt độ xử lí quá thấp, thời gian xử lí quá ngắn, độ nhớt của thủy tinh lớn việc hình thành các đơn vị cấu trúc BO4 sẽkhó khăn. Nếu nhiệt độ xử lí nhiệt quá cao, thời gian xử lí quá dài, độ nhớt của thủy tinh thấp B2O3 sẽ hình thành những hạt phân bố trong pha nhiều SiO2 và sẽ khó khăn trong xử lí bằng axit sau này.
Sau khi xử lí nhiệt do hiện tượng phân chia pha thủy tinh sẽcó màu đục sữa.
-Xử lí bằng axit: Dùng dung dịch HCl 3N hoặc H2SO4 ở 980C để xử lí. Nồng độ axit không được quá cao hoặc quá thấp. Thời gian xử lí tùy thuộc vào chiều dày sản phẩm. Sau khi xử lí bằng axit xong phải rửa sạch và cho vào tủ sấy.
-Thiêu kết: Sau khi sấy cho thủy tinh vào lò nung, nâng nhiệt độ dần dần đến 950-11000C và giữở đó vài phút rồi làm lạnh nhanh.
8.6.2 Tính chất của thủy tinh cao SiO2
Do hàm lượng SiO2 cao nên thủy tinh giàu SiO2 hơn hẳn các loại thủy tinh khác và gần với thủy tinh thạch anh hơn. Có thểso sánh như sau:
Các tính năng Thủy tinh thạch anh Vycor Nhiệt độ mềm [0C] 1650 1500
Chịu nóng lạnh đột ngột 950 900
Hệ số giãn nở nhiệt 5.8 .10-7 7.5 . 10-7
Tỷ trọng [g/cm3] 2,21 2,18
Hằng sốđiện môi 3,80 3,80
( Do tạp chất sắt bị cuốn đi trong xử lí bằng axit nên Vycor cũng cho qua tốt tia tử ngoại)
Chương 9 LÒ NẤU THUỶ TINH 9.1 Kiểu lò:
Lò nồi: Dùng nấu thuỷ tinh quang học, phalê, mỹ nghệ và một số thuỷ tinh cao cấp. Thuỷ tinh pha lê, màu mỹ nghệ nấu trong lò nhiều nồi ; thuỷ tinh quang học và đặc biệt nấu trong lò 2 hay 1
nồi. Có thể sử dụng nấu nhiều loại thuỷ tinh có thành phần hoá khác nhau.
Lò bể: - Loại gián đoạn: tính toán như lò nồi, dùng để nấu thuỷ tinh yêu cầu nhiệt độ cao -Loại liên tục phổ biến hơn cả
9.2Hướng đi của ngọn lửa: