Tài liệu Công nghệ silicat - thủy tinh pdf

Thủy tinh, đôi khi trong dân gian còn được gọi là kính hay kiếng, là một chất rắn vô
định hình đồng nhất, có gốc silicát, thường được pha trộn thêm các tạp chất để có tính
chất theo ý muốn.
Trong vật lý học, các chất rắn vô định hình thông thường được sản xuất khi một chất lỏng
đủ độ nhớt bị làm lạnh rất nhanh, vì thế không có đủ thời gian để các mắt lưới tinh thể
thông thường có thể tạo thành. Thủy tinh cũng được sản xuất như vậy từ gốc silicát.
Trong dạng thuần khiết và ở điều kiện bình thường, thủy tinh là một chất trong suốt,
tương đối cứng, khó mài mòn, rất trơ hóa học và không hoạt động xét về phương diện
sinh học, có thể tạo thành với bề mặt rất nhẵn và trơn. Tuy nhiên, thủy tinh rất dễ gãy hay
vỡ thành các mảnh nhọn và sắc dưới tác dụng của lực hay nhiệt một cách đột ngột. Tính
chất này có thể giảm nhẹ hay thay đổi bằng cách thêm một số chất bổ sung vào thành
phần khi nấu thủy tinh hay xử lý nhiệt.
Thủy tinh được sử dụng rộng rãi trong xây đựng, làm đồ chứa (chai, lọ, cốc, chén, ly,
tách v.v)
Tính chất
Thủy tinh trong suốt,không gỉ, cứng nhưng dễ vỡ. Thủy tinh không cháy,không hút ẩm và
không bị a xít ăn mòn.
Truyền sáng
Một trong những đặc trưng rõ nét nhất của thủy tinh thông thường là nó trong suốt đối
với ánh sáng nhìn thấy, mặc dù không phải mọi vật liệu thủy tinh đều có tính chất như
vậy do phụ thuộc vào tạp chất. Độ truyền sáng của thủy tinh trong vùng bức xạ tử ngoại
và hồng ngoại thay đổi tùy theo việc lựa chọn tạp chất.
Ánh sáng nhìn thấy
Tính trong suốt của thủy tinh trong ánh sáng nhìn thấy là do sự vắng mặt của trạng thái
chuyển tiếp của các điện tử trong khoảng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy, và trạng thái
này là thuần nhất trong mọi bước sóng hơn là chỉ trong khoảng bước sóng của ánh sáng
nhìn thấy (sự không thuần nhất làm cho ánh sáng bị tán xạ, làm tán xạ hình ảnh được
truyền qua).
.
Tử ngoại
Thủy tinh thông thường không cho ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn 400 nm, hay tia cực

tím (UV) đi qua. Có điều này vì sự bổ sung của các hợp chất như tro sô đa (cacbonat
natri). Thủy tinh thuần SiO
2
(còn gọi là thủy tinh thạch anh) không hấp thụ tia cực tím và
nó được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ trong suốt trong khoảng bước sóng này,
mặc dù nó đắt hơn thủy tinh thường. Có thể pha thêm xêri vào thủy tinh để tăng việc hấp
thụ tia cực tím (các bức xạ ion hóa nguy hiểm về mặt sinh học).
Hồng ngoại
Thủy tinh có thể sản xuất đến mức độ tinh khiết mà hàng trăm kilômét thủy tinh vẫn là
trong suốt ở bước sóng hồng ngoại trong các sợi cáp quang. Một lượng lớn sắt được sử
dụng trong thủy tinh có khả năng hấp thụ nhiệt, chẳng hạn như các tấm lọc hấp thụ nhiệt
cho các máy chiếu phim.
Chiết suất
Chiết suất của thủy tinh có thể thay đổi khi có các thành phần khác thêm. Thủy tinh có
chứa chì, chẳng hạn như chì tinh thể hay thủy tinh đá lửa, là 'rực rỡ' hơn vì nó làm tăng
chiết suất và sinh ra sự 'lấp lánh' có thể nhận thấy rõ hơn.
nhiệt độ nóng chảy
Như mọi chất rắn vô định hình, thủy tinh không có điểm nóng chảy nhất định. Natri nói
chung được thêm vào để hạ nhiệt độ nóng chảy của thủy tinh. Sự bổ sung sô đa hay bồ tạt
đôi khi còn hạ nhiệt độ nóng chảy xuống thấp hơn.
Độ dẫn điện
Độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt của thủy tinh có thể thay đổi khi thêm bo, chẳng hạn như ở
Pyrex.
Lịch sử
Các loại thủy tinh có nguồn gốc tự nhiên, gọi là các loại đá vỏ chai, đã được sử dụng từ
thời kỳ đồ đá. Chúng được tạo ra trong tự nhiên từ các nham thạch (magma) núi lửa.
Người nguyên thủy dùng đá vỏ chai để làm các con dao cực sắc.
Hình ảnh thổi thủy tinh thế kỷ 9
Việc sản xuất thủy tinh lần đầu tiên là ở Ai Cập khoảng năm 2000 trước công nguyên,
khi đó thủy tinh được sử dụng như là men màu cho nghề gốm và các mặt hàng khác.

Trong thế kỷ 1 trước công nguyên kỹ thuật thổi thủy tinh đã phát triển và những thứ trước
kia là hiếm và có giá trị đã trở thành bình thường. Thủy tinh khi đó có màu xanh lá cây vì
tạp chất sắt có trong cát được sử dụng để sản xuất nó. Thủy tinh ngày nay nói chung có
màu hơi ánh xanh lá cây, sinh ra cũng bởi các tạp chất như vậy.
.
Thủy tinh nghệ thuật đôi khi được tạo ra bằng phương pháp khắc axít hay bằng các chất
ăn mòn khác (tạo ra hình cần thiết trên bề mặt thủy tinh). Thông thường nó đuyược tạo ra
bởi các nghệ nhân sau khi thủy tinh được thổi hay đúc. Trong những năm 1920 phương
pháp mới để khắc axít theo khuôn đã được phát kiến, theo đó các tác phẩm nghệ thuật
được khắc trực tiếp trên khuôn, vì thế mỗi một lượt đúc đã tạo ra hình ảnh trên bề mặt
thủy tinh. Điều này làm giảm chi phí sản xuất và kết hợp với việc sử dụng rộng rãi của
các loại thủy tinh màu đã tạo ra các sản phẩm thủy tinh rẻ tiền trong những năm 1930,
sau này được biết đến như là thủy tinh thời kỳ suy thoái.

Sản xuất chai thuỷ tinh bằng công nghệ hiện đại
Qui trình sản xuất thủy tinh:

Ứng dụng

Bàn cờ vua bằng thủy tinh.
Vì thủy tinh là một vật liệu cứng và không hoạt hóa nên nó là một vật liệu rất có ích. Rất
nhiều đồ dùng trong gia đình làm từ thủy tinh. Cốc, chén, bát, đĩa, chai, lọ v.v có thể
được làm từ thủy tinh, cũng như bóng đèn, gương, ống thu hình của màn hình máy tính
và ti vi, cửa sổ. Trong phòng thí nghiệm để làm các thí nghiệm trong hóa học, sinh học,
vật lý và nhiều lĩnh vực khác, người ta sử dụng bình thót cổ, ống thử, lăng kính và nhiều
dụng cụ thiết bị khác được làm từ thủy tinh. Đối với các ứng dụng này, thủy tinh silicat
bo (như Pyrex) thường được sử dụng vì sức bền và hệ số giãn nở nhiệt thấp, tạo cho nó
sự chống lại tốt hơn đối với các sốc nhiệt và cho phép đo đạc chính xác hơn khi làm nóng
và làm nguội các thiết bị. Đối với phần lớn các ứng dụng có yêu cầu cao, thủy tinh thạch
anh được sử dụng, mặc dù rất khó làm việc với nó. Phần lớn thủy tinh như thế này được

sản xuất hàng loạt bằng các công nghệ khác nhau, nhưng đa phần các phòng thí nghiệm
lớn cần rất nhiều các loại đồ thủy tinh khác nhau vì thế họ vẫn giữ ống thổi thủy tinh
trong văn phòng. Thủy tinh từ núi lửa, như đá vỏ chai, đã được sử dụng từ lâu để tạo ra
các công cụ bằng đá và kỹ thuật đập đá lửa có thể dễ dàng tạo ra với sự phù hợp với thủy
tinh sản xuất hàng loạt ngày nay.
Tái chế
Thuỷ tinh được tạo hình khi nó đang nóng chảy hoặc biến mềm, do đó những phế liệu có
tính chất gần giống tính chất sản phẩm cần tạo đều có thể tái chế (nấu chảy và tạo hình
lại). Ở những nhà máy lớn sản xuất thuỷ tinh, đa số đều dùng lò bể, là một loại lò có thể
nấu liên tục. Người ta hạn chế tối đa việc dừng lò bởi mỗi lần như thế, lượng thuỷ tinh
còn thừa (chiếm khoảng 20-30% thể tích lò) sẽ đông cứng, co lại và phá huỷ lớp gạch
chịu lửa xây lò và ảnh hưởng đến kết cấu thành lò. Chi phí xây gạch mới và nhiên liệu
cung cấp cho quá trình nâng nhiệt của lò đến nhiệt độ nấu thuỷ tinh sẽ rất lớn. Chính điều
đó dẫn đến việc có một số thuỷ tinh thành phẩm nhưng cũng được đưa vào tái chế (nấu
lại). Điều này xảy ra tại các nhà máy thuỷ tinh lớn chẳng may hàng bán không chạy, mà
hàng tồn đọng lại trong kho quá nhiều; nếu tiếp tục sản xuất mới sẽ không có chỗ chứa.
Biện pháp xử lý là đập vỡ thành phẩm, đem qua lò nấu lại, mục đích là để duy trì sự hoạt
động của lò.
Một vài hình ảnh về những sản phẩm làm từ thủy tinh: