VẬT LIỆU VÔ ĐỊNH HÌNH

VẬT LIỆU VÔ ĐỊNH HÌNH
Giáo Viên: TS. Trương Thị Ngọc Liên
Sinh Viên: Trịnh Văn Lương
Vũ Tiến Đạt
Nguyễn Đình Trung
NỘI DUNG
1. GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU VÔ ĐỊNH HÌNH
2. TÍNH CHẤT VẬT LIỆU THỦY TINH
3. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO
4. CÁC ỨNG DỤNG CỦA THỦY TINH
KHÁI NIỆM CƠ BẢN
•
Vật liệu vô định hình là vật liệu có cấu trúc
nguyên tử sắp xếp không có trật tự
Tinh thể Vô định hình
-
Sắp xếp có trật tự, tuần hoàn trong
không gina theo phép tịnh tiến
-
Tinh thể có cấu trúc trật tự xa
-
Các nguyên tử sắp xếp không có trật tự
trong không gian.
-
Có khuynh hướng trật tự gần và sắp
xếp cầu.
- Có điểm nóng chảy và điểm sôi xác
định
- Không có điểm nóng chảy xác định,
điểm nóng chảy trên một phạm vi rộng
- Tính chất vật lý của tinh thể khác nhau

theo các hướng khác nhau
- Tính chất vật lý của các chất vô định
hình là đẳng hướng.
- Tinh thể có tính đối xứng qua trục của nó - Chất vô định hình là không đối xứng
- Tinh thể có thể tách theo hướng cụ thể
tại các mặt phẳng phân tách cố định
- Không thể phân tách mặt phẳng
VẬT LIỆU THỦY TINH
- Thủy tinh là một vật liệu vô định hình gần với gốm,
thành phần chính là và các phụ gia.
•

Độ nhớt

Phương trình Frenken-Andrpad:
năng lượng kích thích sự chảy nhớt
A là hằng số

Phương trình có thể viết dưới dạng
Thỏa mãn khi tính độ nhớt của thủy tinh nóng chảy trong khoảng nhiệt độ rất hẹp. Trong khoảng nhiệt
độ rộng, B trở thành hàm của nhiệt độ
Với các hệ số a, B xác định bằng thực nghiệm
•

Các nhiệt độ đặc trưng của thủy tinh
Tính chất nhiệt

Thủy tinh là vật liệu dẫn nhiệt kém
khoảng 0,0017 - 0,0032 Cal/cm.s.°C ở nhiệt độthường


Tỉ nhiệt của thủy tinh phụ thuộc vào thành phần hóa và vào
nhiệt độ.
Trong phạm vi nhiệt độ thường thủy tinh có tỉ nhiệt vào khoảng 0,08-0,25Cal/g.°C.

Hệ số giãn nở nhiệt phụ thuộc mạnh vào thành phần hóa học
Thủy tinh thạch anh có hệ số giãn nở nhiệt thấp nhất α = 5,8.10-7/°C

Độ chịu nhiệt của thủy tinh được xác định
p cường độ chịu kéo của thủy tinh ; α hệ số giãn nở nhiệt ; E môđun đàn hồi;
d mật độ ; c tỉ nhiệt
Tính chất điện

Độ dẫn điện
Thủy tinh dẫn điện bằng các ion. Vì thế điện trở riêng (ρ) của thủy tinh ngay ở
trạng tháinóng chảy cũng lớn hơn vật liệu dẫn điện bằng điện tử. Ở nhiệt độ
phòng điện trở riêng của thủy tinh vào khoảng Ωcm. Khi chảy lỏng nó giảm
xuống còn Ωcm

Hằng số điện môi
•
Thủy tinh có hằng số điện môi lớn. Thủy tinh thạch anh có Ɛ = 3,8; thủy
tinh chì có Ɛ=10-16 tùy theo hàm lượng chì. Thủy tinh thông thường có
Ɛ=6,5-8.
•

Tính chất quang
1. Chiết suất và độ tán sắc
.
Thủy tinh là vật liệt trong suốt
.

Chiết suất và độ tán sắc phụ thuộc vào thành phần hóa học

dao động trong khoảng 1,35 – 2,25; số γ = 25-100 (=5893A°)

Các kim loại nặng như Pb, Ba, Sb làm tăng chiết suất và độ tán sắc
.
Thủy tinh tôi có chiết suất nhỏ hơn thủy tinh ủ có cùng thànhphần hóa
khoảng 0,004-0,005
•

2. Sự phản xạ

R tỉ lệ thuận với góc tới của tia sáng

Với các tia chiếu vuông góc có thể biểu diễn R qua chiết suất n

Hệ số phản xạ R tăng theo sự tăng của n

Nếu chùm ánh sáng phải đi qua m mặt thủy tinh liên tiếp thì nó bị
phản xạ nhiều lần do đó sự tổn thất do phản xạ có thể đến 75-80%

Giảm hệ số phản xạ bằng cách phủ lên các chi tiết quang học thủy
tinh một màng mỏng có chiều dày bằng ¼λ của tia tới và có chiết suất
bằng chiết suất của thủy tinh và ngược lại
•

3. Sự hấp thụ

Thủy tinh hấp thụ ánh sáng có chọn lọc nên nó có những màu
sắc khác nhau. Sự hấp thụ này do một số chất tạo màu trong

thủy tinh gây nên

Đặc trưng cho sự hấp thụ ánh sáng là hệ số thấu quang T và hệ
số hấp thụ

cường độ ánh sáng qua mẫu thử; cường độ ánh sáng tới mẫu thử
•

Phân loại thủy tinh
1. Thủy tinh Soda Lime
2. Thủy tinh Pyrex
3. Thủy tinh Vico
4. Thủy tinh thạch anh
5. Thủy tinh sợi
6. Thủy tinh quang
7. Gốm thủy tinh
Loại thủy tinh
Phần trăm trọng lượng
Đặc điểm
SiO2 Na2O CaO
Al2O
3
B2O
3
Chất khác
Bình chứa
(Soda-lime)
74 16 5 1 4 MgO Tk thấp, dễ gia công, bền
Thủy tinh pyrex 81 3,5 2,5 13
Chịu xung nhiệt, trơ về

mặt hóa học
Thủy tinh vicô 96 4
Chịu xung nhiệt, trơ về
mặt hóa học
Thủy tinh thạch
anh
>99,5
Nhiệt độ nóng chảy cao,
hệ số giản nở thấp
Thủy tinh sợi 55 16 15 10 4 MgO Độ dẻo cao
Thủy tinh
quang
54 1
37 PbO
8 K2O
Mật độ cao, chiết suất cao
Gốm thủy tinh 70 18
4,5 TiO2
2,5 LiO
Dễ sản xuất, cứng, chịu
xung nhiệt
Một số loại thủy tinh
Soda-Lime Glass
Thủy tinh Pyrex
Thủy tinh Vico
Thủy tinh sợi
Thủy tinh thạch anh
Thủy tinh quang
CÔNG NGHỆ THỦY TINH
1. Nguyên liệu

.
Nguyên liệu chính là SiO2 được lấy từ cát:

Độ sạch hóa học trên 98% SiO2

Tạp chất nhỏ, đặc biệt Fe2O3 dưới 0,012%

Trên 70% kích cỡ hạt có kích thước 0,2 ÷ 0,4 mm
.
CaO được tách từ CaCO3
.
Na2O được tách từ NaCO3
.
Tràng thạch: Na2O.Al2O3.6SiO2 ,K2O.Al2O3.6SiO2
.
Dolomit MgO.CaO
.
Chất khử bọt (Na2NO3): Na2NO3 → Na2O + NO2 ↑
.
Chất tạo màu: màu lục-CuO, xanh da trời-CoO, màu hồng-
Se
2. Nấu thủy tinh

Trộn hỗn hợp nguyên liệu đựng trong nồi nấu và đưa
và lò nung.

Nhiệt độ lò nung tùy thuọc vào loại thủy tinh
•
Thủy tinh bao bì nhiệt độ nung khoảng 1450 ÷ 1550 °C


Lò nung có thể là lò dầu, lò than, lò điện…
Kim loại Kim loại hợp chất Màu
Sắt
Sắt oxit + BaO Đỏ-xanh
Sắt oxit + Crôm Xanh đậm
Sắt sulfua Hổ phách
Mangan Hợp chất Mn3+ Màu tím
Crôm
Crôm oxide hoặc dicromat
kali
Đen
Kali cromat Vàng
Đồng Đồng oxit Ruby
Coban
Trộn coban với boro silicat Màu hồng
Coban và iốt Xanh
Uranium Uranium và plutonium Vàng
3. Tạo hình và gia công
Ở khoảng nhiệt độ ở điểm gia công, người ta thường
dùng các phương pháp gia công sau:
Kéo sợi thủy tinh
Ép thủy tinh
Thổi thủy tinh
Cán tấm thủy tinh

Ngoài ra còn một số phương pháp khác như : rót thủy tinh,
cưa thủy tinh,…
4. Xử lý nhiệt

Ủ: Khi làm nguội thủy tinh sẽ xuất hiện các ứng suất nhiệt do

tốc độ nguội của các thành phần khác nhau trong thủy tinh, do
đó rất dễ vỡ khi tác dụng xung nhiệt. Vì vậy thủy tinh phải
được ủ nhiệt làm giảm từ từ nhiệt độ để giải phóng ứng suất
này.

Tôi thủy tinh: Là phương pháp đưa vào các ứng suất dư bề mặt
Nung thủy tinh lên khoảng nhiệt độ Tg < T < Tm , sau đó làm
nguội nhanh trong dòng khí hoặc bể dầu.
ỨNG DỤNG
Trong xây dựng và nội thất
TRONG ĐỜI SỐNG
ỨNG DỤNG
•
Các đồ vật chứa đựng hàng ngày