PHƯƠNG PHÁP NẤU CHẢY Ở NHIỆT ĐỘ CAO pdf

12/7/2010 604006 - chương 9 11
CHƯƠNG 9 - PHƯƠNG PHÁP NẤU CHẢY Ở
NHIỆT ĐỘ CAO
I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
II. CHẾ TẠO THỦY TINH SILICAT
III. CHẾ TẠO GỐM THỦY TINH
12/7/2010 604006 - chương 9 22
Ứng dụng giản đồ pha vào quá trình tổng hợp.
Cơ sở: dựa vào giản đồ biểudiễnsự phụ thuộc vào thành phần
pha tạothànhtronghệ phản ứng vào nhiệt độ và hàm lượng chất
đầu.
ÆDựa vào giản đồ pha dựđoán có thể tổng hợpvậtliệu.
Æ Dựa vào giản đồ pha lựachọn được điềukiệnphản ứng:
hàm lượng các chất ban đầu, nhiệt độ để tạo đượcsảnphẩm
cuối.
12/7/2010 604006 - chương 9 33
Æ Không thể tổng hợp đượchợpchất nào giữaA vàB
12/7/2010 604006 - chương 9 44
ÆCó thể tổng hợpAB từ phốiliệu có thành phần đúng vớiAB
Æ Nếu thành phầnkháccóthể tổng hợp AB + A(B)
12/7/2010 604006 - chương 9 55
Kỹ thuậttổng hợp
Dựa trên giản đồ pha xác định đượcphốiliệuban
đầu
Nguyên liệu
(bột)
Phốiliệu
Nấuchảy ở
t
0
cao

Gia công
tạohình
( Đúc; cán; kéo tạosợi, màng, tấm; thổi…)
12/7/2010 604006 - chương 9 66
Đúc: Rót vậtliệu ở dạng nóng chảy vào khuôn
Æ
tạora
sảnphẩmcóhìnhdạng như khuôn.
12/7/2010 604006 - chương 9 77
Phân biệtchấtrắntinhthể và chấtrắnvôđịnh hình
Trạng thái tinh thể
-Có tính dị hướng
-Các tiểu phân sắpxếpcó
trậttự xaÆ có dạng tinh thể
xác định
-Có nhiệt độ nóng chảy xác
định
Trạng thái thủytinh
-Có tính đẳng hướng
-Các tiểu phân sắpxếpcótrậttự
gần Æ không có hình thù đặc
trưng
-Không có nhiệt độ nóng chảy
xác định – có khoảng biếnmềm
rồisauđóchảylỏng.
Trạng thái thủytinh(khôngbền) Æ tinh thể (bền)
12/7/2010 604006 - chương 9 88
Tính chaát
Hình - Giản đồ tính chất–nhiệt độ
abcd : vậtliệuthủy tinh (tính chấthóalýthayđổi liên tục) (T

g
–T
f
: phạm vi chuyểntiếpcủathủy tinh)
a’b’c’d’: vậtliệukếttinh
12/7/2010 604006 - chương 9 99
Thủytinh: Không xuấthiện pha mớikhilàmlạnh: khi hạ
nhiệt độ, độ nhớtcủakhốithủy tinh nóng chảytăng lên,
khốithuỷ tinh nóng chảyvề trạng thái rắn. Quá trình
đóng rắncủathủy tinh không xuấthiện pha mới trong
hệ.
Vậtthể kếttinhkhi chuyểntừ trạng thái lỏng sang rắn,
đềucóphamớixuấthiện.
12/7/2010 604006 - chương 9 1010
Tóm lại: trạng thái thủytinh(trunggiangiữatrạng thái
kết tinh, trạng thái lỏng). Chấpnhậnmột định nghĩa
tương đốidễ hiểu:
“Thủy tinh là sảnphẩmvôcơ nóng chảy
đượclàm
quá lạnh
đếntrạng thái rắn mà không kếttinh”
12/7/2010 604006 - chương 9 1111
• Tammann, 1903 – Coi thủytinhlàhỗnhợpnóngchảy
không giảithíchđượctínhchấtrắncủathủytinh
• Lebedev, 1921, thuyếtcấu trúc vi tinh: xem thủytinhlà
những vi tinh thể -khônggiảithíchđượctínhchấtlỏng
củathủytinh(tínhđồng nhất, đẳng hướng…)
• Zachariasen, 1932 – thuyếtcấutrúcliêntục, VĐH được
quan tâm
• Cho tới nay vẫn còn nghiên cứu

Các giả thuyếtvề cấutrúcthủytinh
12/7/2010 604006 - chương 9 1212
Thuyếtcấutrúcliêntục, VĐH của Zachriasen:
-Về mặtcấutrúccũng giống như tinh thể, các nguyên tử
sắpxếptrậttự tạothànhmạng lướibachiềunhưng
mạng lưới này không đốixứng và không tuần hoàn
-do sự hỗnloạn đómànăng lượng thủy tinh lớnhơn
tinh thể.
12/7/2010 604006 - chương 9 1313
12/7/2010 604006 - chương 9 1414
Cấutrúcthủy tinh silicat natri (b)
12/7/2010 604006 - chương 9 1515
Điềukiện để tạothủytinh
+ Phụ thuộc vào bảnchấtcủachấtnóngchảy:
VD: Các oxit có khả năng tạotrạng thái thủy tinh: có khả năng
tạo thành cấu trúc khung ba chiều ở trậttự gần.
Theo Zachariasen, dựa vào mộtsố tiêu chuẩnvềđặc điểmliênkết
–cấu trúc:
-Nguyên tử oxi có số phốitrí2
-Các nguyên tử khác có số phốitrí<=4
-Nguyên tử trung tâm liên kếtvới oxi tạocácđadiện–các
đadiện liên kếtvới nhau qua >=3 đỉnh chung
Æ
tạolưới
ba chiều
12/7/2010 604006 - chương 9 1616
Các oxit được chia thành 3 nhóm:
Căn cứ vào lực tương tác F của các ion có thể chia các cation
thành ba nhóm
-Nhóm các ion tạo thủy tinh như B

3+
, Si
4+
, Ge
4+
có F khá lớn,
làcácchấtkhótạomầmtinhthể, các chất khi nóng chảycóđộ
nhớtlớn , các oxit có đặctínhcủaliênkết ion – liên kếtcộng
hóa trị (năng lượng liên kếtlớn)
-Nhóm các ion gây biến dạng như Na
+
, Ca
2+
có F khá nhỏ
- Nhóm các ion trung gian như Al
3+
, Ti
4+
cógiátròF nằmở
giữa hai loại trên
F=Z/r
2
12/7/2010 604006 - chương 9 1717
Ion Bán kính
Ǻ
F=Z/r
2
Vai trò trong cấu trúc
B
3+

P
5+

Si
4+

As
5+

Ge
4+
0,20
0,34
0,41
0,47
0,53
75,0
43,2
23,8
22,6
14,2
Ion tạo thủy tinh
Be
2+
Al
2+
Ti
4+

Zr
4+
0,31
0,50
0,68
0,80
20,8
12,0
8,7
6,3
Ion trung gian, bản thân
không tạo thủy tinh nhưng
có thể tham gia mạng lưới
thủy tinh cùng với các ion
khác
Mg
2+
Li
4+
Se
2+

Na
+
Ba
2+

K
+

0,65
0,60
0,99
0,95
0,35
0,33
4,7
2,78
2,04
1,11
1,10
0,37
Ion biến hình, không tạo
thủy tinh làm yếu các liên
kết mạng lưới
12/7/2010 604006 - chương 9 1818
+ Ảnh hưởng củayếutố khác:
Để tạothủytinhthìtốc độ tạomầmnhỏ, tốc độ lớnlêncủamầm
nhỏ.
ÆPhụ thuộc độ quá nguội, tốc độ làm nguội, quá trình ủ
ÆĐốivớimộtsố oxit có độ nhớtnhỏ chỉ có thể tạothànhtrạng
thái thủy tinh khi tốc độ làm nguộicao, độ quá nguộilớn để các
tiểu phân không kịpsắpxếptạomầmtinhthể.
ÆĐốivớinhómcóđộ nhớtlớn, thì tốc độ tạomầmnhỏ nên ít
phụ thuộcyếutố bên ngoài.
12/7/2010 604006 - chương 9 1919
PHÂN LOẠI THỦY TINH VÔ CƠ
Thủytinhđơnnguyêntử: đượccấutạotừ 1 nguyên tố hóa
học (nhóm V, VI)
VD: thủytinhlưuhuỳnh, thủy tinh selen, thủy tinh photpho

Thủy tinh oxit: chia thủy tinh thành các lớp silicat, borat,
photphat, giecmanat, telurit, aluminat
Có nhiềucáchphânloại:
12/7/2010 604006 - chương 9 2020
12/7/2010 604006 - chương 9 2121
Phân loạithủytinhtheoứng dụng
•Thủy tinh bao bì
•Thủy tinh tấm(kính
xây dựng)
•Thủy tinh bền hóa
•Thủy tinh dân dụng
•Thủy tinh kỹ thuật
•…
12/7/2010 604006 - chương 9 2222
THỦY TINH SILICAT
Thành phầnthủy
tinh silicat dân
dụng : SiO
2
, Na
2
O,
CaO,…
12/7/2010 604006 - chương 9 2323
12/7/2010 604006 - chương 9 2424
12/7/2010 604006 - chương 9 2525
QUY
TRÌNH
SẢN
XUẤT

THỦY
TINH