Vật liệu vô cơ potx

Bài giảng CĐ vật liêu vô cơ
Bài giảng CĐ vật liêu vô cơ
1.
1.
Gốm
Gốm
2.
2.
Thuỷ tinh
Thuỷ tinh
3.
3.
Ximăng- Beton.
Ximăng- Beton.

Giới thiệu
Giới thiệu

Mục đích:
Mục đích:

Vai trò của vật liệu đối với sự phát triển
Vai trò của vật liệu đối với sự phát triển
KHKT
KHKT

Lịch sử phát triển

Lịch sử phát triển

Ứng dụng
Ứng dụng

Phân loại
Phân loại

A. Theo quan điểm hoá học
A. Theo quan điểm hoá học

1. Vật liệu kim loại và hợp kim
1. Vật liệu kim loại và hợp kim

2. Vật liệu gốm( Phi kim loai)
2. Vật liệu gốm( Phi kim loai)

3. Vật liệu thuỷ tinh
3. Vật liệu thuỷ tinh

4. Vật liệu kết dính
4. Vật liệu kết dính

5. Vật liệu tổ hợp ( compozit)
5. Vật liệu tổ hợp ( compozit)

Phân loại
Phân loại

B. Theo đặc tính kỹ thuật

B. Theo đặc tính kỹ thuật

1. Vật liệu kim loại
1. Vật liệu kim loại

2. Vật liệu gốm
2. Vật liệu gốm

3. Polyme
3. Polyme

4. Compozit
4. Compozit

5. Vật liệu bán dẫn
5. Vật liệu bán dẫn

Chương1. Vật liệu gốm
Chương1. Vật liệu gốm

Mỡ đầu
Mỡ đầu

Định nghĩa
Định nghĩa

Đặc tính chung:- giòn, dể vỡ,dể rạn
Đặc tính chung:- giòn, dể vỡ,dể rạn

- Độ rắn cao, bền nhiêt,môi trường
- Độ rắn cao, bền nhiêt,môi trường
kiềm, axit, OXH-Khử…
kiềm, axit, OXH-Khử…


* Phân loại: - Gốm truyền thống: dân dụng, xây
* Phân loại: - Gốm truyền thống: dân dụng, xây
dựng….
dựng….
-
Gốm kỹ thuật: Điên, bán dẫn, quang học…
Gốm kỹ thuật: Điên, bán dẫn, quang học…
-
Gốm sinh học
Gốm sinh học



Gốm truyền thống
Gốm truyền thống

1. Nguyên liệu: Khoáng vật, sét, hoá phẩm-
1. Nguyên liệu: Khoáng vật, sét, hoá phẩm-
silicat, aluminosilicat
silicat, aluminosilicat

2. Phương pháp sản xuất
2. Phương pháp sản xuất
a. Chuẩn bị nguyên liệu : thành phần, nghiền,

a. Chuẩn bị nguyên liệu : thành phần, nghiền,
trộn (sự phân bố,cấp hạt,…), Tạo hình ( bàn
trộn (sự phân bố,cấp hạt,…), Tạo hình ( bàn
xoay, ép khô, bán khô, lento, đỗ rót), sấy
xoay, ép khô, bán khô, lento, đỗ rót), sấy
khô ( lò sấy, phơi khô,) sữa chữa dáng hình
khô ( lò sấy, phơi khô,) sữa chữa dáng hình
mộc, phủ men, màu, Nung thiêu kết( lò
mộc, phủ men, màu, Nung thiêu kết( lò
nung tuynen, lò thường…), sản phẩm
nung tuynen, lò thường…), sản phẩm

Gốm kỹ thuật (tiền tiến)
Gốm kỹ thuật (tiền tiến)

1. Đáp ứng các ngành CN và KHKT
1. Đáp ứng các ngành CN và KHKT

a. Cấu trúc đặc biệt
a. Cấu trúc đặc biệt

b. Tính chất lý, hoá, đặc biệt phù hợp với
b. Tính chất lý, hoá, đặc biệt phù hợp với
lĩnh vực sử dụng
lĩnh vực sử dụng

c. Phương pháp điều chế:đúc rót, pha rắn,
c. Phương pháp điều chế:đúc rót, pha rắn,
sol-gel, phun thuỷ lực pha hơi, kết tinh từ
sol-gel, phun thuỷ lực pha hơi, kết tinh từ

pha thuỷ tinh, thuỷ nhiêt, đồng kết tủa,vận
pha thuỷ tinh, thuỷ nhiêt, đồng kết tủa,vận
chuyển pha khí, khử điện hoá, Hoá học
chuyển pha khí, khử điện hoá, Hoá học
mềm, nội phân tử…
mềm, nội phân tử…

KHOA HỌC VẬT LIỆU
KHOA HỌC VẬT LIỆU
1.Vật liệu vô cơ
1.Vật liệu vô cơ
2. Vật liệu hữu cơ
2. Vật liệu hữu cơ
3. Vật liệu kết hợp vô cơ - Hữu cơ.
3. Vật liệu kết hợp vô cơ - Hữu cơ.
1.1. Vật liệu vô cơ:
1.1. Vật liệu vô cơ:
a. Kim loại , hợp kim
a. Kim loại , hợp kim
b. Phi kim loại: Gốm, sứ, thuỷ tinh, ximăng, beton.
b. Phi kim loại: Gốm, sứ, thuỷ tinh, ximăng, beton.
2.1. Vật liệu polyme( tự nhiên và tổng hợp)
2.1. Vật liệu polyme( tự nhiên và tổng hợp)

Khoa học vật liệu
Khoa học vật liệu
3.1. Vật liệu kết hợp vô cơ - Hữu cơ.
3.1. Vật liệu kết hợp vô cơ - Hữu cơ.
a.
a.

Vật liệu compozit
Vật liệu compozit
b.
b.
Vật liệu Vật liệu kết dính
Vật liệu Vật liệu kết dính
c.
c.
Vật liệu nano
Vật liệu nano
d.
d.
Vật liệu thông minh.
Vật liệu thông minh.

Sự khác nhau của các loại gốm
Sự khác nhau của các loại gốm

Môi trường nung(oxh- khử, khí trơ )
Môi trường nung(oxh- khử, khí trơ )

Sản lượng sản phẩm
Sản lượng sản phẩm

Giá trị sử dụng:
Giá trị sử dụng:


a. Dân dụng
a. Dân dụng

b. Xây dựng
b. Xây dựng


c. Mỹ nghệ
c. Mỹ nghệ


d. Kỹ thuật điện , điện tử, công nghệ cao
d. Kỹ thuật điện , điện tử, công nghệ cao

2. Cấu tạo và đặc trưng của gốm
2. Cấu tạo và đặc trưng của gốm

2.1. Cấu tạo:
2.1. Cấu tạo:

Trạng thái rắn, thiêu kết.
Trạng thái rắn, thiêu kết.

Cấu trúc tinh thể:
Cấu trúc tinh thể:
a. Loại đơn pha
a. Loại đơn pha
b. Loại đa pha
b. Loại đa pha
c. Mạng tinh thể gồm phân mạng anion gói gém
c. Mạng tinh thể gồm phân mạng anion gói gém

chắc đặc ( lập phương, tứ phương, lục phương,
chắc đặc ( lập phương, tứ phương, lục phương,
đơn tà, tam tà, mặt thoi, hình thoi)
đơn tà, tam tà, mặt thoi, hình thoi)


Các cation phân bố vào các hốc trống tứ diện và
Các cation phân bố vào các hốc trống tứ diện và
b
b
á
á
t diện
t diện

3.Tính chất
3.Tính chất

1- Hoá học:
1- Hoá học:

- Bền trong môi trường axit, kiềm, Oxi hoá-
- Bền trong môi trường axit, kiềm, Oxi hoá-
khử
khử

2. Cơ, lý
2. Cơ, lý

Bền cơ học, nén, ép, uốn

Bền cơ học, nén, ép, uốn

Điện môi, dẫn điên, bán dẫn,siêu dẫn,quang
Điện môi, dẫn điên, bán dẫn,siêu dẫn,quang
dẫn, từ tính…
dẫn, từ tính…

Thương tích với cơ thể
Thương tích với cơ thể

4. Các phương pháp tổng hợp
4. Các phương pháp tổng hợp

1. Điều kiện:
1. Điều kiện:

- Dựa vào đặc tính sản phẩm
- Dựa vào đặc tính sản phẩm

- Dựa vào điều kiện kỹ thuật
- Dựa vào điều kiện kỹ thuật
a.
a.
Vật liệu gốm dạng bột ( nano, micro, milimet
Vật liệu gốm dạng bột ( nano, micro, milimet
-
Thiêu kết bột gốm thành linh kiện( khuôn)
Thiêu kết bột gốm thành linh kiện( khuôn)
-
Gốm màng mỏng ( film)

Gốm màng mỏng ( film)
-
Gốm sợi,
Gốm sợi,
b. P.Pháp: nhiệt độ cao, áp suất cao, pha hơi
b. P.Pháp: nhiệt độ cao, áp suất cao, pha hơi
c. Phương pháp: khô, ướt, khí
c. Phương pháp: khô, ướt, khí

Phương pháp điều chế
Phương pháp điều chế
1.
1.
Phương pháp truyền thống
Phương pháp truyền thống
-a. Phản ứng xẩy ra ở các pha rắn:
-a. Phản ứng xẩy ra ở các pha rắn:
•
Cơ chế:
Cơ chế:
•
Chất tham gia phản ứng nằm định vị ở vị trí nút mạng
Chất tham gia phản ứng nằm định vị ở vị trí nút mạng
của chất đầu
của chất đầu
•
Phản ứng xẩy ra ở bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha rắn.
Phản ứng xẩy ra ở bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha rắn.
•
Ví dụ: MgO + Al

Ví dụ: MgO + Al
2
2
O
O
3
3
= MgAl
= MgAl
2
2
O
O
4
4
( 1 )
( 1 )


lập p Lục P Lập phương
lập p Lục P Lập phương


Cation Al trong Oxit và spinen có SPT= 6( hốc bát diện)
Cation Al trong Oxit và spinen có SPT= 6( hốc bát diện)
Cation Mg trong oxit có SPT = 6, trong spinen = 4
Cation Mg trong oxit có SPT = 6, trong spinen = 4
Phân mạng anion oxy trong oxit nhôm chuyển sang spinen
Phân mạng anion oxy trong oxit nhôm chuyển sang spinen

Cơ chế
Cơ chế

Phản ứng (1) có Entalpy,
Phản ứng (1) có Entalpy,
năng lượng tự do âm phản
năng lượng tự do âm phản
ứng tự xẩy ra,nhưng tốc
ứng tự xẩy ra,nhưng tốc
độ rất chậm.
độ rất chậm.

1200
1200
o
o
C mới tạo lớp SP
C mới tạo lớp SP
mỏng ở biên giới( giai
mỏng ở biên giới( giai
đoạn tạo mầm).
đoạn tạo mầm).

a. Quá trình tạo mầm
a. Quá trình tạo mầm

SP (mỏng) ở bề mặt 2 pha
SP (mỏng) ở bề mặt 2 pha
rắn
rắn


Phá đứt LK củ tạo LK mới
Phá đứt LK củ tạo LK mới
MgO
MgO
Al
Al
2
2
O
O
3
3
MgO
MgO
Al
Al
Mg
Mg
Al
Al
2
2
O
O
3
3


Kiểu phản ứng

Kiểu phản ứng

a.Epitaxit: -Cấu trúc tinh thể của SP và chất
a.Epitaxit: -Cấu trúc tinh thể của SP và chất
đầu giống nhau
đầu giống nhau

-Cấu trúc bề mặt tiếp xúc của sản phẩm và
-Cấu trúc bề mặt tiếp xúc của sản phẩm và
chất phản ứng giống nhau
chất phản ứng giống nhau

( đi xa vào bên trong của tinh thể thì tính
( đi xa vào bên trong của tinh thể thì tính
đồng nhất không còn nữa)
đồng nhất không còn nữa)

b.Topotaxit (Đi xa vào bên trong thì tính
b.Topotaxit (Đi xa vào bên trong thì tính
đồng nhất vẫn còn) dẫn đến dể tạo mầm.
đồng nhất vẫn còn) dẫn đến dể tạo mầm.

Kiễu phản ứng
Kiễu phản ứng

Định hướng tạo mầm SP ( 3 điều kiện)
Định hướng tạo mầm SP ( 3 điều kiện)

- Kích thước tế bào ( a,b,c khác nhau <
- Kích thước tế bào ( a,b,c khác nhau <

15%)
15%)

- Khoảng cách giữa các nguyên tử
- Khoảng cách giữa các nguyên tử

- cấu trúc bề mặt và sự phân bố nguyên tử
- cấu trúc bề mặt và sự phân bố nguyên tử
trên các mặt ( 001, 101, 111,.)
trên các mặt ( 001, 101, 111,.)

b. Quá trình phát triển mầm
b. Quá trình phát triển mầm

1. Quá trình khuếch tán ngược chiều của cation
1. Quá trình khuếch tán ngược chiều của cation

Cation Mg khuếch tán từ bề mặt tiếp xúc đến lớp sản
Cation Mg khuếch tán từ bề mặt tiếp xúc đến lớp sản
phẩm MgAl
phẩm MgAl
2
2
O
O
4
4

Cation Al khuếch tán chiều ngược lại
Cation Al khuếch tán chiều ngược lại


Đảm bảo tính trung hoà điện:
Đảm bảo tính trung hoà điện:

Trên mặt biên giới: Mg/MgAl
Trên mặt biên giới: Mg/MgAl
2
2
O
O
4
4

2Al
2Al
3+
3+
- 3Mg
- 3Mg
2+
2+
+ 4MgO
+ 4MgO


MgAl
MgAl
2
2
O

O
4
4

Trên mặt biên giới: Al
Trên mặt biên giới: Al
2
2
O
O
3
3
/MgAl
/MgAl
2
2
O
O
4
4

3Mg
3Mg
2+
2+
- 2Al
- 2Al
3+
3+
+ 4Al

+ 4Al
2
2
O
O
3
3




3MgAl
3MgAl
2
2
O
O
4
4

Tổng: 4 MgO + 4Al
Tổng: 4 MgO + 4Al
2
2
O
O
3
3



4MgAl
4MgAl
2
2
O
O
4
4

Sự phát triển về phía phải gấp 3 lần về phía trái ( gọi cơ
Sự phát triển về phía phải gấp 3 lần về phía trái ( gọi cơ
chế ngược dòng cation hay Wagner)
chế ngược dòng cation hay Wagner)

2. Tốc độ phản ứng
2. Tốc độ phản ứng

1. Lớp SP càng dày, sự khuếch tán cation càng
1. Lớp SP càng dày, sự khuếch tán cation càng
khó d
khó d
ẫ
ẫ
n đến tốc độ chậm lại
n đến tốc độ chậm lại

Quá tr
Quá tr

ìn
ìn
h khuếch tán ngược dòng quyết định đến
h khuếch tán ngược dòng quyết định đến
tốc độ phản ứng
tốc độ phản ứng
Pt. dy/dt = k/y (1) hay y = kt
Pt. dy/dt = k/y (1) hay y = kt1/2 (2)
Y: lớp bề dày SP, t: thời gian, k: hằng số
•
Sự phụ thuộc hằng số vào nhiệt độ
•
K = c.e
-a
/
t
•
Lgk = lgc – a/2,3t
•
C, a là hằng số,


3. Trạng thái hoạt động của chất
3. Trạng thái hoạt động của chất
phản ứng
phản ứng

1. P. trình động học k = A. e
1. P. trình động học k = A. e
–E*/RT

–E*/RT

E* năng lượng hoạt động hoá phụ thuộc
E* năng lượng hoạt động hoá phụ thuộc
vào trạng thái hoạt động của chất
vào trạng thái hoạt động của chất

Sự phá vỡ mạng lưới cũ tạo mạng lưới mới
Sự phá vỡ mạng lưới cũ tạo mạng lưới mới
( Hiệu ứng J. Hedwall)
( Hiệu ứng J. Hedwall)

Chất tinh thể mạng lưới bền vững kém hoạt
Chất tinh thể mạng lưới bền vững kém hoạt
động.
động.

Chất vô định hình kém bền, hoạt động dễ
Chất vô định hình kém bền, hoạt động dễ
tham gia phản ứng
tham gia phản ứng

Phản ứng phân huỷ nhiệt nội phân
Phản ứng phân huỷ nhiệt nội phân
tử
tử

1. Phản ứng tổng hợp 1 pha rắn mới phân
1. Phản ứng tổng hợp 1 pha rắn mới phân
huỷ từ một pha rắn ban đầu có chứa các

huỷ từ một pha rắn ban đầu có chứa các
hợp phần cần thiết cho pha rắn mới.
hợp phần cần thiết cho pha rắn mới.

2. Thí dụ caolinit(Al
2. Thí dụ caolinit(Al
2
2
O
O
3
3
.2SiO
.2SiO
2
2
.2H
.2H
2
2
O)
O)




mullit ( 3Al
mullit ( 3Al
2
2

O
O
3
3
.2SiO
.2SiO
2
2
)
)
3. Phản ứng PHNNPT xẩy ra ở nhiệt độ thấp
3. Phản ứng PHNNPT xẩy ra ở nhiệt độ thấp
hơn nhiều so với phản ứng xẩy ra giữa các
hơn nhiều so với phản ứng xẩy ra giữa các
pha rắn.
pha rắn.

Mạng lưới caolinit và metacaolanh
Mạng lưới caolinit và metacaolanh

