TRƯỜNG ĐẠI HỌC … KHOA KỸ THUẬT CƠ SỞ BÀI TIỂU LUẬN VẬT LIỆU HỌC VẬT LIỆU CERAMIC – THỦY TINH Giảng viên hướng dẫn: ………… Sinh viên thực hiện: Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 06 năm 2016 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU - PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CERAMIC Trang 03 - 04 - 04 1.2 Đặc điểm cấu trúc vật liệu Ceramic - 05 1.3 Cơ tính vật liệu Ceramic 09 1.1 Giới thiệu chung Ceramic - 1.4 Một số vật liệu Ceramic thường gặp 12 PHẦN 2: VẬT LIỆU THỦY TINH 14 2.1 Khái niệm tính chất thủy tinh 14 2.2 Phương pháp chế tạo - 16 2.3 Các loại thủy tinh thường gặp ứng dụng 22 * Thủy tinh Silicat- kiềm- kiềm thổ - 22 * Thủy tinh Thạch anh 23 * Thủy tinh Bono- silicat Alunino- silicat - 25 * Thủy tinh chì silicat 26 28 - 29 37 * Thủy tinh không silicat * Gốm thủy tinh KẾT LUẬN LỜI NÓI ĐẦU Thủy tinh & kính vật liệu biến đổi kỳ ảo, có lịch sử phát triển hàng ngàn năm Cách 4000 năm người chế tạo vật liệu có tính suốt để làm vật dụng, 2000 năm sau người Roma dân tộc tiên phong sử dụng kính làm vật liệu bao che (kính cửa sổ, kính xây dựng) Đến kỷ 14, 25 tri thức kính phát triển sâu sắc, khoa học chế tạo kính hiển vi, kính viễn vọng ống thử… Nếu văn minh khó thể diện thiếu kính Chúng ta thấy ánh sáng diện thiếu kính làm việc chiếu sáng, ngành viễn thông thiếu sợi quang học Tuy kính không hoàn toàn dành cho mục đích thực dụng mà để làm đẹp Thủy tinh nhà văn phương tây mô tả : Đó ánh sáng lỏng, chuyển động, đất lửa tuyết băng – Nó gặp gỡ tự nhiên người Chỉ nhìn xung quanh thấy thủy tinh ứng dụng rộng rãi nào! Trong văn phòng nhà ở, ô tô, thành phố trung tâm Chẳng Việt Nam giống nước có tầm nhìn khác bị chiếm giữ tòa nhà bọc kính Kính vật liệu cemaric vật liệu cách nhiệt siêu bển, vật liệu bán dẫn ứng dụng lĩnh vực từ làm vật liệu xây dựng, đồ gia dụng làm vật liệu chôn cất rác thải hạt nhân TP.HCM, tháng 06 năm 2016 Nhóm sinh viên thực PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ CERAMIC 1.1 Giới thiệu chung ceramic Ðịnh nghĩa : Vật liệu ceramic tạo thành từ hợp chất hóa học nguyên tố kim loại kết hợp với nguyên tố khác khộng phải kim loại tạo thành từ hợp chất hóa học nguyên tố kim loại kết hợp với Trong bảng tuần hoàn nguyên tố hóa học Menđêêép, có tới 75% nguyên tố hóa học tham gia cấu tạo nên vật liệu ceramic Hình 7.1: Các khả kết hợp nguyên tố hoá học để tạo nên ceramic Theo sơ đồ, kim loại kết hợp với bo để tạo nên borít, kết hợp với nitơ để tạo nitrít, kết hợp với ô xy để tạo ôxýt, kết hợp với silic để tạo silixit Tương tự ta co xuất phát từ nguyên tố bo hay nguyên tố silíc v.v… Sự kết hợp làm cho vật liệu vô phong phú đa dạng thành phần hóa học vê tính chất chúng Với kết hợp đa dạng làm cho ceramic đa dạng thành phần hoá học tính chất theo dạng hợp chất hình thành, ceramic có nhiều loại • • • • • Đơn ôxyt kim loại(Al2O3 gốm corindon) Đơn ô xyt bán kim loại (SiO2 thuỷ tinh, thạch anh) Hỗn hợp nhiều ô xyt kim loại (sứ, thuỷ tinh silicat) Các đơn nguyên tố (bo, cacbon) Các birit, nitrit kim loại kim (TiC, SiC, BN, ZrN …) Có thề phân loại ceramic theo thành phần hoá học, theo cấu trúc, theo phương pháp công nghệ, lĩnh vực dử dụng… Theo đặc điểm kết hợp, ceramic chia làm ba nhóm chính: • • • 1.2 Gốm vật liệu chịu lửa Thuỷ tinh gốm thuỷ tinh Xi măng bê tông Đặc diểm cấu trúc vật liệu ceramic Ðặc trưng quan trọng cấu trúc vật liệu ceramic kiểu liên kết nguyên tử cấu tạo nên chúng Trong vật liệu ceramic kiều liên kết kim loại mà kết hợp liên kết ion liên kết đồng hóa trị Do đặc điểm liên kết phức hợp liên kết ion liên kết đồng hóa trị mà lượng liên kết vật liệu ceramic tương đối lớn, nằm khoảng 100 – 500 KJ/mol , trong vật liệu kim loại 60 – 250KJ/mol Ðặc điểm liên kết phức hợp liên kết ion liên kết đồng hóa trị ảnh hưởng định đến số tính chất đặc trưng vật liệu ceramic vật liệu ceramic có nhiệt độ nóng chảy cao, mật độ cao, cứng, giòn, suốt cách điện tốt Vật liệu ceramic tồn trạng thái cấu tạo khác trạng thái tinh thể thí dụ gốm SiC, gốm đơn ôxýt, hay trạng thái vô định vật liệu thủy tinh, vừa tinh thể vừa vô định sứ gốm thủy tinh 1.2.1 Trạng thái tinh thể a Mạng tinh thể Mạng tinh thể phần lớn vật liệu ceramic coi cách gần mạng ion, cation anion chiếm vị trí nút mạng Trong cấu trúc hợp chất vô chứa ô xy, nguyên tử ô xy thường có kích thước lớn nên chiếm nhiều chỗ so với cation không gian mạng tinh thể Vì coi cấu trúc ôxýt hợp chất chứa ôxy cấu trúc xếp sát cầu anion ô xy, cation điền vào nút trống cầu Cách xếp cầu, vị trí nút trống thường nút trống hình bốn mặt tám mặt qui định kiểu cấu trúc hợp chất Thông thường người ta thường lấy cấu trúc số hợp chất có tự nhiên làm đại diện Bảng 7.1 Bán hính ion số cation anion (với số phối trí 6) Cation Al3+ Ba2+ Ca2+ Cs+ Fe2+ Fe3+ K+ Rc, nm 0,053 0,136 0,100 0,170 0,077 0,069 0,138 Cation Mg2+ Mn2+ Na+ Mi2+ Si4+ Ti4+ Rc, nm 0,072 0,067 0,102 0,069 0,040 0,061 Anion Br Cl FIO2S2- Ra,m nm 0,196 0,181 0,133 0,220 0,140 0,184 Khi rC / rA < 0,155, cation nhỏ bị bao quanh hần hai anion Khi tỷ số rC / rA khoảng 0,155 đến 0,225 cation nằm gọn khe hở ba anion xếp xít chặt, nên có sớ xếp ( phối trí) ba với tỷ số khoảng 0,225 ÷ 0,414, cation nằm lỗ hổng hình bốn mặt tạo mên bốn anion, nên có số xếp bốn r C / rA tăng lên đếm 0,414 ÷ 0,732, cation nằm lỗ hổng hình tám mặt tạo nên sáu anion, nên có số xếp sáu Khi tỷ số rC / rA đạt 0,732÷1,0, cation nằm tâm hình lập phương với đỉnh tám anion nên có sớ xếp tám Bảng 7.2 Quang hệ rc/ra số xếp dạng phân bố ion RC/rA