Đang tải... (xem toàn văn)
Giới thiệu về Gốm thủy tinhCác tính chất của gốm thủy tinh so với các loại khác.Ứng dụng của Gốm thủy tinhTình hình nghiên cứu ở Việt Nam và thế giới.Vật liệu gốmthủy tinh, còn được gọi với các tên khác như glassceramic, vitroceram, pyroceram, sitall, slagceram,… được chế tạo bằng cách kiểm soát quá trình kết tinh của một số loại thủy tinh – thường được thực hiện nhờ việc sử dụng các phụ gia tạo mầm kết tinh. Điều này ngược lại với sự kết tinh bề mặt tự phát xảy ra trong sản xuất thủy tinh. Vật liệu gốmthủy tinh luôn chứa pha thủy tinh dư và một hoặc nhiều pha tinh thể. Lượng tinh thể trong vật liệu gốmthủy tinh dao động trong khoảng 0,599,5%, phần lớn trong khoảng 3070%. Việc gốm hóa có kiểm soát tạo nên các vật liệu có tính năng vượt trội, thậm chí khác thường.Không giống như vật liệu gốm kết khối, vật liệu gốmthủy tinh vốn không có độ xốp. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, bọt hoặc những lỗ rỗng vẫn hình thành trong giai đoạn cuối của quá trình kết tinh.
1 GỐM THỦY TINH 1) Giới thiệu • Gốm thủy tinh tình cờ phát vào năm 1953 Stanley Donald Stookey Khi ông nghiên cứu công ty Corning Glass Works sản phẩm pin lithium Ông tạo thủy tinh có chứa phân tử kết tinh bạc Sau đó, vô tình đưa sản phẩm tiếp xúc với lửa 600°C, thay thủy tinh bị chảy ra, Stanley lại thấy miếng thủy tinh không thay đổi hình dạng Khi làm rơi, miếng thủy tinh không bị vỡ Stanley ngạc nhiên độ bền vật liệu tìm thấy sau ông giới thiệu thị trường loại gốm thủy tinh mang tên fotoceram Sau đó, gốm thủy tinh nhiều nhà sản xuất khác giới nghiên cứu chế tạo hãng Corning Ware – sản xuất nồi chén đĩa gốm thủy tinh, hãng Schott’s Ceran – sản xuất mặt bếp loại, hãng Nippon Electric Glass – sản xuất gốm thủy • tinh dùng y tế xây dựng… Gốm thủy tinh chất tinh thể chế tạo từ vật liệu ban đầu dạng thủy tinh 2) Tính chất : có đặc tính quan trọng thủy tinh gốm • Độ bền học cao VD : ống thủy tinh thường có độ bền gãy 210 - 700 kg/cm2 gốm thủy tinh với hình dạng kích thước tương đương có độ bền gãy • 2.800 - 4.200 kg/cm2 Hệ số giãn nở nhiệt thấp VD : nhiều ôxit thủy tinh nóng chảy 600 - 700oC, vật liệu gốm thủy tinh có thành phần 1.000 - 2.000oC giữ • độ bền độ rắn Ngoài ,gốm thủy tinh cách nhiệt tốt ,đặc biệt chứa oxit • kim loại kiềm Hầu lỗ xốp 2 • Vật liệu gốm-thủy tinh, gọi với tên khác glass-ceramic, vitroceram, pyroceram, sitall, slagceram,… chế tạo cách kiểm soát trình kết tinh số loại thủy tinh – thường thực nhờ việc sử dụng phụ gia tạo mầm kết tinh Điều ngược lại với kết tinh bề mặt tự phát xảy sản xuất thủy tinh Vật liệu gốm-thủy tinh chứa pha thủy tinh dư nhiều pha tinh thể Lượng tinh thể vật liệu gốm-thủy tinh dao động khoảng 0,5-99,5%, phần lớn khoảng 30-70% Việc gốm hóa có kiểm soát tạo nên vật liệu có tính vượt trội, chí khác thường • Không giống vật liệu gốm kết khối, vật liệu gốm-thủy tinh vốn độ xốp Tuy nhiên, số trường hợp, bọt lỗ rỗng hình thành giai đoạn cuối trình kết tinh Về bản, vật liệu gốm-thủy tinh có ưu điểm sau: - Có thể sản xuất hàng loạt sở kỹ thuật sản xuất thủy tinh; - Có thể thiết kế với cấu trúc nano hay cấu trúc micro, tùy theo mục đích sử dụng; - Có độ xốp không (0) độ xốp thấp; - Có thể chế tạo cách linh hoạt, nhằm tạo loại vật liệu có đồng thời nhiều tính kỹ thuật mong muốn • Ví dụ ưu điểm vật liệu gốm-thủy tinh nêu kết hợp hệ số giãn nhiệt thấp với tính suốt dải sóng dài nhìn thấy dành cho dụng cụ nhà bếp (cooking ware) • Một ví dụ khác kết hợp cường độ (độ bền) cao dai với độ suốt, tính tương hợp sinh học, bền hóa học độ cứng tương đối để ứng dụng lĩnh vực nha khoa 3 3) Phương pháp : - Phốiliệuthủytinh+ chấttạomầmdị thểnấuchảy - Tạohình - Làm nguội xử lý nhiệt theo2 giai đoạn để tạo mầm pháttriểnmầmtinhthể • Gốm thủy tinh thường tạo cách đầu theo công nghệ thủy tinh (nấu chảy, tạo hình, cấu trúc vô định hình), sau xử lý nhiệt theo chế độ nhiệt luyện xác định để thực trình tạo mầm kết tinh, tạo nên vi tinh thể với tổng thể tích 60 - 95% Để tạo mầm phải chọn thủy tinh gốc phù hợp cho thêm chất xúc tác tạo mầm Pt, TiO2, ZrO2, SnO2 Thông thường gốm thủy tinh tinh thể hoàn toàn vi cấu trúc gồm 50% đến 95% tinh thể, phần lại thủy tinh Một nhiều pha tinh thể hình thành trình xử lý nhiệt Nhờ kiểm soát thành phần kết tinh (còn gọi phản thủy tinh hóa - devitrification) người ta tạo nên pha tinh thể khác với tỷ lệ, • kích thước, hình dạng phân bố khác Hiện nay,có thể chế tạo gốm thủy tinh phương pháp cải tiến : để nhiệt độ tạo mầm phát triển mầm gần nhằm tiết kiệm lượng phương pháp truyền thống Ngoài ra, chế tạo gốm thủy tinh phương pháp bột tương tự cách thông thường để sản xuất gốm sứ Trước tiên tạo hình gốm thủy tinh cách ép nguội bột sau nhiệt luyện nhiệt độ cao để hình thành khối đặc Phương pháp sử dụng có yêu cầu kích thước hình dạng chi tiết sản xuất, chi phí sản xuất cao Tạo gốm thủy tinh PTN đại học Jena, Đức Sự xếp cấu trúc phân tử gốm thủy tinh 4) Ứng dụng a) • Trong y tế : gốm thủy tinh y sinh Nguyên liệu để tổng hợp : cát trắng ,photphat canxi,hydroxit nhôm, • axit boric, cacbonat canxi,cacbonat manhe ,potas,fluorit canxi … Dùng làm xương nhân tạo vi tinh thể gốm có thành phần giống • • xương người Thay cho Có tính chất sinh học cao so với vật liệu y sinh truyền thống (titan, hợp kim • đặc biệt, vật liệu bon, silicon ) Có khả liên kết sinh hóa với tế bào sống, giúp cho tế bào sau bị b) • thương tổn tiếp tục tái sinh liên kết trực tiếp với bề mặt vật cấy Trong gia dụng Do chi phí sản xuất thấp kỹ thuật đơn giản, gốm thủy tinh sử dụng để sản xuất đồ gia dụng chất lượng cao Nhờ có khả chịu sốc nhiệt cao nên gốm thủy tinh sử dụng làm nồi nấu Nồi gốm thủy tinh nấu trực tiếp bếp vừa khỏi tủ lạnh hay nấu lò vi sóng mà không bị rạn nứt Gốm thủy tinh sử dụng để làm mặt bếp từ, bếp điện Dùng gốm thủy tinh không tăng tính thẩm mỹ cho bếp mà chống trầy xước, chống sốc nhiệt, giúp bếp bền dài lâu Nồi gốm thủy tinh có khả chịu sốc nhiệt cao Mặt bếp làm gốm thủy tinh c) Trong xây dựng • Nhờ đặc tính chống chịu nhiệt độ cao nên gốm thủy tinh sử dụng làm cửa chống cháy số công trình xây dựng Một sản phẩm khác phổ biến ngành xây dựng gốm thủy tinh neopariés, d) tương tự đá cẩm thạch bền Trong vũ trụ • Gốm thủy tinh bền giảm nhiệt độ cách đột ngột độ chống mài mòn cao nhiều lần so với kim loại nên gốm thủy tinh sử dụng để làm phận chịu lực để phủ lên kim loại hay làm khớp nối kín kim loại gốm Do có độ bền nhiệt cao, đặc biệt xung nhiệt nên gốm thủy tinh sử dụng để làm lớp vỏ bảo vệ đầu mũi tên lửa Gốm thủy tinh ứng dụng ngành hàng không vũ trụ cuối năm 1950 để bảo vệ thiết bị radar khỏi phá hủy máy bay tên lửa; đến nay, Nasa phủ gốm thủy tinh lên tàu vũ trụ 8 5) Nghiên cứu gốm thủy tinh Tỷ lệ đăng ký sáng chế gốm thủy tinh quốc gia giới Nguồn: Wispglobal Số lượng SC gốm thủy tinh từ năm 1993 – 2012 9 công ty có số lượng SC gốm thủy tinh cao 10 Tại Việt Nam Các nhà khoa học thuộc Bộ môn Silicat, Khoa Công nghệ Hóa học, • Trường Đại học Bách khoa Hà Nội sản xuất thành công vật liệu gốm thủy tinh y sinh dùng cấy ghép vĩnh viễn, thay xương chỉnh hình y tế, có độ bền tương đương với xương người Nhóm tiến hành thử nghiệm cấy ghép gốm thủy tinh y sinh thể người bệnh (tại bệnh viện: Tai - Mũi - Họng Trung ương, Bạch Mai, Răng - Hàm - Mặt Trung ương, Bệnh viện K) Trong tất ca phẫu thuật cấy ghép vật liệu gốm thủy tinh y sinh cho người bệnh (dùng thay chi tiết chuỗi xương tai truyền âm thanh; chi tiết xương tai giữa; thay chân sửa chữa xương hàm mặt; hàn vá phần xương bị khoét bỏ), trường hợp có phản ứng đào thải Bệnh nhân chóng lành vết thương, khả hồi phục sức khỏe tốt, đặc biệt khả khôi phục chức phận điều trị cao 11 • Khoa công nghệ vật liệu, Trường đại học bách khoa TP.HCM tiến hành nghiên cứu khả kết tinh gốm thủy tinh lithium disilicate Lithium Disilicate (viết tắt LS2) loại gốm thủy tinh phát triển lĩnh vực nha khoa, có cấu trúc tinh thể dạng lớp hình que đan xen cài lẫn nhau, có độ bền uốn cao (khoảng gấp - lần so với thủy tinh sở) Đây loại gốm thủy tinh phát triển lĩnh vực nha khoa, có cấu trúc tinh thể dạng lớp hình que đan xen cài lẫn nhau, có độ bền uốn cao, có độ mờ cao, có khả tự bóng bề mặt nung, đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật thẩm mỹ, tính tương thích sinh học cao… Trong công nghệ phục hình răng, tạo hình nhanh chóng gốm thủy tinh lithium disilicate phương pháp ép nóng kỹ thuật CAD- CAM đại, nên có ưu vượt trội vật liệu từ sứ tràng thạch phổ biến Trong nghiên cứu này, mẫu bột thủy tinh xử lý nhiệt giai đoạn theo chế độ khác Kết sau xử lý mẫu tạo thành gốm thủy tinh có pha tinh thể Li2SiO5 lượng nhỏ tinh thể khác Một số tính chất xác định theo tiêu chuẩn ISO dành cho sứ nha khoa thoả mãn: hệ số dãn nở nhiệt, mẫu bền sốc nhiệt, khối lượng thể tích 12 STINFO số 5/2013