Vật liệu học - Chương 9: Sử dụng vật liệu ceramic

TS. Hà Văn Hồng *Tháng 02.2006VẬT LIỆU HỌCTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Chương 9Sử dụng vật liệu ceramic9.1. Gốm & Vật liệu chịu lửa9.2.Thuỷ tinh9.3.Xi măng & Bê tôngTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*9.1.Gốm & Vật liệu chịu lửa9.1.1. Khái niệm chung9.1.2.Gốm silicat9.1.3.Gốm oxit9.1.4.Vật liệu chịu lửaTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*9.1.1. Khái niệm chungCông nghệ sản xuất : Đất sét, cao lanh  Nung thiêu kết Gốm đất nungTổ chức: đa pha Pha vô định hình phân bố xen giữa pha tinh thểTính chất -Bền nhiệt : Tlv = 1400- 2500oC -Không tan trong H2O, axít, bazơ, muối -Dẫn điện : không - Dẫn nhiệt : kém -Cứng & giòn -Chụi nén : tốtTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Phân lọai -Gốm thô : vật liệu dạng hạt lớn -Gốm gia dụng : nồi, niêu, chum, vại -Gốm xây dựng : gạch, ngói -Gốm chịu lửa : gạch chịu lửa -Gốm tinh : vật liệu dạng hạt mịn -Đồ sứ : bát, đĩa, sứ cách điện -Gốm kỹ thuật: +Gốm silicat (Al2O3.SìO2.nH2O) +Gốm oxyt : Corindon (Al2O3) +Gốm cacbua : Cacbua silic (SiC)Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Gốm thôTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Gốm tinhTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Ấm chénTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Gốm mỹ thuậtTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Gốm kỹ thuậtTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Gốm kỹ thuậtTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*9.1.2.Gốm silicat1-Nguyên liệu sản xuất -Nguyên liệu chính : Khóang sét: Al2O3 , SìO2 , nH2O Cao lanh : Al2O3.2SìO2.2H2O -Nguyên liệu phụ : Cát thạch anh (SìO2)- chất độn Fenspat (Tràng thạch : KAlSi3O8) -trợ dungTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*2-Quy trình sản xuấtQuy trình sản xuất gốm thô : CN thiêu kếtNung : T =1000oCNguyên liệuTạo hìnhSản phẩmTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Quy trình sx gốm tinhTạo hìnhSấyThiêu kết :T=1200-1400oCNguyên liệuSản phẩmTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tạo hình : -Phương pháp dẻo: phối liệu (ẩm =15-25%) có độ dẻo cao được tạo hình bằng tay hoặc bằng máy -Phương pháp bán khô: phối liệu (ẩm = 8-12%) được đầm nén trong khuôn -Phương pháp đúc rót: phối liệu mịn hòa trộn với nước thành hồ, được rót vào khuôn thạch caoTráng men : Trước hoặc sau nungTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tạo hìnhTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tráng menTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*ZrO2Fe2O3PbOCr2O3Bột CoOTiO2Bột màu vô cơTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Pigment hữu cơTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*1-Đặc điểm -Thành phần : độ tinh khiết cao (> 98%) Tổ chức : 1 pha -Công nghệ sản xuất : CN gốm tinh -Sản phẩm: mịn2-Vật liệu gốm oxyt:Gốm corinđông (-Al2O3) -Bền: cơ, nhiệt, hóa -Ứng dụng : chén nung, nồi nấu kim loại, nồi nấu thủy tinh vật liệu cắt gọt, hạt mài9.1.3.Gốm oxytTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Nồi nấu kim loạiĐĩa cắtTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Gốm pericla (MgO): -Tvl = 2400oC Điện trở : rất cao Bền với muối clorit, muối florit -Ứng dụng : chén nung, nồi nấu kim loạiGốm ziêcôna(ZrO2): -Dẫn nhiệt: rất kém Giãn nở nhiêt : rất ít -Ứng dụng: vật liệu kết cấu chịu mài mòn, làm việc ở nhiệt độ cao.Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Gốm rutil (TiO2) -Cách điện: rất tốt -Ứng dụng: vật liệu tụ điệnGốm ferit: MeO.Fe2O3 Me : Mn, Zn, Ni Ứng dụng : vật liệu từ mềmGốm ferit: BaO.6Fe2O3 hoặc 2BaO.2MeO.6Fe2O3 Ứng dụng : vật liệu từ cứngTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*9.1.4.Vật liệu chịu lửa1-Đặc điểm Độ chịu lửa : T > 1520oC Bền : cơ & hóa Công nghệ sản xuất : gốm thô Sản phẩm : thô2-Gạch dinat (Silica) Thành phần : SiO2 > 93% Tính chất : tính axit Ứng dụng : xây lò luyện than cốc, lò thủy tinhTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*3-Gạch samôt : Thành phần : Al2O3-SiO2 (Al2O3= 30-40%) Tính chất : trung tính Ứng dụng : lò nung clinke, lò khí hóa, lò hơi4-Gạch manhêzit & Gạch crôm-manhêzit Thành phần : MgO ; Cr2O3-MgO Tính chất : tính kiềm Ứng dụng : lò luyện thépTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*9.2.Thủy tinh & Gốm thủy tinh9.2.1. Thủy tinh 9.2.1.1.Khái niệm chung 9.2.1.2.Thủy tinh silicat-kiềm-kiềm thổ 9.2..1.3.Thủy tinh borosilicat & alumosilicat 9.2.1.4.Thủy tinh chì silicat 9.2.1.5.Thủy tinh thạch anh 9.2.1.6.Thủy tinh không phải silicat9.2.2.Gốm thủy tinhTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*9.2.1.1. Khái niệm chung Quy trình sx thủy tinh : CN nấu chảyTạo hình: T = 1000 -1200oCSản phẩmNguyên liệuNấu chảy: T = 1400 -1500oCỦ: T = 500 - 600oCTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*1-Cân trộn phối liệu -Nguyên liệu chính : Cát trắng: SìO2 -Nguyên liệu phụ : Sôđa : Na2CO3 Đá vôi : CaCO3 Tràng thạch : (K,Na)AlSi3O8 Đôlômit : CaCO3.MgCO3Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*2-Lò nấu thủy tinhTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*3-Tạo hình : -Phương pháp ép dập: Sản phẩm thành dày -Phương pháp thổi : Sp rỗng, thành mỏng ( bóng đèn, phích nước, chai, lọ, đồ mỹ nghệ) -Phương pháp kéo : Sp.dài (tấm mỏng, thanh, ống, sợi)Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Ép dậpTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Ép dậpTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Nấu thuỷ tinhTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Thổi thuỷ tinhTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Thổi thuỷ tinhTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*4-Ủ : sau khi tạo hình  Vng-chậm => Khử ứng suất Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*5-Kiểm traTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*6-Đóng góiTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*9.2.1.1. Khái niệm chungTổ chức: Một pha (SiO4)4--Cấu trúc vô định hìnhTính chất: T (T)  V : thay đổi không rõ T Độ sệt (nhớt)T=Tnc:Kết tinh không xảy ra T Rắn vô định hình (Thủy tinh) Tg-Nhiệt độ thủy tinh hóaTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tính chất:Tg 0Thủy tinhSự thay đổi thể tích riêng theo nhiệt độLỏng qúa nguộiKết tinhLỏngRắn tinh thểTncTThể tích riêngTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*9.2.1.2.Thủy tinh silicat-kiềm-kiềm thổThành phần : SiO2-CaO-Na2O SiO2 = 65-75% ; CaO = 8-15% ; Na2O = 12-18% ; Fe2O3 2.0 Độ tán sắc D Mạng lập phươngTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Mạng tinh thể kim cươngTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tính chất: Dẫn điện : không ; Tnc > 3500oC Độ cứng : rất cao ; Hóa tính : kémĐiều chế : Graphit Kim cươngỨng dụng: Đồ trang sức Dụng cụ cắt gọt kim loại Bột màiT=2000-4000oCP=60-120000atmTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*9.4.2.GraphitCấu trúc Liên kết trong nguyên tử: 1orbital S +2orbital P → Orbital lai hóa SP2: 3 Orbital P : không lai hóa → Liên kêt  : 1 Liên kết C-C: -3 orbital SP2 + 3 ngtử C  : LkCộng hóa trị → Lưới phẳng hình 6 cạnh ; a = 0.1415nm -P-không lai hóa+1ngtử C  : L.kếVandevan → Định hướng với mặt phẳng lục giác; c=0.335nmTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Mạng tinh thể graphitTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tính chất: Màu xám ; Dẫn điện Khối lượng riêng d =2.1-2.5g/cm3 Độ cứng : thấp (mềm)Điều chế : Than đá GraphitỨng dụng: Bút chì ; Dầu bôi trơn Điện cực ; Nồi nấu kim loạiT = 3000oCChân khôngTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Tháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Phương pháp chế tạoNhiệt phân: T=200-400oCPolyacrylonitrileCacbon hóa:T=1.500-2.000oC; Ar Graphit hóa:T= 3.000oC9.4.3.Sợi cacbonTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng* C≡N CH CH2 C≡N CH CH2 N C CH CH2 N C CH CH2Tạo mạch vòngT = 200oCOxy hóaT =350- 400oC N C CH CH2 N C CH C OTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Sơ đồ công nghệTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Kéo sợiTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Vải sợi cacbonTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Đặc điểm: -Cấu trúc: mạch vòng, dạng hình lục giác, cuốn xung quanh trục sợi -Liên kết: Cộng hóa trị ( Liên kết Vandevan = O) -Tính chất: b = 2000-3000MPa ( theo chiều trục) Tlv = 2.000oCTháng 02.2006TS. Hà Văn Hồng*Ứng dụng Nguyên liệu cho sản xuất vật liệu composite