Tài liệu Bài giảng vật liệu học - Chương 9: Sử dụng vật liệu ceramic doc

VẬT LIỆU HỌC... 2-Quy trình sản xuấtQuy trình sản xuất gốm thô : CN thiêu kết Nung : T =1000 o C Nguyên liệu Tạo hình Sản phẩm... 2-Lò nấu thủy tinh... Nấu thuỷ tinh... 9.2.2.6.Gốm thủy

VẬT LIỆU HỌC

9.1.Gốm & V ật liệu chịu lửa

9.1.1 Khái niệm chung

9.1.2.Gốm silicat

9.1.3.Gốm oxit

9.1.4.Vật liệu chịu lửa

9.1 1 Kh ái niệm chung

-Không tan trong H 2 O, axít, bazơ, muối

-Dẫn điện : không - Dẫn nhiệt : kém

-Cứng & giòn -Chụi nén : tốt

+Gốm oxyt : Corindon (Al2O3) +Gốm cacbua : Cacbua silic (SiC)

Gốm thô

Gốm tinh

Ấm chén

Gốm mỹ thuật

Gốm kỹ thuật

9.1.2.G ốm silicat

1-Nguyên liệu sản xuất

-Nguyên liệu chính :

Khóang sét: Al2O3 , SìO2 , nH2OCao lanh : Al2O3.2SìO2.2H2O

-Nguyên liệu phụ :

Cát thạch anh (SìO2)- chất độn

2-Quy trình sản xuất

Quy trình sản xuất gốm thô : CN thiêu kết

Nung : T =1000 o C

Nguyên liệu Tạo hình

Sản phẩm

Quy trình sx gốm tinh

Tạo hình

Sấy Thiêu kết :T=1200-1400 o C

Nguyên liệu

Sản phẩm

Tráng men

ZrO 2 Fe

2 O 3

TiO 2

Pigment hữu cơ

-Bền: cơ, nhiệt, hóa

-Ứng dụng : chén nung, nồi nấu kim loại, nồi nấu thủy tinh

9.1.3.Gốm oxyt

Nồi nấu kim loại Đĩa cắt

• Gốm pericla (MgO):

-Tvl = 2400oC

Điện trở : rất cao

Bền với muối clorit, muối florit

-Ứng dụng : chén nung, nồi nấu kim loại

9.1.4.Vật liệu chịu lửa

1-Đặc điểm

Độ chịu lửa : T > 1520oC

Bền : cơ & hóa

Công nghệ sản xuất : gốm thô

3-Gạch samôt :

Thành phần : Al2O3-SiO2 (Al2O3= 30-40%)Tính chất : trung tính

Ứng dụng : lò nung clinke, lò khí hóa, lò hơi

4-Gạch manhêzit & Gạch crôm-manhêzit

Thành phần : MgO ; Cr2O3-MgO

Tính chất : tính kiềm

Ứng dụng : lò luyện thép

9.2.Thủy tinh & Gốm thủy tinh

9.2.1 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 silicat

9.2.2.Gốm thủy tinh

9.2.1.1 Khái niệm chung

 Quy trình sx thủy tinh : CN nấu chảy

Tạo hình: T = 1000 -1200 o C

Sản phẩm

N guyên liệu Nấu chảy: T = 1400 -1500 o C

Ủ: T = 500 - 600 o C

1-Cân trộn phối liệu

2-Lò nấu thủy tinh

Ép dập

Ép dập

Nấu thuỷ tinh

Thổi thuỷ tinh

Thổi thuỷ tinh

4-Ủ : sau khi tạo hình  Vng-chậm => Khử ứng suất

5-Kiểm tra

6-Đóng gói

9.2.1.1 Khái niệm chung

• Tổ chức: Một pha (SiO4)4--Cấu trúc vô định hình

• Tính chất: T (T)  V : thay đổi không rõ

T Độ sệt (nhớt)T=Tnc:Kết tinh không xảy ra

T < Tnc : Pha lỏng qúa nguội (mềm)

T = Tg : Pha lỏng đông cứng =>

Rắn vô định hình (Thủy tinh)

Tg-Nhiệt độ thủy tinh hóa

• Tính chất:

Tg 0

9.2.1.2.Thủy tinh silicat-kiềm-kiềm thổ

Cốc ly

Chai lọ

Thủy tinh

9.2.1.3.Thủy tinh borosilicat & alumosilicat

• Thành phần : SiO 2 -B 2 O 3 -Na 2 O

SiO 2 -Al 2 O 3 -Na 2 O

Thủy tinh Pirex: SiO2 = 78 % ; B2O3 = 12.5%

Dụng cụ thí nghiệm

• Thành phần : SiO 2 -PbO-Na 2 O

• Tính chất :

Chỉ số khúc xạ cao: chiết suất 1.56-2.0

• Ứng dụng :

-Thủy tinh quang học: PbO = 10-80%

-Thủy tinh pha lê: PbO = 18-35%

-Tấm ngăn tia Rơngen: PbO = 40-80%

9.2.1.4.Thủy tinh chì silicat

Thủy tinh pha lê

• Thành phần : SiO 2

• Ứng dụng :

-Thủy tinh thạch anh trong suốt:

Hệ số giãn nở nhiệt: nhỏ; Bến hóa ; Bền nhiệt

 Chế tạo dụng cụ, thiết bị chịu nhiệt & bền hóa

-Thủy tinh thạch anh: thêm B 2 O 3

Chênh lệch về mật độ  Ánh sáng phản xạ toàn phần

 Sợi thủy tinh cáp quang

9.2.1.5.Thủy tinh thạch anh

• Thành phần :

P 2 O 3 ; B 2 O 3 ; GeO 2 ; TiO 2  Họ thủy tinh phốtphát ;

borat ; gecmanat ; telurit

BeF2 ; AlF2  Thủy tinh halogenit

9.2.2.Gốm thủy tinh

9.2.2.1.Khái niệm chung

9.2.2.2.Gốm thủy tinh không giãn nở nhiệt

9.2.2.3.Gốm thủy tinh có độ bền cơ học cao

9.2.2.4.Gốm thủy tinh dễ gia công cơ khí

9.2.2.5.Gốm thủy tinh có tính chất điện, từ đặc biệt 9.2.2.6.Gốm thủy tinh sinh học

9.2.2.1.Khái niệm chung

• Thành phần : SiO 2 -Al 2 O 3 -Na 2 O

(giống thủy tinh)

• Tổ chức :

Pha tinh thể phân bố trên nền pha vô định hình

• Quy trình sx gốm thủy tinh

Tạo hình: T = 1000-1200 o C

Kết tinh Sản phẩm Nguyên liệu Nấu chảy: T = 1400-1500 o C

9.2.2.2.Gốm thủy tinh không giãn nở nhiệt

9.2.2.3.Gốm thủy tinh có độ bền cơ học cao

• Tổ chức :đa pha, đa tinh thể

-Làm ổ lăn ở nhiệt độ cao

-Bi máy nghiền

9.2.2.4.Gốm thủy tinh dễ gia công cơ khí

• Tổ chức :

Tinh thể thuộc họ mica

• Tính chất :

Gia công tạo hình bằng phương pháp cơ khí:

tiện, phay, bào…

• Ứng dụng:

Chế tao chi tiết máy

9.2.2.5.Gốm thủy tinh có tính chất điện ,

9.2.2.6.Gốm thủy tinh sinh học

• Gốm thủy tinh photphat-silicat

• Cấu trúc:

Tinh thể hydroxyl apatit Ca 10 (PO 4 )(OH) 2

• Tính chất:

Liên kết trực tiếp kiểu sinh hóa giữa vật cấy

ghép với tế bào xương của cơ thể sống

• Ứng dụng:

Sửa chữa, thay thế các bộ phân xương, răng

Răng Xương

9.3.Ximăng & Bêtông

9.3.1.Khái niệm chung

9.3.2.Ximăng

9.3.3.Bêtông

9.3.1.Khái niệm chung

• Vật liệu vô cơ : sx bằng phương pháp kết dính các thành phần vật rắn với nhau ở nhiệt độ

thường bằng chất kết dính

• Chế tạo bêtông:

Cốt liệu rắn (sỏi, cát) + Ximăng + Nước

 Trộn đều: vữa bêtông

 Đổ khuôn  Đông rắn

9.3.2.1Các loại ximăng

• Ximăng poclan: CaO-SiO2

• Ximăng alumin: CaO-Al2O3

• Ximăng xỉ lò cao: chứa thêm thạch cao hoặc vôi

9.3.2.2.Sản xuất ximăng poclan

Nghiền Sản phẩm

Nguyên liệu Nung thiêu kết : T=1400-1500 o C

Clinke

• Gia công phối liệu

• Nung luyện

-Thiết bị : Lò đứng

Lò quay: hiệu quả kinh tế cao

-Hoạt động của lò :

Sơ đồ công nghệ sản xuất ximăng

• Nghiền clinke

-Thiết bị: Máy nghiền bi

-Phụ gia:

Thạch cao : điều chỉnh tốc độ đóng rắnChất độn (xỉ lò, cát, đá vôi…) : hạ gía thành

-Sản phẩm:

Bột : 0.5-50m

Ximăng

9.3.2.3 Đặc điểm

• Tính chất :

9.3.3.1.Sản xuất bêtông

9.3.3.2 Đặc điểm

9.3.3.3.Ứng dụng

• Nguyên liệu chính:

-Cốt liệu: 80-85%

Cát vàng : 0.1-2mm ; Sỏi, đá : 10-40mm-Ximăng: 8-15%

• Phối trộn : Máy trộn thùng quay

-Giao thông : cầu, đường

-Thủy lợi: đập, hồ chứa nước

9.4.Vật liệu cacbon

• Cacbon: Z = 6

1S 2 2S 1 2P 3

9.4.1.Kim cương

• Cấu trúc

Liên kết trong nguyên tử:

1orbital S +3orbital P → Orbital lai hóa SP3: 4

Liên kết C-C:

4 orbital SP3 + 4 ngtử C  : Lk Cộng hóa trị

=> Mạng lập phương

Mạng tinh thể kim cương

Liên kết trong nguyên tử:

Liên kết C-C:

-P-không lai hóa+1ngtử C  : L.kếVandevan

→ Định hướng với mặt phẳng lục giác;

Mạng tinh thể graphit

Bút chì ; Dầu bôi trơn

Điện cực ; Nồi nấu kim loại

T = 3000 o C Chân không

CH CH

N C

CH C

Sơ đồ công nghệ

Kéo sợi

Vải sợi cacbon

• 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 = 2.000oC

• Ứng dụng

Nguyên liệu cho sản xuất vật liệu composite