Bài giảng về công nghệ thủy tinh

Bài giảng về công nghệ thủy tinh

BÀI GI NG Ả

V Ề

☺

Ý nghĩa và vai trò c a s n ph m th y tinh ủ ả ẩ ủ

Ngày nay th y tinh là m t trong nh ng v t li u quan tr ng nh t V y mà cách đây trên 150ủ ộ ữ ậ ệ ọ ấ ậnăm nó đượ ảc s n xu t ch dấ ỉ ướ ại d ng nh ng v t d ng thông thữ ậ ụ ường (tuy nó đượ con ngc ườ bi ti ế

đ n ế kho ng 5-6 nghìn năm v trả ề ước, mà cũng có th lâu h n ) Trong các ngành k thu t th yể ơ ỹ ậ ủ tinh đượ ử ục s d ng r t ít, không đáng k Trong lĩnh v c quang h c ch là m đ u.ấ ể ự ọ ỉ ở ầ

Cùng v i s phát tri n c a thiên văn h c, sinh v t h c, đ ng v t h c, th c v t h c, y h cớ ự ể ủ ọ ậ ọ ộ ậ ọ ự ậ ọ ọ

…Công ngh th y tinh phát tri n đ m b o cung c p các chi ti t quang h c ph c t p, các thi t bệ ủ ể ả ả ấ ế ọ ứ ạ ế ị

ch a đ ng r , th c t và v sinh.ứ ự ẻ ự ế ệ

Vi c phát minh ra bóng đèn đã b t đ u s phát tri n m nh m c a ngành k thu t đi nệ ắ ầ ự ể ạ ẽ ủ ỹ ậ ệ chân không, ngành mà n u thi u th y tinh không hi u s nh th nào Ngoài bóng đèn còn cácế ế ủ ể ẽ ư ế

lo i đèn ng, bình cho ngành đi n t , màn hình tivi, máy vi tính…ạ ố ệ ử

Th y tinh đủ ượ ử ục s d ng r ng kh p trong s n xu t kính l c, kính h p th ho c cho qua cácộ ắ ả ấ ọ ấ ụ ặ

b c x c ng, đèn tín hi u, thi t b quang h c…ứ ạ ứ ệ ế ị ọ

S phát tri n k thu t r ngen, v t lí h t nhân đòi h i ph i có lo i th y tinh ho c cho quaự ể ỹ ậ ơ ậ ạ ỏ ả ạ ủ ặ

ho c h p th tia r ngen, tia ặ ấ ụ ơ neutron…

Vào n a đ u th k 20 công nghi p quang h c m đ u đòi h i cung c p các lo i th y tinhử ầ ế ỷ ệ ọ ở ầ ỏ ấ ạ ủlàm các chi ti t khác nhau cho công nghi p và nghiên c u khoa h c ( quang ph k , kính thiên vănế ệ ứ ọ ổ ế

…) Lo i th y tinh này yêu c u đ đ ng nh t hoàn h o, chi t su t chính xác, b m t ch t lạ ủ ầ ộ ồ ấ ả ế ấ ề ặ ấ ượ ngcao V i nh ng yêu c u nh v y c n thi t ph i gi i quy t không ch v thành ph n th y tinh màớ ữ ầ ư ậ ầ ế ả ả ế ỉ ề ầ ủkèm theo quá trình n u, t o hình, h p , phân lo i.ấ ạ ấ ủ ạ

Nh ng năm sau này phát tri n lo i th y tinh đ c bi t có đ b n axit, đ b n ki m caoữ ể ạ ủ ặ ệ ộ ề ộ ề ề

ph c v cho các ngành công nghi p hóa T th y tinh này đụ ụ ệ ừ ủ ượ ảc s n xu t không ch các thi t bấ ỉ ế ị khác nhau cho các phòng thí nghi m mà còn s d ng trong s n xu t thi t b ch ng c t, trích ly,ệ ử ụ ả ấ ế ị ư ấxyclon th y l c …và nhi u lo i khác n a.ủ ự ề ạ ữ

Trong nhi u trề ường h p th y tinh thay th cho kim lo i màu, cho nên nó có nghĩa kinh tợ ủ ế ạ ế

to l n trong k thu t d ng c ớ ỹ ậ ụ ụ

Th y tinh còn có í nghĩa h n trong ngành xây d ng: Nhủ ơ ự ững t m panen có t t c các tínhấ ấ ả

ch t phù h pấ ợ : Kh i lố ượng th tích nh , đ b n cao, cách nhi t cách âm t t Nh ng tính ch t t tể ỏ ộ ề ệ ố ữ ấ ố

đ p này còn th hi n rõ nét h n th y tinh b t Các t m panen t th y tinh màu đã m ra khẹ ể ệ ơ ở ủ ọ ấ ừ ủ ở ả năng m i trong ngành ki n trúc, gi i quy t hình th c bên ngoài c a các công trình.ớ ế ả ế ứ ủ

S i th y tinh cùng v i tính cách nhi t, cách âm, cách đi n chi m v trí đáng k trong côngợ ủ ớ ệ ệ ế ị ểnghiêp S i th y tinh k t h p v i ch t d o h u c t o ra m t lo i s n ph m m i – Th y tinhợ ủ ế ợ ớ ấ ẻ ữ ơ ạ ộ ạ ả ẩ ớ ủthép – Th y tinh thép b n nh thép nh ng nh h n 4 l n Th y tinh thép thay th g , kim lo iủ ề ư ư ẹ ơ ầ ủ ế ỗ ạ đen, kim lo i màu S i th y tinh s d ng làm cáp s i quang, trong ngành d t v i nhi u m t hàngạ ợ ủ ử ụ ợ ệ ớ ề ặkhác nhau

M t nhộ ược đi m c a th y tinh đó là tính giòn B ng các bi n pháp nhi t, hóa, ngể ủ ủ ằ ệ ệ ười ta làm

b n th y tinh và tăng đ b n u n đ n giá tr 100-200kG/mmề ủ ộ ề ố ế ị 2 Đó là các lo i th y tinh an toànạ ủdùng trong xe ô tô, máy bay an toàn …

Gi i quy t đ b n b ng con đả ế ộ ề ằ ường k t tinh đế ược s n ph m th y tinh k t tinh hay cònả ẩ ủ ế

g i là “v t li u đa tinh th có ngu n g c t th y tinh” (v t li u này Nga g i là Sitan, M làọ ậ ệ ể ồ ố ừ ủ ậ ệ ở ọ ở ỹ pyroceram, Nh t là neoceram …) có đ b n l n h n th y tinh thông thở ậ ộ ề ớ ơ ủ ường 4-10 l n, ch u sầ ị ự thay đ iổ nhi t đ đ t ng t đ n 1000ệ ộ ộ ộ ế 0C

Nghiên c u c u trúc c a th y tinh giúp vi c phát tri n lo i th y tinh đ c bi t: Kính laze,ứ ấ ủ ủ ệ ể ạ ủ ặ ệkính l c quang h c, kính có kh năng h p th nh trong ngành đi u khi n t xa … Giúp cho sọ ọ ả ấ ụ ỏ ề ể ừ ự phát tri n các ngành khoa h c k thu t.ể ọ ỹ ậ

Trong ngành đi n k thu t các lo i th yệ ỹ ậ ạ ủ tinh cách ly mà các tính ch t c a nó còn h n cấ ủ ơ ả

lo i s cách ly t t nh t Hay các lo i th y tinh bán d n trên c s dùng Vạ ứ ố ấ ạ ủ ẫ ơ ở 2O5, S, Se, U, Sb … trong thành ph n đã m r ng nghĩa th y tinh ban đ u – Th y tinh là s n ph m vô c ch khôngầ ở ộ ủ ầ ủ ả ẩ ơ ứ

ch bó h p là s n ph m silicat.ỉ ẹ ả ẩ

Ch ươ ng 1 : Tr ng ạ thái th y tinh c a v t ch t và c u trúc c a th y tinh silicát ủ ủ ậ ấ ấ ủ ủ

1.1 Khái ni m chung v tr ng thái th y tinh ệ ề ạ ủ

V t ch t t n t i trong t nhiên dậ ấ ồ ạ ự ưới 3 hình th c t p h p: Khí, l ng và r n Tr ng thái khíứ ậ ợ ỏ ắ ạ

có 2 d ng t n t i khác nhau: Khí thạ ồ ạ ường và khí ion hóa (plasma) Tr ng thái l ng cũng có 2 d ng:ạ ỏ ạ

L ng thỏ ường và l ng k t tinh Tr ng thái r n cũng có 2 d ng t n t i: Tinh th và vô đ nh hinh.ỏ ế ạ ắ ạ ồ ạ ể ị

V t th r n vô đ nh hình thậ ể ắ ị ường g p d ng b t, màng, gel, nh a và th y tinh Các v tặ ở ạ ộ ự ủ ậ

th th y tinh thể ủ ường được xem nh có v trí trung gian gi a v t th k t tinh và v t th l ng:ư ị ữ ậ ể ế ậ ể ỏChúng có nh ng tính ch t c h c tữ ấ ơ ọ ương t nh v t r n k t tinh Còn s b t đ i x ng trong c uự ư ậ ắ ế ự ấ ố ứ ấ trúc gây ra s đ ng hự ẳ ướng l i làm cho nó gi ng v t th l ng.ạ ố ậ ể ỏ

M i v t th t n t i tr ng thái th y tinh đ u có m t s đ c đi m hóa lí chung:ọ ậ ể ồ ạ ở ạ ủ ề ộ ố ặ ể

1/ Có tính đ ng hẳ ướng, t c là tính ch t c a nó xét theo m i hứ ấ ủ ọ ướng đ u nh nhau ề ư

2/ Có th nóng ch y và đóng r n thu n ngh ch Nghĩa là có th n u ch y nhi u l n sau đóể ả ắ ậ ị ể ấ ả ề ầlàm l nh theo cùng m t ch đ l i thu đạ ộ ế ộ ạ ược ch t ban đ u ( n u không x y ra k t tinh ho c phânấ ầ ế ả ế ặ

l p t vi ).ớ ế

3/ V t th tr ng thái th y tinh có năng lậ ể ở ạ ủ ượng d tr cao h n tr ng thái tinh th ữ ữ ơ ạ ể

4/ Khi b đ t nóng, nó không có đi m nóng ch y nh v t th k t tinh mà m m d n,ị ố ể ả ư ậ ể ế ề ầ chuy n t tr ng thái giòn sang d o có đ nh t cao và cu i cùng chuy n sang tr ng thái l ng gi t.ể ừ ạ ẻ ộ ớ ố ể ạ ỏ ọ

S bi n thiên liên t c c a đ nh t có th cho ta th y quá trình đóng r n không có s t o thànhự ế ụ ủ ộ ớ ể ấ ắ ự ạpha m i Ngoài đ nh t ra còn nhi u tính ch t khác cũng thay đ i liên t c nh th ớ ộ ớ ề ấ ổ ụ ư ế

V i các đ c đi m nh v y ph n nh tính ph c t p c a tr ng thái th y tinh, do đó khó cóớ ặ ể ư ậ ả ả ứ ạ ủ ạ ủ

th nêu ra m t đ nh nghĩa v th y tinh th t đ y đ và để ộ ị ề ủ ậ ầ ủ ượ ấ ả ọc t t c m i người công nh n.ậ

1779 Johann Georg Krunitz đã g i th y tinh là nh ng lo i v t th trong sáng l p lánh vàọ ủ ữ ạ ậ ể ấ

đ c bi t là v t th do cát v i ki m nóng ch y t o thành ặ ệ ậ ể ớ ề ả ạ

1933 Gustav Tammann g i th y tinh là v t th r n không k t tinh.ọ ủ ậ ể ắ ế

1938 H i đ ng khoa h c Nga đã coi th y tinh là ch t r n vô đ nh hình độ ồ ọ ủ ấ ắ ị ược làm quá l nhạ

t tr ng thái nóng ch y và có tính thu n ngh ch khi chuy n t l ng sang r n.ừ ạ ả ậ ị ể ừ ỏ ắ

Cũng th i gian này M coi th y tinh là s n ph m vô c nóng ch y đờ ở ỹ ủ ả ẩ ơ ả ược làm quá l nhạ

đ nh t l n d n và đóng r n.ộ ớ ớ ầ ắ

1956 R Haase đã coi th y tinh là ch t l ng quá l nh.ủ ấ ỏ ạ

Các đ nh nghĩa nêu trên ph n l n ch nói lên đi u ki n xu t hi n tr ng thái th y tinh, đó làị ầ ớ ỉ ề ệ ấ ệ ạ ủ

s làm quá l nh ch t nóng ch y Tuy nhiên ngự ạ ấ ả ười ta còn thu được th y tinh b ng ủ ằ con đườ ngkhác Ví d : Ng ng t h i khi s n xu t nh ng l p th y tinh m ng M t khác nhi u ch t h u cụ ư ụ ơ ả ấ ữ ớ ủ ỏ ặ ề ấ ữ ơ cũng n m trong tr ng thái th y tinh ằ ạ ủ

ta lâu nay t m ch p nh n m t đ nh nghĩa th y tinh nh sau: “Th y tinh là s n ph m vô

Vì v y, có đậ ược đ nh t cao trong kho ng nhi t đ nóng ch y là nguyên nhân c b nộ ớ ả ệ ộ ả ơ ả

nh ng không ph i là duy nh t quy t đ nh khuynh hư ả ấ ế ị ướng đóng r n thành th y tinh c a h n h pắ ủ ủ ỗ ợ nóng ch y ả

Đ gi i thích t i sao các ch t có kh năng t o th y tinh có đ nh t cao ta ph i xét đ n tácể ả ạ ấ ả ạ ủ ộ ớ ả ế

d ng c a l c tụ ủ ự ương tác gi a các nguyên t , ion, phân t L c tữ ử ử ự ương tác đó được ph n ánh quaảnăng lượng kích thích s ch y nh t Đ i lự ả ớ ạ ượng này được xác đ nh b ng công c n thi t đ diị ằ ầ ế ểchuy n m t nguyên t , ion, phân t t v trí này sang v trí khác Đ nh t có giá tr t l ngh ch v iể ộ ử ử ừ ị ị ộ ớ ị ỉ ệ ị ớ

s nguyên t , ion, phân t có đ năng lố ử ử ủ ượng th c hi n công đó Vì th l c tự ệ ế ự ương tác gi a cácữnguyên t , ion, phân t càng y u đ nh t càng nh Ví d : nhi t đ nóng ch y Uử ử ế ộ ớ ỏ ụ Ở ệ ộ ả η(SiO2)

=151kcal /mol ; Uη(B2O3)=40kcal /mol ; Uη(Fe)=6kcal /mol

Căn c vào l c tứ ự ương tác F c a các ion có th chia các cation thành 3 nhóm:ủ ể

B ng1 2: L c tả ự ương tác c a các ion n m trong thành ph n th y tinhủ ằ ầ ủ

75412622,621

3;44434

Ion

T oạ

Th y ủ Tinh

179,28,75,28

44;64;66;8

Ion Trung Gian

3,282,161,771,040,9780,565

668688

Ion

Bi nế Hình

( đây Z là hóa tr c a ion, R là bán kính ion )Ở ị ủ

Các ion có kh năng t o th y tinh có kh năng t o ra các đa di n h p thành m ng lả ạ ủ ả ạ ệ ợ ạ ướ ikhông gian ba chi u liên t c Các ion bi n hình không t o th y tinh, khi đ a vào h th ng các ionề ụ ế ạ ủ ư ệ ố

t o th y tinh nó làm y u các liên k t c a m ng lạ ủ ế ế ủ ạ ưới làm đ nh t gi m và d n u Các ion trungộ ớ ả ễ ấgian không t o th y tinh tr ng thái đ n đ c nh ng có th tham gia quá trình t o th y tinh khi cóạ ủ ở ạ ơ ộ ư ể ạ ủ

m t các ion t o th y tinh, cung c p cho th y tinh m t s tính ch t k thu t khác.ặ ạ ủ ấ ủ ộ ố ấ ỹ ậ

1.3 M t s đ c tính c u trúc c a các h p ộ ố ặ ấ ủ ợ ch t tinh th có kh năng chuy n thành ấ ể ả ể

V i ôxyt ph c t p ki u Aớ ứ ạ ể mBnOx trong đó O là ôxy tích đi n âm; B là các cation có đi n tíchệ ệ

l n, bán kính nh nh Siớ ỏ ư 4+, B3+, …; A là các cation kim lo i có hóa tr th p nh Meạ ị ấ ư 2+, Me+ S ph iố ố trí v i ôxy c a B nh h n c a A.Căn c vào đi n tích Zớ ủ ỏ ơ ủ ứ ệ B c a ion trung tâm Bvà s ph i trí Kủ ố ố B v iớ ôxy c a nó ngủ ười ta chia các ôxyt này thành 3 lo i:ạ

-Lo i anizô có Zạ B/KB > 1-Lo i izô có Zạ B/KB < 1-Lo i mêzô có Zạ B/KB = 1( T s Zỷ ố B/KB là m t thông s ph n nh đ b n c a liên k t tĩnh đi n B-O )ộ ố ả ả ộ ề ủ ế ệ

Trong 3 lo i ôxyt trên, lo i anizô và izô không có kh năng t o th y tinh Lo i th 3ạ ạ ả ạ ủ ạ ứ

ngượ ạ ấ ễc l i r t d chuy n thành tr ng thái th y tinh Lo i này g m các silicat, Germanat và borat.ể ạ ủ ạ ồ

M t s tác gi khác đã đ a ra m t s tiêu chu n khác đ đánh giá kh năng t o th y tinhộ ố ả ư ộ ố ẩ ể ả ạ ủ

c a m t ch t Ví d : Goldschmidt xét kh năng t o th y tinh c a Aủ ộ ấ ụ ả ạ ủ ủ mOn d a theo t l ự ỉ ệ

O

A R

R

Theo ông các ôxyt có kh năng t o th y tinh có t l đó n m trong kho ng 0,2-0,4 Sim thì cho r ng cácả ạ ủ ỉ ệ ằ ả ằôxyt có kh năng t o th y tinh có năng lả ạ ủ ượng liên k t A-O trong kho ng 80-120kcal/mol Cònế ảnhi u tiêu chu n khác n a M i m t tiêu chu n đ u có nh ng m t tích c c khi đánh giá kh năngề ẩ ữ ỗ ộ ẩ ề ữ ặ ự ả

t o th y tinh nh ng đ ng th i cũng còn nhi u h n ch khi g p nh ng trạ ủ ư ồ ờ ề ạ ế ặ ữ ường h p ngo i l ợ ạ ệ

1.4 C u trúc c a th y tinh silicat ấ ủ ủ

T ch cho r ng th y tinh là m t h l ng ph c t p tr ng thái quá l nh, vi c nghiên cừ ỗ ằ ủ ộ ệ ỏ ứ ạ ở ạ ạ ệ ứ u

c u trúc c a th y tinh luôn đấ ủ ủ ược g n li n v i nh ng thuy t hi n đ i v c u trúc c a ch t l ng.ắ ề ớ ữ ế ệ ạ ề ấ ủ ấ ỏTheo nh ng phát hi n m i tr ng thái l ng đữ ệ ớ ạ ỏ ược xem là có c u trúc g n tr ng thái r n h n tr ngấ ầ ạ ắ ơ ạ thái khí Ví d nh s bi n đ i t r n sang l ng r t nh so v i t l ng sang khí T nhi t nguyênụ ư ự ế ổ ừ ắ ỏ ấ ỏ ớ ừ ỏ ỷ ệ

t c a ch t l ng nhi t đ nóng ch y x p x t nhi t nguyên t c a ch t r n … Đ c bi t làử ủ ấ ỏ ở ệ ộ ả ấ ỉ ỉ ệ ử ủ ấ ắ ặ ệ

nh ng nghiên c u v c u trúc b ng phữ ứ ề ấ ằ ương pháp r nghen đã cho th y rõ ràng h n s gi ng nhauơ ấ ơ ự ố

gi a tr ng thái c u trúc c a v t th l ng và v t th r n Trên c s đó ngữ ạ ấ ủ ậ ể ỏ ậ ể ắ ơ ở ười ta đi đ n các giế ả thuy t v c u trúc c a tr ng thái l ng: Ho c xem ch t l ng nh t h p c a m t s l n các tinhế ề ấ ủ ạ ỏ ặ ấ ỏ ư ổ ợ ủ ộ ố ớ

th r t bé b bi n d ng (c u trúc vi tinh ), Ho c xem ch t l ng có c u trúc m ng lể ấ ị ế ạ ấ ặ ấ ỏ ấ ạ ưới liên t cụ không hoàn ch nh …ỉ

V i tr ng thái th y tinh ta cũng xét đ n m t s gi thuy t tớ ạ ủ ế ộ ố ả ế ương t nhự ư v y cho lo i th yậ ạ ủ tinh đi n hình nh t- th y tinh silicat.ể ấ ủ

1.4.1 Gi thuy t c u trúc vi tinh ả ế ấ

Năm 1921 Lêbêdep đã nêu lên gi thuy t cho r ng “ th y tinh silicat là t p h p c a các tinhả ế ằ ủ ậ ợ ủ

th có đ phân tán cao – các vi tinh th Trong đó ch y u là các vi tinh th th ch anh” ể ộ ể ủ ế ể ạ

Thuy t này d a trên k t qu nghiên c u chi t su t c a th y tinh silicat có nh ng bi n đ iế ự ế ả ứ ế ấ ủ ủ ữ ế ổ

b t thấ ư ng nhi t đ 520- 600ờ ở ệ ộ 0C S bi n đ i b t thự ế ổ ấ ư ng y x y ra vùng g n nhi t đ bi nờ ấ ả ở ầ ệ ộ ế

đ i thù hình c a th ch anh (575ổ ủ ạ 0C) và Lêbêdep cho r ng có liên quan đ n s bi n đ i c u trúcằ ế ự ế ổ ấtrong th y tinh mà đây chính là s bi n đ i gi a 2 d ng thù hinh ủ ở ự ế ổ ữ ạ α và β th ch anh Đi u đó cóạ ềnghĩa là trong th y tinh silicat có các vi tinh th th ch anh t n t i.ủ ể ạ ồ ạ

Lu n đi m này đậ ể ư c ti p t c nghiên c u b ng phợ ế ụ ứ ằ ương pháp nhi u x rễ ạ ơnghen :

Th y tinh đủ ư c làm l nh m t cách bình thợ ạ ộ ư ng luôn cho nh ng gi i nhi u x r ng và không đ i.ờ ữ ả ễ ạ ộ ổ

S phân b các gi i nhi u x này l i tự ố ả ễ ạ ạ ương ng v i s phân b các v trí c c đ i nhi u x trênứ ớ ự ố ị ự ạ ễ ạ

bi u đ nhi u x rể ồ ễ ạ ơnghen c a ch t đó khi ủ ấ ở tr ng thái k t tinh.Ví d : Th y tinh th ch anhạ ế ụ ủ ạ

có các gi i nhi u x trùng v i các pic c c đ i nhi u x c a cristobalit khi cùng ti n hành kh o sátả ễ ạ ớ ự ạ ễ ạ ủ ế ảchúng b ng phằ ương pháp nhi u x rễ ạ ơnghen Như v y có th đi đ n gi thuy t cho r ng th yậ ể ế ả ế ằ ủ tinh th ch anh bao g m các vi tinh th cristobalit ạ ồ ể

Valencop và Porai-Kosic đã nghiên c u th y tinh silicat natri 2 c u t có thành ph n bi nứ ủ ấ ử ầ ế

đ i [mNaổ 2O n SiO2] Trên bi u đ nhi u x rể ồ ễ ạ ơnghen luôn có 2 c c đ i chính ng v i tinh thự ạ ứ ớ ể silicat natri (Na2O.SiO2) và cristobalit (SiO2) N u tăng hàm lế ư ng SiOợ 2 thì c c đ i ng v i SiOự ạ ứ ớ 2

tăng lên rõ r t và c c đ i silicat natri gi m xu ng K t h p gi a tính toán và th c nghi mệ ự ạ ả ố ế ợ ữ ự ệ Valencop và Porai-Kosic cho r ng trong th y tinh silicat có ch a h n h p các vi tinh thằ ủ ứ ỗ ợ ể cristobalit, mêtasilicat natri và th y tinh vô đ nh hình ( đi u này h i khác v i Lêbêdep ) Ngoài raủ ị ề ơ ớ

n u ch đ gia công nhi t m u th y tinh khác nhau thì các c c đ i trên các d i nhi u x rế ế ộ ệ ẫ ủ ự ạ ả ễ ạ ơnghen

s khác nhau Cùng v i s tăng nhi t đ và tăng th i gian đ t nóng m u th y tinh thì trên đẽ ớ ự ệ ộ ờ ố ẫ ủ ườ ngcong nhi u x s xu t hi n thêm các c c đ i m i, các c c đ i đã có thì càng rõ nét.M t khác, cácễ ạ ẽ ấ ệ ự ạ ớ ự ạ ặ

c c đ i trên gi n đ nhi u x rự ạ ả ồ ễ ạ ơnghen c a th y tinh và c a các tinh th tủ ủ ủ ể ương ng tuy trùngứnhau nh ng không hoàn toàn gi ng nhau Ch ng t có s bi n d ng m ng lư ố ứ ỏ ự ế ạ ạ ướ ủi c a các vi tinh

th Theo các nhà nghiên c u thông s m ng lể ứ ố ạ ướ ủi c a các vi tinh th cristobalit trong th y tinhể ủ

l n h n thông s m ng lớ ơ ố ạ ướ ủi c a các vi tinh th cristobalit thể ường kho ng 6,6% Nh v y, trongả ư ậ

th y tinh ch có nh ng v trí trung tâm c a các vi tinh th là có c u t o g n gi ng m ng lủ ỉ ữ ị ủ ể ấ ạ ầ ố ạ ưới tinh

th thông thể ường, còn xa v trí trung tâm s sai l ch v m ng lị ự ệ ề ạ ưới càng tăng lên

Florinsky dùng quang ph h ng ngo i đ nghiên c u c u trúc th y tinh , ông th y các d iổ ồ ạ ể ứ ấ ủ ấ ả

ph n x và h p th c a th y tinh và c a các tinh th có th tách ra đ u tiên khi k t tinh th y tinhả ạ ấ ụ ủ ủ ủ ể ể ầ ế ủhoàn toàn trùng nhau Đi u đó có nghĩa là trong th y tinh có s không đ ng nh t c c b T i cácề ủ ự ồ ấ ụ ộ ạ

v trí không đ ng nh t này các nguyên t đị ồ ấ ử ượ ắc s p x p gi ng nh trong tinh th tế ố ư ể ương ng.ứ

Avgustinic cho r ng trong th y tinh t n t i các nhóm ti n k t tinh có đ c tr ng liên k tằ ủ ồ ạ ề ế ặ ư ế

gi ng nh trong tinh th tố ư ể ương ng, nh ng các nhóm này ch a có d u hi u c a m t pha đ c l p,ứ ư ư ấ ệ ủ ộ ộ ậ

t c là ch a có b m t phân chia pha, ch a có các thông s m ng lứ ư ề ặ ư ố ạ ưới tinh th ể

Th c ra v n đ t n t i các vi tinh th đã đự ấ ề ồ ạ ể ược bàn cãi t lâu Đã có nhi u công trìnhừ ềnghiên c u b ng phứ ằ ương pháp nhi u x rễ ạ ơnghen và quang ph đã đổ ược đ a ra nh ng v n ch aư ư ẫ ư

có b ng ch ng nào th t hoàn ch nh và không có khuy t đi m Ngay chính Lêbêdep cũng hi uằ ứ ậ ỉ ế ể ể

r ng vi c s d ng các phằ ệ ử ụ ương pháp nghiên c u trên c s nhi u x rứ ơ ở ễ ạ ơnghen, nhi u x electronễ ạhay neutron cũng không đ a đ n k t qu chính xác vì kích thư ế ế ả ước c a các mi n có tr t t n đ nhủ ề ậ ự ổ ị quá nh và s sai l ch m ng lỏ ự ệ ạ ướ ại l i quá l n Các bi u đ quang ph thì có bi u hi n kh quanớ ể ồ ổ ể ệ ả

h n v s gi ng nhau gi a các đơ ề ự ố ữ ường cong c a th y tinh và c a tinh th tủ ủ ủ ể ương ng nh ng v nứ ư ẫ theo Lêbêdep “ các c c đ i nh n đự ạ ậ ượ ấc r t tho i và ít rõ ràng nên khi gi i thích cũng còn khá tùyả ả

ti n “.ệ

Hi n nay các tác gi c a lí thuy t c u trúc vi tinh cũng không cho r ng vi tinh th là cácệ ả ủ ế ấ ằ ểtinh th nh m n V i khái ni m vi tinh th ph i hi u là các t h p c u trúc bi n d ng mang cácể ỏ ị ớ ệ ể ả ể ổ ợ ấ ế ạ

đ c đi m c a các m ng tinh th tặ ể ủ ạ ể ương ng ho c m t cách đ n gi n có th hi u là các mi n t viứ ặ ộ ơ ả ể ể ề ế

có s phân b các nguyên t tự ố ử ương đ i tr t t Nh ng đ nh nghĩa nh v y thì hoàn toàn ch a th aố ậ ự ư ị ư ậ ư ỏ mãn.N u các vi tinh th b bi n d ng đ n m c không có các tính ch t c a các h t tinh th , khôngế ể ị ế ạ ế ứ ấ ủ ạ ể

có b m t phân chia pha, không là pha th hai thì rõ ràng là các thu t ng và nghĩa c th c a lýề ặ ứ ậ ữ ụ ể ủthuy t vi tinh nói chung không còn n a N u hi u vi tinh th là các nhóm ti n k t tinh c a cácế ữ ế ể ể ề ế ủtinh th tể ương lai thì nh th cũng m t tính đ c tr ng cho lí thuy t v tr ng thái th y tinh Vìư ế ấ ặ ư ế ề ạ ủ

nh ng nhóm ti n k t tinh đó có th có m t trong b t kỳ m t ch t l ng nào.ữ ề ế ể ặ ấ ộ ấ ỏ

1.4.2 Gi thuy t c u trúc liên t c vô đ nh hình ả ế ấ ụ ị

Trên c s các thành t u đ t đơ ở ự ạ ược c a hóa h c tinh th , năm 1932 Zachariazen đã đ a raủ ọ ể ư

gi thuy t c u trúc liên t c vô đ nh hình Theo ông : ả ế ấ ụ ị

-L c tự ương tác gi a các ion trong th yữ ủ tinh ôxyt có l cũng gi ng nh trong các tinhẽ ố ư

th tể ương ng, vì th các tính ch t c h c c a 2 d ng này g n nh nhau.ứ ế ấ ơ ọ ủ ạ ầ ư

-V m t c u trúc cũng gi ng nh các tinh th , trong th y tinh các nguyên t cũng đề ặ ấ ố ư ể ủ ử ượ c

s p x p đ t o thành m ng không gian 3 chi u nh ng không đ i x ng không tu n hoàn Do sắ ế ể ạ ạ ề ư ố ứ ầ ự

h n lo n đó mà n i năng c a th y tinh l n h n n i năng c a tinh th , nh ng không l n l m, vìỗ ạ ộ ủ ủ ớ ơ ộ ủ ể ư ớ ắ

n u không nh v y quá trình k t tinh s x y ra ngay Cũng do s s p x p không tr t t y nênế ư ậ ế ẽ ả ự ắ ế ậ ự ấcác liên k t A – O trong th y tinh không l n nh nhau nh trong tinh th Khi đ t nóng th y tinhế ủ ớ ư ư ể ố ủcác liên k t có đ b n khác nhau c n năng lế ộ ề ầ ượng b gãy khác nhau, liên k t nào y u b b gãyẻ ế ế ị ẻ

trước sau đó m i đ n liên k t m nh Vì v y th y tinh m m d n r i m i ch y l ng ch khôngớ ế ế ạ ậ ủ ề ầ ồ ớ ả ỏ ứ

gi m đ nh t đ t ng t nh trong tinh th ả ộ ớ ộ ộ ư ể

Zachariasen l y th y tinh th ch anh, borat, germanat đ xét, th y r ng c c u m ng lấ ủ ạ ể ấ ằ ơ ấ ạ ướ ikhông gian c a th y tinh g n gi ng tinh th tủ ủ ầ ố ể ương ng Chúng đứ ược hình thành t các đa di nừ ệ liên k t l i ( t di n, tam giác …).ế ạ ứ ệ

Zachariasen còn ch ra r ng: Các ôxyt d ng Bỉ ằ ạ mOn mu n t o thành th y tinh c n th a mãnố ạ ủ ầ ỏcác yêu c u sau ( các tiêu chu n Zachariasen ) : ầ ẩ

1 Nguyên t ôxy không đử ược liên k t v i quá 2 nguyên t B.ế ớ ử

2 S nguyên t ôxy quây quanh B không quá l n, thố ử ớ ường b ng 3,4, (6)ằ

3 Các đa di n ôxy ph i có đ nh chung nh ng không đệ ả ỉ ư ược có c nh chung và m t chung.ạ ặ

4 Đ t o thành m ng không gian 3 chi u, m i đa di n c n dùng chung v i các đa di nể ạ ạ ề ỗ ệ ầ ớ ệ bên c nh ít nh t là 3 đ nh.ạ ấ ỉ

Các ôxyt ki u Bể 2O , BO không th a mãn 4 đi u ki n trên nên không có kh năng t o th yỏ ề ệ ả ạ ủ tinh Tiêu chu n 1,3,4 th a mãn v i :ẩ ỏ ớ

a) Ôxyt lo i Bạ 2O3 n u nguyên t ôxy t o thành tam giác xung quanh B.ế ử ạ

b) Ôxyt lo i BOạ 2 và B2O5 n u ôxy t o t di n quanh B.ế ạ ứ ệ

c) Ôxyt ki u BOể 3 , B2O7 , BO4 n u ôxy t o bát di n quanh Bế ạ ệ

Th i b y gi SiOờ ấ ờ 2 , GeO2, B2O3, P2O5, As2O3 là nh ng ôxyt duy nh t t o th y tinh và th aữ ấ ạ ủ ỏ mãn đ nh ng tiêu chu n trên C u trúc c s c a SiOủ ữ ẩ ấ ơ ở ủ 2, GeO2,P2O5 là kh i t di n [BOố ứ ệ 4]; c aủ

B2O3, As2O3 là tam giác [BO3] ; BeF2 cũng là h p ch t t o th y tinh nh Goldschmidt đã ch , nóợ ấ ạ ủ ư ỉcũng th a mãn 4 tiêu chu n, ch thay ôxy b ng flor, đ n v c u trúc là [ BeFỏ ẩ ỉ ằ ơ ị ấ 4]

-Các ôxyt ph c t p d ng Aứ ạ ạ mBnOx, trong đó B là các cation t o th y tinh nh Siạ ủ ư 4+, B3+ …Ôxy

s quây quanh B t o các t di n hay tam giác A là các cation khác s đi n vào các ch tr ng c aẽ ạ ứ ệ ẽ ề ỗ ố ủ

kh i đa di n v i nhi m v trung hòa m ng lố ệ ớ ệ ụ ạ ưới( cân b ng hóa tr cho toàn m ng ) Do tính khôngằ ị ạ

đ i x ng không tu n hoàn c a m ng, các l tr ng cũng nh các cation đố ứ ầ ủ ạ ỗ ố ư ược phân b m t cáchố ộ

th ng kê Đ cho m ng lố ể ạ ướ ượi đ c b n các cation A và B ph i đ y nhau ít nh t Đi u này cóề ả ẩ ấ ềnghĩa A c n có kích thầ ướ ớc l n và đi n tích nh , đó là các cation bi n hình ( Naệ ỏ ế +, K+, Ca2+, Ba2+,

Pb2+) Các cation đi n tích l n bán kính nh nh Tiệ ớ ỏ ư 4+, Mo6+, Li+,W6+thường làm cho th y tinh bủ ị

k t tinh, chúng làm y u các liên k t B – O và phá v m ng lế ế ế ỡ ạ ưới th y tinh ủ

Sau đó Warren đã ki m tra l i b ng nhi u x r ngen cũng công nh n d đoán v c u t oể ạ ằ ễ ạ ơ ậ ự ề ấ ạ

th y tinh c a Zachariasen là đúng.ủ ủ

Gi thuy t Zachariasen có nhi u c s th c nghi m khá ch c ch n nh ng cũng b m t sả ế ề ơ ở ự ệ ắ ắ ư ị ộ ố nhà nghiên c u phê phán h t s c nghiêm kh c Morey đã cho th y r ng đ b n c a th y tinh xácứ ế ứ ắ ấ ằ ộ ề ủ ủ

đ nh b ng hi u n i năng th y tinh và tinh th là không đúng Ví d : Tetrasilicatkali ( Kị ằ ệ ộ ủ ể ụ 2O.4SiO2)

là m t trong nh ng th y tinh 2 c u t b n nh t nh ng l i có nhi t nóng ch y r t cao ( 35kcal/kg)ộ ữ ủ ấ ử ề ấ ư ạ ệ ả ấtrong khi đó KNO3 không t o th y tinh có nhi t nóng ch y th p h n ( 25kcal/kg).ạ ủ ệ ả ấ ơ

Hasgg thì cho r ng nhi u th y tinh silicat hình thành t các nhóm anion ph c t p.ằ ề ủ ừ ứ ạ Valencop và poraj-Kosic cũng nh t trí là các cation bi n hình đấ ế ược phân b theo lu t thăng giánố ậ

ch không theo lu t th ng kê Đ c bi t, sau này ngứ ậ ố ặ ệ ười ta còn t o đạ ược th y tinh t các kim lo iủ ừ ạ

có s ph i trí 6 ( ki u ôxyt nhóm C) Do đó tiêuố ố ể chu n 2 c a zachariasen ph i đẩ ủ ả ược b sungổchính xác l i : T ng s nguyên t ôxy quây quanh B có th là 3,4,6.ạ ổ ố ử ể

Tuy v y gi thuy t zachariasen v n đậ ả ế ẫ ượ ử ục s d ng r ng rãi Chúng ta có th căn c vào giộ ể ứ ả thuy t này đ gi i thích m t cách khá đ n gi n nhi u tính ch t c a th y tinh nh kh năng t oế ể ả ộ ơ ả ề ấ ủ ủ ư ả ạ

th y tinh , s nóng ch y t t , nhi t đ b t đ u linh đ ng…ủ ự ả ừ ừ ệ ộ ắ ầ ộ

1.4.3 Các h s c u trúc Stevels ệ ố ấ

Trên c s c u trúc liên t c vô đ nh hình c a zachariasen –Warren Stevels đã nghiên c uơ ở ấ ụ ị ủ ứ

m i quan h l n nhau c a các nguyên t , ion trong th y tinh , đ ng th i qua so sánh các tính ch tố ệ ẫ ủ ử ủ ồ ờ ấ

lí h c c a các lo i th y tinh , ông đã đ a ra 4 h s c u trúc nh sau : ọ ủ ạ ủ ư ệ ố ấ ư

X : S nguyên t ôxy không c u n i trong m t đa di n c u trúc.ố ử ầ ố ộ ệ ấ

Y : S nguyên t ôxy c u n i trong m t đa di n c u trúcố ử ầ ố ộ ệ ấ

Z : T ng s nguyên t ôxy trong m t đa di n c u trúc( s ph i trí v i ôxy c a ion t oổ ố ử ộ ệ ấ ố ố ớ ủ ạ

th y tinh )ủ

R : T s gi a s nguyên t ôxy trên s ion t o th y tinh trong th y tinh ỷ ố ữ ố ử ố ạ ủ ủ

Nh v y: X + Y = Z ư ậ → Y = Z – X

V i th y tinh mà đ n v c u trúc là t di n t Siớ ủ ơ ị ấ ứ ệ ừ 4+, P5+ thì Z=4 N u đ n v c u trúc hay đaế ơ ị ấ

di n ph i trí là tam giác thì Z=3 Giá tr R có th tính d dàng t thành ph n phân t c a th yệ ố ị ể ễ ừ ầ ử ủ ủ tinh T Z và R chúng ta d dàng tính ra X,Y.ừ ễ

Lo i th y tinh này trung bình trong m t đa di n c u trúc có 2 ôxy không c u n i và 2 ôxy c u ạ ủ ộ ệ ấ ầ ố ầ

n i Th y tinh này không b n d k t tinh ố ủ ề ễ ế

4/ Th y tinh t Pủ ừ 2O5

Z = 4 ; R = 5/2 = 2,5 → X = 2R-X= 2x2,5-4 = 5-4=1 ; Y= 2Z-2R = 2x4-2x2,5 = 8-5 = 3

đây có m t ôxy hoàn toàn thu c P

Nh ng ví d trên là nh ng trữ ụ ữ ường h p đ n gi n Trong th c t g p nhi u lo i th y tinhợ ơ ả ự ế ặ ề ạ ủ

có thành ph n r t ph c t p M t s ion n m trong thành ph n th y tinh không ph i là ion t oầ ấ ứ ạ ộ ố ằ ầ ủ ả ạ

th y tinh cũng không ph i là ion bi n hình Chúng chi m ch trung tâm các đa di n c u trúcủ ả ế ế ỗ ở ệ ấ

ho c gi a các ôxy c a các đa di n Có nhi u lo i ion mang c 2 lo i vai trò trong c u trúc và n mặ ữ ủ ệ ề ạ ả ạ ấ ằ

c 2 lo i v trí X y ra các tr ng h p trên ph thu c vào thành ph n th y tinh và đi u ki n

xu t hi n Nh ng ion y là các ion trung gian: Coấ ệ ữ ấ 2+, Ni2+, Pb2+…

Trong th y tinh mà t n t i các ion trung gian, ta không th tính chính xác R đủ ồ ạ ể ược Thườ ng

người ta coi chúng thu c lo i bi n hình đ d tính R, do v y Y tính toán nh h n Y th c tộ ạ ế ể ễ ậ ỏ ơ ự ế nhi u.ề

Ý nghĩa c a h s Y trong th c ti n ủ ệ ố ự ễ

Lượng ôxy c u n i (Y) trong các đa di nầ ố ệ c u trúc có nh hấ ả ưởng r t l n lên tính ch t c aấ ớ ấ ủ

th y tinh Giá tr Y càng l n khung th y tinh c b n càng b n v ng và ngủ ị ớ ủ ơ ả ề ữ ượ ạc l i, Y bé c u trúcấ

m ng l ng l o h n và có nhi u l h ng, các ion bi n hình d dàng d ch chuy n t v trí này đ nạ ỏ ẻ ơ ề ổ ổ ế ễ ị ể ừ ị ế

v trí khác ho c dao đ ng t i ch Do đó h s Y bé thì h s giãn n nhi t l n, đ nh t gi m, đị ặ ộ ạ ỗ ệ ố ệ ố ở ệ ớ ộ ớ ả ộ

≡Si – O – Si ≡ + Na2O ≡ ➲ Si – O – Na + Na – O – Si ≡

Đ ng th i các tính ch t c a th y tinh cũng thay đ i theo Ví d : H s giãn n nhi t tăngồ ờ ấ ủ ủ ổ ụ ệ ố ở ệlên Nh ng đ i v i th y tinh bo ki m ph c t p h n nhi u Tác d ng c a lư ố ớ ủ ề ứ ạ ơ ề ụ ủ ượng ôxyt ki m đ uề ầ tiên cho vào l i làm tăng giá tr Y và h s giãn n nhi t t 144.10ạ ị ệ ố ở ệ ừ -7 xu ng 86.10ố -7, nh ng sau đóưtăng ôxyt ki m ti p thì h s giãn n nhi t l i tăng lên và Y gi m.ề ế ệ ố ở ệ ạ ả

Stevels đã gi i thích hi n tả ệ ượng b t bình thấ ường đó nh sau: Lư ượng Na2O cho vào đ u tiênầkhông tác d ng vào ôxy c u n i mà ch làm tăng s ph i trí c a ion bo v i ôxy t 3[BOụ ầ ố ỉ ố ố ủ ớ ừ 3] lên 4[BO4] làm xu t hi n m t s t di n c u trúc ấ ệ ộ ố ứ ệ ấ c a bo bên c nh c u trúc ki u tam giác s n có Tuyủ ạ ấ ể ẵnhiên lượng ion bo thay đ i s ph i trí cao nh t ch chi m 1/5 t ng s ion bo, cho nên lổ ố ố ấ ỉ ế ổ ố ượ ng

Na2O cho vào khi đ t đ n 16,7% mol là Y đ t giá tr cao nh t (Y=3,2) và ạ ế ạ ị ấ α đ t th p nh t Tăngạ ấ ấ

lượng Na2O, Y s gi m và ẽ ả α tăng lên

Tính h s Y trong th y tinh bo – ki m ệ ố ủ ề a/ Tính Y max:

H s Y đ t giá tr cao nh t khi s t di n ph i trí c a bo đ t max, t c ng v i 1 t di nệ ố ạ ị ấ ố ứ ệ ố ủ ạ ứ ứ ớ ứ ệ [BO4] có 4 tam giác [BO3] Mà m t t di n có 4 nguyên t ôxy ; b n tam giác có 12 nguyên tộ ứ ệ ử ố ử ôxy ; v y 5 đa di n trên s có 16 nguyên t ôxy nên s ph i trí trung bình cao nh t Z= 16/5 = 3,2ậ ệ ẽ ử ố ố ấ

và lúc này không có ôxy không c u n i Y= Z-X=3,2-0=3,2ầ ố

b/ Thành ph n c a th y tinh bo-ki m khi Y max ầ ủ ủ ề

N u Y=3,2 và X=0 thì ế R= X + 0 1,6 1,6

2

1

=+

=

5B2O3 ta m i ch có 15 nguyên t ôxy, v y còn 1 nguyên t ôxy n a là c a Naớ ỉ ử ậ ử ữ ủ 2O Cho nên khi Y max th y tinh bo-ki m có thành ph n tủ ề ầ ương ng v i c u trúc b n v ng nh t là Naứ ớ ấ ề ữ ấ 2O.5B2O3 hay 16,7% mol Na2O

Th y tinh borosilicate ủ

Trong th y tinh borosilicate các nguyên t c c a Stevels v s t di n ph i trí cao nh t c aủ ắ ủ ề ố ứ ệ ố ấ ủ

bo không áp d ng đụ ược Không t n t i t s [BOồ ạ ỉ ố 4] : [BO3] = 1 : 4 Các cation có s ph i trí là 4ố ố

cho đ n 1 gi i h n nh t đ nh nào đó r i m i cóế ớ ạ ấ ị ồ ớ 1 ph n Bo t o đa di n ph i trí là tam giác đ u.ầ ạ ệ ố ề

Th y tinh borosilicate có thành ph n thích h p khi lủ ầ ợ ượng ôxyt bo có tác d ng làm ch t ch y,ụ ấ ả trong quá trình làm l nh các ion bo s t o t di n ph i trí cao làm cho c u trúc m ng th y tinhạ ẽ ạ ứ ệ ố ấ ạ ủ

b n v ng Th y tinh lo i PYREX, SIMAX … có thành ph n 79-80% SiOề ữ ủ ạ ầ 2 và kho ng 12% Bả 2O3

đ cho t t c ion bo chuy n h t lên s ph i trí cao làm cho c u trúc th y tinh b n v ng.ể ấ ả ể ế ố ố ấ ủ ề ữ

Ch ươ ng 2 Phân lo i th y tinh vô c theo thành ph n và đ c tính ạ ủ ơ ầ ặ

G n nh toàn b các nguyên t hóa h c trong b ng h th ng tu n hoàn có m t trong th yầ ư ộ ố ọ ả ệ ố ầ ặ ủ tinh Tuy nhiên theo thành ph n hóa th y tinh vô c có th chia làm 5 lo i: Th y tinh đ n nguyênầ ủ ơ ể ạ ủ ơ

t , th y tinh ôxyt, th y tinh halogen, th y tinh khancon, th y tinh h n h p.ử ủ ủ ủ ủ ỗ ợ

2.1 Th y tinh đ n nguyên t ủ ơ ử

Đó là lo i th y tinh ch a có m t lo i nguyên t hóa h c.Đó là các nguyên t thu c nhómạ ủ ứ ộ ạ ố ọ ố ộ5,6 trong b ng h th ng tu n hoàn nh : S, Se, As và P Ngoài ra ngả ệ ố ầ ư ười ta còn cho r ng có th chằ ể ế

t o đạ ượ ả ủc c th y tinh t telur và ôxy.ừ

Đ có để ược th y tinh t l u huỳnh ta làm l nh nhanh l u huỳnh nóng ch y: Làm l nh đ nủ ừ ư ạ ư ả ạ ế nhi t đ phòng s đệ ộ ẽ ược s n ph m gi ng cao su nh ng trong su t và không tan trong Hả ẩ ố ư ố 2S; đ nế -110C nó s đông c ng có chi t su t 1,998.ẽ ứ ế ấ

Selen nóng ch y trong đi u ki n làm l nh nhanh cho th y tinh s m màu có chi t su tả ề ệ ạ ủ ẫ ế ấ n=2,92 Mu n thu đố ược As và P tr ng thái th y tinh ph i ti n hành nhi u bở ạ ủ ả ế ề ước ph c t p h n.ứ ạ ơ

kh năng t o th y tinh nh ng khi liên h p v i nh ng c u t nh t đ nh kh năng t o th y tinhả ạ ủ ư ợ ớ ữ ấ ử ấ ị ả ạ ủ

c a nó tăng lên nh : Alủ ư 2O3, Ga2O3, Bi2O3, TiO2, MoO3 , WO3 Do v y ta có các l p th y tinh:ậ ớ ủSilicat, borat, germanat, telurit, aluminat…

M i l p th y tinh l i chia thành các nhóm tùy thu c vào ki u ôxyt Meỗ ớ ủ ạ ộ ể mOn Trong th c tự ế

có nhi u th y tinh ch a đ ng th i 2 ho c 3 ôxyt t o th y tinh Khi g i tên các th y tinh ôxyt ,ề ủ ứ ồ ờ ặ ạ ủ ọ ủ

trước h t g i tên l p r i đ n tên nhóm Tên l p theo tên mu i c a ôxyt t o th y tinh c b n cònế ọ ớ ồ ế ớ ố ủ ạ ủ ơ ảcác ôxyt t o th y tinh khác có t n cùng b ng O và x p theo chi u tăng n ng đ % mol Ví d :ạ ủ ậ ằ ế ề ồ ộ ụ

Th y tinh boroalumosilicat natrikalicanxi : Bủ 2O3 < Al2O3 < SiO2 Tên nhóm thì x p tên các nguyênế

t theo th t hóa tr t th p đ n cao.ố ứ ự ị ừ ấ ế

d ng c a các b c x c ng nh c c tím, r ngen, gama B n đ i v i các ch t ăn mòn m nh nhụ ủ ứ ạ ứ ư ự ơ ề ố ớ ấ ạ ư

HF, F2 Cho qua t t các tia rìa quang ph Chi t su t c a nó th p h n so v i chi t su t c a cácố ổ ế ấ ủ ấ ơ ớ ế ấ ủ

lo i th y tinh khác và x p x chi t su t c a nạ ủ ấ ỉ ế ấ ủ ước ~ 1,33 Th y tinh Berifluorit d n đi n.ủ ẫ ệ

T Clừ - ch có th đ a đ n tr ng thái th y tinh m t h p ch t duy nh t là ZnClỉ ể ư ế ạ ủ ộ ợ ấ ấ 2 nh ng hư ệ

s giãn n nhi t c a nó r t cao (323.10ố ở ệ ủ ấ -7)

2.4 Th y tinh khancon ủ

Đó là các lo i th y tinh đi t các h p ch t c a l u huỳnh, selen và telurạ ủ ừ ợ ấ ủ ư

Các sulfid có kh năng t o th y tinh là : GeSả ạ ủ 2, As2S3

Các selenid có kh năng t o th y tinh : Asả ạ ủ 2Se3 , GeSe2 , P2Se3

Chuy n các telurit vào tr ng thái th y tinh r t khó, thể ạ ủ ấ ường k t h p v i các selenid vàế ợ ớsulfid

T t c các th y tinh khancon đ u không trong su t và nhanh chóng k t tinh, do đó mu n đ tấ ả ủ ề ố ế ố ạ

tr ng thái th y tinh ph i làm l nh th t nhanh, kho ng 200ạ ủ ả ạ ậ ả 0C /giây và chúng r t d nóng ch y.ấ ễ ả

Th y tinh khancon th hi n đ d n đi n nh ch t bán d n nên đủ ể ệ ộ ẫ ệ ư ấ ẫ ược dùng trong lĩnh v cự bán d n Th i gian sau này ngẫ ờ ười ta đã t o đạ ược các đi u ki n k thu t c n thi t đ đ t đề ệ ỹ ậ ầ ế ể ạ ượ ccác th y tinh khancon có nhi t đ nóng ch y cao ~ 1700ủ ệ ộ ả 0C t các h : Ni – Ge – Se ; Mn – Ge – Seừ ệ

; Ni – Zn – Se; Ni – Ge – S ; Zn – Ge – Se

2.5 Th y tinh h n h p ủ ỗ ợ

Đi t h n h p các ch t có kh năng t o th y tinh:ừ ỗ ợ ấ ả ạ ủ

- Ôxyt – halogen : PbO- ZnF2 –TeO2 ; ZnCl2- TeO2

- Ôxyt – khancon : Sb2O3 – As2S3 ; As2S3 – As2O3 – MemOn ( MemOn : Sb2O3, PbO, CuO)

- Halogen – Khancon:As – S –Cl; As – S – Br; As – S – I ; As – Te – I; As - S -Cl –Br –I

∑

=

=+

++

i i i n

g a

g a g

G

1 2

2 1

+++

i n

n n

f

a f

a f

a f a

a a

a d

1 2

2 1 1

2 1 20

100

N u th y tinh có thành ph n % nh sau: SiOế ủ ầ ư 2 73,5 ; CaO 10 ; Na2O 16,5 dùng công th c vàứ

b ng s Baillih ta có th tính m t đ th y tinh trên: ả ố ể ậ ộ ủ 40,27 2,452

1002

,3

5,163,4

1024,2

5,73

100

++

=

=+

++

a p a

1 2

2 1

B ng 3.2 Các h s c a English và Turner đ tính h s giãn n nhi t ả ệ ố ủ ể ệ ố ở ệ

c a thành ph n hóa Chúng ph thu c ph c t p vào thành và không tính toán đ nh lủ ầ ụ ộ ứ ạ ị ượng được Đó

là đ nh t, đ d n đi n, t c đ khu ch tán ion, đ t n th t đi n môi, đ b n hóa, đ th u quang,ộ ớ ộ ẫ ệ ố ộ ế ộ ổ ấ ệ ộ ề ộ ấ

đ c ng, s c căng b m t, kh năng k t tinh.ộ ứ ứ ề ặ ả ế

-Đ b n c h c c a th y tinh độ ề ơ ọ ủ ủ ược coi là thu c m t nhóm đ c bi t nh hộ ộ ặ ệ Ả ưởng c a thànhủ

ph n hóa đ n đ b n c c a th y tinh ( tr th y tinh s i) thầ ế ộ ề ơ ủ ủ ừ ủ ợ ường không rõ r t, vì y u t đóngệ ế ốvai trò quan tr ng h n c là đi u ki n bên ngoài.ọ ơ ả ề ệ

3.1 Đ nh t ộ ớ

Đ nh t c a ch t l ng độ ớ ủ ấ ỏ ược bi u hi n kh năng ch ng l i s d ch chuy n tể ệ ở ả ố ạ ự ị ể ương đ iố

c a các ph n t trong ch t l ng đó.ủ ầ ử ấ ỏ

Đ c đi m c a h t o th y tinh là có đ nh t r t l n nhi t đ n u cao nh t đ nh tặ ể ủ ệ ạ ủ ộ ớ ấ ớ Ở ệ ộ ấ ấ ộ ớ

c a th y tinh vào kho ng 10ủ ủ ả 2poise (102P) t c 10.000 l n l n h n đ nh t c a nứ ầ ớ ơ ộ ớ ủ ướ ởc 200C ( 0,01p)

3.1.1 S thay đ i đ nh t theo nhi t đ ự ổ ộ ớ ệ ộ

Quan h gi a đ nh t và nhi t đ có th bi u di n b ng nhi u phệ ữ ộ ớ ệ ộ ể ể ễ ằ ề ương trình khác nhau

d n xu t t phẫ ấ ừ ương trình Frenken-Andrpad: RT

u e A

lg (*) ; n=2 khi xác đ nh ị η trong mi n nhi t đ trên đề ệ ộ ường l ngỏ n>2 khi xác đ nh ị η trong mi n nhi t đ g n và th p h n đề ệ ộ ầ ấ ơ ườ ng

l ngỏ

0 0

lg

T T

b a T

T

bT

B

−+

b a T

Người ta đã xác đ nh đ nh t trong các kho ng nhi t đ khác nhau b ng th c nghi m vàị ộ ớ ả ệ ộ ằ ự ệ

b ng cách tính toán theo các phằ ương trình trên, h th y r ng: Trong kho ng nhi t đ h p và vùngọ ấ ằ ả ệ ộ ẹnhi t đ cao có th dùng công th c d n xu t b t kì đ tính đ nh t, vì sai s c a chúng r t nhệ ộ ể ứ ẫ ấ ấ ể ộ ớ ố ủ ấ ỏ

so v i giá tr nh t xác đ nh b ng phớ ị ớ ị ằ ương pháp đo Trong kho ng nhi t đ r ng ph i dùng cácả ệ ộ ộ ả

phương trình ph c t p.ứ ạ

N u kh o sát trên h tr c lgế ả ệ ụ η – t0 ta s có bi u đ bi u th s thay đ i đ nh t theo nhi t đ màẽ ể ồ ể ị ự ổ ộ ớ ệ ộ

ta v n g i là đẫ ọ ường cong nh t :ớ

Ý nghĩa các đi m nh t đ c tr ng ể ớ ặ ư

1) Đi m n u ch y và tinh luy n( Metling point): lgể ấ ả ệ η=2 hay η=102 p Đi m đ so sánh các lo iể ể ạ

th y tinh v i nhau ng v i nhi t đ n u th y tinh cao nh t.ủ ớ Ứ ớ ệ ộ ấ ủ ấ

2) Đi m b t đ u làm vi c(Working point): lgể ắ ầ ệ η=3 hay η=103 p ng v i nhi t đ mà đó th yỨ ớ ệ ộ ở ủ tinh gi đữ ược hình dáng c a mình trong th i gian r t ng n Th y tinh trên đ u ng th i khi t oủ ờ ấ ắ ủ ầ ố ổ ạ hình có đ nh t ộ ớ η = 103 – 104p

3) Đi m n i (ể ổ Einsink punkt): lgη=4 hay η=104p Dietzel đã xác đ nh đi m nhi t đ ng v i ị ể ệ ộ ứ ớ η=104p

b ng phằ ương pháp n i.Th y tinh có ổ ủ η=104p khi m t thanh h p kim Pt-Rh (80:20) dài 20cm, n ngộ ợ ặ 0,74g, đường kính 0,05cm chìm đ ng trong nó 2cm trong th i gian 72,8 giây ( n u thanh h p kimứ ờ ế ợdài 24,1 cm và n ng 0,902g thì m t 60 giây)ặ ấ

4) Đi m ch y ( ể ả Flow point): lgη=5 hay η= 105p Cho bi t m t cách đ nh hế ộ ị ướng kho ng nhi t đả ệ ộ

c a th y tinh trên máy kéo Danner ho c kéo đ ng.ủ ủ ặ ứ

lgη

t(0C)2

5) Đi m m m( ể ề Softening point ) hay còn g i làọ đi m Littleton: lgể η=7,65 hay η=107,65 p ngỨ

v i nhi t đ mà t i đó s i th y tinh dài 23,5 cm, đớ ệ ộ ạ ợ ủ ường kính 0,55 -0,77mm treo trong lò chu n cóẩ

t c đ nung nóng không đ i t kéo dài b ng chính tr ng lố ộ ổ ự ằ ọ ượng c a mình 1mm/phút.ủ

6) Đi m làm l nh trên( Annealing point): lgể ạ η=13 hay η= 1013 p ng v i nhi t đ mà t i đó ngỨ ớ ệ ộ ạ ứ

su t m t hoàn toàn trong 15 phút.ấ ấ

7) Đi m làm l nh dể ạ ướ Strain point): ): lgη=14,5 hay η= 10i ( 14,5 p ng v i nhi t đ mà t i đó ngỨ ớ ệ ộ ạ ứ

su t gi m còn 10% sau 15 gi Dấ ả ờ ưới nhi t đ này không th lo i tr ng su t trong th y tinh ệ ộ ể ạ ừ ứ ấ ủ8) Đi m chuy n hóa( Transformation temperature) Tg : Để ể ược xác đ nh b ng phị ằ ương phápdilatomet th ch anh và ng v i ph n l n các lo i th y tinh đ nh t ạ ứ ớ ầ ớ ạ ủ ở ộ ớ η= 1013,1 p

9) Nhi t đ bi n d ng ( Deformation temperature) còn g i là đi m m m dilatomet Tệ ộ ế ạ ọ ể ề B : Là nhi tệ

đ mà t i đó s n ph m b t đ u bi n d ng b ng chính tr ng lộ ạ ả ẩ ắ ầ ế ạ ằ ọ ượng c a mình ng v i đ nh tủ Ứ ớ ộ ớ η= 1011,2 p.Được xác đ nh b ng phị ằ ương pháp dilatomet

Trong th c t s n xu t , s bi n đ i đ nh t c a th y tinh theo nhi t đ có í nghĩa r tự ế ả ấ ự ế ổ ộ ớ ủ ủ ệ ộ ấ quan tr ng Các giai đo n n u, t o hình, gia công s n ph m đ u x y ra trong các ph m vi nhi tọ ạ ấ ạ ả ẩ ề ả ạ ệ

đ thích h p Ví d : Trong giai đo n kh b t ngộ ợ ụ ạ ử ọ ười ta duy trì nhi t đ nh th nào đó đ đ nh tệ ộ ư ế ể ộ ớ

đ bé (10ủ 2p) t o đi u ki n b t khí tách ra d dàng Khi t o hình c n có đ nh t không nh quá đạ ề ệ ọ ễ ạ ầ ộ ớ ỏ ể

có th t o để ạ ược phôi nh ng cũng không đư ược quá l n đ có th d dàng t o hình theo í mu n.ớ ể ể ễ ạ ố Khi cũng c n có đ nh t thích h p đ kh ng su t đ n gi i h n yêu c u nh ng s n ph mủ ầ ộ ớ ợ ể ử ứ ấ ế ớ ạ ầ ư ả ẩ không b bi n d ng.ị ế ạ

3.1.2 S bi n đ i đ nh t theo thành ph n hóa c a th y tinh ự ế ổ ộ ớ ầ ủ ủ

So v i y u t nhi t đ , thành ph n hóa nh hớ ế ố ệ ộ ầ ả ưởng đ n đ nh t c a th y tinh ít h nế ộ ớ ủ ủ ơ

nh ng ph c t p h n Cùng m t ôxyt khi đ a vào các th y tinh có thành ph n hóa khác nhau nó sư ứ ạ ơ ộ ư ủ ầ ẽ làm cho đ nh t nh ng th y tinh đó bi n đ i theo các qui lu t và m c đ khác nhau.Ngoài raộ ớ ữ ủ ế ổ ậ ứ ộtrong các ph m vi nhi t đ khác nhau nh hạ ệ ộ ả ưởng c a các ôxyt đó cũng khác nhau Có th s bủ ể ơ ộ chia các ôxyt thành các nhóm nh sau: ư

Nhóm 1: G m SiOồ 2, Al2O3, ZrO2 làm tăng đ nh t c a th y tinh m i nhi t đ ộ ớ ủ ủ ở ọ ệ ộ

Nhóm 2: G m Liồ 2O, Na2O, K2O, PbO làm gi m đ nh t c a th y tinh m i nhi t đ ả ộ ớ ủ ủ ở ọ ệ ộNhóm 3: nh hẢ ưởng đ n đ nh t khá ph c t p Nhi u tác gi đã nghiên c u th y tinh hế ộ ớ ứ ạ ề ả ứ ủ ệ

A2O-BO-SiO2 và t k t qu th c nghi m đã rút ra: ừ ế ả ự ệ

+ nhi t đ cao và cùng m t nhi t đ các ôxyt ki m th làm tăng đ nh t theo th tỞ ệ ộ ộ ệ ộ ề ổ ộ ớ ứ ự MgO>CaO>BaO

+ Ở nhi t đ th p mà lệ ộ ấ ượng BO ít chúng làm tăng đ nh t theo th t ngộ ớ ứ ự ược l iạ BaO>CaO>MgO

+ Cũng nhi t đ th p nh ng hàm lở ệ ộ ấ ư ượng BO nhi u chúng làm tăng đ nh t theo th tề ộ ớ ứ ự CaO>MgO >BaO

Đ i v i th y tinh công nghi p có ch a SiOố ớ ủ ệ ứ 2, Al2O3 ( đ n 5%) , CaO đ n 17%, MgO đ nế ế ế 5% cùng v i CaO, Naớ 2O đ n 17%, Feế 2O3 đ n 5% có th đánh giá đế ể ượ ảc nh hưởng c a t ng c uủ ừ ấ

t đ n đ nh t theo s thay đ i nhi t đ ng v i cùng m t đ nh t khi thay 1% ôxyt này b ngử ế ộ ớ ự ổ ệ ộ ứ ớ ộ ộ ớ ằ 1% ôxyt khác ( xem b ng sau)ả

B ng 3.3: S thay đ i nhi t đ c n thi t đ gi đ nh t c đ nh ả ự ổ ệ ộ ầ ế ể ữ ộ ớ ố ị

+14,5

+13,5

+11,5

+11,5

+11,8

+11,5

+11,5

+11,5CaO-

-M.V Ôkhôtin đã nghiên c u và đ a ra phứ ư ương pháp tính toán đ nh t c a th y tinh silicatộ ớ ủ ủ

ch a t 12-16% Naứ ừ 2O; t 5-12% CaO ; t 2-5% MgO; và Alừ ừ 2O3 nh sau: ư

N u kí hi u hàm lế ệ ượng Na2O là X; t ng( CaO+3%MgO) là Y; lổ ượng Al2O3 là Z; thì lượ ngSiO2 s là [100-(X+Y+Z)] Nhi t đ T tẽ ệ ộ ương ng v i đ nh t t 10ứ ớ ộ ớ ừ 3 – 1013 p có th tính b ngể ằ công th c và t đó xây d ng đứ ừ ự ường cong nh t ớ

SiO2 72 ; Al2O3 1,9 ; Fe2O3 0,1 ; CaO 6,7 ; MgO 4,1 ; Na2O 14,9 ; SO3 0,3

Trước tiên ta c n tính các giá tr nhi t đ tầ ị ệ ộ ương ng v i các giá tr lgứ ớ ị η theo công th c:ứ

T = a X + b Y + c Z + d ; các giá tr a, b, c, d tra b ng 3.4 ; hi u ch nh lị ở ả ệ ỉ ượng MgO tra b ng 3.5.ở ả

N u trong th y tinh ngoài Naế ủ 2O còn có K2O thì cũng c n hi u ch nh b ng 3.3 ầ ệ ỉ ở ả

Trường h p này ta ph i hi u ch nh v i hàm lợ ả ệ ỉ ớ ượng MgO = 4,1-3=1,1[%]

T các s li u đã tính đừ ố ệ ược xây d ng đự ường cong nh t ớ

3.2 Kh năng k t tinh c a th y tinh ả ế ủ ủ

-K t tinh t phát hay t k t tinh.ế ự ự ế

-K t tinh cế ưỡng b c hay k t tinh đ nh hứ ế ị ướng

Ki u k t tinh th nh t x y ra trong quá trình s n xu t th y tinh là r t nguy hi m Khi bể ế ứ ấ ả ả ấ ủ ấ ể ị

k t tinh nhi u tính ch t k thu t c a th y tinh b thay đ i theo chi u hế ề ấ ỹ ậ ủ ủ ị ổ ề ướng x u đi Đ b n c ,ấ ộ ề ơ

b n nhi t, tính ch t quang h c …đ u gi m Quá trình k t tinh x y ra trong lò s d n đ n các sề ệ ấ ọ ề ả ế ả ẽ ẫ ế ự

c : T c c ng, t c máng… và gây ra các khuy t t t trong s n ph m ố ắ ố ắ ế ậ ả ẩ

Ki u k t tinh th 2 có nghĩa quan tr ng trong lĩnh v c nghiên c u và s n xu t v t li u đaể ế ứ ọ ự ứ ả ấ ậ ệtinh th có ngu n g c th y tinh ể ồ ố ủ

3.2.2 Quá trình t k t tinh ự ế

Quá trình t k t tinh x y ra kèm theo hi u ng t a nhi t Nh v y, sau khi k t tinh h trự ế ả ệ ứ ỏ ệ ư ậ ế ệ ở nên b n v ng h n Trong quá trình này m m tinh th đề ữ ơ ầ ể ượ ạc t o thành do b n thân s chuy n đ iả ự ể ổ

n i t i c a h t o th y tinh t tr ng thái ít n đ nh nhi t đ ng v tr ng thái n đ nh h n.ộ ạ ủ ệ ạ ủ ừ ạ ổ ị ệ ộ ề ạ ổ ị ơ

Kh năng k t tinh đả ế ược xác đ nh , đánh giá và kh o sát thông qua 2 d ki n: T c đ t oị ả ữ ệ ố ộ ạ

m m (Vầ tm) và t c đ phát tri n tinh th ( Vố ộ ể ể ft) ng v i 2 giai đo n t o m m và phát tri n m m.ứ ớ ạ ạ ầ ể ầ

V i m t h cho trớ ộ ệ ước, khi làm l nh n u ta xét đ n kh năng k t tinh nghĩa là xét đ n t cạ ế ế ả ế ế ố

đ t o m m và t c đ phát tri n tinh th c a nó ta s th y có 5 trộ ạ ầ ố ộ ể ể ủ ẽ ấ ường h p có th x y ra nhợ ể ả ư sau:

Trong ngành th y tinh, quá trình ngủ ượ ạc l i – quá trình đ t nóng th y tinh và s k t tinh – cũngố ủ ự ế

r t quan tr ng Xét trấ ọ ường h p 2: Khi đ t nóng ( chi u ngợ ố ề ượ ạ ớc l i v i làm l nh) n u gi h lâu ạ ế ữ ệ ở nhi t đ t o m m c c đ i s xu t hi n m t lệ ộ ạ ầ ự ạ ẽ ấ ệ ộ ượng m m đáng k mà khi đ t nóng ti p lên nhi tầ ể ố ế ệ

đ có v n t c phát tri n c c đ i s cho nhi u tinh th nh m n Ngộ ậ ố ể ự ạ ẽ ề ể ỏ ị ượ ạ ếc l i n u đ t nóng quaốvùng nhi t đ t o m m nhanh s xu t hi n các tinh th thô.ệ ộ ạ ầ ẽ ấ ệ ể

Thông thường v trí và giá tr c a các c c đ i này ph thu c vào thành ph n hóa c a th yị ị ủ ự ạ ụ ộ ầ ủ ủ tinh Vùng nhi t đ nguy hi m trong quá trình s n xu t và gia công các s n ph m th y tinh làệ ộ ể ả ấ ả ẩ ủvùng ng v i đ nh t ~ 10ứ ớ ộ ớ 8p

3.2.3 Các y u t nh h ế ố ả ưở ng đ n quá trình k t tinh c a th y tinh ế ế ủ ủ

3.2.3.1 Thành ph n hóa ầ

N u kh o sát các h n h p nóng ch y có 2,3 hay nhi u c u t , trong đó có ch a c u t t oế ả ỗ ợ ả ề ấ ử ứ ấ ử ạ

th y tinh ta có th rút ra m t qui lu t chung: Hàm lủ ể ộ ậ ượng c u t t o th y tinh trong h n h p càngấ ử ạ ủ ỗ ợcao, kh năng t o th y tinh c a h càng m nh Tuy nhiên qui lu t này ch th hi n rõ ràng trongả ạ ủ ủ ệ ạ ậ ỉ ể ệ

ph m vi thay đ i hàm lạ ổ ượng c u t t o th y tinh tấ ử ạ ủ ương đ i r ng.ố ộ

Người ta nh n th y r ng các lo i th y tinh có kh năng k t tinh nh nh t thậ ấ ằ ạ ủ ả ế ỏ ấ ường cóthành ph n sao cho khi b k t tinh không ph i ch có 1 mà 2,3 hay nhi u h n n a lo i tinh thầ ị ế ả ỉ ề ơ ữ ạ ể

được hình thành

Trong h u h t các trầ ế ường h p, kh năng k t tinh c a th y tinh gi m đi khi s c u tợ ả ế ủ ủ ả ố ấ ử trong thành ph n th y tinh tăng lên Tuy th khi thêm vào th y tinh cùng m t lo i c u t , khầ ủ ế ủ ộ ạ ấ ử ả năng k t tinh c a th y tinh có th tăng ho c gi m đi tùy theo thành ph n c a th y tinh c s Víế ủ ủ ể ặ ả ầ ủ ủ ơ ở

d : Naụ 2O khi thay SiO2 ho c ôxyt kim lo i hóa tr 2 s làm gi m kh năng k t tinh c a th y tinhặ ạ ị ẽ ả ả ế ủ ủsilicat công nghi p thông thệ ường nh ng l i làm tăng kh năng k t tinh c a th y tinh giàu Alư ạ ả ế ủ ủ 2O3

Cũng có th h n ch kh năng k t tinh c a th y tinh b ng cách gi m hàm lể ạ ế ả ế ủ ủ ằ ả ượng ôxyt có

m t trong thành ph n c a pha tinh th đ u tiên b k t tinh N u pha tinh th đ u tiên y là h pặ ầ ủ ể ầ ị ế ế ể ầ ấ ợ

ch t c a 2 hay nhi u ôxyt thì nên gi m hàmấ ủ ề ả lượng c a t t c các ôxyt đó theo t l tủ ấ ả ỉ ệ ươ ng

ng v i h p ch t k trên

Kh năng k t tinh c a th y tinh cũng gi m đi khi đ a thêm vào các ôxyt có kh năng làmả ế ủ ủ ả ư ảtăng đ nh t c a th y tinh trong kho ng nhi t đ k t tinh Hi n tộ ớ ủ ủ ả ệ ộ ế ệ ượng này x y ra khi thay m tả ộ

ph n SiOầ 2 b ng Alằ 2O3; thay CaO b ng MgO, SrO,BaO; thay Naằ 2O b ng Kằ 2O

Ngượ ạc l i, kh năng k t tinh c a th y tinh tăng lên do s có m t c a các c u t nh : Cl,ả ế ủ ủ ự ặ ủ ấ ử ư

F, SO2 ho c các c u t khó tan nh Cr.ặ ấ ử ư

3.2.3.2 Các y u t khác ế ố

_ S c căng b m t: ứ ề ặ Đ có th t o thành m m tinh th c n ph i tiêu t n m t năng lể ể ạ ầ ể ầ ả ố ộ ượ ng

d th ng s c căng b m t t i b m t gi i h n phân chia pha Theo Gibbs công t o tâm tinh thể ắ ứ ề ặ ạ ề ặ ớ ạ ạ ể

có kích thướ ớ ạc t i h n được bi u di n b ng công th c: ể ễ ằ ứ 3( '' ')2

16

p p

Nh v y, s c căng b m t càng nh , công t o m m tinh th càng nh và s k t tinh càngư ậ ứ ề ặ ỏ ạ ầ ể ỏ ự ế

d x y ra Cũng vì th m m k t tinh thễ ả ế ầ ế ường xu t hi n trên b m t phân chia pha Ví d : N iấ ệ ở ề ặ ụ ơ

th y tinh ti p xúc v i VLCL, n i có các khuy t t t ( b t, vân, sa th ch) ho c n i ti p xúc v iủ ế ớ ơ ế ậ ọ ạ ặ ơ ế ớ môi trường khí T đó ta th y r ng, kh năng k t tinh c a th y tinh ph thu c nhi u vào ch từ ấ ằ ả ế ủ ủ ụ ộ ề ấ

lượng n u th y tinh ấ ủ

_Th i gian ờ : Kh năng k t tinh ph thu c vào th i gian l u vùng nhi t đ k t tinh nguyả ế ụ ộ ờ ư ở ệ ộ ế

hi m Càng l u lâu t i các nhi t đ đó th y tinh càng d b k t tinh M c khác cũng có th th yể ư ạ ệ ộ ủ ễ ị ế ặ ể ấ

rõ ràng r ng mu n chuy n m t h n h p nóng ch y có kh năng k t tinh m nh thành tr ng tháiằ ố ể ộ ỗ ợ ả ả ế ạ ạ

th y tinh c n đ t m t t c đ làm l nh đ l n Đây là đi u h n ch có tính ch t k thu t và vìủ ầ ạ ộ ố ộ ạ ủ ớ ề ạ ế ấ ỹ ậ

v y v n còn nhi u lo i th y tinh ch a t ng h p đậ ẫ ề ạ ủ ư ổ ợ ược m c dù theo quan đi m c a Tamman m iặ ể ủ ọ

ch t l ng đ u có th chuy n v tr ng thái th y tinh ấ ỏ ề ể ể ề ạ ủ

-D ng nguyên li u: ạ ệ d ng nguyên li u dùng đ n u th y tinh cũng có nh hạ ệ ể ấ ủ ả ưởng đ nế

kh năng k t tinh c a th y tinh Ôxyt nhôm đả ế ủ ủ ược đ a vào b ng trư ằ ường th ch ho c b ng cao lanhạ ặ ằ

có nh hả ưởng khác nhau rõ ràng Do d ch y và d đ ng nh t h n nên dùng tràng th ch n u th yễ ả ễ ồ ấ ơ ạ ấ ủ tinh kh năng k t tinh c a th y tinh y s bé h n khi dùng cao lanh.ả ế ủ ủ ấ ẽ ơ

3.3 S c căng b m t ứ ề ặ

S c căng b m t là công c n thi t đ tăng b m t ch t l ng lên m t đ n v S c căng bứ ề ặ ầ ế ể ề ặ ấ ỏ ộ ơ ị ứ ề

m t đặ ược đo b ng dyn/cm ; erg/cmằ 2 ; j/m2

S c căng b m t c a th y tinh công nghi p thông thứ ề ặ ủ ủ ệ ường vào kho ng 250-300dyn/cm Nóả

ph thu c vào thành ph n hóa m nh h n so v i nhi t đ Các ôxyt ZrOụ ộ ầ ạ ơ ớ ệ ộ 2 , Al2O3 , MgO làm tăng

s c căng b m t Kứ ề ặ 2O, Na2O, B2O3, P2O5, F và V2O5 làm gi m s c căng b m t.ả ứ ề ặ

Khi tăng nhi t đ lên kho ng 100ệ ộ ả 0C s c căng b m t c a th y tinh công nghi p thôngứ ề ặ ủ ủ ệ

thường b gi m đi kho ng 2-4% giá tr ban đ u.ị ả ả ị ầ

3.4 Đ b n hóa ộ ề

3.4.1 Khái ni m: ệ Đ b n hóa c a th y tinh là kh năng ch u đ ng s tác d ng c a các tác nhânộ ề ủ ủ ả ị ự ự ụ ủhóa h c nh nọ ư ước, axit , ki m…ề

M i lo i th y tinh có đ b n hóa tùy thu c vào thành ph n và đi u ki n phá h y nó Lo iỗ ạ ủ ộ ề ộ ầ ề ệ ủ ạ

th y tinh b n hóa nh t là th y tinh th ch anh và kém b n nh t là th y tinh nủ ề ấ ủ ạ ề ấ ủ ước

Quá trình phá h y th y tinh là m t quá trình ph c t p Có th chia làm 2 lo i: Hòa tan vàủ ủ ộ ứ ạ ể ạxâm th cự

-Quá trình hòa tan: Khi toàn b thành ph n th y tinh b phá h y ( b hòa tan hoàn toàn) Víộ ầ ủ ị ủ ị

d : Tác d ng c a HF hay ki m đ m đ c lên th y tinh ụ ụ ủ ề ậ ặ ủ

-Quá trình xâm th c: Ch m t b ph nự ỉ ộ ộ ậ th y tinh b hòa tan còn l i trên b m t là l pủ ị ạ ề ặ ớ gel ôxyt silic Quá trình này x y ra khi th y tinh ti p xúc v i nả ủ ế ớ ước, axit và ki m loãng.ề

a/ Tác d ng c a n ụ ủ ướ c lên th y tinh : ủ Theo Grebensikop quá trình xâm th c c a nự ủ ước đ i v iố ớ

4)-Nước làm trương n l p gel ôxyt silic.ở ớ

5)-Nước xâm nh p và tác d ng vào l p th y tinh sâu h n kèm theo s khu ch tán c a ôxytậ ụ ớ ủ ơ ự ế ủ

ki m t trong ra ngoài.ề ừ

b/ Tác d ng c a axit lên th y tinh ụ ủ ủ

Tác d ng c a axit lên th y tinh cũng tụ ủ ủ ương t nh nự ư ước, nh ng khác ch là axit khôngư ở ỗhòa tan l p gel SiOớ 2 nh nư ước mà liên k t Si-O-Si v n b o toàn và t o m t l p màng ph m ngế ẫ ả ạ ộ ớ ủ ỏ

v i hàm lớ ượng SiO2 ~ 90% Trong quá trình ăn mòn, axit s hòa tan m t s c u t b n nẽ ộ ố ấ ử ề ước như

Al3+, Ca2+ Do đó th y tinh th y tinh giàu Alủ ủ 2O3 và CaO nh th y tinh bao bì, th y tinh s i b nư ủ ủ ợ ề

nước nh ng k m b n axit Axit HF thu c trư ế ề ộ ường h p đ c bi t Khi ti p xúc v i th y tinh nóợ ặ ệ ế ớ ủphá h y liên k t Si-O-Si t o SiFủ ế ạ 4, H2SiF6 bay h i Do đó nó hòa tan th y tinh hoàn toàn và đơ ủ ượ c

s d ng đ ăn mòn th y tinh Axit Hử ụ ể ủ 3PO4 nhi t đ l n h n 100ở ệ ộ ớ ơ 0C có tác d ng nh HF.ụ ư

c/ Tác d ng c a ki m lên th y tinh ụ ủ ề ủ

S ự ăn mòn c a ki m khác h n v i nủ ề ẳ ớ ước và axit Ki m phá h y liên k t Si-O-Si, không t oề ủ ế ạ màng gel SiO2, do đó ki m ăn mòn m nh h n nhi u so v i nề ạ ơ ề ớ ước và axit Vì v y không th dùngậ ểcác bình th y tinh khi xác đ nh đ b n ki m c a th y tinh và không ch a ki m trong các chai lủ ị ộ ề ề ủ ủ ứ ề ọ

th y tinh lâu ngày.ủ

Khi th y tinh b nủ ị ước hay axit ăn mòn, các s n ph m t o thành s không b hòa tan màả ẩ ạ ẽ ịbám vào b m t th y tinh , h n ch s ăn mòn ti p, đi u này không x y ra v i ki m T c đ ănề ặ ủ ạ ế ự ế ề ả ớ ề ố ộmòn th y tinh c a ki m ( hàm lủ ủ ề ượng th y tinh hao h t) t l thu n v i th i gian tác d ng t củ ụ ỉ ệ ậ ớ ờ ụ ứ theo qui lu t đậ ường th ng Riêng ki m r t loãng 0,001N tác d ng gi ng nh nẳ ề ấ ụ ố ư ước

d/Tác d ng c a dung d ch mu i lên th y tinh ụ ủ ị ố ủ

Tác d ng này ph thu c vào ph n ng c a chúng, t c ph thu c vào n ng đ Hụ ụ ộ ả ứ ủ ứ ụ ộ ồ ộ + N uế dung d ch mu i có đ PH càng xa đi m trung hòa thì chúng càng gi ng tác d ng c a axit ho cị ố ộ ể ố ụ ủ ặ

ki m.ề

3.4.2 Các y u t nh h ế ố ả ưở ng đ n đ b n hóa c a th y tinh ế ộ ề ủ ủ

Đ b n hóa c a th y tinh ph thu c vào nhi u y u t khác nhau nh : B n ch t c a th yộ ề ủ ủ ụ ộ ề ế ố ư ả ấ ủ ủ tinh , b n ch t c a tác nhân ăn mòn, đi u ki n ăn mòn…ả ấ ủ ề ệ

nh h ng c a m i c u t đ n đ b n hóa c a th y tinh không ch do b n ch t và l ng

Lo i th y tinh silicat có đ b n hóa tăng lên khi thay th các c u t ôxyt ki m b ng ôxytạ ủ ộ ề ế ấ ử ề ằ

ki m th ho c khi đ a vào th y tinh các ôxyt hóa tr 3,4 Vì v y th y tinh silicat ki m nhi u c uề ổ ặ ư ủ ị ậ ủ ề ề ấ

t b n hóa h n th y tinh silicat 2 c u t ử ề ơ ủ ấ ử

Các silicat k m, beri, cadmi có đ b nẽ ộ ề nước khá cao; silicat manhê và stronti kém b nề

h n, còn silicat chì, bari r t kém b n.ơ ấ ề

Silicat zircon, các alumosilicat và borosilicate (v i Bớ 2O3 <12%) có đ b n nộ ề ướ ấc r t cao.Các lo i th y tinh axit có hàm lạ ủ ượng ki m th p, ki m th v a ph i có đ b n axit kháề ấ ề ổ ừ ả ộ ềcao Th y tinh ch a TiOủ ứ 2, ZrO2, Al2O3 đ c bi t b n axit.ặ ệ ề

Đ b n ki m c a th y tinh r t khó nâng cao, nh t là khi môi trộ ề ề ủ ủ ấ ấ ường ki m có n ng đ l n.ề ồ ộ ớ Các ôxyt BaO, MgO, TiO2,PbO làm gi m đ b n ki m Ôxyt Alả ộ ề ề 2O3, đ c bi t là ZrOặ ệ 2 làm tăng độ

b n ki m ề ề

Nh v y silicat zircon t ra b n v ng v i nhi u tác nhân hóa h c khác nhau( nư ậ ỏ ề ữ ớ ề ọ ước, axit ,

ki m).ề

S phá h y th y tinh m nh n u nhi t đ và áp su t môi trự ủ ủ ạ ế ệ ộ ấ ường tăng lên Nước có tác

d ng đ c bi t m nh nhi t đ l n h n 100ụ ặ ệ ạ ở ệ ộ ớ ơ 0C Tăng áp su t c a n i h p đ n 30-100at nhi uấ ủ ồ ấ ế ề

lo i th y tinh b n hóa cũng b phá h y.ạ ủ ề ị ủ

Đ b n hóa c a th y tinh b gi m đi nhi u khi b m t b nhi u v t xộ ề ủ ủ ị ả ề ề ặ ị ề ế ước, l i lõm Th yồ ủ tinh được đánh nh n b ng l a có đ b n hóa cao h n th y tinh đánh nh n b ng c h c.ẵ ằ ử ộ ề ơ ủ ẵ ằ ơ ọ

Ngoài ra, đ đ ng nh t c a th y tinh cũng nh hộ ồ ấ ủ ủ ả ưởng đ n đ b n hóa c a nó Th y tinh đế ộ ề ủ ủ ượ c

n u nhi t đ cao, đ đ ng nh t t t có kh năng ch ng xâm th c l n h n các th y tinh có cùngấ ở ệ ộ ộ ồ ấ ố ả ố ự ớ ơ ủthành ph n nh ng không th t đ ng nh t.ầ ư ậ ồ ấ

3.5 Tính ch t c h c c a th y tinh ấ ơ ọ ủ ủ

3.5.1 M t đ và thành ph n hóa ậ ộ ầ

Th y tinh có thành ph n hóa khác nhau thì có m t đ khác nhau M t đ c a ph n l nủ ầ ậ ộ ậ ộ ủ ầ ớ

th y tinh silicatcanxinatri x p x 2,5g/cmủ ấ ỉ 3 Lo i th y tinh th ch anh và th y tinh k thu t giàuạ ủ ạ ủ ỹ ậSiO2, B2O3 nh simax, sial, th y tinh đi n chân không có m t đ nh 2,2-2,3g/cmư ủ ệ ậ ộ ỏ 3 Th y tinhủgiàu PbO, BaO có m t đ l n đ n 5-7g/cmậ ộ ớ ế 3 Tóm l i ạ [Si,B,P] , [Be, Al, Mg] và [Li, Na, K] tác

d ng m t đ nh , ụ ậ ộ ỏ [Ca, Sr, Ba] tác d ng m t đ th y tinh l n, l n h n n a là Zn, Cd và cácụ ậ ộ ủ ớ ớ ơ ữnguyên t n ng nh Pb,Ti.ố ặ ư

M t đ c a th y tinh có th xác đ nh b ng tính toán theo qui t c c ng t thành ph n hóa.ậ ộ ủ ủ ể ị ằ ắ ộ ừ ầ

3.5.2 Các tính ch t c h c khác c a th y tinh ấ ơ ọ ủ ủ

Th y tinh khác nhau có đ b n nén, kéo, u n khác nhau và dao đ ng trong m t kho ng kháủ ộ ề ố ộ ộ ả

r ng Đ b n nén dao đ ng t 3000-12000kG/cmộ ộ ề ộ ừ 2 Đ b n kéo và u n x p x nhau vì 2 d ng nàyộ ề ố ấ ỉ ạ

có liên quan ch t ch nhau, thặ ẽ ường nh h n b n nén kho ng 10-15 l n.ỏ ơ ề ả ầ

Đ ch u va đ p c a th y tinh bi u hi n m t tính ch t r t đ c tr ng c a nó là tính giòn vàộ ị ậ ủ ủ ể ệ ộ ấ ấ ặ ư ủ

được đo b ng công c n thi t đ phá h y 1 đ n v m u th Các ôxyt Bằ ầ ế ể ủ ơ ị ẫ ử 2O3, MgO, Al2O3 làm tăng

đ ch u va đ p c a th y tinh còn các ôxyt khác ít nh hộ ị ậ ủ ủ ả ưởng

Đ c ng c a th y tinh dao đ ng t 5-7 theo thang Mohs và th y tinh th ch anh là th yộ ứ ủ ủ ộ ừ ủ ạ ủ tinh có đ c ng l n nh t, m m nh t là th y tinh giàu PbO.ộ ứ ớ ấ ề ấ ủ

Các tính ch t c h c này c a th y tinh ph thu c m nh vào tr ng thái b m t c a m uấ ơ ọ ủ ủ ụ ộ ạ ạ ề ặ ủ ẫ

th , hình d ng m u, kích thử ạ ẫ ước m u, nhi t đ thí nghi m và t c đ tăng t i tr ng khi th Nóiẫ ệ ộ ệ ố ộ ả ọ ửchung đ b n c h c c a th y tinh theo các nhà nghiên c u khác nhau thộ ề ơ ọ ủ ủ ứ ường không gi ng nhau.ố

3.6 Tính ch t nhi t c a th y tinh ấ ệ ủ ủ

Th y tinh là lo i v t li u d n nhi t r t kém, đây là m t trong nh ng nguyên nhân gây raủ ạ ậ ệ ẫ ệ ấ ộ ữ

ng su t phá h y th y tinh khi đ t nóng hay làm l nh đ t ng t Thành ph n hóa nh h ng r t ít

H s giãn n nhi t ph thu c m nhệ ố ở ệ ụ ộ ạ vào thành ph n hóa và bi n đ i trong m tầ ế ổ ộ

ph m vi khá r ng Th y tinh th ch anh có h s giãn n nhi t th p nh t ạ ộ ủ ạ ệ ố ở ệ ấ ấ α = 5,8.10-7/0C Các ôxyt

ki m đ u làm tăng ề ề α lên Các d ng c ch u nhi t b ng th y tinh luôn đòi h i ph i có ụ ụ ị ệ ằ ủ ỏ ả α nh , cònỏcác lo i th y tinh dùng đ ch p n i v i nhau và v i kim lo i thì đòi h i ph i có ạ ủ ể ắ ố ớ ớ ạ ỏ ả α x p x nhauấ ỉtrong kho ng nhi t đ thả ệ ộ ường đ n nhi t đ h p N u không nh th m i hàn d b phá h yế ệ ộ ấ ủ ế ư ế ố ễ ị ủ

b i tác d ng nhi t Có th xác đ nh ở ụ ệ ể ị α b ng nhi u cách nh ng thông d ng nh t là phằ ề ư ụ ấ ương phápĐilatomet th ch anh.ạ

M t tính ch t quan tr ng n a c a th y tinh là đ ch u nhi t hay d b n xung nhi t Tínhộ ấ ọ ữ ủ ủ ộ ị ệ ọ ề ệ

ch t này ph n ánh kh năng ch u đ ng c a th y tinh khi nhi t đ thay đ i đ t ng t Đ ch uấ ả ả ị ự ủ ủ ệ ộ ổ ộ ộ ộ ị nhi t (ệ ∆t) là m t tính ch t k thu t ph c t p do nhi u tính ch t lí h c c a th y tinh quy t đ nhộ ấ ỹ ậ ứ ạ ề ấ ọ ủ ủ ế ị

nh h s giãn n nhi t, đ đàn h i, cư ệ ố ở ệ ộ ồ ường đ ch u kéo, đ d n nhi t, t nhi t Đ b n nhi t cònộ ị ộ ẫ ệ ỉ ệ ộ ề ệ

ph thu c vào hình d ng cũng nh kích thụ ộ ạ ư ướ ảc s n ph m.ẩ

Thông thường đ ch u nhi t độ ị ệ ược xác đ nh b ng hi u s nhi t đ làm l nh đ t ng t màị ằ ệ ố ệ ộ ạ ộ ộ

th y tinh không b phá h y.ủ ị ủ

Đ đ c tr ng cho đ ch u nhi t c a th y tinh cũng có th dùng h s K xác đ nh b ngể ặ ư ộ ị ệ ủ ủ ể ệ ố ị ằ

bi u th c: ể ứ

cd E

Y u t quy t đ nh đ b n nhi t c a th y tinh là h s giãn n nhi t Th ch anh có ế ố ế ị ộ ề ệ ủ ủ ệ ố ở ệ ạ α nhỏ

nh t nên b n nhi t nh t, sau đó là th y tinh borosilicate ít ki m và kém b n nh t là th y tinhấ ề ệ ấ ủ ề ề ấ ủgiàu ki m.ề

th y tinh vào kho ng 10ủ ả 15Ωcm Khi ch y l ng nó gi m xu ng còn 10-10ả ỏ ả ố 2Ωcm, l n g p kho ngớ ấ ả

m t tri u l n đi n tr kim lo i.Do d n đi n b ng ion nên đ d n đi n c a th y tinh ph thu cộ ệ ầ ệ ở ạ ẫ ệ ằ ộ ẫ ệ ủ ủ ụ ộ vào s đi n ly c a các h p ch t trong th y tinh và đ linh đ ng c a các ion trong đó T c phự ệ ủ ợ ấ ủ ộ ộ ủ ứ ụ thu c vào thành ph n hóa c a th y tinh và vào nhi t đ Các ion ki m có vai trò quan tr ng trongộ ầ ủ ủ ệ ộ ề ọ

vi c t i đi n Hàm lệ ả ệ ượng ki m càng nhi u đ d n đi n càng l n Các ion kim lo i hóa tr 2,3 khóề ề ộ ẫ ệ ớ ạ ị

d n đi n h n vì chúng liên k t trong th y tinh b n v ng h n Nh ng nhi t đ cao th y tinhẫ ệ ơ ế ủ ề ữ ơ ư ở ệ ộ ủnóng ch y thì đ n anion [SiOả ế 4]4- cũng d n đi n.ẫ ệ

Gehlhoft và Thomas đã xác đ nh nh hị ả ưởng c a các ôxyt lên đ d n đi n c a th y tinh cóủ ộ ẫ ệ ủ ủ

th x p theo th t tăng d n:ể ế ứ ự ầ

CaO-[ B2O3 – BaO - Fe2O3 – PbO – MgO – ZnO ] – SiO2 – Al2O3 – K2O–Na2O

Các ôxyt trong ngo c có nh hặ ả ưởng g n gi ng nhau nh hầ ố Ả ưởng c a các ion riêng bi t đ nủ ệ ế

đ d n đi n độ ẫ ệ ược xác đ nh không nh ng b i b n ch t và s lị ữ ở ả ấ ố ượng mà còn b i thành ph n hóaở ầ

c a th y tinh ch a các ion đó Vì th tính d n đi n c a th y tinh không th tính toán theo quiủ ủ ứ ế ẫ ệ ủ ủ ể

t c c ng.ắ ộ

Th y tinh silicat và borat ch a h n h p các lo i ion ki m có đ d n đi n bé h n th y tinhủ ứ ỗ ợ ạ ề ộ ẫ ệ ơ ủ

ch ch a m t lo i ion ki m v i hàm lỉ ứ ộ ạ ề ớ ượng tương đương C th Lengyel và Boksay đã xác đ nhụ ể ị

r ng: Th y tinh có thành ph n Naằ ủ ầ 2O.2SiO2 ở 600C có đi n tr riêng là 10ệ ở 8,1 Ωcm còn th yủ tinh K2O.2SiO2 có đi n tr riêng là 10ệ ở 9,1Ωcm nh ng h n h p ư ỗ ợ [Na,K]2O.2SiO2 có đi n tr riêng làệ ở

1012,6Ωcm Hi n tệ ượng này g i là hi u ng 2 ki m hay hi u ng trung hòa Hi u ng này phọ ệ ứ ề ệ ứ ệ ứ ụ thu c vào nhi t đ : Khi nhi t đ gi m hi u ng tăng.Nó còn ph thu c vào hàm lộ ệ ộ ệ ộ ả ệ ứ ụ ộ ượng R2O: Hàm

lượng R2O càng cao hi u ng càng l n và ph thu c vào b n ch t c a ôxyt ki m: Hi u ng c aệ ứ ớ ụ ộ ả ấ ủ ề ệ ứ ủ liti-kali cao h n c a natri-kali.( ơ ủ ρ đi n tr riêng hay đi n tr su t liên h v i đi n tr qua bi uệ ở ệ ở ấ ệ ớ ệ ở ể

th c ứ

l

S R l

ρ [Ωcm] ( S ti t di n vuông góc v i hế ệ ớ ướng dòng đi n; l kho ng cách gi a 2ệ ả ữ

đi m đo đi n áp; ể ệ ϰ=1/ρ ; U=I.R) Khi tăng nhi t đ , đ d n đi n ệ ộ ộ ẫ ệ [ϰ]c a th y tinh tăng lên Quanủ ủ

h đó đệ ược bi u di n b ng phể ễ ằ ương trình: lgϰ= a-b/T đ i v i th y tinh r n ; lgố ớ ủ ắ ϰ = a-b/T2 đ i v iố ớ

th y tinh nóng ch y Trong đó a,b là các h ng s ph thu c vào thành ph n th y tinh ; T nhi tủ ả ằ ố ụ ộ ầ ủ ệ

Khi thay th SiOế 2 b ng các ôxyt hóa tr 2 nh MgO, CaO, BaO đ n 10-15% đ d n đi n bằ ị ư ế ộ ẫ ệ ề

m t gi m đi nh ng n u thay th v i hàm lặ ả ư ế ế ớ ượng l n h n đ d n đi n l i tăng lên.ớ ơ ộ ẫ ệ ạ

Đ tránh s d n đi n b m t, trên b m t th y tinh có th tráng m t l p màng k nể ự ẫ ệ ề ặ ề ặ ủ ể ộ ớ ị ướ c

nh paraffin ho c h p ch t silic h u c ư ặ ợ ấ ữ ơ

3.7.2 H ng s đi n môi ằ ố ệ

Th y tinh có h ng s đi n môi l n nên có th dùng làm ch t đi n môi trong các t đi n.ủ ằ ố ệ ớ ể ấ ệ ụ ệ

H ng s đi n môi là đ i lằ ố ệ ạ ượng liên quan đ n s phân c c ion, nguyên t c a ch t đi n môi dế ự ự ử ủ ấ ệ ướ i

nh h ng c a đi n tr ng bên ngoài Đ c đ nh nghĩa là t s gi a đi n dung c a t đi n ch a

đ y ch t đi n môi (th y tinh )và đi n dung c a t đi n chân không cùng kích thầ ấ ệ ủ ệ ủ ụ ệ ước :

có hi n tệ ượng phân c c đi n môi Các ion, nguyên t s s p x p l i đ t o ra tr ng thái cân b ngự ệ ử ẽ ắ ế ạ ể ạ ạ ằ

m i N u h ng s đi n môi càng l n, dung lớ ế ằ ố ệ ớ ượng c a t đi n càng cao H ng s đi n môi phủ ụ ệ ằ ố ệ ụ thu c vào nhi t đ , t n s c a đi n trộ ệ ộ ầ ố ủ ệ ường ngoài và thành ph n th y tinh H ng s đi n môi g nầ ủ ằ ố ệ ầ

nh t l thu n v i m t đ c a th y tinh Th y tinh nh nh t là th y tinh th ch anh có ư ỉ ệ ậ ớ ậ ộ ủ ủ ủ ẹ ấ ủ ạ Ɛ = 3,8;

th y tinh chì có ủ Ɛ=10-16 tùy theo hàm lượng chì ch a trong đó Th y tinh thông thứ ủ ường cóƐ=6,5-8 các ôxyt ki m, ki m th , ôxyt kim lo i n ng làm tăng h ng s đi n môi Còn ôxyt SiOề ề ổ ạ ặ ằ ố ệ 2

làm gi m ả Ɛ B i vì trong th y tinh các ion Oở ủ 2- d phân c c nh t, khi đ a các ôxyt bi n hình vàoễ ự ấ ư ếthì các anion ôxy không c u n i xu t hi n nhi u và làm tăng h ng s đi n môi Có th s p x pầ ố ấ ệ ề ằ ố ệ ể ắ ế

s tăng ự Ɛ c a ki m theo th t Li, Na, K; v i ki m th : Be, Mg, Ca, Sr, Ba ; ôxyt chì có tác d ngủ ề ứ ự ớ ề ổ ụ tăng Ɛ m nh nh t.ạ ấ

S ph thu c c a ự ụ ộ ủ Ɛ vào thành ph n hóa đầ ược Appen và Bresker bi u di n b ng công th c:ể ễ ằ ứ

; pi % mol ; Ɛi h ng s đi n môi c a các ôxyt thành phàn.ằ ố ệ ủ

S ph thu c c a h ng s đi n môi vào t n s và nhi t đ có th bi u di n b ng đ thự ụ ộ ủ ằ ố ệ ầ ố ệ ộ ể ể ễ ằ ồ ị sau:

Khi nhi t đ tăng, các ion linh đ ng, d phân c c h n nên ệ ộ ộ ễ ự ơ Ɛ tăng T n s đi n trầ ố ệ ường tác

d ng tăng thì ụ Ɛ gi m vì t n s cao các ion không chuy n hả ở ầ ố ể ướng k p th i v i đi n trị ờ ớ ệ ường

3 7.3 Đ t n th t đi n môi ộ ổ ấ ệ

khi cho dòng đi n xoay chi u tác đ ng lên ch t đi n môi, m t ph n đi n năng s m t đi doệ ề ộ ấ ệ ộ ầ ệ ẽ ấ

bi n thành nhi t năng Sế ệ ự t n th t đó g i là t n th t đi n môi Đ t n th t đi n môi ph th cổ ấ ọ ổ ấ ệ ộ ổ ấ ệ ụ ộ vào thành ph n th y tinh và nhi t đ cũng gi ng nh đ d n đi n Đ t n th t đi n môi tăngầ ủ ệ ộ ố ư ộ ẫ ệ ộ ổ ấ ệ

m nh n u th y tinh ch u tác d ng c a đi n trạ ế ủ ị ụ ủ ệ ường cao t n Vì th trong k thu t vô tuy n đi nầ ế ỹ ậ ế ệ

và k thu t t n s cao c n ph i dùng nh ng ch t cách đi n th y tinh có đ t n th t đi n môiỹ ậ ầ ố ầ ả ữ ấ ệ ủ ộ ổ ấ ệ

nh ỏ

Đ t n th t đi n môi độ ổ ấ ệ ược đ c tr ng b ng giá tr tang c a góc ch m pha gi a dòng đi nặ ư ằ ị ủ ậ ữ ệ

và đi n áp t đi n tgệ ụ ệ δ = Q/EI Trong đó Q công su t đấ ược h p th b i t đi n, E đi n áp đ tấ ụ ở ụ ệ ệ ặ trên b n t đi n, I cả ụ ệ ường d dòng xoay chi u ộ ề

3.7.4 Đ b n đi n môi ộ ề ệ

Là kh năng ch u đ ng c a th y tinh không b phá h y dả ị ự ủ ủ ị ủ ưới tác d ng c a đi n áp cao Nóụ ủ ệ

được đo b ng t s gi a đi n áp xuyên th ng m u th v i chi u dày c a m u n i b đánh th ng.ằ ỉ ố ữ ệ ủ ẫ ử ớ ề ủ ẫ ơ ị ủ

Đ b n đi n môi hay cộ ề ệ ường đ đi n môi độ ệ ược bi u di n b ng kv/cm ho c kv/mm Nó ph thu cể ễ ằ ặ ụ ộ vào thành ph n th y tinh và đi u ki n đo( nhi t đ , chi u dày m u th , t n s đi n trầ ủ ề ệ ệ ộ ề ẫ ử ầ ố ệ ường, th iờ gian ch u đi n áp).ị ệ

3.8 Tính ch t quang h c c a th y tinh ấ ọ ủ ủ

Là v t li u trong su t nên th y tinh dùng trong chi u sáng và làm các linh ki n quang h c.ậ ệ ố ủ ế ệ ọ Tính ch t quang h c c a th y tinh đấ ọ ủ ủ ược xác đ nh b i nhi u lo i tia sáng khác nhau: Tia D là v chị ở ề ạ ạ vàng trong quang ph natri có bổ ước sóng λD=5893A0 , tia C màu đ và tia F màu xanh c a quangỏ ủ

ph hydro có bổ ước sóng λC=6563A0 , λF=4861A0

30

104HZ1300HZ300HZ

Chi t su t c a m t ch t đế ấ ủ ộ ấ ược đ nhị nghĩa là t s gi a t c đ ánh sáng trong chânỉ ố ữ ố ộkhông (C) và t c đ trong ch t (v) : n=C/v Đ l n c a n ph thu c vào lo i bố ộ ấ ộ ớ ủ ụ ộ ạ ước sóng ánh sáng (

2

λ

B

A

n= + ) và vào nhi t đ Chi t su t c a th y tinh thệ ộ ế ấ ủ ủ ường được đo b ng tia D và kí hi u nằ ệ D

Hi n tệ ượng tán s c khi chi u áng sáng qua lăng kính đắ ế ược đ c tr ng b ng 3 thông s :ặ ư ằ ố-H s tán s c trung bình ( nệ ố ắ F – nC)

-H s tán s c riêng (nệ ố ắ F – nD) ; (nD – nC)

-S Abeovo ố γ= (nD -1)/ ( nF – nC)

Chi t su t và đ tán s c ph thu c vào thành ph n hóa nế ấ ộ ắ ụ ộ ầ D dao đ ng trong kho ng 1,35 –ộ ả2,25 S ố γ = 25-100.Các kim lo i n ng nh Pb, Ba, Sb làm tăng chi t su t và đ tán s c nạ ặ ư ế ấ ộ ắ D và γ còn ph thu c vào ch đ và gia công nhi t Th y tinh tôi có chi t su t nh h n th y tinh ụ ộ ế ộ ủ ệ ủ ế ấ ỏ ơ ủ ủ

có cùng thành ph n hóa S sai khác này ch kho ng 0,004-0,005 Ngầ ự ỉ ả ười ta có th dùng phể ươ ngpháp gia công nhi t đ đi u ch nh chi t su t và s Abbeovo c a th y tinh quang h c đ n tiêuệ ể ề ỉ ế ấ ố ủ ủ ọ ếchu n yêu c u.( ẩ ầ Tán s c là s phân tích - b ng lăng kính trong thí nghi m c a Niuton – m t chùm ắ ự ằ ệ ủ ộ ánh sáng ph c t p thành các chùm ánh sáng đ n s c ) ứ ạ ơ ắ

3.8.2 S ph n x ánh sáng ự ả ạ

Khi ánh sáng đi t môi trừ ường này sang môi trường khác, m t ph n ánh sáng b ph n x ộ ầ ị ả ạ ở trên b m t phân cách gi a 2 môi trề ặ ữ ường ngay c khi 2 môi trả ường đ u trong su t S ph n xề ố ự ả ạ ánh sáng c a th y tinh đủ ủ ược đ c tr ng b ng h s ph n x R Đó là t s gi a cặ ư ằ ệ ố ả ạ ỉ ố ữ ường đ ánhộsáng ph n x I trên b m t th y tinh v i cả ạ ề ặ ủ ớ ường đ ánh sáng t i Iộ ớ 0

R= R t l thu n v i góc t i c a tia sáng Đ i v i các tia chi u vuông góc v iỉ ệ ậ ớ ớ ủ ố ớ ế ớ

b m t th y tinh có th bi u di n R qua chi t su t n:ề ặ ủ ể ể ễ ế ấ

2

2

)1(

)1(

R ; H s ph n x R tăng theo s tăng c a n.ệ ố ả ạ ự ủ

N u chùm ánh sáng ph i đi qua m m t th y tinh liên ti p thì nó b ph n x nhi u l n vàế ả ặ ủ ế ị ả ạ ề ầ

lượng ánh sáng đi qua nó s là :ẽ

X= (1-R1) (1-R2) …(1-Rm) ; Trong đó R1 , R2 , …Rm là h s ph n x c a các b m t tệ ố ả ạ ủ ề ặ ươ ngng

ứ

Trong các h th ng quang h c ph c t p ( kính hi n vi, kính thiên văn…) có ch a nhi uệ ố ọ ứ ạ ể ứ ề

th u kính, lăng kính, s t n th t do ph n x có th đ n 75-80% lấ ự ổ ấ ả ạ ể ế ượng ánh sáng t i Khi đó thớ ị

trường thường b t i.Đ kh c ph c hi n tị ố ể ắ ụ ệ ượng này người ta tìm cách gi m h s ph n x b ngả ệ ố ả ạ ằ cách ph lên các chi ti t quang h c b ng th y tinh m t màng m ng có chi u dày b ng ủ ế ọ ằ ủ ộ ỏ ề ằ ¼λ c a tiaủ

t i và có chi t su t b ng căn b c 2 chi t su t c a th y tinh Ngớ ế ấ ằ ậ ế ấ ủ ủ ượ ạc l i, mu n tăng h s ph nố ệ ố ả

x ch vi c ph lên b m t th y tinh l p màng có chi t su t l n h n chi t su t c a th y tinh.ạ ỉ ệ ủ ề ặ ủ ớ ế ấ ớ ơ ế ấ ủ ủ

Iq

T = q ; Iq cường đ ánh sáng qua m u th ; Iộ ẫ ử 0 cường đ ánh sáng t i m u th ộ ớ ẫ ử

T và Kλ liên h v i nhau qua bi u th c : ệ ớ ể ứ q e K d

h p v i TiOợ ớ 2, CeO2, V2O5 Th y tinh không màu ch a PbO, Sbủ ứ 2O3 hút tia t ngo i ử ạ

- V i tia h ng ngo i : Th y tinh th ch anh và th y tinh ch a nhi u FeO h p th m nh.ớ ồ ạ ủ ạ ủ ứ ề ấ ụ ạ-V i tia r nghen: Th y tinh ch a các ôxyt kim l ai n ng nh PbO hút t tớ ơ ủ ứ ọ ặ ư ố

- Trong k thu t h t nhân đ h p th neutron dùng th y tinh ch a CdO và Bỹ ậ ạ ể ấ ụ ủ ứ 2O3

3.8.4 Hi n t ệ ượ ng l ưỡ ng chi t và hi n t ế ệ ượ ng huỳnh quang

Bình thường th y tinh là v t th đ ng hủ ậ ể ẳ ướng quang h c nh ng khi có l c c h c tác d ngọ ư ự ơ ọ ụ

ho c khi trong nó có ng su t n i ( do làm l nh nhanh hay đ t nóng nhanh), th y tinh s trặ ứ ấ ộ ạ ố ủ ẽ ở thành v t th b t đ ng hậ ể ấ ẳ ướng và có tính lưỡng chi t Khi ng su t đế ứ ấ ược lo i tr thì tính lạ ừ ưỡ ngchi t cũng bi n m t.ế ế ấ

Có nhi u lo i th y tinh khi ch u tác d ng c a tia t ngo i, tia r nghen ho c các tia d cề ạ ủ ị ụ ủ ử ạ ơ ặ ặ

bi t khác có th phát ra ánh sáng Hi n tệ ể ệ ượng phát sáng này g i là hi n tọ ệ ượng huỳnh quang c aủ

S phát huỳnh quang c a th y tinh ph thu c vào bự ủ ủ ụ ộ ước sóng ánh sáng chi u vào nó vàếthành ph n hóa c a th y tinh Trong th y tinh có m t s nguyên t có ho t tính huỳnh quangầ ủ ủ ủ ộ ố ố ạ

nh : U, Se, Mn, Cu, Pb…Hi n tư ệ ượng huỳnh quang có í nghĩa trong vi c ch t o các thi t b nhệ ế ạ ế ị ư tivi, ra đa , các d ng c đo lụ ụ ường…

Ch ươ ng 4: Nguyên v t li u và ph i li u ậ ệ ố ệ

4.1 S phân nhóm các nguyên li u ự ệ

Nguyên li u dùng s n xu t th y tinh chia làm 2 nhóm: Nhóm nguyên li u chính và nhómệ ả ấ ủ ệnguyên li u ph Nhóm nguyên li u chính g m các h p ch t thiên nhiên ệ ụ ệ ồ ợ ấ ho c nhân t o cóặ ạ

kh năng cung c p cho th y tinh các ôxyt ki m, ki m th , ôxyt axit Đó là nh ng thành ph n cả ấ ủ ề ề ổ ữ ầ ơ

b n đ t o ra các lo i th y tinh đang đả ể ạ ạ ủ ượ ử ục s d ng r ng rãi trong th c t ộ ự ế

Nhóm nguyên li u li u ph g m các h p ch t hóa h c cho vào th y tinh v i m c đíchệ ệ ụ ồ ợ ấ ọ ủ ớ ụ

t o cho th y tinh nh ng tính ch t đ c tr ng hay t o nh ng đi u ki n c n thi t cho công nghạ ủ ữ ấ ặ ư ạ ữ ề ệ ầ ế ệ

nh ch t nhu m màu, ch t gây đ c, ch t kh b t …ư ấ ộ ấ ụ ấ ử ọ

Thông thường lượng nguyên li u ph trong ph i li u nh h n so v i lệ ụ ố ệ ỏ ơ ớ ượng nguyên li uệ chính r t nhi u Nh ng nh ng năm g n đây nhi u lo i th y tinh đ c bi t ra đ i làm vi c phânấ ề ư ữ ầ ề ạ ủ ặ ệ ờ ệ

chia nguyên li u đ n u th y tinh thành cácệ ể ấ ủ nhóm chính ph ph n nào có tính ch t qui ụ ầ ấ ướ c.Nhi u nguyên li u là ph khi n u th y tinh thông thề ệ ụ ấ ủ ường nh ng khi n u th y tinh đ c bi t nóư ấ ủ ặ ệ

tr thành chính Ví d : Mu i c a axit phootphoric cung c p Pở ụ ố ủ ấ 2O5 làm ch t gây đ c cho th y tinhấ ụ ủthông thường nh ng l i là nguyên li u ch y u đ n u các lo i th y tinh phôtphat đ c bi t cóư ạ ệ ủ ế ể ấ ạ ủ ặ ệ

kh năng ch u tác d ng phá h y c a axit HF.ả ị ụ ủ ủ

Th c t đ n u th y tinh ngự ế ể ấ ủ ười ta thường s d ng các lo i nguyên li u : Cát, đá vôi,ử ụ ạ ệ

trường th ch,đôlômit, sô đa, bo rat…và trong nhi u trạ ề ường h p có c các ôxyt tinh khi t.ợ ả ế

4.2 Nhóm nguyên li u chính ệ

4.2.1 Nguyên li u cung c p ôxyt axit ệ ấ

Nguyên li u cung c p SiO ệ ấ 2

SiO2 là ôxyt t o th y tinh Do có s hình thành và liên k t c a các t di n [SiOạ ủ ự ế ủ ứ ệ 4] v i nhauớ

mà khung th y tinh ủ c b n đơ ả ược hình thành Nó là thành ph n ch y u c a đa s các th y tinhầ ủ ế ủ ố ủcông nghi p thông thệ ường Nó cung c p cho th y tinh đ b n c , b n nhi t, b n hóa.ấ ủ ộ ề ơ ề ệ ề

Th y tinh công nghi p thông thủ ệ ường ch a t 50-80% SiOứ ừ 2 Trong thiên nhiên thường g pặ SiO2 dướ ại d ng tinh th nh cát th ch anh, quăczit , pha lê thiên nhiên; các d ng vô đ nh hình nhể ư ạ ạ ị ư opan(SiO2.nH2O), trê pen, điatomit Đ n u th y tinh ngể ấ ủ ư i ta s d ng cát th ch anh.ờ ử ụ ạ

Cát th chạ anh

thư ng l nờ ẫ nhi u t pề ạ

ch t Cóấ

nh ng t pữ ạ

ch t vôấ

h i nhạ ư

Al2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O Còn nh ng t p ch t có h i chúng nhu m màu, chúng làm gi m đữ ạ ấ ạ ộ ả ộ

th u quang c a th y tinh nhấ ủ ủ ư ôxyt s t, TiOắ 2, Cr2O3, MnO2… và các h p ch t h u cợ ấ ữ ơ …

Yêu c u cầ ơ b n đ i v i thành ph n hóa c a cát là hàm lả ố ớ ầ ủ ư ng SiOợ 2 ph i r t cao, lả ấ ư ng t pợ ạ

ch t, đ c bi t là s t ph i r t nh ấ ặ ệ ắ ả ấ ỏ

Theo Beyersdorfer lư ng ôxyt s t cho phép trong cát nhợ ắ ư sau:

Ôxyt TiO2 và MnO2 ít không gây màu nhưng kho ng 0,01-0.3% s làm th y tinh có màuả ẽ ủvàng Ôxyt Crôm r t hi m th y trong thành ph n cát nhấ ế ấ ầ ưng ôxyt này gây màu r t m nh Lấ ạ ư ngợ

Cr2O3 kho ng 0,003% trong cát đ gây th y tinh màu vàng xanh.ả ủ ủ

Các h p ch t h u cợ ấ ữ ơ trong cát ph i th t ít, đ c bi t là cac bon Khi n u th y tinh chì, cácả ậ ặ ệ ấ ủbon s kh Pbẽ ử 2+ → Pb gây màu th y tinh.ủ

Kích thư c h t cát và thành ph n h t có nh hớ ạ ầ ạ ả ư ng r t nhi u đ n t c đ n u và s hìnhở ấ ề ế ố ộ ấ ựthành khuy t t t c a th y tinh Cát th ch anh t nhiên có kích thế ậ ủ ủ ạ ự ư c h t t 0,1-2mm r t khó n uớ ạ ừ ấ ấ

ho c n u không hoàn toàn H t nh n u d và nhanh nhặ ấ ạ ỏ ấ ễ ưng c h t ph i đ ng đ u C h t khôngỡ ạ ả ồ ề ỡ ạ

đ ng đ u thì quá trình hòa tan cũng không đ ngồ ề ồ đ u , d gây b t, vân, sa th ch Cát quá nh cóề ễ ọ ạ ỏnhư c đi m d bay b i và hay l n t p ch t s t C h t thích h p cho lò n i là 0,1-0,3mm; cho lòợ ể ễ ụ ẫ ạ ấ ắ ỡ ạ ợ ồ

b là 0,1-0,5mm Ngoài ra hình d ng h t cát cũng nh hể ạ ạ ả ư ng đ n ch t lở ế ấ ư ng th y tinh H t trònợ ủ ạkhó n u hấ ơn h t s c c nh và khi di chuy n ph i li u d b phân l p.ạ ắ ạ ể ố ệ ễ ị ớ

Nguyên li u cung c p B ệ ấ 2 O 3

B2O3 là ôxyt t o th y tinh, nó cung c p cho th y tinh đ b n cạ ủ ấ ủ ộ ề ơ, b n nhi t, b n hóa ề ệ ề Ở nhi t đ cao Bệ ộ 2O3 làm gi m s c căng b m t và đ nh t thu n l i cho quá trình kh b t Bả ứ ề ặ ộ ớ ậ ợ ử ọ 2O3

đư c dùng v i 2 m c đích:- Bợ ớ ụ 2O3 là m t trong nh ng thành ph n chính c a th y tinh Đó là cácộ ữ ầ ủ ủ

lo i th y tinh borosilicat làm các thi t b ch u nhi t, các d ng c quang h c.ạ ủ ế ị ị ệ ụ ụ ọ

B2O3 là ch t tăng nhanh quá trình n u Thấ ấ ư ng dùng ~ 1%ờ

B2O3 đư c cung c p t nhi u nguyên li u khác nhau :T axit boric Hợ ấ ừ ề ệ ừ 3BO3 ( 56,45% B2O3 và 43,55% H2O) H3BO3 d ng v y ho c d ng tinh th bé không màu, d bay hạ ả ặ ạ ể ễ ơi và d tan trongễ

nư c, hớ ơi đ c.Borax Naộ 2B4O7.10H2O d tan trong nễ ư c, cung c p cho th y tinh đ ng th i 2 ôxytớ ấ ủ ồ ờ

B2O3 và Na2O

B2O3 bay hơi cùng v i hớ ơi nư c trong khí th i nên khi n u ph i li u có ch a h p ch t c aớ ả ấ ố ệ ứ ợ ấ ủ Bor ph i tính đ t n th t Ph i li u th y tinh thông thả ộ ổ ấ ố ệ ủ ư ng bay hờ ơi kho ng 3-5% Bả 2O3 Th yủ tinh quang h c m t 5-8%Bọ ấ 2O3 Th y tinh Borosilicat m t 10-12% Bủ ấ 2O3 Lư ng Bợ 2O3 bay hơi sẽ

- V i m t lớ ộ ượng nh (ỏ ≤5%) s làm cho quá trình n u thu n l i ẽ ấ ậ ợ

Nguyên li u hay dùng là trệ ường th ch Đ s n xu t th y tinh alumosilicat,ạ ể ả ấ ủalumoborosilicat và các s n ph m th y tinh khác có hàm lả ẩ ủ ượng Al2O3 l n h n 5% ngớ ơ ười ta dùngôxyt nhôm k thu t ( ỹ ậ >99% Al2O3) ho c hydrat nhôm Alặ 2O3.3H2O

4.2.2 Nguyên li u cung c p ôxyt ki m ệ ấ ề

Nguyên li u cung c p Na ệ ấ 2 O

Cùng v i SiOớ 2, Na2O là thành ph n quan tr ng nh t c a th y tinh công nghi p Đ a Naầ ọ ấ ủ ủ ệ ư 2O vào h u h t các tính ch t c a th y tinh nh tính ch t c h c, hóa h c … đ u gi m đi Tuy v yầ ế ấ ủ ủ ư ấ ơ ọ ọ ề ả ậ tác d ng quan tr ng c a Naụ ọ ủ 2O là ch nó gi i quy t đở ỗ ả ế ược nhi u khó khăn có tính ch t công nghề ấ ệ

nh h th p nhi t đ n u, tăng t c đ hòa tan các h t cát, tăng t c đ kh b t do h th p đư ạ ấ ệ ộ ấ ố ộ ạ ố ộ ử ọ ạ ấ ộ

nh t c a th y tinh Nguyên li u ch y u cung c p Naớ ủ ủ ệ ủ ế ấ 2O là sô đa và sulfat natri

- Sô đa có 2 lo i Sô đa k t tinh ( Naạ ế 2CO3.10H2O) và sô đa khan Na2CO3 (nóng ch y ả ở

8500C) Khi đ t nóng sô đa khan phân h y thành Naố ủ 2O và khí CO2 tương ng v i 58,5% và 41,5%.ứ ớTrong th c t ngự ế ười ta dùng sô đa khan đ n u th y tinh Sô đa ng m nể ấ ủ ậ ước không thích h p vìợkhi n u t o nhi u b t Sô đa r t d hút m, ph i b o đ m n i khô ráo thoáng gió.ấ ạ ề ọ ấ ễ ẩ ả ả ả ơ

- Sulfat natri Na2SO4 được dùng ch y u d ng khan (nóng ch y 884ủ ế ở ạ ả ở 0C, b t đ u phânắ ầ

h y 1200-1220ủ ở 0C) Trong thành ph n c a nó ch a 43,7% Naầ ủ ứ 2O và 56,3% SO3 Khi dùng sulfat natri đ n u th y tinh c n ph i dùng các bon làm ch t kh đ t o đi u ki n phân h y Naể ấ ủ ầ ả ấ ử ể ạ ề ệ ủ 2SO4

thành d ng sulfua d ph n ng h n Các bon đ a vào dạ ễ ả ứ ơ ư ướ ại d ng than c c, than g , v bào, mùnố ỗ ỏ

c a…Theo lí thuy t đ kh Naư ế ể ử 2SO4 c n 4,22% các bon, trong th c t c n 5-7% các bon so v iầ ự ế ầ ớ

đ a vào đòi h i ph i đư ỏ ả ược đi u ch nh đ nhề ỉ ị lượng chính xác N u th a ch t kh th y tinhế ừ ấ ử ủ

b nhu m màu vàng nâu, còn thi u ch t kh s xu t hi n l p sulfat nóng ch y phá h y v t li uị ộ ế ấ ử ẽ ấ ệ ớ ả ủ ậ ệ

ch u l a xây lò và gây khuy t t t th y tinh M t nhị ử ế ậ ủ ộ ược đi m n a c a sulfat là ph n ng gi aể ữ ủ ả ứ ữ SiO2 và Na2SO4 x y ra nhi t đ cao h n, do đó lò n u chóng h ng h n và t n nhi u nhiên li uả ở ệ ộ ơ ấ ỏ ơ ố ề ệ

h n Vì v y ngơ ậ ười ta dùng sô đa đ n u th y tinh còn sulfat ch để ấ ủ ỉ ược dùng v i lớ ượng nh (ỏ <5%) làm ch t kh b t, ch t tăng nhanh quá trình n u Ch trong nh ng đi u ki n đ c bi t nào đ y,ấ ử ọ ấ ấ ỉ ữ ề ệ ặ ệ ấ

m t s nhà máy th y tinh m i dùng Naộ ố ủ ớ 2SO4 làm nguyên li u cung c p Naệ ấ 2O

-NaCl ( mu i t nố ừ ước bi n hay mu i m ) nóng ch y 801ể ố ỏ ả ở 0C, sôi 1439ở 0C, bay h i m nhơ ạ 1000

ở 0C Dùng lượng l n làm ch m quá trình n uớ ậ ấ

-NaNO3 đ t h n sô đa, ăn mòn VLCLắ ơ

NaCl, NaNO3 được dùng v i hàm lớ ượng nh có tác d ng tăng nhanh quá trình n u, quáỏ ụ ấtrình kh b t.ử ọ

Nguyên li u cung c p K ệ ấ 2 O

Tác d ng c a Kụ ủ 2O gi ng nh Naố ư 2O nh ng t t h n Kư ố ơ 2O làm gi m kh năng k t tinh c aả ả ế ủ

th y tinh , làm cho th y tinh ánh h n và s c thái đ p h n Kủ ủ ơ ắ ẹ ơ 2O được dùng đ s n xu t các lo iể ả ấ ạ

th y tinh cao c p nh th y tinh quang h c, th y tinh màu và pha lê.ủ ấ ư ủ ọ ủ

Nguyên li u cung c p Kệ ấ 2Och y u là pôtat khan Kủ ế 2CO3 ch a 68,2%Kứ 2O và 31,8%CO2 Pôtat đ t g p 3 l n sô đa và hút m m nh.ắ ấ ầ ẩ ạ

Mu i liti làm tăng nhanh quá trình n u, t o pha l ng s m và h nhi t đ n u th y tinh.ố ấ ạ ỏ ớ ạ ệ ộ ấ ủ

Li2O làm tăng đ b n hóa, gi m h s giãn n nhi t c a th y tinh Liộ ề ả ệ ố ở ệ ủ ủ 2O làm gi m đ nh t c aả ộ ớ ủ

th y tinh nhi u h n các ôxyt kim lo i ki m khác.ủ ề ơ ạ ề

4.2.3 Nguyên li u cung c p ôxyt k m th ệ ấ ề ổ

Nguyên li u cung c p CaO ệ ấ

CaO là m t trong nh ng thành ph n c b n c a th y tinh Nó giúp cho quá trình n u vàộ ữ ầ ơ ả ủ ủ ấ

kh b t thêm d , làm cho th y tinh ch u đử ọ ễ ủ ị ược tác d ng hóa h c Nh ng lụ ọ ư ượng CaO nhi u làmềcho th y tinh d k t tinh, giòn, s n ph m đòi h i nhi t đ h p cao ủ ễ ế ả ẩ ỏ ệ ộ ấ ủ Ở nhi t đệ ộ th p ấ CaO làm

gi m đ nh t c a th y tinh còn nhi t đ cao thì nh hả ộ ớ ủ ủ ở ệ ộ ả ưởng c a nó r t ph c t p; khi lủ ấ ứ ạ ượ ngCaO đ n 10% thì làm gi m đ nh t nh ng n u tăng ti p s ngế ả ộ ớ ư ế ế ẽ ượ ạc l i Tăng hàm lượng CaO sẽ tăng đ bóng c a th y tinh Hàm lộ ủ ủ ượng CaO trong th y tinh dao đ ng trong kho ng xác đ nh.V iủ ộ ả ị ớ

th y tinh natricanxi thông thủ ừơng không th p h n 6%;th y tinh bao bì chai l ch a t 7-10%;ấ ơ ủ ọ ứ ừKính c a ch a 10-15%; kính làm gử ứ ương ch a 12-16% ứ

CaO đ a vào th y tinh dư ủ ướ ại d ng đá vôi ho c đá ph n Theo qui đ nh chung đá vôi ho cặ ấ ị ặ

đá ph n dùng n u th y tinh ph i có thành ph n hóa c đ nh, lấ ấ ủ ả ầ ố ị ượng t p ch t t i thi u, đ c bi t làạ ấ ố ể ặ ệôxyt s t.Đ n u th y tinh cao c p cho phép ch a đ n 0,03% Feắ ể ấ ủ ấ ứ ế 2O3 còn v i th y tinh k thu t,ớ ủ ỹ ậ

th y tinh t m là 0,2%ủ ấ

Nguyên li u cung c p MgO ệ ấ

Đ cung c p MgO các nhà máy th y tinh thể ấ ủ ường s d ng đôlômit CaCOử ụ 3.MgCO3 Ch tấ

lượng đôlômit và kh năng s d ng nó đ n u th y tinh do hàm lả ử ụ ể ấ ủ ượng MgO quy t đ nh Theoế ị

đi u ki n k thu t đôlômit dùng n u th y tinh ph i có hàm lề ệ ỹ ậ ấ ủ ả ượng MgO > 19% ; CaO > 30% ; FeO+Fe2O3 <0,15%; lượng c n không tan ặ < 2%

Lượng MgO đ a vào đ n 5% s giúp ph i li u nóng ch y d h n, gi m kh năng k t tinhư ế ẽ ố ệ ả ễ ơ ả ả ế

c a th y tinh , làm th y tinh “dài” h n, h p d h n và nhi t đ th p h n so v i th y tinhủ ủ ủ ơ ấ ủ ễ ơ ở ệ ộ ấ ơ ớ ủ

ch ch a CaO.Th y tinh manhê nh h n th y tinh canxi, đi u đó có í nghĩa trong s n xu t th yỉ ứ ủ ẹ ơ ủ ề ả ấ ủ

tinh bao bì MgO cho h s giãn n nhi t nhệ ố ở ệ ỏ nh t trong các lo i ki m th nh ng đ b n hóaấ ạ ề ổ ư ộ ềkhông cao N u tăng MgO ế > 5% đ b n hóa tăng thì các u đi m trên không còn n a Vì v y gi iộ ề ư ể ữ ậ ớ

h n dùng MgO ch đ n 5%.ạ ỉ ế

Nguyên li u cung c p BaO ệ ấ

BaO làm th y tinh ánh đ p, tăng tr ng lủ ẹ ọ ượng riêng, tăng chi t su t BaO đế ấ ược dùng trong

s n xu t th y tinh có tính đi n môi cao, th y tinh là bát đĩa cao c p V i hàm lả ấ ủ ệ ủ ấ ớ ượng nh (0,2-ỏ0,5%) nó là ch t rút ng n quá trình n u.ấ ắ ấ

Nguyên li u cung c p BaO ch y u là BaCOệ ấ ủ ế 3 Cacbonat bari cung c p cho th y tinhấ ủ77,7% BaO và 22,3% CO2 Trong thiên nhiên BaCO3 t n t i dồ ạ ướ ại d ng khoáng Viterit Khoáng nàyphân h y nhi t đ cao h n (1350ủ ở ệ ộ ơ 0C) các cacbonat ki m th khác.ề ổ

BaSO4 r t ít đấ ược dùng vì nó r t khó phân h y Thấ ủ ường dùng là ch t kh b t ( lấ ử ọ ượng dùng0,2-0,5%BaO) Mu n đ a BaSOố ư 4 vào th y tinh v i lủ ớ ượng l n h n 5% thì ph i dùng ch t ch tớ ơ ả ấ ấ

kh cacbon (4-7%) gi ng nh khi dùng sulfat natri Khi không có ch t kh kèm theo, BaSOử ố ư ấ ử 4 dễ gây đ c và t o b t b n.ụ ạ ọ ẩ

Ba(NO3)2 ch y u dùng đ n u th y tinh quang h c Nó là ch t kh b t và ôxy hóa thayủ ế ể ấ ủ ọ ấ ử ọcho Nitrat ki m u đi m c a Ba(NOề Ư ể ủ 3)2 là phân h y nhi t đ cao h n nitrat ki m nên tác d ngủ ở ệ ộ ơ ề ụ

kh b t và ôxy hóa l n h n, m c khác BaO làm tăng m t s tính ch t c a th y tinh ử ọ ớ ơ ặ ộ ố ấ ủ ủ

Nguyên li u cung c p PbO ệ ấ

- PbO được đi u ch b ng cách n u ch y chì kim lo i trong môi trề ế ằ ấ ả ạ ường ôxy hóa, thườ nghay l n chì kim lo i.ẫ ạ

- Minium Pb3O4 được đi u ch b ng cách ôxy hóa PbO trong lò nhi t đ 360-380ề ế ằ ệ ộ 0C

Pb3O4 đượ ử ục s d ng r ng rãi h n PbO vì Pbộ ơ 3O4 không lãn chì kim lo i M c khác ôxy phânạ ặ

h y t Pbủ ừ 3O4 l i có tác d ng kh b t Khi n u th y tinh chì ph i duy trì môi trạ ụ ử ọ ấ ủ ả ường ôxy hóa để tránh hi n tệ ượng kh PbO thành chì kim lo i ử ạ

Th y tinh chì d n u, d kh b t Các s n ph m th y tinh ch a chì có tr ng lủ ễ ấ ễ ử ọ ả ẩ ủ ứ ọ ượng riêng

l n, chi t su t cao, ánh đ p, d mài và đánh nh n nh ng kém b n hóa và gây đ c cho ngớ ế ấ ẹ ễ ẵ ư ề ộ ườ ấ i n u.Ôxyt chì được dùng đ s n xu t th y tinh quang h c, th y tinh pha lê, th y tinh bát đĩa caoể ả ấ ủ ọ ủ ủ

c p, ng c th ch nhân t o.ấ ọ ạ ạ

Nguyên li u cung c p ZnO ệ ấ

Ôxyt k m ZnO đẽ ượ ử ục s d ng trước tiên cho th y tinh k thu t và th y tinh đ c bi t.ủ ỹ ậ ủ ặ ệ ZnO làm gi m h s giãn n nhi t, tăng đ b n hoá, b n nhi t c a th y tinh.Khi n uả ệ ố ở ệ ộ ề ề ệ ủ ủ ấ

th y tinh màu đ dùng ch t nhu m màu là selen và CdS thì ph i c n đ n ZnO vì thi u ZnO sủ ỏ ấ ộ ả ầ ế ế ẽ không đ t màu.Trong s n xu t th y tinh đ c thì ZnO cũng làm tăng đ tr ng, tăng đ th uạ ả ấ ủ ụ ộ ắ ộ ấ quang h n khi ch dùng CaO Trong s n xu t pha lê, môi trơ ỉ ả ấ ường n u ôxy hóa, m t lấ ộ ượng nhỏ ZnO s giúp kh màu vàng c a l u huỳnh t ph i li u và khói lò do nó t o v i S ph c ch tẽ ử ủ ư ừ ố ệ ạ ớ ứ ấ không màu

Nguyên li u thệ ường dùng là ZnO.

4.3 Nhóm nguyên li u ph ệ ụ

4.3.1Ch t nhu m màu: Th y tinh màu đ ấ ộ ủ ượ bi t đ n t lâu đ i.Đ nhu m màu th y tinh c ế ế ừ ờ ể ộ ủ

người ta s d ng các lo i ch t nhu m màu khác nhau: Các ôxyt và mu i kim lo i, h p ch t c aử ụ ạ ấ ộ ố ạ ợ ấ ủ

l u huỳnh và c các nguyên t hi m.Đ đ t đư ả ố ế ể ạ ược màu mong mu n không ph i d mà ph i xemố ả ễ ảxét cùng lúc nhi u y u t : ề ế ố

Theo kích thước ch t nhu m màu t n t iấ ộ ồ ạ trong th y tinh có th chia chúng làm 3 lo i :ủ ể ạ

- Ch t nhu m màu ion ấ ộ

- Ch t nhu m màu phân t ấ ộ ử

- Ch t nhu m màu khu ch tán keo ấ ộ ế

1/ Ch t nhu m màu ion ấ ộ : T n t i trong th y tinh dồ ạ ủ ướ ại d ng các ion, kích thướ ấc r t bé(<10 A0)

Đó là các ion c a các nguyên t chuy n ti p nh : Mn, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, hay các nguyên t hi mủ ố ể ế ư ố ế

nh Ce, Nd, Dy, Pr Màu hình thành ngay sau khi n u và không b thay đ i trong quá trình gia côngư ấ ị ổnhi t.ệ

H p ch t mangan ợ ấ :

Mn3+ nhu m th y tinh thành màu tím đ n tím đ Lộ ủ ế ỏ ượng s t l n vào s k t h p v i Mnắ ẫ ẽ ế ợ ớ 2O3

cho màu t nâu đ n đen.ừ ế

Mn2+ ch cho màu vàng y u hay nâu nh t trong th y tinh nên thỉ ế ạ ủ ường coi nh không gâyưmàu mà nó trách nhi m v vi c phát huỳnh quang Do v y trong quá trình s n xu t ph i duy trìệ ề ệ ậ ả ấ ảmôi trường n u là ôxy hóa đ đ y cân b ng 2 lo i ion này v phía Mnấ ể ẩ ằ ạ ề 3+ N u môi trế ường n u làấmôi trường kh , nhi t đ n u cao, th y tinh c s mang tính axit thì s m t màu tím vì Mnử ệ ộ ấ ủ ơ ở ẽ ấ 3+

chuy n sang Mnể 2+

Th y tinh màu tím v i ch t gây màu là mangan có thu n l i khi n u và kh b t vì manganủ ớ ấ ậ ợ ấ ử ọtác d ng h đ nh t, h nhi t đ đụ ạ ộ ớ ạ ệ ộ ường l ng và gi m v n t c k t tinh.ỏ ả ậ ố ế

Đ i v i th y tinh giàu ki m t o màu thu n l i h n Th y tinh kali cho màu tím ánh xanhố ớ ủ ề ạ ậ ợ ơ ủ

s ch Th y tinh natri cho màu tím ánh đ V i các ôxyt kim lo i hóa tr 2 chúng tác d ng khôngạ ủ ỏ ớ ạ ị ụ

nh nhau, s thu n l i do chúng nh hư ự ậ ợ ả ưởng đ n màu c a mangan x p theo th t gi m d n:ế ủ ế ứ ự ả ầ PbO-ZnO-CaO-MgO u đi m nh t là th y tinh chì kaliƯ ể ấ ủ Đ có màu tím mangan v i th y tinhể ớ ủchì kali có th ch dùng 1/2 lể ỉ ượng MnO2 so v i th y tinh natricanxi Màu c a mangan s gi m điớ ủ ủ ẽ ả

n u có m t Asế ặ 2O3, Sb2O3 N u có s t màu mangan s có ánh nâu r t x u.ế ắ ẽ ấ ấ

Nguyên li u hay dùng : MnOệ 2, KMnO4 Lượng dùng: 2-3kg/100kg cát cho màu tím sáng 7kg/100kg cát cho màu tím trung bình đ n tím đ m N u cho thêm 1 ít CoO ( vài gam trên 100 kgế ậ ếcát ) s đ t màu tím có ánh xanh đ p ẽ ạ ẹ

Đ đ a Crôm vào th y tinh ngể ư ủ ười ta thường dùng K2Cr2O7 ho c BaCrOặ 4 H p ch t Crômợ ấhòa tan trong th y tinh có h n ch N u lủ ạ ế ế ượng Cr2O3 > 2% trong th y tinh s k t tinh các tinhủ ẽ ế

th Crể 2O3 d ngạ đĩa nh ánh l c t i.ỏ ụ ố

S t ắ

Fe2O3, FeO, Fe3O4 nhu m th y tinh thành nhi u màu khác nhau ộ ủ ề

Ôxyt s t t Feắ ừ 3O4 nhu m th y tinh màu l c xám Nó có nghĩa quan tr ng trong s n xu tộ ủ ụ ọ ả ấ

th y tinh b o v m t ch ng các tia b c x không trong th y.ủ ả ệ ắ ố ứ ạ ấ

Fe2O3 gây màu vàng đ n hung Khi có l n cácbon và l u huỳnh th y tinh s có màu t camế ẫ ư ủ ẽ ừ

đ n nâu, h p th tia c c tím S h p th ánh sáng c a th y tinh ch a Feế ấ ụ ự ự ấ ụ ủ ủ ứ 2O3 không ch ph thu cỉ ụ ộ vào n ng đ c a s t mà còn vào s cân b ng gi a 2 tâm màu có s ph i trí khác nhau: [FeOồ ộ ủ ắ ự ằ ữ ố ố 4]

<=>[FeO6] Ion Fe3+ có th tham d trong c u trúc c a th y tinh theo 2 cách, nó có th là ch tể ự ấ ủ ủ ể ấ

t o h cũng nh là ch t bi n h Khi là ch t t o h nó t o ra nhóm [FeOạ ệ ư ấ ế ệ ấ ạ ệ ạ 4] tương đương v i cácớ

t di n [SiOứ ệ 4] Khi là ch t bi n h nó là nh ng cation l p đ y các l tr ng xen k c a h [SiOấ ế ệ ữ ấ ầ ỗ ố ẽ ủ ệ 4],

đó nó đ c nhi u ôxy bao quanh h n, có th là 6 hay nhi u h n n a D i hình th c bao quanh

nh v y trong th y tinh Feư ậ ủ 3+ th c t không gâyự ế màu ( h ng nh t ) Trong khi, khi s ph i tríồ ạ ố ố

b ng 4 nó h p th m nh vùng c c tím tr i r ng đ n xanh dằ ấ ụ ạ ự ả ộ ế ương nên cho màu vàng nâu Ôxyt s tắ

3 d ng [FeOở ạ 6]có th sinh màu h ng đ đ m trong m t vài tràng khoáng và h ng ng c nh ngể ồ ỏ ậ ộ ồ ọ ư

ch là màu h ng nh t trong dung d ch l ng hay th y tinh ỉ ồ ạ ị ỏ ủ

Fe2O3 gi ng nh Alố ư 2O3 không t nó t o nhóm [FeOự ạ 4] ho c k t h p v i SiOặ ế ợ ớ 2 b i nó khôngở

ph i là ôxyt t o th y tinh Khi n m trong th y tinh nó l y thêm ôxy c a ôxyt ki m , ki m th ả ạ ủ ằ ủ ấ ủ ề ề ổ Cho nên vi c t o nhóm ệ ạ [FeO4] là ph thu c vào thành ph n hóa c a th y tinh g c, ụ ộ ầ ủ ủ ố đ c bi t vàoặ ệkích thước và th năng ion c a các ion bi n h ế ủ ế ệ

FeO lâu nay được coi là nguyên nhân gây màu xanh cho th y tinh, cho men khi n u th yủ ấ ủ tinh trong môi trường kh Nh ng d n d n ngử ư ầ ầ ười ta th y m t vài th y tinh g c ch a Feấ ộ ủ ố ứ 2+ không màu, đ c bi t là nh ng phôtphat và borophôtphat Qua nhi u ki m ch ng thì th y r ng riêng Feặ ệ ữ ề ể ứ ấ ằ 2+

không gây màu nh ng ch c n có m t Feư ỉ ầ ặ 3+ là gây màu xanh dương Mà trong th y tinh luôn t nủ ồ

t i c 2 d ng Feạ ả ạ 3+ và Fe2+ Màu xanh m nh h n màu c a Feạ ơ ủ 3+ nhi u Trong th y tinh trong m iề ủ ọ

đi u ki n Feề ệ 2+ luôn đóng vai trò c a ch t bi n h ủ ấ ế ệ

Màu do s t gây ra trong th y tinh, trong men s , trong men tráng kim lo i thắ ủ ứ ạ ường x u nênấ

người ta ph i ngăn ch n hi u ng này c a s t Phả ặ ệ ứ ủ ắ ương pháp hi u qu và t t đ p nh t là dùngệ ả ố ẹ ấnguyên li u g n nh không có s t Tuy nhiên đi u đó khó có trong th c t , vì v y ngệ ầ ư ắ ề ự ế ậ ười ta tìmcách kh s t theo 2 phử ắ ương pháp : Kh màu hóa h c và kh màu v t lí.ử ọ ử ậ

H p ch t côban ợ ấ

Khi Co2+ v trí t o h trong c u trúc, nghĩa là có 4 ôxy quây quanh t o [CoOở ị ạ ệ ấ ạ 4]thì cho màu xanh dương Khi nó v trí bi n h , nghĩa là có s ph i trí b ng 6 thì cho màu h ng 2 tr ngở ị ế ệ ố ố ằ ồ Ở ạ thái này coban không ch cho màu khác nhau mà cỉ ường đ màu cũng khác nhau Tâm màu xanhộ

dương gây màu m nh đ n n i c có m t lạ ế ỗ ứ ộ ượng nh nhóm [CoOỏ 4] trong th y tinh thì màu h ngủ ồ

Trong th y tinh hay trong men s , men tráng kim lo i ta hay g p Côban cho màu xanhủ ứ ạ ặ

dương g i là xanh Côban Màu c a Côban b n, không ph thu c vào ch đ n u Đ có màu h iọ ủ ề ụ ộ ế ộ ấ ể ơ xanh ch c n dùng 0,002% CoO, đ có màu xanh đ m c n dùng 0,1 – 1%.ỉ ầ ể ậ ầ

Nguyên li u cung c p CoO: Coệ ấ 3O4, Co2O3, CoO Dùng chung v i mu i Crôm và đ ng cóớ ố ồ

th cho m t d i màu xanh khá r ng.ể ộ ả ộ

Niken

Màu c a niken không ph thu c vào đi u ki n n u mà ph thu c vào thành ph n th y tinhủ ụ ộ ề ệ ấ ụ ộ ầ ủ

c s Trơ ở ước tiên là vào lo i và lạ ượng ôxyt ki m Th y tinh kali, niken cho màu tím còn th yề ủ ủ tinh natri cho màu nâu vàng

NiO t lâu đừ ược coi là ch t kh màu, nó đấ ử ượ ử ục s d ng kh màu phalê h Kử ệ 2O-CaO-SiO2

r t thành công Niken còn kh màu t t cho phalê h Kấ ử ố ệ 2O-PbO-SiO2 nh ng s tác d ng x u khiư ẽ ụ ấ

kh màu phalê h Naử ệ 2O-K2O-SiO2

Dùng NiO k t h p các ôxyt khác nh Feế ợ ư 2O3, CoO, Cr2O3 t o các h màu Feạ ệ 2O3-CoO-NiO ;

Cr2O3-NiO-CoO đ s n xu t th y tinh màu khói hay dùng làm kính b o v m t trể ả ấ ủ ả ệ ắ ước các b c xứ ạ

m nh (trong h màu này ch đạ ệ ỉ ược m t ôxyt thay đ i hóa tr theo đi u ki n n u )ộ ổ ị ề ệ ấ

Người ta nghiên c u nhi u v s phát màu c a niken và th y r ng: Niken đ a vào th yứ ề ề ự ủ ấ ằ ư ủ tinh s t o ra 2 lo i tâm màu, c 2 đ u ch a Niẽ ạ ạ ả ề ứ 2+ nh ng khác nhau v s ôxy bao quanh Niư ề ố 2+ có

s ph i trí 4 chi m v tí t o h -v trí c a Si – cho màu tím và Niố ố ế ị ạ ệ ị ủ 2+ có s ph i trí 6 thì chi m v tríố ố ế ị

bi n h - v trí c a ki m- cho màu vàng.Gi a 2 tâm màu m t cân b ng đế ệ ị ủ ề ữ ộ ằ ược thi t l p tùy thu cế ậ ộ vào nhi t đ , thành ph n th y tinh g c và l ch s nhi t.Khi gia tăng nhi t đ , s ôxy bao quanhệ ộ ầ ủ ố ị ử ệ ệ ộ ố

gi m và tâm màu vàng đ i thành tâm màu tím,ả ổ đi u này có nghĩa là Niề 2+ có nhi u kh năng t oề ả ạ thành nhóm [NiO4] gi ng nh m t ph n c a h [SiOố ư ộ ầ ủ ệ 4] Quá trình này thu n ngh ch nh ng s s pậ ị ư ự ắ

x p nguyên t thì c n có th i gian nên n u làm l nh th y tinh đ nhanh thì tr ng thái cân b ng ế ử ầ ờ ế ạ ủ ủ ạ ằ ở nhi t đ cao v n còn đệ ộ ẫ ược gi l i.ữ ạ

nh h ng c a thành ph n hóa th y tinh g c lên màu s c c a niken có th gi i thích trên

c s s tranh chi m ôxy c a các cation Trong lo t silicat Liơ ở ự ế ủ ạ +, Na+, K+, Rb+ ; ion Ni2+ thay đ i sổ ố

ph i trí t 6 sang 4 d dàng nh t silicat Rubidi r i đ n silicat kali Do Rbố ừ ễ ấ ở ồ ế + có bán kính l n , tácớ

d ng l c hút y u nên Niụ ự ế 2+ có nhi u kh năng l y ôxy đ thành l p [NiOề ả ấ ể ậ 4] Khi kích thước ion

ki m gi m và th năng c a chúng tăng lên thì niken g p khó khăn trong vi c gi v trí t o h c aề ả ế ủ ặ ệ ữ ị ạ ệ ủ mình T m t tâm màu c a ph c ph i trí 4 nó chuy n sang v trí bi n h , tách các ôxy bao quanhừ ộ ủ ứ ố ể ị ế ệ

m t kho ng xa h n Sau cùng trong th y tinh liti không h th y có m t nhóm [NiOộ ả ơ ủ ề ấ ộ 4] nào c ả

N ng đ niken tăng cũng làm d ch chuy n cân b ng sang tâm màu tím.ồ ộ ị ể ằ

Màu c a đ ng ủ ồ

CuO cho th y tinh màu xanh da tr i ánh xanh non g i là màu akvamarin Màu này khác v iủ ờ ọ ớ màu t o b i Coban Th y tinh nhu m màu b i coban cho qua không ch tia tím, tia xanh mà c tiaạ ở ủ ộ ở ỉ ả

đ , do v y k t qu cho màu xanh ánh tím Th y tinh nhu m màu b i Cuỏ ậ ế ả ủ ộ ở 2+cho qua t t tia xanhố

nước bi n, xanh lá cây, h p th t t tia vàng tia cam mà đ c bi t là tia đ cho nên akvamarin làể ấ ụ ố ặ ệ ỏmàu gi a xanh nữ ước bi n và xanh lá cây.ể

Trong th y tinh s t n t i cân b ng gi a 2 lo i Cuủ ẽ ồ ạ ằ ữ ạ 2+ và Cu+ Cân b ng này ch u nhằ ị ả

hưởng c a hàng lo t y u t , trủ ạ ế ố ước tiên là đi u ki n n u và thành ph n th y tinh c s Các h pề ệ ấ ầ ủ ơ ở ợ

ch t mangan và crôm có tác d ng ôxy hóa t o màu akvamarin c a Cuấ ụ ạ ủ 2+, ngượ ạc l i tác d ng khụ ử

c a ôxyt s t , asen , antimoan , l u huỳnh và h p ch t h u c làm gi m màu akvamarin Th y tinhủ ắ ư ợ ấ ữ ơ ả ủ

c s là th y tinh natri cho màu th m h n còn th y tinh kali cho màu xanh non h n Trong dãyơ ở ủ ẫ ơ ủ ơcác ôxyt CaO-BaO-PbO-ZnO-B2O3 có tác d ng hụ ướng xanh non theo chi u đ n Bề ế 2O3 Cường độ màu c a đ ng y u Đ đ t đủ ồ ế ể ạ ược cường đ màu nh coban thì ph i dùng lộ ư ở ả ượng đ ng nhi uồ ề

g p 30 l n.Đ n u màu akvamarin dùng 0,5-1,5 kg CuO/100kg cát Đ có đấ ầ ể ấ ể ược màu xanh skalice( màu c a mu i sulfat đ ng ng m 5 phân t nủ ố ồ ậ ử ước) ph i dùng đ n 1-2kg CuO/100kg cát.ả ế

Công ngh n u th y tinh màu akvamarin h i khó,nhi t đ n u ph i cao , công đo n khệ ấ ủ ơ ệ ộ ấ ả ạ ử

b t và đ ng nh t khó khăn, khó lo i tr các b t nh Nên dùng thêm 0,2-0,4% MnOọ ồ ấ ạ ừ ọ ỏ 2 đ giúp khể ử

b t và n đ nh màu.ọ ổ ị

Các nguyên t hi m ố ế

Các nguyên t hi m hay dùng là: Ce, Nd , Dy, Prố ế

Ce2O3 cho màu vàng, Nd2O3 cho màu tím,Pr2O3 cho màu xanh lá cây nh ng r t y u nênư ấ ế

thường k t h p v i Ndế ợ ớ 2O3 Dy2O3 cho màu đ nâu.ỏ

Màu c a nguyên t hi m không b nh hủ ố ế ị ả ưởng c a đi u ki n n u và c a thành ph n th yủ ề ệ ấ ủ ầ ủ tinh Màu thay đ i theo chi u dày s n ph m và lo i ánh sáng chi u vào Neodym k t h p v i m tổ ề ả ẩ ạ ế ế ợ ớ ộ

lượng nh CoO đỏ ược th y tinh tím ánh xanh còn k t h p v i selen cho th y tinh màu tím án đ ủ ế ợ ớ ủ ỏ

Thường dùng neodym đ s n xu t kính l c đ c bi t, kính đeo m t, s n ph m m ngh Nhể ả ấ ọ ặ ệ ắ ả ẩ ỹ ệ ượ c

đi m c a nguyên t hi m là cể ủ ố ế ường đ gây màu quá y u.ộ ế

2/ Ch t nhu m màu phân t ấ ộ ử

Ch t nhu m màu phân t g m có selen, l u huỳnh và các h p ch t c a chúng.Th y tinh cóấ ộ ử ồ ư ợ ấ ủ ủmàu là do tác d ng c a các h t màu d ng phân t Màu có th đ t đụ ủ ạ ở ạ ử ể ạ ược ngay sau khi n u màấcũng có th ph i sau quá trình gia công nhi t.ể ả ệ

Selen :Dùng nhu m th y tinh thành màu t h ng đ n đ Khi dùng chung selen v i sulfuaộ ủ ừ ồ ế ỏ ớcadmi (CdS) theo t l : Selen 0,8-1,2% , CdS 2-3% có th t o ra ng c rubi selen màu đ r c.ỉ ệ ể ạ ọ ỏ ự

Thường dùng s n xu t kính l c quang h c và đèn tín hi u ả ấ ọ ọ ệ

Selen kim lo i kho ng 0,05-0,2% có ph gia Asạ ả ụ 2O3 0,1-0,2% trong đi u ki n ôxy hóaề ệnhu m th y tinh màu h ng rosalin.ộ ủ ồ

Đ cho quá trình n u thu n l i ngể ấ ậ ợ ười ta hay dùng th y tinh c s là th y tinh kali v iủ ơ ở ủ ớ hàm lượng SiO2 cao và CaO th p.Th y tinh kali cho màu h ng đ p h n th y tinh natri Th y tinhấ ủ ồ ẹ ơ ủ ủnatri hay l n màu vàng ho c nâu Mu n làm th y tinh “m m” h n, d nóng ch y h n không nênẫ ặ ố ủ ề ơ ễ ả ơtăng lượng ki m mà nên dùng m t lề ộ ượng nh Bỏ 2O3 Có th thêm m t ít ZnO vì ZnO có tác d ngể ộ ụ

kh màu vàng nh ng c ZnO và Bử ư ả 2O3 đ u làm gi m cề ả ường đ màu Lộ ượng s t trong t t c cácắ ấ ảnguyên li u ph i nh nh t n u không s t o FeS gây màu nâu.ệ ả ỏ ấ ế ẽ ạ

H p ch t CdS ợ ấ

CdS nhu m th y tinh màu vàng sáng K t h p v i selen t o m t gi i màu t vàng đ n daộ ủ ế ợ ớ ạ ộ ả ừ ếcam đ n đ s m Th c ch t màu này là do s xu t hi n tinh th h n h p Cd(Se,S) Lế ỏ ẫ ự ấ ự ấ ệ ể ỗ ợ ượng Selentăng băng màu tăng v phía đ ề ỏ

Th y tinh nhu m màu b ng CdS thủ ộ ằ ường dùng đ s n xu t các m t hàng trang s c, kínhể ả ấ ặ ứ

ch t selen khi n u bay h i và đ c.ấ ấ ơ ộ

Các sulful kim lo i n ng ( Fe, Mn, Pb) gây màu th y tinh m nh Đ đ t màu đen dùngạ ặ ủ ạ ể ạ1,2%Fe2O3 Cường đ màu c a l u huỳnh tăng trong th y tinh ki m.ộ ủ ư ủ ề

3/ Ch t nhu m màu khuy ch tán keo ấ ộ ế

Ch t nhu m màu khuy ch tán keo t n t i trong th y tinh dấ ộ ế ồ ạ ủ ướ ại d ng nh ng h t keo( tinhữ ạ

th nh ) Nh ng tinh th này ch xu t hi n trong nh ng đi u ki n nh t đ nh và màu s c tùy thu cể ỏ ữ ể ỉ ấ ệ ữ ề ệ ấ ị ắ ộ vào s lố ượng, kích thướ ủc c a các h t keo ( 50-700Aạ 0) Nhu m th y tinh lo i này ch a có màu khiộ ủ ạ ư

n u và t o hình mà ch xu t hi n trong khi x lí nhi t sau t o hình N u các h t keo l n h nấ ạ ỉ ấ ệ ử ệ ạ ế ạ ớ ơ 700A0 thì ta có th th y trong th y tinh nh ng v t đ c.ể ấ ủ ữ ế ụ

Ch t nhu m màu khuy ch tán keo thấ ộ ế ường dùng là h p ch t đ ng, vàng , b c Ôxyt đ ngợ ấ ồ ạ ồ hóa tr th p Cuị ấ 2O là ch t nhu m màu khuy ch tán keo, cho màu t đ đ n đ s m Trấ ộ ế ừ ỏ ế ỏ ẫ ước kia

người ta cho r ng nhu m th y tinh màu đ là do các h t keo đ ng kim lo i gây nên nh ng g nằ ộ ủ ỏ ạ ồ ạ ư ầ đây nhi u nhà nghiên c u đã cho là các tinh th Cuề ứ ể 2O

H p ch t vàng ợ ấ : Tùy theo s lố ượng và kích thước c a các tinh th vàng trong th y tinhủ ể ủcho màu t h ng đ n đ tía Khi đ a vào kho ng 0,02% vàng kim lo i ta thu đừ ồ ế ỏ ư ả ạ ược rubi vàng, cònkhi đ a vào 0,01% đư ược th y tinh màu h ng H p ch t vàng hay dùng : AuClủ ồ ợ ấ 3.2H2O

H p ch t b c ợ ấ ạ : Nhu m th y tinh t màu vàng chanh đ n da cam Nguyên li u dùng làộ ủ ừ ế ệAgNO3

4.3.2 Ch t kh màu ấ ử

Th y tinh có màu x u khi không dùng ch t nhu m màu và màu y thủ ấ ấ ộ ấ ường được gây ra b iở các t p ch t, đ c bi t là s t l n vào trong nguyên li u, trong quá trình gia công chu n b và v nạ ấ ặ ệ ắ ẫ ệ ẩ ị ậ chuy n ph i li u Đ có th y tinh trong su t không màu ta ph i h n ch đ n m c t i thi uể ố ệ ể ủ ố ả ạ ế ế ứ ố ể

lượng h p ch t s t ho c ph i kh màu.ợ ấ ắ ặ ả ử

Có 2 phương pháp kh màu: Kh màu hóa h c và kh màu v t lí Nguyên t c c a khử ử ọ ử ậ ắ ủ ử màu hóa h c là chuy n toàn b s t thành ôxyt s t hóa tr 3 (Feọ ể ộ ắ ắ ị 2O3), chuy n s t v ph c ch tể ắ ề ứ ấ không màu, chuy n thành h p ch t d bay h i Ví d : Khi đ a vào th y tinh ch a s t h p ch tể ợ ấ ễ ơ ụ ư ủ ứ ắ ợ ấ fluor thì dưới nh ng đi u ki n thu n l i nh môi trữ ề ệ ậ ợ ư ường ôxy hóa và lượng ki m cao, các fluorề

s n sinh m t hi u ng tả ộ ệ ứ ương đương v i s gi m m t n a lớ ự ả ộ ử ượng s t Ngắ ười ta cho r ng, m tằ ộ

ph n FeFầ 3 bay h i, m t ph n Fơ ộ ầ - chi m lĩnh vế ị trí c a ôxy trong [FeOủ 4]( có l không c n ph iẽ ầ ả thay th ch t t c ế ỗ ấ ả ôxy c a nhóm [FeOủ 4] b ng Fằ -) làm thay đ i đ h p th ánh sáng c a th y tinhổ ộ ấ ụ ủ ủ.

Ch t kh màu hóa h c hay dùng là các ch t ôxy hóa m nh nh các nitrat, CeOấ ử ọ ấ ạ ư 2…các h pợ

ch t fluor.ấ

Kh màu v t lí, th c ch t là đ a vào th y tinh ch t nhu m màu khác có kh năng t o raử ậ ự ấ ư ủ ấ ộ ả ạmàu ph v i màu do s t gây ra K t qu c a vi c nhu m màu kép đó làm cho th y tinh tr nênụ ớ ắ ế ả ủ ệ ộ ủ ởkhông màu nh ng đ th u quang c a th y tinh b gi m đi.ư ộ ấ ủ ủ ị ả

Ch t kh màu v t lí hay dùng là selen, NiO, CoO và các nguyên t hi m Phấ ử ậ ố ế ương pháp này

có k t qu cao khi lế ả ượng s t trong th y tinh nh (FeO+Feắ ủ ỏ 2O3 < 0,08%)

Ngoài ra ta còn hay g p các ch t v a có kh năng kh màu hóa h c v a có kh năng khặ ấ ừ ả ử ọ ừ ả ử màu v t lí nh MnOậ ư 2, CeO2 Hai ôxyt này nhi t đ cao trong th y tinh nóng ch y s phân h yở ệ ộ ủ ả ẽ ủ

và gi i phóng ôxy, ôxy s ôxy hóa s t 2 thành s t 3 Màu tím c a Mnả ẽ ắ ắ ủ 3+ ph v i màu vàng c aụ ớ ủ

Fe3+

4.3.3 Ch t kh b t ấ ử ọ

Ch t kh b t không ph i là nguyên li u chính vì đấ ử ọ ả ệ ược s d ng v i hàm lử ụ ớ ượng r t nhấ ỏ

nh ng tác d ng c a nó trong quá trình n u th y tinh là r t l n Đó là các nguyên li u không chư ụ ủ ấ ủ ấ ớ ệ ỉ tác d ng kh b t, đ ng nh t th y tinh mà còn tăng nhanh quá trình n u; đôi khi còn tác d ng khụ ử ọ ồ ấ ủ ấ ụ ử màu Đó là nh ng ch t có kh năng gi i phóng nh ng b t khí Các ch t kh b t thữ ấ ả ả ữ ọ ấ ử ọ ường dùng là:Nitrat k t h p v i Asế ợ ớ 2O3(Sb2O3), CeO2, Na2SO4, các h p ch t fluor, h p ch t amôniợ ấ ợ ấ

Na2SO4 hay được dùng nh t đ kh b t th y tinh vì kh năng kh b t t t l i giá r ấ ể ử ọ ủ ả ử ọ ố ạ ẻ

Na2SO4 nóng ch y 880ả ở 0C, phân h y m nh 1300-1350ủ ạ ở 0C và ti n hành các ph n ng:ế ả ứ

Na2SO4 + nSiO2 = Na2O.nSiO2 + SO3 ; SO3 phân h y ngay l p t c: 2SOủ ậ ứ 3=2SO2+O2 Đây là

ph n ng kh b t ( không đả ứ ử ọ ược kh b t th y tinh chì) Lử ọ ủ ượng dùng: 0,75-1,43kgNa2SO4 khan/ 100kg cát

Các nitrat k t h p v i các h p ch t asen ho c antimoan:ế ợ ớ ợ ấ ặ

nhi t đ th p: 2KNO

Ở ệ ộ ấ 3 + As2O3 (Sb2O3) = As2O5 (Sb2O5)+ K2O + N2O +O2

As2O5 b n nhi t đ th p (800-1200ề ở ệ ộ ấ 0C) nhi t đ cao > 1300Ở ệ ộ 0C

As2O5 (Sb2O5)= As2O3 (Sb2O3)+ O2 Đây là ph n ng kh b tả ứ ử ọ

Các nitrat hay dùng: NaNO3 , KNO3 , Ba(NO3)2 , đôi khi dùng c NHả 4NO3 , Ca(NO3)2

Lượng dùng: 0,1%KnO3 + 0,2% As2O3 Tăng lượng As2O3 hi u qu kh b t s gi m theo lệ ả ử ọ ẽ ả ượ ng

ô xyt asen Lượng As2O3 m t mát l n trong quá trình n u th y tinh; dao đ ng trong kho ng 10-ấ ớ ấ ủ ộ ả50% S t n th t này ph thu c vào lo i lò Lò b m t nhi u h n lò n i Nó còn ph thu c vàoự ổ ấ ụ ộ ạ ể ấ ề ơ ồ ụ ộmôi trường lò, vào nhi t đ , vào thành ph n ph i li u và vào hàm lệ ộ ầ ố ệ ượng As2O3 Không được dùng

k t h p v i Naế ợ ớ 2SO4, n u dùng là m t l m k thu t vì s làm th y tinh r n nh Ôxyt asen r tế ộ ầ ỹ ậ ẽ ủ ạ ẹ ấ

đ c v i các c quan trong c th cũng nh da bên ngoài Ch c n 0,06g đ làm ch t ngộ ớ ơ ơ ể ư ỉ ầ ủ ế ười Tác

d ng c a Sbụ ủ 2O3 cũng tương t Asự 2O3

Các ch t kh b t khác: H p ch t Fluor v a là ch t kh b t khi t o khí SìFấ ử ọ ợ ấ ừ ấ ử ọ ạ 4, F2, v a có tácừ

d ng tăng nhanh quá trình n u và kh màu.ụ ấ ử

Hay dùng CaF2 (2-4%) k t h p v i Naế ợ ớ 2SO4, NaCl, (NH4)2CO3 Dùng Na2SiF6 t t h n CaFố ơ 2 vì

s ch h n, tác d ng kh b t m nh h n.ạ ơ ụ ử ọ ạ ơ

NaCl ho c NHặ 4Cl được dùng kh b t cho th y tinh khó kh b t nh th y tinh Borosilicatử ọ ủ ử ọ ư ủ( th y tinh ít ki m), th y tinh nhu m màu b ng h p ch t h u c c n môi trủ ề ủ ộ ằ ợ ấ ữ ơ ầ ường kh Lử ượ ngdùng: 3%

4.3.4 Ch t ôxy hóa và ch t kh ấ ấ ử

Đa s th y tinh màu đòi h i n u trong đi u ki n ôxy hóa đ ngăn c n vi c chuy n hóa cácố ủ ỏ ấ ề ệ ể ả ệ ểôxyt nhu m màu v d ng hóa tr th p Trong m t s trộ ề ạ ị ấ ộ ố ường h p khác, ví d khi n u ng c rubiợ ụ ấ ọ

đ ng l i c n môi trồ ạ ầ ường kh ử

Ch t ôxy hóa ấ : Thường dùng các mu iố nitrat, perôxyt mangan và các h p ch tợ ấ khác.Nh ng h p ch t này trong quá trình n u th y tinh s b phân h y và gi i phóng ôxy.ữ ợ ấ ấ ủ ẽ ị ủ ả

NaNO3 nóng ch y kho ng 318ả ở ả 0C, b t đ u phân h y 400ắ ầ ủ ở 0C: 2NaNO3 = 2NaNO2 + O2

Đ n 725ế 0C thì phân h y hoàn toàn : 4NaNOủ 2 = 2Na2O + 2N2 + 3O2 ( NaNO3 v a là ch t ôxy hóa,ừ ấ

v a là ch t kh b t v a là ch t kh màu và là ch t tăng nhanh quá trình n u.ừ ấ ử ọ ừ ấ ử ấ ấ

CeO2 là ch t ôxy hóa m nh nh t và là ch t kh màu m nh nh t nhi t đ cao CeOấ ạ ấ ấ ử ạ ấ Ở ệ ộ 2

phân h y thành Ceủ 2O3 và gi i phóng ôxy ả

Ch t kh : ấ ử Ngoài cacbon còn có th s d ng các hóa ch t khác nh SnClể ử ụ ấ ư 2, SiC, NH4Cl hay các m nh v n kim lo i Zn, Al, Snả ụ ạ

4.3.5 Ch t tăng nhanh quá trình n u ấ ấ

Là nh ng ch t có kh năng gi m nhi t đ t o pha l ng đ u tiên; gi m đ nh t, gi m s cữ ấ ả ả ệ ộ ạ ỏ ầ ả ộ ớ ả ứ căng b m t làm th y tinh chóng đ ng nh t và b t khí thoát ra d dàng Đáng k nh t là Naề ặ ủ ồ ấ ọ ễ ể ấ 2SO4

r i đ n CaFồ ế 2, Na2SiF6 Có th dùng k t h p Sulfat v i Fluor ho c clorua natri th y tinh t mể ế ợ ớ ặ Ở ủ ấ hay dùng k t h p: CaFế ợ 2 + NaCl + Na2SO4 theo t l 1,1% mol Fỉ ệ - + 0,31% mol SO42- + 0,5% mol Cl-

hay 0,5%Na2O ( t Naừ 2SO4) + 0,7-0,8% CaF2 + 0.3-0,5% NaCl theo ph i li u M có m borố ệ Ở ỹ ỏnên h dùng ~ 1% làm ch t tăng nhanh quá trình n u r t t t.ọ ấ ấ ấ ố

4.3.6 Ch t gây đ c ấ ụ

Khi th y tinh ch a ch t gây đ c, các h t gây đ c s phân b đ u trong th y tinh v iủ ứ ấ ụ ạ ụ ẽ ố ề ủ ớ chi t su t khác chi t su t c a th y tinh làm cho ánh sáng vào b tán x và th y tinh có màu đ cế ấ ế ấ ủ ủ ị ạ ủ ụ

s a.ữ

M c đ đ c c a th y tinh ph thu c vào nhi u y u t :ứ ộ ụ ủ ủ ụ ộ ề ế ố

-S khác bi t chi t su t gi a th y tinh và ch t gây đ cự ệ ế ấ ữ ủ ấ ụ

- Kích thước và s lố ượng h t gây đ c trong m t đ n v th tíchạ ụ ộ ơ ị ể

- Lo i ch t gây đ cạ ấ ụ

- Thành ph n th y tinh c sầ ủ ơ ởTheo phương pháp t o h t gây đ c và b n ch t c a chúng có th chia ch t gây đ c làm 3ạ ạ ụ ả ấ ủ ể ấ ụ

lo i:ạ

a/ Ch t gây đ c d ng tinh th ấ ụ ạ ể: Ch t gây đ c t n t i trong th y tinh d ng tinh th qua quáấ ụ ồ ạ ủ ở ạ ểtrình t o m m và phát tri n t th y tinh l ng H p ch t thạ ầ ể ừ ủ ỏ ợ ấ ường dùng là CaF2, Na2AlF6, Na2SiF6 Trong th y tinh chì ngủ ười ta dùng As2O3 3-8% As2O3 s k t h p v i chì t o tinh th Pbẽ ế ợ ớ ạ ể 3(AsO4)2

có chi t su t cao Ngoài ra ngế ấ ười ta còn có th dùng các ôxyt khó ch y, ít tan trong th y tinh vàể ả ủ

có chi t su t cao làm ch t gây đ c nh SnOế ấ ấ ụ ư 2, CeO2, TiO2, ZrO2, 3MgO.4SiO2.H2O (tan).Tuy nhiên

lo i ch t gây đ c này ch còn có í nghĩa l ch s đ i v i th y tinh Chúng ch còn đạ ấ ụ ỉ ị ử ố ớ ủ ỉ ược dùng trongmen s và men tráng kim lo i.ứ ạ

b/ Ch t gây đ c d ng nhũ t ấ ụ ạ ươ ng: Các h t gây đ c t n t i trong th y tinh dạ ụ ồ ạ ủ ướ ại d ng nh ngữ

h t nh gi ng nh h t m trong s a Thạ ỏ ố ư ạ ỡ ữ ường dùng các h p ch t c a phôt phát nh : Naợ ấ ủ ư 2HPO4, CaHPO4, Ca3(PO4)2 v i hàm lớ ượng 3-8% P2O5 Có th dùng các h p ch t sulfat hay clo nh ng h nể ợ ấ ư ạ

ch vì chúng t o ra các h t đ c thô to làm th y tinh m x u.ế ạ ạ ụ ủ ờ ấ

c/ Ch t gây đ c d ng b t: ấ ụ ạ ọ T n t i trong th y tinh dồ ạ ủ ướ ại d ng nh ng b t khí nh ch y u làữ ọ ỏ ủ ế

SO2 Lo i này ch dùng trong nh ng đi u ki n đ c bi t.ạ ỉ ữ ề ệ ặ ệ

4.4 Gia công nguyên li u ệ

Trong các nguyên li u dùng đ n u th y tinh tr m t s hóa ch t đã đ m b o yêu c uệ ể ấ ủ ừ ộ ố ấ ả ả ầ công ngh còn h u h t các nguyên li u đ u ph i qua gia công s b Phân xệ ầ ế ệ ề ả ơ ộ ưởng gia côngnguyên li u c a nhà máy th y tinh có nhi m v gia công ch bi n nguyên v t li u, ph i h p cácệ ủ ủ ệ ụ ế ế ậ ệ ố ợnguyên li u đã gia công theo t l nh t đ nh, tr n đ u và đ a vào két ch a c a lò n u Dâyệ ỉ ệ ấ ị ộ ề ư ứ ủ ấchuy n gia công nguyên li u dùng cho các lo i nguyên li u khác nhau cũng khác nhau Đi u đóề ệ ạ ệ ềtùy thu c vào đ c tính c a nguyên li u ban đ u và yêu c u c a nguyên li u sau gia công.ộ ặ ủ ệ ầ ầ ủ ệ

4.4.1 Gia công cát

Thường bao g m: Làm giàu , s y vàồ ấ sàng Nh ng lo i cát có hàm lữ ạ ượng ôxyt s tắ

dưới m c cho phép thì không c n ph i làm giàu.ứ ầ ả

a/ Làm giàu cát: M c đích c a làm giàu cát là gi m lụ ủ ả ượng s t và các t p ch t gây màu khác trongắ ạ ấcát Tùy theo yêu c u ch t lầ ấ ượng và đ c tính c a h t cát nguyên li u mà có th s d ng cácặ ủ ạ ệ ể ử ụ

phương pháp làm giàu khác nhau

Ph ươ ng pháp r a ử : Dùng dòng nước phá v các h t đ t sét và cu n các t p ch t đó đi Ph n cònỡ ạ ấ ố ạ ấ ầ

l i là các h t cát đã đạ ạ ượ ửc r a Thi t b : sàng rung, ph u r a, xyclon th y l c Phế ị ễ ử ủ ự ương pháp nàydùng làm giàu cát có l n đ t sét v i yêu c u ch t lẫ ấ ớ ầ ấ ượng không cao.Sau khi r a lử ượng s t còn l iắ ạ trong cát gi m đi t 25-30%.ả ừ

Ph ươ ng pháp xát :Đ ng l c c a phộ ự ủ ương pháp này là l c ma sát c a các h t cát trong môiự ủ ạ

trường nước Do c xát vào nhau mà màng hydrôxyt s t b bong ra Thi t b : Dùng thùng khu y cóọ ắ ị ế ị ấ

đ t máy khu y tr n đ tr n h n h p cát v i nặ ấ ộ ể ộ ỗ ợ ớ ước Th i gian khu y kho ng 8-9 phút V i th iờ ấ ả ớ ờ gian y có th tách t 80-90% màng hydroxyt s t kh i h t cát Mu n xát d h n có th cho thêmấ ể ừ ắ ỏ ạ ố ễ ơ ểkho ng 3 kg sô đa /1 t n cát Sô đa s làm đ r n c a màng hydroxyt s t Sauk hi xát ph i r a đả ấ ẽ ộ ắ ủ ắ ả ử ể

lo i bùn ra.ạ

Ph ươ ng pháp tuy n n i: ể ổ Đây là m t trong nh ng phộ ữ ương pháp có hi u qu nh t H n h p cátệ ả ấ ỗ ợ

và nước được tr n v i tác nhân t o b t ; do các h t cát th ch anh a nộ ớ ạ ọ ạ ạ ư ước b th m ị ấ ướt chìm

xu ng còn các khoáng t p ch t ghét nố ạ ấ ước nên không b th m ị ấ ướ ẽt s dính vào các bong bóng và

n i lên trên Tác nhân làm n i thổ ổ ường là xà phòng sulfat Ngoài ra còn có th dùng axit oleicể

C17H35COOH

Ph ươ ng pháp tuy n n i và xát liên h p ể ổ ợ :Đây là phương pháp liên h p g m 3 quá trình: Làmợ ồ

n i, xát màng và r a Tác nhân làm n i thổ ử ổ ường dùng là xà phòng sulfat và sô đa ( 1t n cát c n 0,3ấ ầ

kg xà phòng và 3 kg sô đa)

Ph ươ ng pháp phân ly đi n t : ệ ừ Cho cát đi qua m t thi t b có kh năng gây nhi m t m nhộ ế ị ả ễ ừ ạ ( nam châm đi n) Các h t cát và các khoáng t p ch t b nhi m t v i m c đ khác nhau s bệ ạ ạ ấ ị ễ ừ ớ ứ ộ ẽ ị phân ly thành các nhóm khác nhau

Ph ươ ng pháp hóa h c: ọ N i dung c a phộ ủ ương pháp này là dùng các axit ho c mu i đ hòa tanặ ố ểmàng hydroxyt s t ho c t p ch t khác T t h n c là dùng clorua hydro đ chuy n s t thànhắ ặ ạ ấ ố ơ ả ể ể ắFeCl3 bay h i Phơ ương pháp hóa h c đ t và ph c t p, thọ ắ ứ ạ ường dùng đ gia công cát cho s n xu tể ả ấ

Sau khi s y, cát đấ ược phân lo i b ng sàng đ lo i b các h t quá l n Các lo i sàngạ ằ ể ạ ỏ ạ ớ ạ

thường dùng là sàng rung, sàng thùng quay c 81 l / cmỡ ỗ 2 Thường khi làm giàu cát người ta đã

th c hi n lo i b c h t không đ t yêu c u nên vi c sàng cát này ng d ng cho cát không ph iự ệ ạ ỏ ỡ ạ ạ ầ ệ ứ ụ ả làm giàu

4.4.2 Gia công nguyên li u d ng c c (đá vôi, tr ệ ạ ụ ườ ng th ch, đôlômit) ạ

Nguyên li u d ng c c thệ ạ ụ ường được gia công theo s đ sau: Đ p – s y – nghi n m n –ơ ồ ậ ấ ề ịphân li – kh t Máy đ p thử ừ ậ ường dùng nh t là máy đ p hàm, có th dùng máy đ p búa,đ p nón.ấ ậ ể ậ ậSau khi đ p s n ph m đậ ả ẩ ược đ a vào máy s y thùng quay và sau đó vào máy nghi n m n Các máyư ấ ề ịnghi n hay dùng là máy nghi n bi, máy nghi n rôlic T t nh t là dùng máy s y nghi n liên h p.ề ề ề ố ấ ấ ề ợ Thi t b phân li hay dùng là sàng, phân li không khí, phân li li tâm.ế ị

C h t yêu c u: Đ i v i đá vôi, đôlômitỡ ạ ầ ố ớ là qua sàng 64l /cmỗ 2( sàng N0-09), v i đá ph nớ ấ qua sàng 49 l /cmỗ 2 ( sàng N0-1,1), v i trớ ường th ch qua sàng 100 l /cmạ ỗ 2 (sàng N0-07) Sau khi phân li b t nguyên li u độ ệ ược đ a qua thi t b kh t đ kh s t r i đ a vào két ch a.ư ế ị ử ừ ể ử ắ ồ ư ứ

4.4.3 Gia công sô đa

Sô đa khan th c ch t là Naự ấ 2CO3, d ng b t tinh th nh m n màu tr ng, r t d tan trongạ ộ ể ỏ ị ắ ấ ễ

nước Có th t ng h p theo Solway: ể ổ ợ NH3 + H2O + CO2 = NH4HCO3

NH4HCO3 + NaCl = NaHCO3 + NH4Cl 2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O

Kh i lố ượng đ đ y c a sô đa dao đ ng r ng, t 0,5 đ n 1,5 kg/dmổ ầ ủ ộ ộ ừ ế 3 Sô đa tinh khi t ch aế ứ 97-99% Na2CO3 Người ta quan tâm đ n sô đa khi n u th y tinh không ch thành ph n hóa màế ấ ủ ỉ ở ầcòn đ m , thành ph n và đ c ng c a các h t C h t sô đa khan không ch nh hộ ẩ ầ ộ ứ ủ ạ ỡ ạ ỉ ả ưởng đ n t cế ố

đ n u th y tinh mà còn đ n v n đ bay b i C h t sô đa thích h p nh t là nh h n c h tộ ấ ủ ế ấ ề ụ ỡ ạ ợ ấ ỏ ơ ỡ ạ trung bình c a cát và đá vôi Sô đa hút m m nh, n u b vón c c ph i qua máy nghi n lô xô đủ ẩ ạ ế ị ụ ả ề ể

đ p t i ra Sô da thậ ơ ường được nh p kh u d ng bao 50 kg hay 100 kg.ậ ẩ ạ

4.4.4 Gia công sulfat natri:

Sulfat natri trên th trị ường có 2 d ng : T m khoáng thiên nhiên ho c t ng h p nhân t o.ạ ừ ỏ ặ ổ ợ ạ

M t s yêu c u k thu t v sulfat natri khan dùng n u th y tinh có th tham kh o nh sau: ộ ố ầ ỹ ậ ề ấ ủ ể ả ư

Sulfat natri r t háo nấ ước nên ph i b o qu n c n th n, n u không đ m có khi r t l n, khiả ả ả ẩ ậ ế ộ ẩ ấ ớ

y ph i s y r i m i nghi n và sàng đ c S y sulfat natri có đ m trên 20% r t khó, vì 32,4

mirabilit ( Na2SO4.10H2O ) s ch y ra trong nẽ ả ước k t tinh c a nó, ch t ch y l ng này bám vàoế ủ ấ ả ỏthành thi t b s y t o thành m t l p v c ng không th s y ho c tháo ra đế ị ấ ạ ộ ớ ỏ ứ ể ấ ặ ược Thường s y sulfatấnatri trong lò s y thùng quay nhi t đ cao ( 650-750ấ ở ệ ộ 0C)

4.4.5 Gia công m nh th y tinh ả ủ

t i các v trí khác nhau trong m t th tích ph i li u nào đó ph i nh nhau và tạ ị ộ ể ố ệ ả ư ương ng v i đ nứ ớ ơ

ph i li u Ch có th t o ra th y tinh có ch t lố ệ ỉ ể ạ ủ ấ ượng t t khi ph i li u th t đ ng nh t.ố ố ệ ậ ồ ấ

nghi n m n đ đ ng nh t c a ph i li u đề ị ộ ồ ấ ủ ố ệ ượ đ m b o h n Nguyên li u càng m n càng khóc ả ả ơ ệ ịphân l p Tuy nhiên nghi n quá m n d bay b i và t n năng lớ ề ị ễ ụ ố ượng nghi n.ề

Đ m c a nguyên li u nh hộ ẩ ủ ệ ả ưởng đ n đ đ ng nh t c a ph i li u Nguyên li u khô r tế ộ ồ ấ ủ ố ệ ệ ấ khó tr n đ u và d b phân l p khi v n chuy n Ph i li u quá m d b vón c c và tiêu t n năngộ ề ễ ị ớ ậ ể ố ệ ẩ ễ ị ụ ố

lượng bay h i m Mu n làm m ph i li u, ngơ ẩ ố ẩ ố ệ ười ta làm m cát trẩ ướ ồc r i m i tr n các c u tớ ộ ấ ử khô khác vào Khi đó các h t cát đạ ược bao b c b i các c u t khác và đ ho t tính c a cát tăngọ ở ấ ử ộ ạ ủlên Lượng nước dùng làm m cát ph thu c vào đ m ban đ u c a nguyên li u Đ m c aẩ ụ ộ ộ ẩ ầ ủ ệ ộ ẩ ủ

ph i li u sô đa kho ng 4-5%, còn ph i li u sulfat t 4 đ n 7%.ố ệ ả ố ệ ừ ế

Ch t lấ ượng và th i gian tr n đờ ộ ược xác đ nh b i c u trúc c a máy tr n, c th là chi u dàiị ở ấ ủ ộ ụ ể ề

đường đi, đ c tính chuy n đ ng c a các h t catstrong máy tr n Các h t chuy n đ ng càng ph cặ ể ộ ủ ạ ộ ạ ể ộ ứ

t p, ph i li u đạ ố ệ ược tr n càng nhanh và đ u h n Lo i máy tr n thộ ề ơ ạ ộ ường dùng là máy tr nđĩa t cộ ố

đ cao làm vi c gián đo n Th i gian tr n t 2 đ n 5 phút Đ đ m b o thành ph n ph i li u, cácộ ệ ạ ờ ộ ừ ế ể ả ả ầ ố ệ

c u t nguyên li u ph i đấ ử ệ ả ược cân chính xác v i sai s cho phép ớ ố `0,3% và được ki m tra thể ườ ngxuyên

Phương pháp v n chuy n nh hậ ể ả ưởng r t nhi u đ n ch t lấ ề ế ấ ượng ph i li u Ngay c nh ngố ệ ả ữ

m ph i li u đã tr n đ ng nh t nh ng do v n chuy n không c n th n v n b phân l p vì trongẻ ố ệ ộ ồ ấ ư ậ ể ẩ ậ ẫ ị ớthành ph n ph i li u các c u t khác nhau có tr ng lầ ố ệ ấ ử ọ ượng riêng và c h t khác nhau Đ tránhỡ ạ ểphân l p c n rút ng n quãng đớ ầ ắ ường v n chuy n, gi m các ch r ngo c, tránh các va ch m vàậ ể ả ỗ ẽ ặ ạ

gi m vi c đ ph i li u t thi t b này sang thi t b khác.ả ệ ổ ố ệ ừ ế ị ế ị

Trong quá trình s n xu t ph i thả ấ ả ường xuyên ki m tra ph i li u đ k p th i phát hi n cácể ố ệ ể ị ờ ệ

trường h p cân sai, cân không đúng đ n, ph i li u tr n không t t, ph i li u b phân l p… Nh ngợ ơ ố ệ ộ ố ố ệ ị ớ ữ

hi n tệ ượng này luôn nh hả ưởng x u đ n ch t lấ ế ấ ượng c a s n ph m th y tinh ủ ả ẩ ủ

4.5.2 Tính toán ph i li u đ n u th y tinh ố ệ ể ấ ủ

Vi c tính toán ph i li u d a vào thành ph n hóa h c c a các nguyên li u đệ ố ệ ự ầ ọ ủ ệ ượ ử ục s d ng,thành ph n hóa c a th y tinh c n n u Thành ph n hóa c a th y tinh thầ ủ ủ ầ ấ ầ ủ ủ ường được di n t b ngễ ả ằ

% ôxyt, b ng công th c phân t ho c b ng ph n ph i li u Trong tính toán ta qui ằ ứ ử ặ ằ ầ ố ệ ước là th y tinhủ

ch đỉ ượ ạc t o thành t các ôxyt Ph i li u ban đ u đừ ố ệ ầ ược tính toán theo 100 ph n tr ng lầ ọ ượng th yủ tinh ( ph n ánh thành ph n th y tinh rõ ràng), sau đó chuy n sang 100 ph n tr ng lả ầ ủ ể ầ ọ ượng cát( giúp cho khâu chu n b ph i li u d dàng ).ẩ ị ố ệ ễ

Tính toán ph i li u theo 100 ph n tr ng lố ệ ầ ọ ượng th y tinh là vi c gi i h phủ ệ ả ệ ương trình v iớ

s phố ương trình b ng s ôxyt n m trong th y tinh ằ ố ằ ủ

Ví d : ụ Tính ph i li u cho th y tinh có thành ph n % nh sau: ố ệ ủ ầ ư

SiO2 69,23 ; CaO 8,90 ; Na2O 15,00 ; Al2O3 2,34 ; MgO 0,80 ; B2O3 2,50 ; BaO 1,26

lượng SiO2 chi m 69,23 ph n Lế ầ ượng SiO2 này t cát cung c p ừ ấ [ 0,9833.X] ph n tr ng lầ ọ ượng,

t đá vôi [0,007.Yừ ] ph n tr ng lầ ọ ượng, t trừ ường th ch [0,6625 Z] ph n tr ng lạ ầ ọ ượng t đôlômitừ[ 0,0046 T] ph n tr ng lầ ọ ượng Phương trình v i SiOớ 2 có d ng:ạ

C thụ ể : Sô đa bay h i 3,2 % nên lơ ượng sô đa c n thi t ph i làầ ế ả

[ Al2O3] 12,63 x 0,003 = 0,038 ptl[Fe2O3 ] 12,63 x 0,002 = 0,025 ptl[MgO ] 12,63 x 0,002 = 0,025 ptl

T trừ ường th chạ [ SiO2] 10,43 x 0,6625 = 6,9 ptl

[ Al2O3] 10,43 x 0,1814 = 1,89 ptl[Fe2O3 ] 10,43 x 0,001 = 0,01 ptl[ CaO ] 10,43 x 0,0066 = 0,07 ptl[ Na2O ] 10,43 x 0.1222 = 1,27 ptl

[ Al2O3 ] 3,54 x 0,005 = 0,018 ptl[CaO ] 3,54 x 0,299 = 1,06 ptl[ MgO ] 3,54 x 0,218 = 0,77 ptl

T BaCOừ 3 [ BaO ] 2,30 x 0,545 = 1,25 ptl

T Hừ 3BO3 [ B2O3 ] 4,45 x 0,5624 = 2,5 ptl

L p b ng ậ ả : B ng 4.2 Thành ph n lí thuy t c a th y tinh ả ầ ế ủ ủ

Hi u su t n u th y tinh ệ ấ ấ ủ : T trên ta th y đ n u 100 ptl th y tinh c n 121,63 ptl ph i li u.ừ ấ ể ấ ủ ầ ố ệ

V y 1 ptl ph i li u t o đậ ố ệ ạ ược bao nhiêu ptl th y tinh, đ y là hi u su t n u th y tinh (X).ủ ấ ệ ấ ấ ủ

X= 100/121,63 = 0,822 = 82,2% Hao h t khi n u Y = 100 % - 82,2 % = 17,8 %ụ ấ

Chuy n ph i li u theo 100 ptl cát ể ố ệ : C 63,26 ptl cát c n 12,63 ptl đá vôi ứ ầ

V y 100 ptl cát s c n X ptlđá vôi ậ ẽ ầ

X = 100 12,63 /63,26 = 19,98 Tương t nh v y tính cho các nguyên li u khác ự ư ậ ệ

Ch ươ ng 5 : Quá trình n u th y tinh ấ ủ

5.1 các giai đo n c b n c a quá trình n u th y tinh ạ ơ ả ủ ấ ủ

Quá trình n u th y tinh có th chia làm 5 giai đo nấ ủ ể ạ : T o silicat, t o th y tinh, kh b t,ạ ạ ủ ử ọ

đ ng nh t và làm l nh ồ ấ ạ

Th c ch t s phân chia này có tính ch t qui ự ấ ự ấ ước, vì gi a các giai đo n không có ranh gi iữ ạ ớ

rõ r t Có l ch có giai đo n đ u và cu i là x y ra tách bi t v i nhau, còn giai đo n 2,3,4 b t đ uệ ẽ ỉ ạ ầ ố ả ệ ớ ạ ắ ầ

g n nh đ ng th i, sau đó gian đo n 2 k t thúc trầ ư ồ ờ ạ ế ước còn 3,4 ti p t c cho đ n cu i quá trình Cácế ụ ế ốgiai đo n x y ra còn tùy thu c vào ch đ làm vi c c a lò V i lò gián đo n n p li u t ng m ,ạ ả ộ ế ộ ệ ủ ớ ạ ạ ệ ừ ẻ các giai đo n x y ra k t c theo th i gianạ ả ế ụ ờ : 1 → 2 → 3 → 4 → 5 V i lò b làm vi c liên t c cácớ ể ệ ụgiai đo n x y ra đ ng th i t i nh ng v trí khác nhau theo chi u dài lò.ạ ả ồ ờ ạ ữ ị ề

5.1.1 Giai đo n t o silicat ạ ạ

a/ Đ c tr ng c a giai đo n ặ ư ủ ạ

Đ u tiên tr ng thái v t lí c a ph i li u thay đ i Trong ph i li u có hi n tầ ạ ậ ủ ố ệ ổ ố ệ ệ ượng :

-Bay h i mơ ẩ-Phân h y các mu i, các hydrat, các ôxyt có hóa tr cao.ủ ố ị-T o thành các h p ch t khíạ ợ ấ

-Chuy n hóa đa hình: ể β Qu c ắ → α Qu cắ → α tridimit → α Cristobalit Quá trình

bi n đ i đa hình này có kèm theo s thay đ i th tích làm xu t hi n các v t n t trên h t cát ế ổ ự ổ ể ấ ệ ế ứ ạ

Ti p t c tăng nhi t đ các c u t c a ph i li u s d n d n tế ụ ệ ộ ấ ử ủ ố ệ ẽ ầ ầ ương tác v i nhau, các ph nớ ả