Công nghiệp silicat 2

Giới thiệu về cộng nghệ silicat: Sản xuất thủy tinh, gốm sứ, xi măng .

CHƯƠNG 2

TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU VÔ CƠ

 Tính chất cơ

TÍNH CHẤT CƠ

Là tính chất của vật liệu chịu được những ứng suất

phát sinh trong nó trong 1 thời gian dài mà

VẬT LIỆU VÔ CƠ VẬT LIỆU KIM LOẠI

Khi chế tạo và sử dụng cần chú ý đến những đặc điểm riêng

• Tính đàn hồi, tính giòn

• Độ bền cơ học

Modun đàn hồi

Ðộ biến dạng Mối quan hệ giữa ứng suất và độ biến dạng

Vật liệu vô cơ

Kim loại

ÐỘ BỀN CƠ HỌC

Ðộ bền lý thuyết: σ lt = ( 2 . E . γ / a )2/2 (Orowan)

ÐỘ BỀN LÝ THUYẾT ÐỘ BỀN THỰC TẾ

* Sự giảm tiết diện chịu lực của vật liệu (do có lỗ xốp)

* Sự phân bố không đồng đều tải trọng (do sự khác nhau giữa hằng số đàn hồi của các thành phần trong cấu trúc)

* Sự xuất hiện các vết nứt tế vi với chiều dài 10 -3 – 100 µm

Theo Orowan:

2 /

Vật liệu giòn : độ dai phá hủy

2 / 2

) (

Cơ tính của vật liệu vô cơ

năng lượng liên kết

nguyên tử cấu tạo nên

ÐỘ BỀN CƠ LỚN HƠNKÍCH THƯỚC HẠT TINH THỂ

GIÃN NỞ NHIỆT

Dao động nhiệt phi điều hòa

của các phần tử cấu tạo nên vật liệu

ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ GIÃN NỞ NHIỆT

Hệ số giãn nở

nhiệt dài

Hệ số giãn nở nhiệt thể tích

α

Bảng Hệ số giãn nở nhiệt dài của một số vật liệu

vô cơ tinh thể theo các chiều trục khác nhau

STT Vật liệu x 10 -7 K -1

Vuông góc trục c Song song trục c 1

90 57 115 62 250 270

VẬT LIỆU VÔ CƠ TINH THỂ

Vật liệu thủy tinh

Thành phần

hoá học

Độ bền liên kết Đặc trưng cấu trúc

VẬT LIỆU VÔ CƠ VÔ ĐỊNH HÌNH

VẬT LIỆU VÔ CƠ ĐA PHA

Hệ số giãn nở nhiệt của các pha thành phần

2 /

.

l v c

=

l: quãng đường tự do của photon

ĐƠN TINH THỂ ĐA TINH THỂ

Nguyên tố có khối lượng nguyên tử lớn

Nguyên tố có khối lượng nguyên tử nhỏ

Vật liệu gốm bán dẫn và thủy tinh bán dẫn

 điện tử tự do  độ dẫn nhiệt đặc biệt cao

Lỗ xốp trong vật liệu

* Ở nhiệt độ thấp: độ dẫn nhiệt của không khí trong lỗ xốp thấp  làm giảm khả năng dẫn nhiệt

* Ở nhiệt độ cao: thành phần truyền nhiệt bức xạ tăng  làm tăng khả năng dẫn

nhiệt

TRUYỀN NHIỆT BỨC XẠ

VẬT LIỆU VÔ CƠ

Truyền nhiệt dẫn nhiệt Truyền nhiệt bức xạ

qua pha vô định hình và pha khí

Pha vô định hình và pha khí cao

ở t 0 cao

Truyền nhiệt bức xạ

có thể chiếm ưu thế

PHA VÔ ĐỊNH HÌNH

& PHA KHÍ

NHIỆT BỨC XẠ LỚN

TIA HỒNG NGOẠI

TRUYỀN NHIỆT BỨC XẠ CỦA VẬT LIỆU

VÔ CƠ THƯỜNG ĐÁNG KỂ KHI : T > 3000C CÁC LỖ XỐP KÍCH THƯỚC LỚN LÀM

TĂNG TRUYỀN NHIỆT BỨC XẠ

TRUYỀN NHIỆT BỨC XẠ TĂNG KHI:

• Tỷ lệ pha khí và pha vô định hình tăng

• Nhiệt độ tăng

• Khả năng cho tia hồng ngoại đi qua pha khí

và pha vô định hình tăng

• Kích thước lỗ xốp tăng

ĐỘ BỀN XUNG NHIỆTNhiệt độ thay đổi

Nhiệt độ trong vật liệu

cân bằng chậm

Giãn nở nhiệt khác nhau

tại các vùng khác nhau Ứng suất không đều trong khối vật liệu

Lớn hơn giới hạn bền kéo, bền nén

VẬT LIỆU BỊ PHÁ HỦY

vật liệu chưa bị phá hủy

* Phụ thuộc vào: + độ dẫn nhiệt

+ độ bền cơ học + điều kiện đo đạc + hình dáng và kích thươc mẫu,…

* Để đánh giá tương đối độ bền xung nhiệt của vật liệu vô cơ: công thức Bartenev

* Ðối với vật liệu gốm có thể ứng dụng công thức Haase

TÍNH CH T Ấ

QUANG

sin

=

tốc độ ánh sáng truyền trong chân không

Độ truyền chậm bức xạ điện từ Chiết suất

Thủy tinh Na-Ca: n = 1,5 Cho thêm ion lớn (Ba, Pb, )  tăng chiết suất lên Thủy tinh chứa >90% trọng lượng PbO: n ≈ 2,1

CHIẾT SUẤT CỦA MỘT SỐ VẬT LIỆU

Gốm thuỷ tinh SiO 2 1,458

Gốm thuỷ tinh Na-Ca 1,51

 Chùm ánh sáng tới vuông góc với mặt giới hạn:

R = [(n 2 -n 1 )/(n 2 +n 1 )] 2

Chùm ánh sáng tới không vuông góc với mặt phân cách

 R sẽ phụ thuộc vào góc tới

Ánh sáng truyền từ chân không/không khí vào chất rắn s:

R = [(n s -1)/(n s +1)] 2

Nếu phủ lên bề mặt phản xạ lớp mỏng bằng vật liệu điện môi

(MgF 2 )  tổn hao phản xạ đ/v thấu kính và các dụng cụ

quang học giảm

HẤP THỤ1,8 eV 3,1 eV

Hấp thụ toàn bộ

phổ ánh sáng nhìn thấy

Không hấp thụ phổ ánh sáng nhìn thấy

Hấp thụ một phần phổ ánh sáng nhìn thấy

(độ tinh khiết cao)

Khe vùng

CĂN CỨ VÀO KHẢ NĂNG DẪN ĐIỆN, VẬT RẮN GỒM:

Thuỷ tinh Na-Ca Mica

-15 – 10000 5,4 – 5,7 5,5 – 7,5 6,9 6,0

200 – 1180

3940 – 7875

790 – 1380 985

160 - 1575

(Thường dùng làm đế cầu dao, cách điện đường dây tải điện, tụ điện,….)

TÍNH CHẤT ĐIỆN KHÁC

cực khi vắng mặt điện trường) của chất điện môi

* Làm tụ điện có kích thước nhỏ (hằng số điện môi cực

kỳ cao) , gốm bari titanat BaTiO 3

vài vật liệu có cấu trúc tinh thể phức tạp và có tính đối xứng thấp như BaTiO 3 , PbZrO 3 , BaZrO 3 , NH 4 H 2 PO 4 , thạch anh,…

* Đầu ghi âm, microphone, máy phát siêu âm, đầu đo ứng suất, đầu thu âm

không dẫn điện khi bị tác dụng bởi nhiệt độ