Kỹ thuật tổng hợp vật liệu vô cơ - Chương 9

Chia sẻ: Nguyen Uyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

124
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cơ sở: dựa vào giản đồ biểu diễn sự phụ thuộc vào thành phần pha tạo thành trong hệ phản ứng vào nhiệt độ và hàm lượng chất đầu. Dựa vào giản đồ pha dự đoán có thể tổng hợp vật liệu. Dựa vào giản đồ pha lựa chọn được điều kiện phản ứng: hàm lượng các chất ban đầu, nhiệt độ để tạo được sản phẩm cuối.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Kỹ thuật tổng hợp vật liệu vô cơ - Chương 9

CHƯƠNG 9 - PHƯƠNG PHÁP NẤU CHẢY Ở NHIỆT ĐỘ CAO I. CƠ SỞ LÝ THUYẾT II. CHẾ TẠO THỦY TINH SILICAT III. CHẾ TẠO GỐM THỦY TINH 12/7/2010 604006 - chương 9 1
Ứng dụng giản đồ pha vào quá trình tổng hợp. Cơ sở: dựa vào giản đồ biểu diễn sự phụ thuộc vào thành phần pha tạo thành trong hệ phản ứng vào nhiệt độ và hàm lượng chất đầu. Dựa vào giản đồ pha dự đoán có thể tổng hợp vật liệu. Dựa vào giản đồ pha lựa chọn được điều kiện phản ứng: hàm lượng các chất ban đầu, nhiệt độ để tạo được sản phẩm cuối. 12/7/2010 604006 - chương 9 2
Không thể tổng hợp được hợp chất nào giữa A và B 12/7/2010 604006 - chương 9 3
Có thể tổng hợp AB từ phối liệu có thành phần đúng với AB Nếu thành phần khác có thể tổng hợp AB + A(B) 12/7/2010 604006 - chương 9 4
Kỹ thuật tổng hợp Dựa trên giản đồ pha xác định được phối liệu ban đầ u Nấu chảy ở Nguyên liệu Phối liệu t0 cao (bột) Gia công tạo hình ( Đúc; cán; kéo tạo sợi, màng, tấm; thổi …) 12/7/2010 604006 - chương 9 5
Đúc: Rót vật liệu ở dạng nóng chảy vào khuôn tạo ra sản phẩm có hình dạng như khuôn. 12/7/2010 604006 - chương 9 6
Phân biệt chất rắn tinh thể và chất rắn vô định hình Trạng thái tinh thể Trạng thái thủy tinh -Có tính dị hướng -Có tính đẳng hướng -Các tiểu phân sắp xếp có trật tự -Các tiểu phân sắp xếp có không có hình thù đặc trật tự xa có dạng tinh thể gần xác định trưng -Không có nhiệt độ nóng chảy -Có nhiệt độ nóng chảy xác xác định – có khoảng biến mềm định rồi sau đó chảy lỏng. Trạng thái thủy tinh (không bền) tinh thể (bền) 12/7/2010 604006 - chương 9 7
T í n h c h a át Hình - Giản đồ tính chất – nhiệt độ abcd : vật liệu thủy tinh (tính chất hóa lý thay đổi liên tục) (Tg –Tf : phạm vi chuyển tiếp của thủy tinh) a’b’c’d’: vật liệu kết tinh 12/7/2010 604006 - chương 9 8
Thủy tinh: Không xuất hiện pha mới khi làm lạnh: khi hạ nhiệt độ, độ nhớt của khối thủy tinh nóng chảy tăng lên, khối thuỷ tinh nóng chảy về trạng thái rắn. Quá trình đóng rắn của thủy tinh không xuất hiện pha mới trong hệ. Vật thể kết tinh khi chuyển từ trạng thái lỏng sang rắn, đều có pha mới xuất hiện. 12/7/2010 604006 - chương 9 9
Tóm lại: trạng thái thủy tinh (trung gian giữa trạng thái kết tinh, trạng thái lỏng). Chấp nhận một định nghĩa tương đối dễ hiểu: “Thủy tinh là sản phẩm vô cơ nóng chảy được làm quá lạnh đến trạng thái rắn mà không kết tinh” 12/7/2010 604006 - chương 9 10
Các giả thuyết về cấu trúc thủy tinh • Tammann, 1903 – Coi thủy tinh là hỗn hợp nóng chảy không giải thích được tính chất rắn của thủy tinh • Lebedev, 1921, thuyết cấu trúc vi tinh: xem thủy tinh là những vi tinh thể - không giải thích được tính chất lỏng của thủy tinh (tính đồng nhất, đẳng hướng…) • Zachariasen, 1932 – thuyết cấu trúc liên tục, VĐH được quan tâm • Cho tới nay vẫn còn nghiên cứu 12/7/2010 604006 - chương 9 11
Thuyết cấu trúc liên tục, VĐH của Zachriasen: -Về mặt cấu trúc cũng giống như tinh thể, các nguyên tử sắp xếp trật tự tạo thành mạng lưới ba chiều nhưng mạng lưới này không đối xứng và không tuần hoàn -do sự hỗn loạn đó mà năng lượng thủy tinh lớn hơn tinh thể. 12/7/2010 604006 - chương 9 12
12/7/2010 604006 - chương 9 13
Cấu trúc thủy tinh silicat natri (b) 12/7/2010 604006 - chương 9 14
Điều kiện để tạo thủy tinh + Phụ thuộc vào bản chất của chất nóng chảy : VD: Các oxit có khả năng tạo trạng thái thủy tinh: có khả năng tạo thành cấu trúc khung ba chiều ở trật tự gần. Theo Zachariasen, dựa vào một số tiêu chuẩn về đặc điểm liên kết – cấu trúc: -Nguyên tử oxi có số phối trí 2 -Các nguyên tử khác có số phối trí =3 đỉnh chung tạo lưới ba chiều 12/7/2010 604006 - chương 9 15
F=Z/r2 Các oxit được chia thành 3 nhóm: Caên cöù vaøo löïc töông taùc F cuûa caùc ion coù theå chia caùc cation thaønh ba nhoùm -Nhoùm caùc ion taïo thuûy tinh nhö B3+, Si4+, Ge4+.. coù F khaù lôùn, là các chất khó tạo mầm tinh thể, các chất khi nóng chảy có độ nhớt lớn , các oxit có đặc tính của liên kết ion – liên kết cộng hóa trị (năng lượng liên kết lớn) -Nhoùm caùc ion gaây bieán daïng nhö Na+, Ca2+.. coù F khaù nhoû - Nhoùm caùc ion trung gian nhö Al3+, Ti4+.. coù giaù trò F naèm ôû giöõa hai loaïi treân 12/7/2010 604006 - chương 9 16
F=Z/r2 Ion Baùn kính Vai troø trong caáu truùc Ǻ B3+ 0,20 75,0 Ion taïo thuûy tinh P5+ 0,34 43,2 Si4+ 0,41 23,8 As5+ 0,47 22,6 Ge4+ 0,53 14,2 Be2+ 0,31 20,8 Ion trung gian, baûn thaân Al2+ 0,50 12,0 khoâng taïo thuûy tinh nhöng Ti4+ 0,68 8,7 coù theå tham gia maïng löôùi Zr4+ 0,80 6,3 thuûy tinh cuøng vôùi caùc ion khaùc Mg2+ 0,65 4,7 Ion bieán hình, khoâng taïo Li4+ 0,60 2,78 thuûy tinh laøm yeáu caùc lieân Se2+ 0,99 2,04 keát maïng löôùi Na+ 0,95 1,11 Ba2+ 0,35 1,10 K+ 0,33 0,37 12/7/2010 604006 - chương 9 17
+ Ảnh hưởng của yếu tố khác: Để tạo thủy tinh thì tốc độ tạo mầm nhỏ, tốc độ lớn lên của mầm nhỏ. Phụ thuộc độ quá nguội, tốc độ làm nguội, quá trình ủ Đối với một số oxit có độ nhớt nhỏ chỉ có thể tạo thành trạng thái thủy tinh khi tốc độ làm nguội cao , độ quá nguội lớn để các tiểu phân không kịp sắp xếp tạo mầm tinh thể. Đối với nhóm có độ nhớt lớn, thì tốc độ tạo mầm nhỏ nên ít phụ thuộc yếu tố bên ngoài. 12/7/2010 604006 - chương 9 18
PHÂN LOẠI THỦY TINH VÔ CƠ Có nhiều cách phân loại: Thủy tinh đơn nguyên tử: được cấu tạo từ 1 nguyên tố hóa học (nhóm V, VI) VD: thủy tinh lưu huỳnh, thủy tinh selen, thủy tinh photpho Thủy tinh oxit: chia thủy tinh thành các lớp silicat, borat, photphat, giecmanat, telurit, aluminat 12/7/2010 604006 - chương 9 19
12/7/2010 604006 - chương 9 20