Bài giảng Vật liêu vô cơ

Bài giảng CĐ vật liêu vô cơ Gốm Thuỷ tinh Ximăng- Beton. Giới thiệu Mục đích: Vai trò của vật liệu đối với sự phát triển KHKT Lịch sử phát triển Ứng dụng Phân loại A. Theo quan điểm hoá học 1. Vật liệu kim loại và hợp kim 2. Vật liệu gốm( Phi kim loai) 3. Vật liệu thuỷ tinh 4. Vật liệu kết dính 5. Vật liệu tổ hợp ( compozit) Phân loại B. Theo đặc tính kỹ thuật 1. Vật liệu kim loại 2. Vật liệu gốm 3. Polyme 4. Compozit 5. Vật liệu bán dẫn Chương1. Vật liệu gốm Mỡ đầu Định nghĩa Đặc tính chung:- giòn, dể vỡ,dể rạn - Độ rắn cao, bền nhiêt,môi trường kiềm, axit, OXH-Khử… * Phân loại: - Gốm truyền thống: dân dụng, xây dựng…. Gốm kỹ thuật: Điên, bán dẫn, quang học… Gốm sinh học .. Gốm truyền thống 1. Nguyên liệu: Khoáng vật, sét, hoá phẩm- silicat, aluminosilicat 2. Phương pháp sản xuất a. Chuẩn bị nguyên liệu : thành phần, nghiền, trộn (sự phân bố,cấp hạt,…), Tạo hình ( bàn xoay, ép khô, bán khô, lento, đỗ rót), sấy khô ( lò sấy, phơi khô,) sữa chữa dáng hình mộc, phủ men, màu, Nung thiêu kết( lò nung tuynen, lò thường…), sản phẩm Gốm kỹ thuật (tiền tiến) 1. Đáp ứng các ngành CN và KHKT a. Cấu trúc đặc biệt b. Tính chất lý, hoá, đặc biệt phù hợp với lĩnh vực sử dụng c. Phương pháp điều chế:đúc rót, pha rắn, sol-gel, phun thuỷ lực pha hơi, kết tinh từ pha thuỷ tinh, thuỷ nhiêt, đồng kết tủa,vận chuyển pha khí, khử điện hoá, Hoá học mềm, nội phân tử… KHOA HỌC VẬT LIỆU 1.Vật liệu vô cơ 2. Vật liệu hữu cơ 3. Vật liệu kết hợp vô cơ - Hữu cơ. 1.1. Vật liệu vô cơ: a. Kim loại , hợp kim b. Phi kim loại: Gốm, sứ, thuỷ tinh, ximăng, beton. 2.1. Vật liệu polyme( tự nhiên và tổng hợp) Khoa học vật liệu 3.1. Vật liệu kết hợp vô cơ - Hữu cơ. Vật liệu compozit Vật liệu Vật liệu kết dính Vật liệu nano Vật liệu thông minh. Sự khác nhau của các loại gốm Môi trường nung(oxh- khử, khí trơ..) Sản lượng sản phẩm Giá trị sử dụng: a. Dân dụng b. Xây dựng c. Mỹ nghệ d. Kỹ thuật điện , điện tử, công nghệ cao 2. Cấu tạo và đặc trưng của gốm 2.1. Cấu tạo: Trạng thái rắn, thiêu kết. Cấu trúc tinh thể: a. Loại đơn pha b. Loại đa pha c. Mạng tinh thể gồm phân mạng anion gói gém chắc đặc ( lập phương, tứ phương, lục phương, đơn tà, tam tà, mặt thoi, hình thoi) Các cation phân bố vào các hốc trống tứ diện và bát diện 3.Tính chất 1- Hoá học: - Bền trong môi trường axit, kiềm, Oxi hoá-khử 2. Cơ, lý Bền cơ học, nén, ép, uốn Điện môi, dẫn điên, bán dẫn,siêu dẫn,quang dẫn, từ tính… Thương tích với cơ thể 4. Các phương pháp tổng hợp 1. Điều kiện: - Dựa vào đặc tính sản phẩm - Dựa vào điều kiện kỹ thuật Vật liệu gốm dạng bột ( nano, micro, milimet Thiêu kết bột gốm thành linh kiện( khuôn) Gốm màng mỏng ( film) Gốm sợi, b. P.Pháp: nhiệt độ cao, áp suất cao, pha hơi c. Phương pháp: khô, ướt, khí Phương pháp điều chế Phương pháp truyền thống -a. Phản ứng xẩy ra ở các pha rắn: Cơ chế: Chất tham gia phản ứng nằm định vị ở vị trí nút mạng của chất đầu Phản ứng xẩy ra ở bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha rắn. Ví dụ: MgO + Al2O3 = MgAl2O4 ( 1 ) lập p Lục P Lập phương Cation Al trong Oxit và spinen có SPT= 6( hốc bát diện) Cation Mg trong oxit có SPT = 6, trong spinen = 4 Phân mạng anion oxy trong oxit nhôm chuyển sang spinen Cơ chế Phản ứng (1) có Entalpy, năng lượng tự do âm phản ứng tự xẩy ra,nhưng tốc độ rất chậm. 1200oC mới tạo lớp SP mỏng ở biên giới( giai đoạn tạo mầm). a. Quá trình tạo mầm SP (mỏng) ở bề mặt 2 pha rắn Phá đứt LK củ tạo LK mới Kiểu phản ứng a.Epitaxit: -Cấu trúc tinh thể của SP và chất đầu giống nhau -Cấu trúc bề mặt tiếp xúc của sản phẩm và chất phản ứng giống nhau ( đi xa vào bên trong của tinh thể thì tính đồng nhất không còn nữa) b.Topotaxit (Đi xa vào bên trong thì tính đồng nhất vẫn còn) dẫn đến dể tạo mầm. Kiễu phản ứng Định hướng tạo mầm SP ( 3 điều kiện) - Kích thước tế bào ( a,b,c khác nhau 0 và ΔG  0 Phản ứng pha rắn xẩy ra phụ thuộc vào nhiệt độ theo định luật Kiecxop: ΔGoT = ΔHo – ΔaTlnT- Δb/2T2 - Δc/2T-1 + YT + ΔG = f (T) tính được ΔGoT của các phản ứng ở các nhiệt độ khác nhau. P.P. tổng hợp ở nhiệt độ cao tự lan truyền (SHS) 1. Lợi dụng lượng nhiệt toả ra lớn của chất phản ứng 2. Ví dụ: Điều chế Spinen NiAl2O4 từ MgO và bôt Al hoặc từ Al2O3 với bột Mg đốt cháy. Nhiệt xẩy ra tức thời, mạnh lan truyền tạo cho phản ứng dễ xẩy ra. 3. Phản ứng xẩy ra nhanh, tiết kiệm năng lượng, ít chất thải, ít ảnh hưởng đến môi trường. 4. khuyết điểm: sản phẩm dễ lẫn tạp chất, tinh thể không đồng nhất. P.P precursor 1. Tăng diện tích tiếp xúc ( DTBM) lớn, tăng tốc độ phản ứng, giảm nhiệt độ thiêu kết 2.Quá trình khuếch tán: phân tử và nguyên tử A) Phân tử: PP. đồng kết tủa, Sol-gel, thuỷ nhiệt B) Nguyên tử(ion): PP. đồng tạo phức(đa nhân), kết tinh tạo dung dịch rắn, muối kép… P.P. đồng kết tủa 1.Bảo đảm kết tủa đồng thời của hỗn hợp kim loại 2. Bảo đảm đúng thành phần tỷ lệ trong kết tủa, trong sản phẩm 3. Phân huỷ nhiệt 4. Giảm nhiệt độ thiêu kết. 5. Khuyết điểm: Sản phẩm ít đạt được đúng hợp thức. P.P sol-gel 1. Nguyên lý: tạo sol và gel a) Phân tán chất rắn từ cấp hạt lớn sang bé b) Dùng dung môi để thuỷ phân tao keo 2. Sơ đồ: Phân tán ( thuỷ phân)sol( huyền phù)già hoá(nhiệt độ)gel(rắn, nữa rắn,keo,polyme)  sấy  nung  sản phẩm. Ưu diểm: Góm bôt, cỡ hạt nhỏ nm, micromet… Màng mỏng, sợi…. Nhiệt độ thiêu kết thấp, tinh thể đồng nhất, tinh khiết Khuyết điểm: Giá thành cao. 3. Cơ chế: Si(OR)4 + H2O = Si(OH)4 + ROH Si(OH)4 + Si(OH)4  (OH)3-Si-O-Si(OH)3  tạo không gian 3 chiều(gel) P.P. kết tinh 1.Tạo pha rắn: từ pha lỏng, pha thuỷ tinh Sản phẩm thu được đơn tinh thể kích thước lớn Sản phẩm khối rắn chắc chứa nhiều loại tinh thể Tổng hợp dựa trên cơ sở giản đồ trạng thái Mầm tinh thể (chất gây mầm, chất xúc tác) từ pha thuỷ tinh P.p phản ứng xâm nhập 1. Phản ứng xâm nhập (P. Ư bánh kẹp), Cho phân tử, nguyên tử, ion xâm nhập vào mạng lưới tinh thể của một chất nền ( có cấu trúc mở,khe, rãnh, hốc trống…) Ví dụ: Grafit, fulleren C60,disufua kim loại chuyển tiếp….khoáng sét…zeolit. Phản ứng trao đổi cation 1.Cho ion từ môi trường ngoài thay thế vị trí ion trong chất nền Yêu cầu ion trao đổi chất nền phải có độ linh động cao ( tạo dung dịch rắn thay thế….) Ví dụ: trao đổi ion trong cấu trúc beta Al2O3 (Na2OmAl2O3( m= 5 – 11) + 2MNO3= pha rắn pha nóng chảy M2OmAl2O3 + NaNO3 M = Li, K, Rb, Ag, Cu, NH4, In, Ga P.P. điện hoá, hoá học mềm Trên cơ sở chất nền có tinh thể dạng cấu trúc lớp, rãnh.. Thực hiện phản ứng xâm nhập, trao đổi ion Bằng thủ thuật điện hoá Nấu nóng chảy Khử điện hoá bằng cách điện phân tạo những mức oxihoa thấp nhất, hoặc khử các anion Ứng dụng: Tạo màng phủ, màng mỏng, Tạo hợp chất trung gian kém bền… P.P Áp suất cao, thuỷ nhiệt Thiết bị nén có áp lực lớn tại một điểm nhỏ Nhiệt độ kết tinh trong bình có thể cao hàng nghìn độ Thuỷ nhiệt là p.p dùng nước dưới áp suất cao và nhiệt độ cao hơn điểm sôi bình thường: - nước đóng vai trò môi trường truyền áp suất - Nước đóng vai trò dung môi để hoà tan chất phản ứng ( tạo pha lỏng hay pha hơi) Tạo được sản phẩm có cấu trúc tinh thể bất thường,khối lượng riêng lớn, kiểủ phối trí mới, kiểu liên kết hoá học mới và những mức oxyhoá bất thường… P.P có sử dụng pha hơi 1. Vận chuyển trong pha hơi( CVT): A (rắn) + B( khí)  AB (khí), H > 0 Tinh chế chất rắn, chuyển chất rắn từ bột thành dạng tinh thể hoàn chỉnh có kích thước lớn hơn. 2. Phân huỷ hoá học từ pha hơi (CVD) xA(khí) + yB(khí)  AxBy( rắn) Ứng dụng để tạo vật liệu màng mỏng, phủ… P.P nuôi đơn tinh thể Điều chế đơn tinh thể có cấu trúc hoàn chỉnh, tinh thể lớn Kết tinh từ dung dịch lỏng có mặt của dung môi thích hợp, nấu nóng chảy từ một chất nguyên chất từ bột đa tinh thể. Có 3 nhóm nuôi: 1. P.P kết tinh từ dung dịch 2. Kết tinh từ pha nóng chảy 3. Nuôi tinh thể từ pha hợi Men ( frit) 1.Công thức: Seger 1,0 RO mAl2O3.nSiO2 (Oxit: bazơ, axit, lưỡng tính),R =Na, K,Li,Cs, Ca, Mg, Sr,Ba,Pb, Zn. B2O3. RO= const. tỉ lệ m/n = 1-9;11; y= n/1+m > 1, y=1,3 – 3.khi n càng lớn y >1 thì men có độ nóng chảy cao. + Độ nóng chảy của men phụ thuộc vào Thành phần hoá học men Nhiệt độ nung, thời gian nung Độ mịn nguyên liệu. Tính chất Tính chất của men gần với tính chất của xương gốm (độ tương hợp) Tính chất cơ: - Độ bền chống vết vạch - Độ lún - Chống mài mòn Tính chất điên: - Cách điện tốt - Chống bong men - Chống nứt, rạn Độ bền hoá: - Chống ăn mòn môi trường oxihoa-khử, axit, bazơ, các khí… Chất màu cho đồ gốm 1.Đặc tính : - Tông màu, cừơng độ màu - Bền nhiệt, bền hoá (axit, kiềm,) - Bền với ánh sáng, khí quyển, môi trường oxihoa-khử - Bền với men nóng chảy ở nhiệt độ cao Phân loại màu 1.Màu trên men: - Vẽ trên sản phẩm đã tráng men chín, hấp chín ở nhiệt độ thấp 600-700oC - Chất màu + chất chảy tạo độ bám, độ bóng cho sản phẩm Ánh quang yếu, hình vẽ nỗi dể bị mài mòn. 2. Màu dưới men: - Vẽ trên sản phẩm mộc,tráng men, nung chin ở nhiệt độ cao - Nhiệt độ nung chín = 1250oC - Nhiệt độ nung chín > 1300oC Men màu - Tiếp xúc với xương và lớp men nên phải bền nhiệt, hệ số giản nở nhiệt phải tương đương - Tồn tại ở các dạng hợp chất silicat, aluminat, aluminosilicat - Độ ánh sáng đẹp, ánh quang cao, bền với môi trường, chịu mài mòn - Yếu điểm: ở nhiệt độ cao màu dể bị biến đổi Cơ sở lý thuyết 1. Chất màu trên cơ sở mạng lưới tinh thể ( chất nền) bảo đảm các tính chất của gốm Bảng 1. Tính chất của một số chất nền a. Đưa ion ( nguyên tố chuyển tiếp, đất hiếm họ d, f) tạo màu vào chất nền Hợp chất Nhiệt độ nóng chảy Spinen MgAl2O4 1850oC Zircon ZrSiO4 1750 Casxiterit SnO2 1300 Corun Al2O3 2050 Grenat 3MO.M2O33.SiO2 1600 Silimanit Al2O3.SiO2 1750 Mullit 3Al2O3.2SiO2 1850 Cordierit 2MgO.2Al2O3.5SiO2 1500 Rutin TiO2 1400 Sphen CaOAl2O3SiO2 1250 Cơ sở 2. Tạo dung dịch rắn a. Dunh dịch rắn thay thế: đơn, kép b. Dung dịch rắn xâm nhập: cation, anion 3. Cơ chế phản ứng: a. Phản ứng pha rắn: Nhiệt độ cao  dẫn đến p. ư phức tạp  nhiều giai đoạn phát sinh khuyết tật phá vỡ mạng lưới xây dựng lại mạng lưới mới( sản phẩm) B. Quá trình chuyển dạng thù hình khuếch tán cation kết khối  tái kết tinh  SP Cơ chế 4. Tốc độ phản ứng: phụ thuộc: - Bản chất của chất p. ư - Diện tích bề mặt tiếp xúc - Nhiệt độ phản ứng - Thời gian phản ứng Quá trình phản ứng xẩy ra:Các hạt phản ứng bị bao phủ bởi sản phẩm: - V sp Vcđ + xốp, không cản trở k.t + Bọc kín, cản trở k tán + Tốc độ p. ư nhanh + Tốc độ p. ư. chậm Cơ sở 3. Nhiệt động học Năng lượng tự do âm. Tạo sản phẩm trung gian khi cấu trúc tinh thể của chất đầu khác nhiều với cấu trúc SP Cấu trúc tinh thể SP gần với cấu trúc chất đầu tạo nên quá trình nhiều SP trung gian tạo thuận lợi về mặt năng lượng tự do Phản ứng xẩy ra giữa các chất rắn thường phát nhiệt Theo Vanhop: Khi đạt trạng thái cân bằng hình thành tinh thể trộn lẫn( d.d răn) G  0 xẩy ra khi: + Hiệu ứng nhiệt khá bé  0 + Có sự hoà tan tương hỗ giữa các pha S  0 + Có sự tham gia của pha lỏng hay khí S > 0 và G  0. + Ảnh hưởng nhiệt độ: theo định luật Kiêcsôps …G = f (T) …G(t) = …H …aTlnT - 1/2 …bT2 - (…c/2T-1 ) + YT Cơ sở 4. Vai trò chất khoáng hoá: a.Định nghĩa: Thúc đẩy nhanh phản ứng, giảm nhiệt độ thiêu kết. b.Các chất được sử dụng: Hợp chất của bo, Muối kim loại kiềm, hợp chất chứa flo, một số oxyt V2O5, La2O3… c.Cơ chế:- Tạo pha lỏng ( etecti) - Sức căng bề mặt, tính thấm ướt, dể hoà tan,tạo pha lỏng đồng nhất, dể khuếc tán, dể tiếp xúc, phản ứng dể xẩy ra. - Bộ khung silicát SiO4 bền , B2O3 làm phá vỡ liên kết -Si-O-Si-O- vì Si-O = 1,64, E= 451kj/mol,còn B-O 1,36, E = 514kj/mol B3+ điện tich lớn, r=0,2 rất bé làm phân cực hoá tốt - Ion F- thay thế ion O-2 trong ion silicat làm đứt cầu nối Si-O dễ. Tổng hợp chất màu 1. Tổng hợp trên các chất nền: theo bảng 1 2. Các Phương pháp tổng hợp: giống các p.p tổng hợp gốm 3. Một số chất màu thông dụng: Màu xanh lam: các hợp chất silicat của coban, vanadi Màu vàng: Các hợp chất chứa antimon, crom, titan, vanadi,selen, catdimi, chì, thiếc.. Màu xanh lục: Các hợp chất chứa crom, niken, coban, praziôdim, … Màu hồng, đỏ, tía: Các hợp chất chứa sắt, crom, selen, cadimi, đồng, mangan… Vật liệu thuỷ tinh 1. Định nghĩa: - Làm lạnh một hỗn hợp nóng chảy, không gây mầm kết tinh cho đến khi độ nhớt tăng cao không hình thành chất rắn có đặc tính đàn hồi - Chất rắn vô định hình, không có trật tự và sự phân bố các nguyên tử không có tính chu kỳ ( chất rắn không kết tinh) Phương pháp điều chế 1. Nguội lạnh hỗn hợp nóng chảy 2. sấy khô gel 3. Lắng đọng từ pha hơi Sự phân loại thuỷ tinh 1. Thuỷ tinh silicat 2. Thuỷ tinh borat 3. Thuỷ tinh chancogel 4. Thuỷ tinh bán dẫn 5. Thuỷ tinh kim loại 6. Gốm thuỷ tinh Ứng dụng 1.Chịu nhiệt, chịu bền nén, chịu va đập, trong suốt, chống tia tử ngoại,tia X, quang học , đổi màu….. 2.Tạo vật liệu có tính năng nỗi trội như: . Thuỷ tinh cách âm, cách nhiệt( khuôn 2 lớp chân không, khí trơ…) 8. Kính an toàn: Kính trang trí… Phương pháp nghiên cứu Nhiễu xạ tia X Phân tích nhiệt DTA-TG, TMA SEM, TEM Phổ hồng ngoại, tử ngoại Phổ khối Cộng hưởng từ hạt nhân ……. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự tạo thuỷ tinh Độ điện âm, kiểu liên kết - Độ nhớt-cấu trúc 1. Thuỷ tinh oxyt: MxOy Điều kiện: Độ điện âm M ≠ O khác nhau không nhiều Tạo liên kết kiểu ion ( hỗn hợp liên kết ion và cộng hoá trị) Cấu trúc không gian 3 chiều khung polime Oxyt tạo thuỷ tinh Trình bày trên hình B C N O Al Si P S Zn Ga Ge As Se Cd In Sn Sb Te Tl Pb Bi Các Oxyt: B2O3, SiO2, GeO2, P2O5 tạo thuỷ tinh Các oxit xung quanh có thể tạo thuỷ tinh nhưng phải có điều kiện * Ngội lạnh tốc độ nhanh * Kết hợp với một oxyt không tạo thuỷ tinh. Độ nhớt 1. Pha lỏng có To > Tnc tạo độ nhớt 2. Độ nhớt cao ≥ 107 poa 3. Độ nhớt phụ thuộc: - Cấu trúc tinh thể của các oxit - Kiểu liên kết hoá học - Chất lỏng ở trạnh thái quá lạnh không bền - Sự phân bố các nguyên tử trong chất lỏng quá lạnh Ảnh hưởng của cấu trúc-Qui tắc Dakhariacen 1. Nguyên tử oxy trong oxit phải có số liên kết cực đại với 2 nguyên tố khác - O – 2. Số phối trí của nguyên tố đó không lớn 2, 4 3. Nguyên tố đó tạo với oxy những đa diện không lớn và nối với nhau qua đỉnh, kông qua mặt, cạnh 4. Các đa diện nối với nhau qua đỉnh tạo thành mạng lưới không gian 3 chiều Ví dụ: O O O Si Si O O O Hạn chế: - Không giải thích được một số oxit tạo thuỷ tinh không tồn tại dưới dạng không gian 3 chiều Dùng thêm tiêu chuẩn Xan và Rouson Oxyt dể tạo thuỷ tinh phải là có liên kết rất bền giữa O với nguyên tố đó Nhiệt độ nóng chảy thấp ( giải thích cho các oxyt hỗn hợp tạo điểm ơtecti. Nhiệt động học Hình Sự phụ thuộc của thể tích hệ vào nhiệt độ làm lạnh 1. Khi T tăng thể tích tăng 2. Khi làm lạnh khối nóng chảy xẩy ra 2 quá trình: Nhiệt độ thấp hơn nhiệt nóng chảy một ít sẽ làm bắt đầu kết tinh tinh thể Bị quá lạnh không kết tinh và chuyển sang trạng thái thuỷ tinh Tg ΔGpl1 + ΔGpl2 -> phân lớp ΔG = ΔH – TΔS, khi trộn 2 pha lỏng đồng thể thì ΔS tăng Phương pháp điều chế Nấu nóng chảy Từ hệ lỏng sol-gel Ngưng tụ từ pha hơi (CVD) 1. Qui trình: Gia công nguyên liệu, phối liệu Nấu thuỷ tinh Ủ Tạo hình sản phẩm Ủ, khử ứng lực Gia công bổ sung Tính chất 1. Độ nhớt: phụ thuộc vào thành phần, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ nung, thời gian nung Tinh chế khối nóng chảy bằng cách đuổi bọt khí Làm lạnh đến nhiệt độ hoá thuỷ tinh Bỏ các ứng suất cơ học bằng: ủ, tôi Nhiệt độ biến mềm thuỷ tinh: mờ đục, trong suốt Độ dẫn điên ion Nhiệt độ thường cách điện 10-10 đến 10-20(Ώcm) Nhiệt độ tăng, phân cực ion, tăng độ linh động độ dẫn điện tăng lên.( hàng rào năng lượng E giảm) Hiệu ứng đa kiềm Hệ thuỷ tinh silicat: 1. Chứa 1 kim loại kiềm 2. Chứa hai kim loại kiềm Thuyết Hendrison và Brây: Năng lượng tương tác giữa các cation kim loại khi được phân bố cạnh nhau do có tần số giao động ע khác nhau Độ đồng vị của nguyên tố Tuỷ tinh công nghiệp 1. Thuỷ tinh thạch anh 2. Thuỷ tinh xây dựng, dân dụng 3. Thuỷ tinh Vicor ( 96% SiO2) 4. Thuỷ tinh pyrex ( SiO2> 96%) 5. Thuỷ tinh quang học ( PbO) 6. Thuỷ tinh màu ……… Thuỷ tinh chalcogen 1. S, Se nấu nóng chảy  khối lỏng nhớt ngội lạnh  tạo thuỷ tinh Nhiệt độ nóng chảy, độ nhớt, chuyển hoá thù hình, thay đổi cấu trúc: xuắn, cắt, nối mạch, tạo polime Ảnh hưởng của tạp chất  cấu trúc thay đổi 2. Thuỷ tinh thành phần hỗn hợp: Khi thêm các nguyên tố nhóm IV, V độ bền nhiệt tăng, bền không khí , trách hiện tượng mờ đục Tính chất Tính chất điện Bán dẫn Chất vô định hình khác chất tinh thể: 1.Cấu trúc 2. Thành phần thay đổi, tinh thể thì chính xác 3.Thay đổi hình dạng dể dàng 4. Bán dẫn tinh thể nhạy cảm với tạp chất, vô định hình thì không Thuỷ tinh kim loại 1.Cấu trúc: không có liên kết định hướng giữa nhân nguyên tử và e chuyển điện tích Kim loại lỏng kết tinh không làm đứt liên kết cộng hoá trị Gói gém chắc đặc không có trật tự của các khối cầu có kích thước khác nhau 2. Tính chất: Có nhiều tính bất thường: + Độ bền cao ( có sự lệch mạng,không có biên giới giữa các hạt), + Dẻo + Bền với hoá chất + Lực klháng từ bé, dể nhiễm từ và dể khử từ + 3. Điều chế: PP tôi cực nhanh, PP tôi phun dưới áp suất cao giọt kim loại bắn ra với tốc độ cạo Gốm thuỷ tinh 1.Định nghĩa: Là chất tinh thể điều chế từ vật liệu đầu là thuỷ tinh. 2. Cấu trúc: Tinh thể + vô định hình 3.Tính chất: Điều chỉnh thành phần có tính chất mong muốn như: hệ số giãn nở nhiêt, độ co giãn… Có tính chất của gốm: giòn, dể vỡ, bền cơ ở nhiệt độ cao, bền nhiệt… Có tính chất của thuỷ tinh: gìon, không có lỗ trống, độ chắc đặc cao, bền môi trường OXH-khử, không khí 4. Điều chế: Giống thuỷ tính nhưng cho thêm mầm tinh thể kết tinh Chuẩn bị dung dịch keo ( mầm dị thể) Thêm các cấu tử tinh thể ( mầm dị thể) Tạo mầm đồng thể 1. Những hệ gốm thuỷ tinh phổ biến Li2O – SiO2; Li2O- SiO2- Al2O3; MgO- SiO2-Al2O3… 2.Tính chất: Độ bền cao đối với lực va đập, lực biến dạng Độ chắc đặc cao, độ mài mòn thấp Bền nhiệt, bền cơ, cách nhiệt tốt, Thay đổi màu đối với ánh sáng… 3. Ứng dụng Vật liệu chịu ứng lực Đế phủ kim loại Võ bảo vệ ở nhiệt độ cao…. Chương 3. Xi măng và bê tông 1.Định nghĩa: Hỗn hợp các chất vô cơ khi trộn với nước tạo thành khối vữa dẻo sau đó đóng rắn thành đá cứng. 2.Phân loại: - Xi măng poclăng thường (PC) gồm khoáng clinke và CaSO4.2H2O + phụ gia trôn <10% nghiền mịn: PC -30, …PC-50 max xi măng có Rn ở 28 ngày - Xi măng poclăng hỗn hợp (PCB): PCB-30.. 3. Thành phần của clinke: + Oxyt: CaO = 63- 67%, SiO2= 21 – 24%, Al2O3 =4 – 8%, Fe2O3 = 2 – 4% và 1 số oxit tạp chất: MgO, CaO, M2O + Pha khoáng: C3S = 37 – 65%, C2S = 10 – 37%,C3A = 5 -15%, C4AF = 10 – 18% và pha thuỷ tinh Công nghệ sản xuất xi măng Nguyên liệu: khoáng sét, đá vôi, khoáng chứa sắt,bauxit chứa trong các bồn Nhiên liệu: than, dầu,… Cân nguyên liệu( theo thành phần hoá học) Nghiền mịn các nguyên liệu Trộn đều đủ độ ẩm Nung thiêu kết trong lò có các vùng nhiệt độ ( lò quay, lò đứng) Ủ nhiệt ( clinke) trong xyclo Nghiền mịn ( clinke, thạch cao, phụ gia) Thu sản phẩm (đóng bao ). Phương pháp sản xuất 1. Phương pháp ướt 2. Phương pháp khô 3. Công nghệ lò quay 4. Công nghệ lò đứng + ưu điểm của phương pháp + Khuyết điểm của phương pháp Phản ứng hydrat hoá của ximăng C3S + H2O = CSH + 2Ca(OH)2 C2S + H2O = CSH + Ca(OH)2 C3A + H2O = CAH + Al(OH)3 C4AF + H2O = C4AFH Quá trình xẩy ra: qua 4 giai đoạn 1. Khi thuỷ hoá tạo: CSH dẻo đông đặc  Hoá rắn 2. quá trình tạo enttringit C3A + CaSO4.2H2O = {[Ca2Al(OH)6]2Ca2(SO4)3.25H2O.Khi CaSO4 hết nồng độ SO4 giảm enttringit tan ra tạo SO4 phản ứng tiếp với C3A tạo monosunfoaluminat hydrat ; 2(3CaO.Al2O3) + 3CaOAl2O3.3CaSO4.32H2O + 22H2O = 3( 3CaOAl2O3.CaSO418H2O. Đá xi măng-betong-bêtong cốt thép Đá xi măng: Ximăng( 1kl) + Cát (3) + nứơc(0,5) = vữa  (28 ngày)đá ximăng Bêtông: XM(1) + cát(3) + sỏi(3) + nước(0,5) = vữa bêtong  (28 ngày) bêtong Bêtong cốt thép: XM + cát + sỏi + thép + nước = bêtong cốt thép. Là loại vật liệu composit: bêton là chất nền,sợi tăng cường là cốt thép. Tính chất Hệ gồm nhiều pha: 1. Cốt liệu: cát, đá, sỏi 2. Pha kết dính: xi măng ( CSH, CAH, CAFH,Ca(OH)2 3. Pha tăng cường: cốt thép 4. Lỗ trống : mao quản, bọt khí, hơi nước khí Tính thấm: phụ thuộc vào các pha 1. Thấm khí 2. Thấm nước 3. Thấm muối tan: sunfat, clorua, nitrat… Ăn mòn: 1. Tác động của môi trường: vật lý, hoá học, môi trường ngoài. 2 Tương tác của nước, muối tan có 3 loại ăn mòn Loại 1: quá trình rữa kiềm ( Ca(OH)2 ) Loai 2: ăn mòn axit, ăn mòn magiê Loại 3: ăn mòn sunfat Ăn mòn bê tông 3. Tương tác của các khí trong khí quyển Ăn mòn điện hoá cốt thép Phản ứng oxy với Fe Xâm thực ion Cl Anot: Cl- + Fe = [FeCl3]- Catot: H2O + 1/2O2 + 2e = 2OH- Fe + H2O+ 1/2O2 + 3 Cl- = Fe(OH)2 + 3Cl- Tuổi thọ của bêtong Tuổi thọ giảm do hiện tượng bêtong bị xâm thực Tăng tuổi thọ: Chất lượng vật liệu Kỹ thuật thi công, bảo dưỡng Biện pháp bảo vệ Sử dụng phụ gia hoá học ( vô cơ - hữu cơ) Các loại xiăng Ximăng poclang - XM giãn nở nhiệt Ximang puzzolan - XM trắng, màu Ximang xỉ - XM chịu mài mòn XM bền sunfat - XM caonhôm(alumin) XM Toả nhiệt ít - XM chịu phóng xạ XM đóng rắn nhanh - XM chịu nhiệt XM max cao - XM chịu axit XM giếng khoan - XM manhegie