BÀI GIẢNG VỀ CÔNG NGHỆ THỦY TINH part 3

21 Một tính chất quan trọng nữa của thủy tinh là độ chịu nhiệt hay dọ bền xung nhiệt. Tính chất này phản ánh khả năng chịu đựng của thủy tinh khi nhiệt độ thay đổi đột ngột. Độ chịu nhiệt (∆t) là một tính chất kỹ thuật phức tạp do nhiều tính chất lí học của thủy tinh quyết định như hệ số giãn nở nhiệt, độ đàn hồi, cường độ chịu kéo, độ dẫn nhiệt, tỉ nhiệt.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
BÀI GIẢNG VỀ CÔNG NGHỆ THỦY TINH part 3 21 Một tính chất quan trọng nữa của thủy tinh là độ chịu nhiệt hay dọ bền xung nhiệt.Tính chất này phản ánh khả năng chịu đựng của thủy tinh khi nhiệt độ thay đổi đột ngột. Độ chịunhiệt (∆t) là một tính chất kỹ thuật phức tạp do nhiều tính chất lí học của thủy tinh quyết định nhưhệ số giãn nở nhiệt, độ đàn hồi, cường độ chịu kéo, độ dẫn nhiệt, tỉ nhiệt. Độ bền nhiệt còn phụthuộc vào hình dạng cũng như kích thước sản phẩm. Thông thường độ chịu nhiệt được xác định bằng hiệu số nhiệt độ làm lạnh đột ngột mà thủytinh không bị phá hủy. Để đặc trưng cho độ chịu nhiệt của thủy tinh cũng có thể dùng hệ số K xác định bằng biểu  p ; p cường độ chịu kéo của thủy tinh ; α hệ số giãn nở nhiệt ; E môđun đàn hồithức: K   .E cd d mật độ ; c tỉ nhiệt . Chiều dày của sản phẩm thủy tinh có ảnh hưởng đến độ chịu nhiệt của nó. Chiều dày cànglớn độ chịu nhiệt càng giảm và sản phẩm càng lớn độ bền nhiệt càng kém. Yếu tố quyết định độ bền nhiệt của thủy tinh là hệ số giãn nở nhiệt. Thạch anh có α nhỏ nhấtnên bền nhiệt nhất, sau đó là thủy tinh borosilicate ít kiềm và kém bền nhất là thủy tinh giàu kiềm.3.7 Tính chất điện của thủy tinh Ở nhiệt độ thấp thủy tinh không dẫn điện và được sử dụng làm vật liệu cách điện. Ở nhiệt độcao hơn nhiệt độ mềm thủy tinh trở thành dẫn điện. Vì thế có thể nấu thủy tinh bằng dòng điện.3.7.1 Độ dẫn điện Thủy tinh dẫn điện bằng các ion. Vì thế điện trở riêng (ρ) của thủy tinh ngay ở trạng tháinóng chảy cũng lớn hơn vật liệu dẫn điện bằng điện tử. Ở nhiệt độ phòng điện trở riêng của thủy tinhvào khoảng 1015Ωcm. Khi chảy lỏng nó giảm xuống còn 10-102Ωcm, lớn gấp khoảng một triệu lầnđiện trở kim loại.Do dẫn điện bằng ion nên độ dẫn điện của thủy tinh phụ thuộc vào sự điện ly củacác hợp chất trong thủy tinh và độ linh động của các ion trong đó. Tức phụ thuộc vào thành phầnhóa của thủy tinh và vào nhiệt độ. Các ion kiềm có vai trò quan trọng trong việc tải điện. Hàm lượngkiềm càng nhiều độ dẫn điện càng lớn. Các ion kim loại hóa trị 2,3 khó dẫn điện hơn vì chúng liênkết trong thủy tinh bền vững hơn. Nhưng ở nhiệt độ cao thủy tinh nóng chảy thì đến anion [SiO4]4-cũng dẫn điện. Gehlhoft và Thomas đã xác định ảnh hưởng của các ôxyt lên độ dẫn điện của thủy tinh có thểxếp theo thứ tự tăng dần: CaO-[ B2O3 – BaO - Fe2O3 – PbO – MgO – ZnO ] – SiO2 – Al2O3 – K2O –Na2O Các ôxyt trong ngoặc có ảnh hưởng gần giống nhau. Ảnh hưởng của các ion riêng biệt đến độdẫn điện được xác định không những bởi bản chất và số lượng mà còn bởi thành phần hóa của thủytinh chứa các ion đó. Vì thế tính dẫn điện của thủy tinh không thể tính toán theo qui tắc cộng. Thủy tinh silicat và borat chứa hỗn hợp các loại ion kiềm có độ dẫn điện bé hơn thủy tinhchỉ chứa một loại ion kiềm với hàm lượng tương đương. Cụ thể Lengyel và Boksay đã xác địnhrằng: Thủy tinh có thành phần Na2O.2SiO2 ở 600C có điện trở riêng là 108,1 Ωcm còn thủy tinhK2O.2SiO2 có điện trở riêng là 109,1Ωcm nhưng hỗn hợp [Na,K]2O.2SiO2 có điện trở riêng là1012,6Ωcm. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng 2 kiềm hay hiệu ứng trung hòa. Hiệu ứng này phụ thuộcvào nhiệt độ: Khi nhiệt độ giảm hiệu ứng tăng.Nó còn phụ thuộc vào hàm lượng R2O: Hàm lượngR2O càng cao hiệu ứng càng lớn và phụ thuộc vào bản chất của ôxyt kiềm: Hiệu ứng của liti-kali caohơn của natri-kali.( ρ điện trở riêng hay điện trở suất liên hệ với điện trở qua biểu thức U .S R.S [Ωcm] ( S tiết diện vuông góc với hướng dòng điện; l khoảng cách giữa 2 điểm đo  I .l lđiện áp; ϰ=1/ρ ; U=I.R). Khi tăng nhiệt độ, độ dẫn điện [ϰ]của thủy tinh tăng lên. Quan hệ đó đượcbiểu diễn bằng phương trình: lgϰ= a-b/T đối với thủy tinh rắn ; lgϰ = a-b/T2 đối với thủy tinh nóngchảy. Trong đó a,b là các hằng số phụ thuộc vào thành phần thủy tinh ; T nhiệt độ tuyệt đối. 22 Nếu cho dòng điện một chiều đi qua thủy tinh nóng chảy sẽ xảy ra hiện tượng điện phân:Các ion kiềm sẽ bị dịch chuyển về catôt, đồng thời kim loại ở anôt sẽ chuyển vào thủy tinh và có thểnhuộm màu. Để tránh hiện tượng điện phân không dùng dòng điện một chiều để nấu thủy tinh .Ngoài độ dẫn điện thể tích ở trên ra, thủy tinh còn có độ dẫn điện bề mặt. Trong môi trường ẩm độdẫn điện bề mặt còn lớn hơn cả độ dẫn điện thể tích. Trên bề mặt của thủy tinh luôn có một lớpmàng ẩm có khả năng hòa tan các cấu tử kiềm và trở thành màng dẫn điện ở nhiệt độ thấp. Độ dẫnđiện bề mặt của thủy tinh phụ thuộc trước hết vào hàm lượng kiềm. Các ôxyt Al2O3, B2O3 và ZrO2làm độ dẫn điện bề mặt giảm đi. Khi thay thế SiO2 bằng các ôxyt hóa trị 2 như MgO, CaO, BaO đến 10-15% độ dẫn điện bềmặt giảm đi nhưng nếu thay thế với hàm lượng lớn hơn độ dẫn điện lại tăng lên. ...