chương 7: CREAMIC

Tài liệu tham khảo cho các bạn sinh viên học các ngành khoa học tự nhiên có tư liệu về vật liệu phi kim loại ôn thi tốt đạt kết quả cao trong các kỳ thi giữa kỳ và cuối kỳ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
chương 7: CREAMIC 283PhÇn IV vËt liÖu phi kim lo¹i ceramicCh¬ng 77.1. Kh¸i niÖm chung7.1.1. B¶n chÊt vµ ph©n lo¹i Ceramic hay cßn gäi lµ vËt liÖu v« c¬ ®îc t¹o thµnh tõ c¸c hîp chÊt hãahäc gi÷a: - kim lo¹i (Me) víi c¸c ¸ kim bao gåm B, C, N, O vµ Si (b¸n kim lo¹i hayb¸n dÉn) bao gåm c¸c borit, cacbit, nitrit, «xyt, silixit kim lo¹i hay - c¸c ¸ kim kÕt hîp víi nhau nh c¸c cacbit, nitrit, «xyt cña bo vµ silic(SiC, BN, SiO2) nh biÓu thÞ ë h×nh 7.1 H×nh 7.1. C¸c kh¶ n¨ng kÕt hîp gi÷a c¸c nguyªn tè hãa häc ®Ó t¹o nªn ceramic. Víi sù kÕt hîp ®a d¹ng nh vËy lµm cho ceramic còng ®a d¹ng vÒ thµnhphÇn hãa häc vµ tÝnh chÊt. Theo c¸c d¹ng hîp chÊt h×nh thµnh, ceramic cã nhiÒulo¹i nh: + ®¬n «xyt kim lo¹i (Al2O3 trong gèm corindon), + ®¬n «xyt b¸n kim lo¹i (SiO2 trong thñy tinh th¹ch anh), + hçn hîp nhiÒu «xyt kim lo¹i (sø, thñy tinh silicat), + c¸c ®¬n nguyªn tè (bo, cacbon), + cacbit, nitrit cña kim lo¹i vµ ¸ kim (TiC, SiC, BN, ZrN...). Cã thÓ ph©n lo¹i ceramic theo thµnh phÇn hãa häc, theo cÊu tróc, theoph¬ng ph¸p c«ng nghÖ, lÜnh vùc sö dông... Theo c¸c ®Æc ®iÓm kÕt hîp, thÞnh hµnh c¸ch ph©n lo¹i ceramic ra lµm banhãm chÝnh: • gèm vµ vËt liÖu chÞu löa, • thñy tinh vµ gèm thñy tinh, • xim¨ng vµ bªt«ng. 283 2847.1.2. Liªn kÕt nguyªn tö Do ceramic ®îc t¹o nªn tõ c¸c nguyªn tè cã b¶n chÊt hãa häc kh¸c nhau:kim lo¹i vµ ¸ kim, nªn cã liªn kÕt vµ cÊu tróc phøc t¹p kh¸c víi kim lo¹i. Kh¸c víi kim lo¹i (chñ yÕu cã liªn kÕt kim lo¹i), trong ceramic kh«ng cãliªn kÕt kim lo¹i mµ lµ kÕt hîp gi÷a liªn kÕt ion vµ liªn kÕt ®ång hãa trÞ. VÝ dô, tûlÖ liªn kÕt ion cña c¸c nguyªn tè K, Mg, Zr, Ti, Al, B, Si, C víi «xy lÇn lît lµ 90,80, 67, 63, 60, 45, 40, 22% (phÇn cßn l¹i lµ liªn kÕt ®ång hãa trÞ). ChÝnh cã liªnkÕt phøc hîp nh vËy n¨ng lîng liªn kÕt trong ceramic t¬ng ®èi lín, kho¶ng 100÷ 500kJ/mol (cao h¬n kim lo¹i, 60 ÷ 250kJ/mol) nªn nã cã nhiÖt ®é nãng ch¶ycao, mËt ®é cao, cøng, gißn, trong suèt vµ c¸ch ®iÖn cao. Còng do ®Æc ®iÓm vÒ liªn kÕt nh vËy mµ cÊu tróc tinh thÓ cña ceramickh¸c víi kim lo¹i, cô thÓ lµ: - cÊu tróc tinh thÓ phøc t¹p, vµ - ngoµi cÊu tróc tinh thÓ (phøc t¹p), trong ceramic cã thÓ tån t¹i c¶ tr¹ngth¸i v« ®Þnh h×nh. H∙y xÐt c¸c cÊu tróc nµy.7.1.3. Tr¹ng th¸i tinh thÓ a. KiÓu m¹ng tinh thÓ vµ sè s¾p xÕp Nh ®∙ biÕt, bÊt cø hîp chÊt nµo còng ph¶i trung hßa vÒ ®iÖn: tæng sè ®iÖntÝch ©m cña c¸c anion ph¶i b»ng tæng sè ®iÖn tÝch d¬ng cña c¸c cation. YÕu tè cã¶nh hëng lín ®Õn kiÓu m¹ng tinh thÓ vµ sè s¾p xÕp (phèi trÝ) cña m¹ng ceramic lµt¬ng quan vÒ kÝch thíc (b¸n kÝnh) ion gi÷a cation vµ anion (rC / rA). Cã thÓ thÊyr»ng c¸c nguyªn tö kim lo¹i cho ®i ®iÖn tö khi bÞ «xy hãa nªn cation thêng cãkÝch thíc bÐ h¬n anion ¸ kim nhËn ®iÖn tö (b¶ng 7.1), nªn rC / rA < 1. øng víi c¸cgi¸ trÞ kh¸c nhau cña tû sè nµy m¹ng tinh thÓ sÏ cã c¸c kiÓu vµ sè phèi trÝ - sè s¾pxÕp (sè c¸c anion l©n cËn gÇn nhÊt víi cation bÊt kú) kh¸c nhau nh biÓu thÞ ëb¶ng 7.2. B¶ng 7.1. B¸n kÝnh ion cña mét sè cation vµ anion (víi sè phèi trÝ 6) Cation Cation Anion rC, nm rC, nm rA, nm 3+ Mg2+ -Al 0,053 0,072 Br 0,196Ba2+ Mn2+ Cl - 0,136 0,067 0,181Ca2+ Na+ F- 0,100 0,102 0,133Cs+ Ni2+ I- 0,170 0,069 0,220Fe2+ Si4+ O2 - 0,077 0,040 0,140Fe3+ Ti4+ S2 - 0,069 0,061 0,184K+ 0,138 Khi rC / rA < 0,155, do cation qu¸ nhá nã chØ bÞ bao quanh gÇn nhÊt bëi haianion. Khi tû sè rC / rA trong kho¶ng 0,155 ®Õn 0,225 cation n»m gän trong khe hëgi÷a ba anion xÕp xÝt chÆt, nªn cã sè s¾p xÕp (phèi trÝ) lµ ba. Víi tû sè trªn trongkho¶ng 0,225 ÷ 0,414, cation n»m trong lç hæng cña h×nh bèn mÆt t¹o nªn bëi bènanion, nªn cã sè s¾p xÕp lµ bèn. NÕu rC / rA t¨ng lªn ®Õn 0,414 ÷ 0,732, cation n»mtrong lç ...