Vật liệu vô cơ - Ceramic

Vật liệu vô cơ là sự kết hợp giữa kim loại Me, Si, với á kim B, C, N, O bằng các liên kết ion và cộng hóa trị. Phân loại: nhiều cách phân loại.
Theo đặc điểm kết hợp_ 3 nhóm chính: Gốm và kim loại chịu lửa, Thủy tinh và gốm thủy tinh, Xi măng và bê tông.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Vật liệu vô cơ - Ceramic 113 Ch−¬ng 7 VËt liÖu v« c¬ - ceramic§Þnh nghÜa: VËt liÖu v« c¬ lµ sù kÕt hîp gi÷a kim lo¹i Me, Si víi ¸ kim B,C,N,Ob»ng c¸c liªn kÕt ion vµ céng ho¸ trÞ C NPh©n lo¹i: nhiÒu c¸ch ph©n lo¹iTheo ®Æc ®iÓm kÕt hîp: 3 nhãm chÝ nh: Gèm vµ kim lo¹i chÞu löa B O Thuû tinh vµ gèm thuû tinh Xi m¨ng vµ bª t«ngTheo cÊu tróc: 2 nhãm: Me Si• ®¬n pha: thuû tinh SiO2 (ch−¬ng 1), gèm ®¬n oxit• VËt liÖu ®a pha: hÇu hÕt c¸c vËt liÖu v« c¬ H×nh 7.1. Kh¶ n¨ng kÕt hîpPha chÝ nh lµ c¸c pha tinh thÓ liªn kÕt víi nhau bëi pha thuû tinh (v« ®Þnh h×nh) :gèm & VL chÞu löa, sø, gèm thuû tinh.Ngoµi ra cßn cã pha khÝ do c«ng nghÖ chÕ t¹o kh«ng tr¸nh khái còng cã thÓ dochñ ®éng ®−a vµo: gèm xèp, thuû tinh xèp, bª t«ng xèp c¸c pha tinh thÓ cã thÓ cã% kh¸c nhau, chøa khuyÕt tËt, nhiÒu vÕt nøt, chóng quyÕt ®Þnh tÝ nh chÊt cñaceramic.7.1. Quan hÖ gi÷a cÊu tróc vµ tÝ nh chÊt cña ceramicDo cÊu tróc cña vËt liÖu v« c¬ t¹o thµnh tõ c¸c kim lo¹i vµ ¸ kim liªn kÕt ion vµliªn kÕt céng ho¸ trÞ, vÝ dô:trong oxit : Mg-O, Zr-O, Ti-O , Al-O, B-O , Si-O, C-O% liªn kÕt ion: 80 67 63 60 45 40 22 cßn l¹i lµ liªn kÕtcéng ho¸ trÞVËt liÖu v« c¬ bÒn ho¸ häc, bÒn nhiÖt, c¸ch nhiÖt tèt, mét sè cã tÝ nh chÊtquang ®Æc biÖt P ceramic kim lo¹ iTÝ nh chÊt c¬ häc (nh¾c l¹i biÓu ®å kÐo)• §µn håi gißn: do cÊu tróc, VL bÞ ph¸ huû gißn• §é bÒn lý thuyÕt σLT = (2E.γ/a)1/2 ∆lE- m«dun ®µn håi γ- søc c¨ng bÒ mÆt; a- kho¶ng c¸ch nguyªn töσLT - vËt liÖu coranh®«ng 50.103 MPa, thuû tinh SiO2 ~ 8.103 MPa• §é bÒn thùc tÕ: do cã nøt tÕ vi 10-3÷100 µm → ®é bÒn thùc tÕ =1/100 ®é bÒn lý thuyÕt : Khi chÞu t¶I kÐo σO th× thùc tÕ σ = 2. σO(l/r)1/2 l: dµI nøt; r: b¸n kÝ nh cong ®Çu vÕt nøt.σ thùc trong vËt liÖu phô thuéc vµo σO vµ tû lÖ thuËn l vµ tû lÖ nghÞch víi r. Khinøt dµi, ®Çu nhän: σ ≥ [σLT] → nøt t¨ng → ph¸ huûChó ý vËt liÖu v« c¬ chÞu nÐn tèt h¬n chÞu kÐo (10 lÇn)• §é bÒn vËt liÖu v« c¬ kh«ng ph¶i do n¨ng l−îng liªn kÕt nguyªn tö cÊu t¹o nªn nã mµ do sè l−îng, chiÒu dµi, chiÒu s©u vÕt nøt (h×nh d¹ng).• VËt liÖu v« c¬ tinh thÓ: h¹t cµng nhá th× ®é bÒn cµng caoBät khÝ 0,1-0,5% h¹t nhá trßn t¨ng ®é bÒn, >0,5% bät cµng dµi cµng nhiÒu ®ébÒn gi¶m m¹nh. Bät khÝ lµm gi¶m ®é dÉn nhiÖt. 114 7.2. C¸c vËt liÖu v« c¬ ®iÓn h×nh 7.2.1. Gèm vµ vËt liÖu chÞu löaGèm b»ng s¶n phÈm ®Êt nung: NhiÖt ®é nung g¹ch 900oC, sø 1400, t¹o tõ c¸cnguyªn liÖu tù nhiªn: KaolinÝ t Al2O3.2SO2.2H2O → VËt liÖu bét t¹o h×nh nung vËtliÖu gèm• CÊu tróc: gåm c¸c pha tinh thÓ liªn kÕt b»ng pha v« ®Þnh h×nh tû lÖ v« ®Þnh h×nh trong g¹ch ngãi 20-40 %, trong sø 50-60%, Al2O3 1%• Bät khÝ trong g¹ch ngãi 10-50%, trong sø 5%• Ph©n lo¹i o Gèm silicat (gèm truyÒn thèng) mµu xØn do chøa oxyt s¾t, chÕ t¹o tõ silic¸t thiªn nhiªn: ®Êt sÐt, cao lanh (g¹ch ngãi, sø vÖ sinh, Êm chÐn b¸t ®Üa ®å sø gia ®×nh) sø c¸ch ®iÖn ... chÕ t¹o b»ng c«ng nghÖ gèm th« hoÆc c«ng nghÖ gèm tinh ( h¹t nhá) o Gèm oxit gèm t¹o tõ mét lo¹i oxyt Al2O3, TiO2,...) hoÆc mét oxit phøc: MgO.Al2O3, BaO.TiO2 (kh¸c gèm silicat tinh khiÕt cao nªn tû lÖ pha tinh thÓ cao) chÕ t¹o b»ng s¶n phÈm chÊt l−îng cao, vµ c¸c tÝ nh chÊt ®iÖn tõ ®Æc biÖt, chÕ t¹o theo c«ng nghÖ gèm tinh. Al2O3: PhÔu sîi m¸y dÖt, chi tiÕt m¸y dÖt (Al2O3), ®iÖn tö, y tÕ, bét mµi. TiO2: gèm TiO2 lµm tô ®iÖn h»ng sè ®iÖn m«i lín tæn thÊt ®iÖn m«i nhá, Gèm hÖ PbO.TiO2-PbO.ZrO2 cã pha thªm MgO.NiO.ZnO...gäi t¾t lµ gèm PTZ c¶i thiÖn c¸c tÝ nh chÊt ®iÖn m«i ngµy cµng ®−îc dïng nhiÒu trong kü thuËt ®iÖn Fe2O3 + oxit kim lo¹i nhãm TiO2, SnO2, WO3... Gèm b¸n dÉn Zn(Ti4+(X)Fe2+(2-2X)Fe3+(X))O3 , Ti(x)(Fe3+(2-2x)Fe2+(x))O3 ....• C¸c vËt liÖu gèm phioxit c¸c Borit, nit¬rit, cacbit,... vËt liÖu ®¬n nguyªn tè cacbonVËt liÖu chÞu löa (VLCL)VËt liÖu chÞu löa To>1520oC, s¶n xuÊt b»ng c«ng nghiÖp gèm th« dïng ngµnhluyÖn kim, ho¸ häc, gèm... lß nhiÖt ®é cao. VLCL gåm c¸c lo¹i sau:• Dinat (Silicat) > 93%SiO2 g¹ch x©y lß cèc, lß thuû tinh vïng nung lß tuynen cÊu t¹o tõ nguyªn liÖu thiªn nhiªn: c¸t th¹ch anh, quarzit sa th¹ch.• Sam«t gèm th« alumo-silicat, Al2O3 = 20-45% kho¸ng chÝ nh lµ mulit (3Al2O3.2SiO2) vµ cristobalit. S¶n xuÊt tõ hai nguyªn liÖu:+ Nguyªn liÖu gÇy: cao lanh nung kÕt khèi thµnh s¹n sam«t trén ®Òu cïng Èm+ Nguyªn liÖu dÎo: ®Êt sÐt cïng cao lanh ch−a nung -t¹o h×nh- nungc¸c lo¹i: sam«t th−êng 30-40%Al2O3 sam«t b¸n axit 20-30%Al2O3C«ng dông x©y lß: gèm sø, xim¨ng, lß khÝ , lß luyÖn kim• VËt liÖu chÞu löa cao alumin thuéc hÖ Alumino-Silicat cã Al2O3~45÷95% kho¸ng chÝ nh lµ mulit 3Al2O3.2SiO2 vµ coranh ®«ng α-Al2O3nguyªn liÖu chÕ t¹o tõ kho¸ng thiªn nhiªn cã tû lÖ Al2O3 cao:Silimanit, Andaluzit(Al2O3.SiO2)• VËt liÖu cao alumin tÝ nh chÞu nhiÖt tèt l¬n sam«t, tÝ nh ho¸ häc trung tÝ nh víi nhiÒu m«i tr−êng 115• VËt liÖu chÞu löa kiÒm tÝ nh:Pericla (manhªzit) MgO, Cr«m-manhªzit MgO- Cr2O3.®Æc ®iÓm: chÞu nhiÖt cao, bÒn víi xØ kiÒm, m«i tr−êng nãng ch¶y kiÒm tÝ nh; thuûtinh kiÒm, xØ luyÖn kim Baz¬, lß xi m¨ng, x©y lß hå quang luyÖn thÐp chÊt l−îngcao.• VËt liÖu chÞu löa trªn c¬ së graphit vµ SiC: Sam«t graphit 6÷60%gr-nåi nÊu kim lo¹i −u ®iÓm dÉn nhiÖt nhanh, kh«ng thÊm −ít kim lo¹i láng, bÒn nhiÖt• ...